專利名稱：用于對電致發(fā)光顯示器進行灰階伽馬校正的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及平板顯示器，更具體涉及用于通過用非線性電壓斜坡(voltage ramp)調(diào)制施加到列電極的電壓，從而驅(qū)動需要灰階控制的顯示面板的方法和設(shè)備。


下面參考下列附圖闡述本發(fā)明的背景和優(yōu)選實施例的詳細描述，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電致發(fā)光顯示器的像素的行和列布置的平面圖；圖2是穿過圖1的電致發(fā)光顯示器的一個像素的截面；圖3是用于圖1的電致發(fā)光像素的亮度與施加電壓關(guān)系曲線；圖4示出了由圖3的亮度與電壓關(guān)系曲線得出的、用于負行電壓和用于正行電壓從而產(chǎn)生灰階亮度的電壓斜坡曲線；圖5示出了圖4的伽馬校正曲線的步進式線性近似法；圖6是根據(jù)優(yōu)選實施例的伽馬校正的非線性斜坡發(fā)生器的框圖；圖7是用于圖6的非線性斜坡發(fā)生器的成功原型的原理電路圖；以及圖8示出了使用圖7的灰度校正電路和不使用該灰度校正電路的17英寸厚的介質(zhì)電致發(fā)光顯示器的亮度與灰階關(guān)系曲線。
背景技術(shù)：
電致發(fā)光顯示器由于它們相對于陰極射線管的低工作電壓，超過液晶顯示器的優(yōu)越圖像質(zhì)量、寬視角和快速響應(yīng)時間以及與等離子體顯示板相比它們的優(yōu)越灰階能力和更薄的外形，因此是有利的。
如圖1和2所示，電致發(fā)光顯示器具有稱作行(ROW1、ROW2等)和列(COL1、COL2等)的平行導電地址線的兩個交叉組，行和列布置在兩個介質(zhì)膜之間包封的熒光體薄膜的任一側(cè)邊上。像素被定義為行和列之間的交叉點。因此，圖2是穿過圖1中的ROW4和COL4的交叉點處的像素的剖面圖。通過跨接定義像素的行和列的交叉點施加電壓每個像素發(fā)光。
矩陣尋址需要施加低于閾值電壓的電壓到行，同時施加反向極性的調(diào)制電壓到與該行相交的每個列。根據(jù)各個子像素上希望的照明度合計行和列上的電壓以給出總電壓，由此產(chǎn)生一行圖像。另-種方案是施加最大的子像素電壓到行和施加相同極性的調(diào)制電壓到列。調(diào)制電壓的數(shù)量等于最大電壓和閾值電壓之間的差值，以根據(jù)希望的圖像設(shè)置像素電壓。不論那一種情況，一旦每一行被尋址，另一行以類似的方法被尋址，直到所有行都被尋址。沒有被尋址的行處于開路。
按序編址的所有行構(gòu)成一個完整的幀。一般，至少約每秒50次尋址一個新的幀，以產(chǎn)生人眼看來的無閃爍的視頻圖像。
為了用平板顯示器產(chǎn)生逼真的視頻圖像，在驅(qū)動電壓被調(diào)節(jié)的灰階之間提供需要的亮度比率是重要的，以便于灰階控制。這對于通過控制用于顯示器的列驅(qū)動器上的輸出電壓進行灰階控制的電致發(fā)光顯示器是特別正確的。
由于隨著驅(qū)動電壓的增加亮度開啟的非常陡峭和非線性性質(zhì)，因此采用薄介質(zhì)層的傳統(tǒng)薄膜電致發(fā)光顯示器不能通過調(diào)制列電壓實現(xiàn)灰階控制，此處的薄介質(zhì)層夾著驅(qū)動電極之間插入的熒光體薄膜。相反，采用厚的高介電常數(shù)介質(zhì)層像素的電致發(fā)光顯示器在閾值電壓以上具有亮度的幾乎線性相關(guān)性，因此通過電壓調(diào)制更可能進行灰階控制。但是，即使在此情況下，如果通過等間隔電壓電平產(chǎn)生灰階電壓電平，那么灰階的亮度值也不是用于視頻應(yīng)用的正確比率。
視頻信號中的灰階信息被數(shù)字地編碼為8位數(shù)字。這些數(shù)字編碼的灰階用來產(chǎn)生基準電壓電平Vg，以便于根據(jù)下面的經(jīng)驗關(guān)系為每一灰產(chǎn)生亮度級(Lg)Lg＝f(Vg)＝Anγ(等式1)其中f(Vg)指亮度是施加到像素的電壓的函數(shù)，A是常數(shù)，n是灰階數(shù)，以及γ一般在2和2.5之間。
具有灰階能力的電致發(fā)光(EL)顯示驅(qū)動器類似于有輸出緩沖器的數(shù)模(D/A)器件。目的是將從視頻源引入的灰階8位數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诿姘弪?qū)動的模擬輸出電壓。有各種類型的灰階驅(qū)動器，每一種采用不同方法來執(zhí)行必要的數(shù)/模轉(zhuǎn)換。本發(fā)明涉及使用線性斜坡電壓作為執(zhí)行D/A轉(zhuǎn)換的方法的灰階驅(qū)動器類型。至于這種驅(qū)動器，首先通過由固定的頻率時鐘工作的計數(shù)器將數(shù)字灰階代碼變?yōu)槊}沖-寬度。該脈沖寬度的持續(xù)時間表示并對應(yīng)于灰階數(shù)字代碼。計數(shù)器的脈沖-寬度輸出控制與外部產(chǎn)生的線性電壓斜坡一起工作的電容器采樣維持電路，以實現(xiàn)脈沖-寬度至電壓的轉(zhuǎn)換。由于線性斜坡具有輸出電壓和時間之間的線性關(guān)系，因此數(shù)字代碼的脈沖-寬度表示在驅(qū)動器輸出處產(chǎn)生線性灰階電壓。然后為每階產(chǎn)生的亮度取決于施加到像素的電壓和像素亮度之間的關(guān)系，該關(guān)系是特定的面板的基本光電性能。該亮度-電壓特性通常不同于理想的性能，因此伽馬校正是必需的。
施加到像素的電壓和像素亮度之間的關(guān)系由圖3中的曲線表示。在閾值電壓以上亮度首先以超過閾值幾伏的非線性方式開始上升，然后在固定亮度處飽和之前以近似線性方式上升。用于顯示器工作的曲線部分是最初的上升部分和線性部分。驅(qū)動器輸出的微分負載的效果使該關(guān)系變復雜。為了取消可變負載的效果和增加顯示器的能效，一般采用具有共振能量恢復特征的正弦驅(qū)動電壓的驅(qū)動器。美國專利申請09/504,472和10/036,002中公開了這種驅(qū)動器，在此引入其內(nèi)容作為參考。但是，修整用于灰階的輸出電壓從而產(chǎn)生類似于由方程式1給出的經(jīng)驗關(guān)系描述的那些灰階響應(yīng)仍然是符合需要的。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，用于平板顯示器中的灰階補償?shù)碾娐肥枪摹?br> 例如，美國專利5,652.600(Khormaei等)公開了一種用于EL顯示器的灰階校正系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及在接收圖像的第一子幀時段用數(shù)據(jù)信號使第一組選擇像素電極發(fā)光，此后在下一個子幀時段用數(shù)據(jù)信號激勵第二組選擇像素電極，其中第一和第二發(fā)光信號具有彼此不同的預定性能。EL顯示器的結(jié)構(gòu)是復雜的，并且其并沒有建議使用采用非線性電壓斜坡從而在EL顯示器中產(chǎn)生具有正確的亮度級的灰度級的基準電壓發(fā)生器。
美國專利5,812,104(Kapoor等)公開了使用不同的像素亮度級，以在EL顯示器中實現(xiàn)正確的灰階?！?04專利證實現(xiàn)有技術(shù)斜坡發(fā)生器從恒定值貫穿斜坡充分地改變斜坡電壓信號的比率的問題。響應(yīng)于此，′104專利闡述了在每個電壓步進期間可以獲得各個步進尺寸的灰階步進斜坡電壓發(fā)生器。公開的電路是非常復雜的且不能產(chǎn)生最低和最高灰階之間256×256(等式1中的γ＝2.0)的強度動態(tài)范圍。此外，如上所述，TFEL設(shè)備的使用不可能實現(xiàn)滿足電視標準的灰階。
美國專利6,417,825(Stewart等)公開了一種具有灰階和可以為非線性的斜坡電壓的EL顯示器。但是，′825專利僅僅可應(yīng)用于有源矩陣EL和幀速調(diào)制，不可應(yīng)用于無源矩陣EL和電壓調(diào)制。
下列現(xiàn)有技術(shù)也是本發(fā)明所涉及的背景。
美國專利號5,227,863(Bilbrey等)美國專利號5,550,557(Kapoor等)

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，通過用特殊的′雙-反轉(zhuǎn)-S′非線性電壓斜坡代替常規(guī)的線性電壓斜坡在灰階驅(qū)動器的D/A轉(zhuǎn)換階段方便地實現(xiàn)EL面板的伽馬校正。
因此，在此闡述的灰階基準電壓發(fā)生器采用與計數(shù)器和采樣維持電路結(jié)合的非線性電壓斜坡，從而用適當?shù)馁ゑR校正實現(xiàn)數(shù)字數(shù)據(jù)至灰階轉(zhuǎn)換。根據(jù)考慮了像素的亮度與電壓關(guān)系曲線的形狀的方程式1定義電壓斜坡的形狀以產(chǎn)生灰階級，如用于厚介質(zhì)電致發(fā)光顯示器的圖3所示。因此電壓斜坡的最佳曲線具有反轉(zhuǎn)的s-形狀，電壓范圍的初始部分具有凸形狀(相對于時間的負二階導數(shù))和斜坡的剩余部分具有凹形狀(相對于時間的正二階導數(shù))，以使亮度最大化。本發(fā)明的非線性電壓斜坡允許使用對于完全定義256個灰階僅僅需要描繪256個時間間隔的時鐘。電壓斜坡也使根據(jù)來自引入的視頻信號的灰階數(shù)據(jù)在驅(qū)動器輸出端產(chǎn)生伽馬校正灰階的工序簡單化。
對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說結(jié)合在此引入的附圖，由下列詳細描述將明白發(fā)明的其他和更多優(yōu)點和特點。
具體實施例方式
參考圖1、2和3，和現(xiàn)有技術(shù)大不相同，本發(fā)明優(yōu)選使用具有厚膜介質(zhì)層的電致發(fā)光顯示器。在圖3中示出了典型的曲線，表示用于這種顯示器的亮度與驅(qū)動電壓脈沖振幅的關(guān)系。在圖4中示出了用于圖3的亮度曲線產(chǎn)生的正行電壓和負行電壓的理想灰階產(chǎn)生電壓斜坡函數(shù)，如下面更詳細的論述。
如圖6的框圖所示，根據(jù)本發(fā)明的灰階電路使用非線性的電壓斜坡來產(chǎn)生基準電壓，以在列上定義規(guī)定的灰階，如下面更詳細的論述。
在工作中，行電極被順序?qū)ぶ芬援a(chǎn)生完整的幀圖像。如上所述，電壓基本上被同時施加到每個被尋址行的列，以生成產(chǎn)生每幀圖像需要的像素亮度。為了消除跨越任意一個像素的時間-平均電位(由于與電場相關(guān)的退化機理協(xié)助像素中的化學物質(zhì)的擴散，因此縮短顯示器的壽命的條件)，用交替的電極性來尋址行。但是，每個顯示器列驅(qū)動器具有單極性輸出，由此需要特別的尋址方案。
具體地，當用負行電壓尋址選定行時，該電壓的大小等于閾值電壓，以致沒有光從那些行上的任意像素發(fā)出，除非附加的列電壓也施加到該像素。當用正電壓尋址選定行時，該電壓的大小等于最大亮度需要的電壓，并從該電壓中減去來自列的電壓，以實現(xiàn)希望的灰階。這些需要必須借助于從零伏開始的電壓斜坡調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生灰階基準電壓。當行電壓為正時，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法將引入的數(shù)字8位灰階數(shù)字轉(zhuǎn)變?yōu)樗鼈兊难a值(即用一代替二進制零和用零代替二進制一)，以便灰階級和相應(yīng)的亮度級彼此具有逆關(guān)系。
但是這些校正本身不足以實現(xiàn)灰階保真度，為負行電壓建立的非線性斜坡函數(shù)也必須根據(jù)由Vg pos-(t)＝Vm-Vg neg(tm-t)給定的方程式2使用正行電壓修正，其中Vg pos-(t)是作為用于正行電壓的計數(shù)器的運行時間的函數(shù)的斜坡電壓，Vg neg(tm-t)是為負行電壓建立的斜坡電壓函數(shù)，表示為斜坡到達用于最大亮度的電壓值Vm的時間tm和用于計數(shù)器的運行時間之間的差值的函數(shù)。如用圖形表示的話，兩個函數(shù)Vg pos-(t)和Vg neg(t)彼此之間相對旋轉(zhuǎn)180°。因此，對于圖3的亮度與電壓關(guān)系曲線，兩個函數(shù)假定了用于曲線的初始部分的凸形狀(相對于時間的正二階導數(shù))和用于t＝tm的最大值的曲線的其余部分的凹形狀(相對于時間的負二階導數(shù))。在圖4中示出了源于所示的圖3的亮度曲線的兩個函數(shù)。
有各種技術(shù)可以用來產(chǎn)生適當?shù)姆蔷€性電壓斜坡函數(shù)Vg pos-(t)和Vg neg(t)。根據(jù)圖6的優(yōu)選實施例，兩個隨時間變化的電壓反饋受控電流源(I-1和I-2電路)用來產(chǎn)生非線性斜坡的兩個部分。I-1電流源具有隨時間而減小的電流量，I-2電流源具有隨時間而增加的電流量。通過控制兩個電流源之間切換的合適的定時，如通過閾值控制電路決定的，以及通過將電流引到積分器電路，產(chǎn)生近似于圖4的電壓斜坡曲線。
積分器電路的輸出施加到包括計數(shù)器和取樣保持(S/H)電路的常規(guī)列驅(qū)動器。
通過改變電流源的功能參數(shù)，可以調(diào)整或精細的調(diào)諧用于特定面板特性的非線性斜坡電壓的形狀，如下面參考圖7更詳細的論述。
此外，幀極性控制電路包括在斜坡發(fā)生器中，以在用于正行電壓/幀和負行電壓/幀的兩個斜坡曲線之間選擇。
使用以適當定時和順序連續(xù)地選擇的，或以各種并行組合連接的具有不同時間相關(guān)函數(shù)的三個以上電流源，產(chǎn)生非常近似于圖4的曲線或具有不同亮度與施加電壓特性關(guān)系的顯示器的相似曲線。
圖6的優(yōu)選實施例的簡化方案將用兩個恒定(時間-無關(guān))電流源代替兩個時間-相關(guān)電流源。這些導致類似于圖5的步進斜坡曲線。管設(shè)計上更簡單，但是與圖4的雙-反轉(zhuǎn)-S斜坡相比步進斜坡提供具有降低性能的灰階校正。
圖7中示出了雙-反轉(zhuǎn)-S斜坡發(fā)生器的成功原型。虛線框表示提供圖6中的方框的功能的電路。該電路也包括用于單獨調(diào)整用于負行極性和正行極性的每個非線性斜坡的三個臨界參數(shù)的控制輸入，以及用于通過來自顯示系統(tǒng)的幀極性同步脈沖控制的兩個非線性斜坡之間的自動切換的定時。三個臨界參數(shù)是非線性斜坡的第一部分的曲率(通過圖7的R15和R16調(diào)整)，用于兩個非線性斜坡部分之間的切換的轉(zhuǎn)換電壓電平(通過圖7的R9和R10調(diào)整)，以及非線性斜坡的第二部分的曲率(通過圖7的R5和R6調(diào)整)。源于系統(tǒng)控制電子設(shè)備的斜坡復位信號用來復位和使用于顯示器的每個掃描周期的非線性斜坡同步。
用于每個顯示面板的非線性斜坡的調(diào)整和最佳化的工序首先是使用常規(guī)的一個線性斜坡產(chǎn)生特定面板的亮度與灰級特性關(guān)系。然后基于方程式1和最大灰度級時的面板亮度導出理想的特性曲線。假定值2分配給方程式1中的α，通過試錯法(例如使用微軟EXCEL軟件)可以產(chǎn)生適當′A′值。利用面板特性曲線和理想的特性曲線之間的一對一映射，可以產(chǎn)生非線性斜坡的理想形狀。基于產(chǎn)生的計算出的理想斜坡調(diào)整非線性斜坡的三個臨界參數(shù)。
為使用Hitachi ECN 2103行驅(qū)動器和Supertex HV 623列驅(qū)動器的17英寸480×640像素VGA格式對角線厚膜彩色電致發(fā)光顯示器建立灰階校正電路。每個像素具有通過單獨的列和公共行尋址的獨立的紅、綠和藍子像素。該顯示器的每個紅、綠和藍子像素的閾值電壓是140伏。該電路與具有補償電路的能量恢復共振正弦波驅(qū)動電路一起使用，以消除由于如US專利申請09/504472和10/036002.1所例示的面板的可變電容性阻抗而導致的灰階變化。
圖8示出了與具有用于本發(fā)明的正行電壓和負行電壓的非線性斜坡的顯示器相比較用于具有常規(guī)單個線性斜坡的成功原型17″顯示器的亮度和灰度級數(shù)之間的關(guān)系。為了比較還提供了理想的特性曲線。使用非線性斜坡產(chǎn)生的特性曲線非常近似于理想性能。
盡管在此描述過發(fā)明的多種特定實施例，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解在不脫離本發(fā)明的精神或所附權(quán)利要求范圍的條件下可以進行改變。
權(quán)利要求
1.一種用于與厚介質(zhì)電致發(fā)光顯示器的列驅(qū)動器連接的灰階基準電壓發(fā)生器，包括用于接收來自輸入的視頻信號的灰度級數(shù)據(jù)并響應(yīng)計數(shù)與所述灰度級數(shù)據(jù)成比例的時間間隔的計數(shù)器；以及連接到所述計數(shù)器、用于在所述時間間隔過程中產(chǎn)生施加到所述列驅(qū)動器的斜坡電壓的非線性電壓斜坡，其中所述斜坡電壓與如下曲線一致，該曲線具有反轉(zhuǎn)的s-形狀，初始凸出部分之后有凹入部分，以便補償所述厚介質(zhì)電致發(fā)光顯示器的亮度與電壓特性關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的灰階基準電壓發(fā)生器，其中所述初始凸出部分一般與相對于所述時間間隔的負二階導數(shù)一致，所述凹入部分一般與相對于所述時間間隔的正二階導數(shù)一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的灰階基準電壓發(fā)生器，其中所述計數(shù)器是8位計數(shù)器，用于描繪所述時間間隔，以完全地限定256個灰度級。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的灰階基準電壓發(fā)生器，其中用于負行電壓的所述斜坡電壓是Vg neg(tm-t)，表示為斜坡電壓在所述時間間隔的末端達到最大亮度電壓值Vm的時間tm之間的差值的函數(shù)，用于正行電壓的所述斜坡電壓是Vg pos-(t)，其中Vg pos-(t)＝Vm-Vg neg(tm-t)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的灰階基準電壓發(fā)生器，其中所述非線性電壓斜坡還包括積分器電路和至少兩個電流源，所述至少兩個電流源用于產(chǎn)生和施加不同的電流到所述積分器電路以便當所述電流源中的第一個連接到所述積分器電路時產(chǎn)生所述斜坡電壓的第一部分，當兩個所述電流源并聯(lián)連接到所述積分器電路時，產(chǎn)生所述斜坡電壓的第二部分，以及當所述電流源中的第二個連接到所述積分器電路時，產(chǎn)生所述斜坡電壓的最后部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的灰階基準電壓發(fā)生器，其中所述電流源中的所述第一個產(chǎn)生在所述時間間隔期間減小的電流，所述電流源中的所述第二個產(chǎn)生在所述時間間隔期間增加的電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的灰階基準電壓發(fā)生器，其中所述至少兩個電流源是時間相關(guān)的電壓反饋受控電流源。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的灰階基準電壓發(fā)生器，其中所述至少兩個電流源是恒流源。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的灰階基準電壓發(fā)生器，其中所述非線性電壓斜坡還包括用于所述兩個電流源之間的受控切換的閾值控制電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的灰階基準電壓發(fā)生器，其中所述非線性電壓斜坡還包括用于在正行電壓的所述斜坡電壓和用于負行電壓的所述斜坡電壓之間進行選擇的幀極性控制電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的灰階基準電壓發(fā)生器，其中所述電流源還包括用于分別控制所述第一和第二部分的曲率的控制輸入。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的灰階基準電壓發(fā)生器，其中所述閾值控制電路還包括用于設(shè)置所述斜坡電壓的所述第一和第二部分之間的轉(zhuǎn)換電壓的控制輸入。
全文摘要
用于驅(qū)動要求灰階控制的顯示面板的電路和方法，其中施加給行像素的電壓等于分別施加給行電極和列電極且相對于地具有相反符號的電壓之和，列電極與行的交叉定義了所述像素。通過調(diào)制施加給列電極的電壓來實現(xiàn)灰階。通常對于視頻應(yīng)用而言，對應(yīng)于范圍從零(無發(fā)射亮度)到全亮度的亮度級要求有256個獨立的灰階。每個灰階所要求的亮度不是灰階數(shù)的線性函數(shù)，而是對應(yīng)于該數(shù)的近似二次函數(shù)。利用由256(8位)種分辨率的數(shù)字時鐘終止的非線性電壓斜坡，本發(fā)明便于為每個接近于這種函數(shù)關(guān)系(即伽馬校正)的灰階產(chǎn)生亮度值。在斜坡終止處的電壓被保持為恒定值，并被輸入到用于顯示列的灰階驅(qū)動器的輸出緩沖器。
文檔編號G09G3/30GK1711575SQ200380102908
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月4日
發(fā)明者鄭振輝 申請人:伊菲雷技術(shù)公司