利用显示器的子像素呈现灰阶的方法和显示器与流程

本揭露是有关于一种显示装置，特别是一种包括多个发光部的显示装置。

背景技术：

现今，被动矩阵(passivematrix，pm)驱动及主动矩阵(activematrix，am)驱动是两种主要用来驱动发光元件的方法。虽然主动矩阵的制程较为复杂，然而在主动矩阵中，每一个像素都可以被连续且独立地控制，且无需在长时间内使用高脉冲电流来记录每一像素的驱动信号。因此，相较于被动矩阵的驱动方法，主动矩阵的效率较高，同时也可以延长发光元件的使用寿命

在现有技术中，主动矩阵的驱动方法主要是通过不同大小的电流来驱动发光元件以使发光元件发出不同亮度的光。举例来说，在每一个画面中，显示面板可以利用对应的电流持续地驱动发光元件，并在下一个画面中，对应地调整用以驱动发光元件的电流大小。如此一来，发光元件就能够在每一个画面中呈现所需的亮度。在此情况下，如欲增加发光元件所呈现的灰阶数量，就必须以更小的电流来驱动发光元件以呈现低亮度的灰阶。然而，当利用小电流来驱动发光元件时，发光元件所发出的色光常会有明显的色偏，导致画面质量下降。

技术实现要素：

本发明的一实施例提供一种利用显示器的子像素呈现灰阶的方法。所述方法包括在子像素中提供至少一发光单元，其中至少一发光单元包括多个发光部，且每一发光部用以独立地照明，并使多个发光部中的至少一发光部发光以使子像素呈现灰阶。

本发明的另一实施例提供一种显示器。显示器包括多个子像素，多个子像素中的一子像素包括至少一发光单元及多个驱动单元。每一发光单元包括多个发光部，而每一驱动单元耦接至多个发光部的对应发光部，及用以驱动发光部以在多个相异帧中呈现出多个灰阶。

附图说明

图1是本揭露一实施例的显示装置的示意图。

图2是本揭露一实施例中发光部的设置示意图。

图3是本揭露一实施例中子像素的示意图。

图4是本揭露一实施例中呈现四种灰阶时电流的对应数值。

图5是本揭露一实施例的子像素的示意图。

图6是本揭露一实施例的发光部的结构图。

图7是本揭露一实施例中呈现四种灰阶时电流的占空比。

图8是本揭露一实施例的子像素的示意图。

图9是本揭露一实施例的操作显示装置中子像素的方法流程图。

附图标记说明：10-显示装置；100(1,1)至100(m,n)、200、300-子像素；110-发光单元；110a至110e、210a至210e、310a至310d-发光部；120a至120e、220a至220e、320a至320d-驱动单元；dla1至dlan、dlb1、dlb2、dlc1、dlc2、dld1、dld2、dle1至dlen-数据线；scl1至sclm-扫描线；122-扫描晶体管；124-电容；126-驱动晶体管；sigda至sigde-数据信号；v1、v2-电压；a0、a1、a2、a3-数值；222-脉冲宽度调制电路；224-驱动电路；sigpa-脉冲信号；an1-阳极；oc1-第一欧姆接触层；oc2-第二欧姆接触层；ra1、ra2、tb1、tb2-接触区域；pl1-p型掺杂区；nl1-n型掺杂区；al1-主动层；sl1-蓝宝石层；ca1-阴极；bl1-缓冲层；id-电流；322-脉冲宽度调制电路；324-驱动电路；400-方法；s410、s420-步骤。

具体实施方式

图1是本揭露一实施例的显示装置10的示意图。显示装置10包括多个子像素100(1,1)至100(m,n)，其中m及n是正整数。每一个像素100可以在不同的画面中发出不同灰阶的光。

在图1中，设置在同一行(row)的子像素可耦接至相同的扫描线，而设置在同一列的子像素则可以耦接至相同的数据线。举例来说，子像素100(1,1)至100(1,n)可耦接至扫描线scl1，而子像素100(m,1)to100(m,n)可耦接至扫描线sclm。此外，子像素100(1,1)至100(m,1)可耦接至数据线dla1至dle1，而子像素100(1,n)to100(m,n)可耦接至扫描线dlan至dlen。

在有些实施例中，子像素100(1,1)to100(m,n)可具有相同的结构。举例来说，子像素100(1,1)可包括至少一个发光单元110及多个驱动单元120a、120b、120c、120d及120e。一发光单元110例如包括多个发光部110a、110b、110c、110d及110e，且发光部110a、110b、110c、110d及110e可具有相异的大小及/或相异的形状。在有些实施例中，发光部的形状可以例如但不限于是圆形、矩形、方形或任意形状。在有些实施例中，每一个发光部110a、110b、110c、110d及110e可包括发光二极管(lightemittingdiode，led)，发光二极管可以是有机发光二极管或无机发光二极管，例如量子点(quantum-dot)发光二极管、次毫米发光二极管(mini-led)或微发光二极管(micro-led)，而发光部110a、110b、110c、110d及110e中的发光二极管可具有相异的大小。也就是说，发光部110a、110b、110c、110d及110e所能够发出的最大亮度是彼此相异的，而子像素100(1,1)to100(m,n)则可以通过调变多个发光部的亮度来呈现出不同的亮度灰阶。

此外，每一个驱动单元120a、120b、120c、120d及120e可以耦接至发光部110a、110b、110c、110d及110e中对应的一个发光部，并且可以根据不同画面的数据信号驱动所对应的发光部以呈现对应的灰阶。举例来说，驱动单元120a可以耦接至发光部110a以驱动发光部110a，而驱动单元120e可以耦接至发光部110e以驱动发光部110e。

也就是说，在图1中，每一个子像素100可具有五个发光部，且每一个发光部都可以发出不同灰阶的光。如此一来，通过以不同的强度驱动不同的发光部，每一个子像素100就可以发出更多不同灰阶的光，而无须复杂的电流控制。

举例来说，发光部110b的面积可以是发光部110a的面积的k倍，驱动单元120a可以驱动发光部110a以发出k种不同灰阶的光，而驱动单元120b可以驱动发光部110b以发出k种不同灰阶的光，其中k为大于1的整数。在此情况下，就能够共同发出k²个不同的灰阶。

如此一来，当每一个发光部110a及110b可以发出k种不同灰阶的光时，用来控制发光部的驱动部即可以被简化，进而可以减轻利用低电流来驱动发光部时，发光部所发出的色光产生色偏，导致画面质量下降。

图2是本揭露一实施例中发光部110a、110b、110c、110d及110e的设置示意图。在有些实施例中，发光部110a、110b、110c、110d及110e的面积比例可以是1:4:16:64:256，而每一个发光部110a、110b、110c、110d及110e可以呈现四个不同亮度的灰阶。如果每一个发光部的四度灰阶可以利用2位来表示，则发光部110a、110b、110c、110d及110e总共所能够呈现的灰阶将可以利用10位来表达。在此情况下，发光部110a的灰阶可以由这10个位中的两个最低有效位来表示，而发光部110e的灰阶可以由这10个位中的两个最高有效位来表示。因此，子像素100总共将能够呈现2¹⁰(1024)个灰阶。

图3是本揭露一实施例中子像素100(1,1)的示意图。在图3中，每一个驱动单元120a、120b、120c、120d及120e可以根据数据信号调整电流大小来驱动发光部110a、110b、110c、110d及110e中的对应发光部以呈现出所需的灰阶。

驱动单元120a、120b、120c、120d及120e可具有相同的结构。举例来说，驱动单元120a可包括扫描晶体管122、电容124及驱动晶体管126。扫描晶体管122具有第一端、第二端及控制端，扫描晶体管122的第一端可耦接至数据线dla，而扫描晶体管122的控制端可耦接至扫描线scl1。电容124可具有第一端及第二端，电容124的第一端可耦接至扫描晶体管122的第二端，而电容124的第二端可接收电压v1。驱动晶体管126具有第一端、第二端及控制端，驱动晶体管126的第一端可接收电压v2，驱动晶体管126的第二端可耦接至发光部110a的发光二极管，而驱动晶体管126的控制端可耦接至扫描晶体管122的第二端。

在此情况下，当扫描晶体管122被导通时，驱动晶体管126可以根据数据信号sigda调整电流大小。也就是说，通过调整数据线dla上数据信号sigda的电压大小，驱动晶体管126就可以产生所需强度的电流以驱动发光部110a呈现所需的灰阶。在有些实施例中，电容124可以维持数据信号sigda的电压以使驱动晶体管126能够产生稳定的电流。

图4是本揭露一实施例中呈现四种灰阶时电流id的对应数值。在有些实施例中，为了能够呈现四种不同的灰阶，数据信号可以被设定成四种不同的电压，而驱动晶体管126则可以根据数据信号的电压产生具有不同强度数值a0、a1、a2及a3的电流id。在图4中，数值a0、a1、a2及a3的比例可以例如但不限于是0:1:2:3，所呈现的灰阶的亮度比例也是0:1:2:3。

在图3中，由于发光部110a、110b、110c、110d及110e可以被独立控制并发光，因此驱动单元120a、120b、120c、120d及120e可以耦接至相异的数据线dla1、dlb1、dlc1、dld1及dle1。此外，在有些实施例中，由于发光部110a、110b、110c、110d及110e的大小相异，因此驱动单元120a、120b、120c、120d及120e中的驱动晶体管126也可能具有相异的大小。举例来说，驱动单元120b中的驱动晶体管126与驱动单元120a中的驱动晶体管126可具有相同的通道长度，然而驱动单元120b中的驱动晶体管126的通道宽度可以是驱动单元120a中的驱动晶体管126的通道宽度的四倍。

此外，在有些实施例中，发光部110a、110b、110c、110d及110e中至少一发光部的阳极可以通过第一欧姆接触层的区域耦接至p型掺杂层。图6是本揭露一实施例的发光部的结构图。在图6中，发光部可以包括p型掺杂层pl1、主动层al1、n型掺杂层nl1、缓冲层bl1及蓝宝石(sapphire)层sl1。在此情况下，发光部的阳极an1可以通过第一欧姆接触层oc1的接触区域ta1耦接至p型掺杂层pl1，而发光部的阴极ca1则可通过第二欧姆接触层oc2的接触区域ta2耦接至n型掺杂层nl1。欧姆接触层oc1及oc2可以由氧化铟锡(indiumtinoxide，ito)或其他适合的材料形成，用以作为两种不同材质之间的中介导体，例如阳极an1及阴极ca1的金属材质以及p型掺杂层pl1及n型掺杂层nl1的半导体材质。

在此情况下，第一欧姆接触层oc1与p型掺杂层pl1相接处的接触区域ra1的面积会影响到发光部实际上所接收到的电流强度。因此，在各个发光部110a、110b、110c、110d及110e中，欧姆接触层oc1与p型掺杂层pl1相接处的接触区域ra1的面积可以相异，并可与发光部110a、110b、110c、110d及110e的面积比例相对应，以调整电流强度的大小。举例来说，发光部110a中第一欧姆接触层oc1与p型掺杂层pl1相接处的接触区域ra1的面积可与发光部110b中第一欧姆接触层oc1与p型掺杂层pl1相接处的接触区域ra1的面积相异。

此外，第二欧姆接触层oc2与n型掺杂层nl1相接处的接触区域ra2的面积也会影响到发光部实际上所接收到的电流强度。因此，在有些实施例中，发光部110a中第二欧姆接触层oc2与n型掺杂层nl1相接处的接触区域ra2的面积可与发光部110b中第二欧姆接触层oc2与n型掺杂层nl1相接处的接触区域ra2的面积相异。

此外，在有些实施例中，由于发光部110a至110e的大小可能有相当差异，因此显示装置10可能会包括散光元件(diffuser)以均匀分散子像素100(1,1)至100(m,n)中各发光部所发出的光，进而缓减因为子像素100(1,1)至100(m,n)中发光部形成固定图案而导致的斑纹(mura)问题。

在图2中，驱动单元120a、120b、120c、120d及120e可以通过不同强度的电流来驱动发光部110a、110b、110c、110d及110e中的二极管以呈现出不同的灰阶。然而，在有些实施例中，驱动单元120a、120b、120c、120d及120e也可以通过具有不同占空比的电流来驱动发光部110a、110b、110c、110d及110e中的二极管以呈现出不同的灰阶。

图5是本揭露一实施例的子像素200的示意图。在有些实施例中，显示装置10可以利用子像素200来取代子像素100(1,1)至100(m,n)。在图5中，每一个驱动单元220a、220b、220c、220d及220e可以根据数据信号来调整固定电流的占空比以驱动对应的发光部210a、210b、210c、210d及210e发出不同灰阶的光。

驱动单元220a、220b、220c、220d及220e可具有相同的结构。举例来说，驱动单元220可包括脉冲宽度调制电路222及驱动电路224。脉冲宽度调制电路222可接收数据信号sigda，并可产生脉冲信号sigpa，其中脉冲信号sigpa的占空比是由数据信号sigda决定。驱动电路224可耦接至脉冲宽度调制电路222及对应发光部的发光二极管。驱动电路224可以根据脉冲信号sigpa产生具有对应占空比且强度固定的电流。

图7是本揭露一实施例中呈现四种灰阶时电流id的占空比。在图7中，占空比可以表示成b/a、c/a、d/a，其中a可以是每一帧画面的时间长度，而b、c及d可以是发光二极管被驱动的时间长度。

在图7中，当数据信号sigda是对应至亮度最高的灰阶时，脉冲宽度调制电路222可以产生占空比为100％的脉冲信号sigpa。当数据信号sigda是对应至第二亮的灰阶时，脉冲宽度调制电路222可以产生占空比为66.7％的脉冲信号sigpa。当数据信号sigda是对应至第三亮的灰阶时，脉冲宽度调制电路222可以产生占空比为33.3％的脉冲信号sigpa。此外，当数据信号sigda是对应至最暗的灰阶时，脉冲宽度调制电路222可以产生占空比为0的脉冲信号sigpa。其中，本实例中的数据信号可以是数字信号，但不以此为限。

在此情况下，驱动单元220a可以通过调整固定电流id的占空比来控制发光部210a以呈现四种不同的灰阶。因此，电流id的大小可以妥当地事先决定，以减少驱动电流过小而导致色偏的问题。

此外，在图5中，驱动单元220a、220b、220c、220d及220e可以耦接至相异的数据线dla、dlb、dlc、dld及dle，而数据信号sigda至sigde可以是串行的数字信号，以减少驱动单元220a、220b、220c、220d及220e所需的输入脚位，并简化绕线。

在图3及图5中，子像素100及200都可包括五个发光部，然而在有些其他实施例中，子像素也可以根据系统需求而包括更多或更少的发光部。

图8是本揭露一实施例的子像素300的示意图。在有些实施例中，显示装置10可以利用子像素300来取代子像素100(1,1)至100(m,n)。在图8中，每一个驱动单元320a、320b、320c及320d可以通过调整电流的数值大小及占空比来驱动对应的发光部310a、310b、310c及310d以呈现不同的灰阶。

在图8中，每一个驱动单元320a、320b、320c及320d可以耦接至两个数据线以接收两个数据信号。举例来说，驱动单元320a可以耦接至数据信号dla1及dla2，驱动单元320b可以耦接至数据信号dlb1及dlb2，驱动单元320c可以耦接至数据信号dlc1及dlc2，而驱动单元320d可以耦接至数据信号dld1及dld2。

驱动单元320a、320b、320c及320d可以具有相同的结构。举例来说，驱动单元320a可包括脉冲宽度调制电路322及驱动电路324。脉冲宽度调制电路322可接收第一数据信号sigda1，并产生脉冲信号sigpa，其中脉冲信号sigpa的占空比是由第一数据信号sigda1所决定。此外，驱动电路324可以耦接至脉冲宽度调制电路322及对应发光部310a的发光二极管。驱动电路324可以根据第二数据信号sigda2产生电流id，并根据脉冲信号sigpa决定输出电流id时的占空比。也就是说，驱动单元320a、320b、320c及320d可以通过调整电流的数值大小和占空比来驱动发光部310a、310b、310c及310d来呈现不同的灰阶。

此外，在有些实施例中，发光部310a、310b、310c及310d的面积比例可以是1:8:64:512。此外，每一个驱动单元320a、320b、320c及320d可以驱动对应的发光部以呈现八个不同亮度的灰阶。举例来说，驱动单元320a可耦接至发光部310a并驱动发光部310a呈现八个灰阶，而驱动单元320b可耦接至发光部310b并驱动发光部310b呈现八个灰阶。在此情况下，发光部310a及310b就可以共同呈现64个灰阶，而发光部310a、310b、310c及310d则可以共同呈现4096个灰阶。

表1说明驱动单元320a欲呈现不同灰阶时所产生电流的大小及占空比。

也就是说，要呈现最亮的第一级灰阶时，驱动单元320a可以提供具有第一数值(1)及占空比为100％的电流至发光部310a以驱动发光部310a。再者，驱动单元320a可以提供具有第二数值(6/7)及占空比为100％的电流至发光部310a以驱动发光部310a呈现第二级的灰阶，驱动单元320a可以提供具有第三数值(5/7)及占空比为100％的电流至发光部310a以驱动发光部310a呈现第三级的灰阶，而驱动单元320a可以提供具有第四数值(4/7)及占空比为100％的电流至发光部310a以驱动发光部310a呈现第四级的灰阶。此外，驱动单元320a可以提供具有第二数值(6/7)及占空比为50％的电流至发光部310a以驱动发光部310a呈现第五亮的灰阶，驱动单元320a可以提供具有第四数值(4/7)及占空比为50％的电流至发光部310a以驱动发光部310a呈现第六级的灰阶，且驱动单元320可以提供具有第三数值(5/7)及占空比为20％的电流至发光部310a以驱动发光部310a呈现第七级的灰阶。由于发光部310a所呈现的亮度会与电流的数值及电流的占空比的乘积成正比，因此通过如表1的比例设定电流的数值及占空比，就能够呈现出不同的灰阶。

在此情况下，驱动单元320a就能够将电流设定在四种不同的数值，同时通过调整占空比来使发光部310a被驱动而呈现出八个不同的灰阶，而不需要使用到低电流，因此可以减少驱动电流过小时所产生的色偏问题。

再者，在表1中，为呈现出最暗亮度的灰阶，驱动单元320a可以提供具有第一数值(1)及占空比为0％的电流以驱动发光部310a。然而，在有些实施例中，驱动单元320a也可以单纯停止提供电流至发光部310a。

在有些实施例中，驱动单元320b、320c及320d也可以利用相似的方法驱动发光部310b、310c及310d。在此情况下，每一个发光部310a、310b、310c及310d的所呈现的8个灰阶可以3个位来表示，而发光部310a、310b、310c及310d总共能够呈现出的灰阶则可由12个位表示。在此情况下，发光部310a的灰阶可由这12个位中的3个最低有效位来表示，而发光部310d的灰阶可由这12个位中的3个最高有效位来表示。如此一来，子像素300总共就能够呈现出2¹²(4096)个灰阶。

图9是本揭露一实施例的操作显示装置中子像素的方法400流程图。方法400可包括步骤s410及s420。步骤s410为在子像素中提供至少一发光单元，及步骤s420为使子像素中的至少一发光部发光以呈现出对应的灰阶。

在有些实施例中，在步骤s410中可以将发光单元110设置在子像素100(1,1)中，发光单元110可包括发光部110a、110b、110c、110d及110e，而在步骤s420中，发光部110a、110b、110c、110d及110e则可在步骤s420中被点亮发光。在有些实施例中，步骤s420可以通过调整发光部110a、110b、110c、110d及110e所接收到的电流大小来执行。举例来说，发光部110a可以如图4所示，通过提供不同大小的电流来呈现出不同的灰阶。

再者，发光部110a、110b、110c、110d、110d及110e可以独立发光。举例来说，发光部110a所接收到的电流及发光部110b所接收到的电流可以具有相异的大小。在有些实施例中，当利用方法400来操作图5中的子像素200时，则步骤s420可以通过调整发光部210a、210b、210c、210d及210e所接收到的电流的占空比来执行。举例来说，发光部210a可以被不同占空比的电流驱动以呈现出不同的灰阶，如图5所示。

此外，发光部210a、210b、210c、210d及210e也可以独立发光。举例来说，发光部210a所接收到的电流及发光部210b所接收到的电流可以具有相异的占空比。

在有些实施例中，当利用方法400来操作图8中的子像素300时，则步骤s420可以通过调整发光部310a、310b、310c及310d所接收到的电流的数值大小及占空比来执行。举例来说，发光部310a可以被不同占空比及大小的电流驱动以呈现出不同的灰阶，如表1所示。

此外，发光部310a、310b、310c及310d也可以独立发光。举例来说，发光部310a所接收到的电流及发光部310b所接收到的电流可以具有相异的大小及相异的占空比。

综上所述，本揭露的实施例所提供的显示装置及操作显示装置中的子像素以呈现灰阶的方法可以通过控制多个发光部的亮度使子像素呈现不同灰阶。如此一来，显示装置及子像素就能够在不同的画面中呈现更多的灰阶，并使设计更具弹性。此外，通过使驱动电流具有适当的大小及适当的占空比，就可以控制每一发光部所呈现的灰阶，因此可以减少使用较小的驱动电流，并减少驱动电流过小时所产生的色偏问题。

以上所述仅为本揭露的实施例而已，并不用于限制本揭露，对于本领域的技术人员来说，本揭露可以有各种更改和变化。凡在本揭露的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本揭露的保护范围之内。