专利名称：显示设备中的功率电平和/或对比度控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制具有对应于图片像素的彩色分量的多个发光元件的显示设备中的功率电平和/或对比度的方法和装置，其中由每个所述发光元件产生的亮度是基于提供到发光元件的信号的强度的。
更具体地，本发明尤其涉及有机发光显示器(OLED)。
背景技术：
在每种显示技术中，即使对于环境光条件，总是需要高的峰值白色亮度以实现良好的对比率，并且对于每种有源显示器，越大的峰值白色亮度对应于在显示器的电路(electronic)中流动的越高的功率。因此，如果没有进行特别的管理，对给定的电路效力的峰值亮度的增强将引起功率消耗的增加。
每种与峰值白色增强相关联的功率管理构思背后的主要想法是以取决于图片内容来变化峰值亮度为基础的，以便将功耗稳定到特定的值。在图1中显示该构思。当图片负载(picture load)低时，峰值亮度高，而当图片负载高时，峰值亮度低。在该图中所描述的构思使得能避免显示面板的电源的任何过载，并且对给定的图片允许最大的对比度。
这种构思非常适合人类视觉系统。当图片负载低时，对比率高，而当图片负载高时，人眼目眩并且对对比率较不敏感。因此，对于全白图片，对比率可以比峰值白色图片的对比率低。
在阴极射线管(CRT)的情况下，功率管理是基于所谓的ABL函数(平均射束电流限制器)的，其通过模拟设备实现，并且降低作为图片平均亮度的函数的视频增益。
在有机发光二极管显示器(又称为OLED显示器)的情况下，亮度和功耗直接与流过每个光电单元的电流相关。目前，还没有用于将功耗稳定到目标值的功率电平控制部件。
另一方面，在这种显示设备中，通过作用于视频信号上的视频定标器(scaler)来调节对比度。如果以8位编码视频信号并且如果要将对比度减少50％，则重新定标视频信号，产生只有7位分辨率的视频信号。因此，存在视频分辨率的损失。
发明内容
本发明提出了一种用于控制具有多个发光元件的显示设备中的功率电平和/或对比度的新方法和装置，其中由每个所述发光元件产生的亮度是基于提供到发光元件的信号的强度的，并且通过调节提供到每个发光元件的信号的强度来控制每个图片的功率电平和/或对比度。
本发明的基本想法是为显示设备的发光元件提供强度以参考信号为基础的信号，并且改变这些参考信号的电平以调节提供到发光元件的信号的强度。
因此，本发明涉及一种用于控制具有对应于图片像素的彩色分量的多个发光元件的显示设备中的功率电平和/或对比度的方法，其中由每个所述发光元件产生的亮度是基于提供到发光元件的信号的强度的，并且通过调节提供到每个发光元件的信号的强度来控制每个图片的功率电平和/或对比度，其特征在于，提供到每个发光元件的信号的强度是基于参考信号的，并且通过调节参考信号的电平来进行信号强度的调节。
通过这种方法，不改变提供到发光元件的视频信号的分辨率。
为了控制功率电平，该方法还包括下面两个步骤对显示设备接收的每个图片计算参数，该参数代表显示设备为了显示所述图片所需要的功率；该功率例如是平均功率电平；以及调节提供到每个发光元件的信号的强度，以便显示设备显示所述图片所需的功率低于目标值。
为了控制由显示设备显示的图片的对比度，该方法还包括下列步骤计算要施加到提供到发光元件的图片信号的强度上的调节因子，以便得到的对比度等于要求的对比度；以及将所述调节因子施加到所述参考信号上。
在优选实施例中，在调节信号强度之前，将非线性变换应用于参考信号，以便增加低幅度的参考信号的幅度。为了补偿该变换，将逆变换应用于图片信号。
本发明还涉及一种用于控制具有对应于图片像素的彩色分量的多个发光元件的显示设备中的功率电平和/或对比度的装置，其中由每个所述发光元件产生的亮度是基于提供到发光元件的信号的强度的，并且通过调节提供到每个发光元件的信号的强度来控制每个图片的功率电平和/或对比度，其特征在于，提供到每个发光元件的信号的强度是基于参考信号的，并且其包括调节部件，用于通过调节参考信号的电平来改变信号强度。
为了控制功率电平，该装置还包括计算部件，用于对显示设备接收的每个图片计算参数，该参数代表显示设备为了显示所述图片所需要的功率，并且调节部件调节参考信号的电平，以便显示设备显示每个图片所需的功率低于目标值。计算部件例如对显示设备接收的每个图片计算所述图片的平均功率电平。
为了控制显示设备所显示的图片的对比度，该装置还包括计算部件，用于计算要施加到提供到发光元件的信号的强度上的调节因子，以便得到的对比度等于要求的对比度，并且调节部件将所述调节因子施加到所述参考信号上。
为了这两个应用，装置包括帧存储器，用于在将图片发送到显示设备之前存储它。
在优选实施例中，装置的调节部件包括用于将非线性变换应用于参考信号以便增加低幅度的参考信号的幅度的部件，并且该装置包括用于将逆变换应用于图片信号上的部件。
最后，本发明还涉及一种显示设备，包括多个有机发光二极管；信号处理部件，用于处理由显示设备接收的图片信号；驱动部件，用于根据由信号处理部件处理的信号，驱动所述多个有机发光二极管；参考信号发送部件，用于输出参考信号到驱动部件；和如上定义的、集成到信号处理部件中的装置。
在附图中示出了本发明的示范性实施例，并在下面的说明中更加详细地进行描述。
在附图中图1显示了显示设备中峰值亮度变化与图片负载的关系；
图2显示了OLED显示器中控制电路的结构；图3显示了在本发明的基本实施例中参考电压随图片负载的变化；图4显示了在本发明的改进实施例中参考电压随图片负载的变化；和图5显示了用于实施本发明的方法的OLED显示器中的控制电路的结构。
具体实施例方式
将结合具有有源矩阵的OLED显示器描述本发明，其中通过数个薄膜晶体管(TFT)的组合来控制显示器的每个发光元件。用于控制OLED元件的电路的总体结构如图2所示。其包括有源矩阵1，对每个OLED元件，其包括数个薄膜晶体管的组合和连接到发光元件的OLED材料的电容器；电容器作为存储部件，用于在帧的一定部分期间存储发光元件的值；薄膜晶体管作为开关，使得允许进行发光元件的选择、电容器的存储、和发光元件的发光；在本结构中，存储在电容器中的值确定由发光元件产生的亮度；至少一个行驱动器2，用于逐线地选择显示器的发光元件，以便刷新其内容；至少一个列驱动器3，用于传递将在当前所选线的每个发光元件中存储的值或内容；该部件接收每个发光元件的视频信息；数字处理和驱动单元4，用于对视频输入信号施加所需的视频和信号处理步骤，并且将所需的信号传递到行和列驱动器。
实际上，有两种驱动OLED元件的方法在电流驱动构思中，由数字处理和驱动单元4发送的数字视频信息被列驱动器3转换成通过有源矩阵1提供到发光元件的电流幅度。
在电压驱动构思中，由数字处理和驱动单元4发送的数字视频信息被列驱动器3转换成通过有源矩阵1提供到发光元件的电压幅度；但即使如此，应当注意的是，OLED元件是电流驱动的，所以每个基于电压的驱动单元基于电压电流转换器来实现适当的发光。
列驱动器3与数字处理和驱动单元4表示电路的实际有源部分，并且可以被认为是高电平数字模拟转换器。由于列驱动器2仅仅需要逐线地施加选择，因此它具有非常简单的功能。其大约是移位寄存器。
所述电路的功能如下输入视频信号被传送到数字处理和驱动单元4，在内部处理后，所述数字处理和驱动单元4将用于行选择的定时信号与发送到列驱动器3的数据同步地递送到行驱动器2。取决于使用的列驱动器3，以并行或串行的方式发送数据。此外，列驱动器3装有用于递送参考信号的参考信号发送设备5。更准确地说，该设备在电压驱动电路的情况下递送一组参考电压，或者在电流驱动电路的情况下递送一组参考电流，并递送用于最高的灰度级(白色)的最高参考，和用于最低的灰度级的最低参考。列驱动器3使用这些参考信号来产生提供到OLED元件的信号。
下面给出了电压驱动电路的参考信号的例子。使用8个参考电压V0到V7V0＝3VV1＝2.6VV2＝2.2VV3＝1.4VV4＝0.6VV5＝0.3VV6＝0.16VV7＝0V可以如下表所给出的定义不同的灰度级。整个表由附录1给出。
当然，这些电压电平在提供给OLED元件之前被转换成电流。为了从这些电压推导出亮度值，在本说明书的其余的部分中假设施加到OLED元件的3V电压对应于400cd/m2亮度，并且其代表显示设备的屏幕可以显示的最大亮度。该值是作为示例给出的。
对于具有6.5”(＝16.25cm)对角线(尺寸＝13cm×9.75cm)和大约14Cd/A的OLED材料效力的4/3屏幕，屏幕的表面积为13×9.75＝126.75cm2，并且电流强度为40000/14000＝2.86mA/cm2。因此，面板所需的总电流为126.75×2.86＝362.1mA。
该电流值可以认为是过高的。例如，寻求80mA的最大电流值。
根据本发明，调节显示面板的亮度，以便显示图片所必需的电流值低于最大电流值。
首先估计输入图片的功率，然后调节面板的亮度以将面板的功率消耗限定于最大电流值。
本发明方法的第一步骤包括估计输入图片的功率来确定应当对白色电平使用哪个亮度。通过下面的函数计算图片的平均功率电平(APL)以完成图片功率的计算APL(1(x,y))=1C×L·Σx,y1(x,y)]]>其中，1(x，y)表示图片中具有坐标x，y的像素的视频电平，C是屏幕的元件列的数量，而L是屏幕的元件行的数量。
在本说明书中，为了清楚和简单起见，图片的APL值将表示为图片中的白色表面积的百分比。
在第二步骤中，如下表所示，为不同百分比的白色表面积确定屏幕的最大亮度。在80mA的最大电流值的情况下，对上面提到的4/3屏幕的全白图像(100％白色表面积)的亮度是80·14·10-3126.75·10-4=88.363cd/m2.]]>
由于在这个例子中亮度被限制于400cd/m2，所以对于具有低于22％的白色表面积百分比的图片，功率消耗低于80mA。对22％的白色表面积百分比获得最大对比率，等于4.5。
根据本发明的一个重要特性，通过改变上面定义的参考电平Vn，n∈
的值来调节屏幕的亮度。屏幕的亮度LUM可以由所施加的电压V的二次函数来近似LUM(x；y)＝44×(V(x；y))2该等式作为例子给出。下表给出参考电压V0的不同电压值
可以以线性的方式根据参考电平V0调节另外的参考电平V1到V7。例如，对给定的平均功率电平APL的参考电平Vn可以如下计算出Vn(APL)=V0(APL)×Vn(0%)V0(0%)]]>下表给出了对于不同的APL，所有参考电平V0到V7的电压值
图3显示的曲线图解了该表，并且显示了对于5％V10％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％和100％的白色表面积的百分比，参考电压的变化。
当有关最低的灰度级的参考电压很低时，即在上表中当图片负载高时参考电压V5和V6的情况下，可能出现问题。实际上，在电压驱动系统中，如果电压过低，则误差(来自相邻发光元件之间的不匹配)比所要求的精度要高，从而丢失信息。在电流驱动系统中，问题则不同。在这种系统中，电流越低，加载发光元件的电容花费的时间就越长。因此，如果所需的电流过低，则对于视频应用，发光元件的写入时间将过长。
在本示例中，低于0.16V的电压值(上表中加粗的值)会产生精度误差。因此，作为改进，提出了根据参考电平V0以非线性的方式改变参考电压V1到V7。如下所示，参考电压V0的电压值保持恒定，而其他参考电压值则通过非线性的数学变换f(x，y，z)来改变，Vn(APL)＝f(V0(APL)；Vn(0％)；V0(0％))下表中给出了这种变换的结果的例子
相比图3，图4通过曲线图解了参考电压V0到V7的这些新变化。在该变换之后，在不同的APL值之间，参考电压V6和V7几乎没有差别。
应用于参考电压V1到V7上的该非线性变换f应当由设备的视频信号处理链中的逆变换f1来补偿。利用这些变换(f和f1)，可以获得最佳的功率管理，而不会在低电平等级(低电压/低电流)中引入太多的困难。
图5给出了本发明的功率电平控制方法使用的数字处理和驱动单元4的电路实现。
输入图片被传送到用于执行输入图片的APL电平的计算的功率估计方框41。将APL值发送到功率管理方框42。由于只有在完整的帧之后才能得到该计算的结果，所以应当将输入图片存储在帧存储器43(例如DDRAM)中，以便处理一帧的延迟。该存储器可以在单元4的内部或外部。
根据该APL值，例如从查找表中选择一组合适的参考信号Refn，并通过可编程总线将其发送到参考信号发送单元5。最好，将非线性变换f并入这些信号中。如之前所示，这些参考信号可以是参考电压或参考电流。所述编程应当发生在垂直消隐期间，以便不干扰所显示的图片。
与此同时的，选择并入到所选择的一组参考信号Refn中的变换的逆变换——非线性变换函数f1(可以是数学函数或查找表)，并且通过方框44将其应用于延迟的图片上。将处理后的图片发送到标准OLED处理方框45，然后发送到标准OLED驱动方框46来最终利用当前的图片信息驱动显示器。
本发明的方法可以用于控制由显示设备所显示的图片的对比度。在这种情况下，该方法包括计算要应用到提供给发光元件的信号的强度上的调节因子，以便使对比度从当前值达到所需要的值。然后将该调节因子应用于参考信号。
例如，为了将对比度减少50％，参考信号也减少50％。
附录1
权利要求
1.一种用于控制具有对应于图片像素的彩色分量的多个发光元件的显示设备中的功率电平和/或对比度的方法，其中由每个所述发光元件产生的亮度是基于提供到发光元件的信号的强度的，并且通过调节提供到每个发光元件的信号的强度来控制每个图片的功率电平和/或对比度，其特征在于，提供到每个发光元件的信号的强度是基于参考信号的，并且通过调节参考信号的电平来进行信号强度的调节。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了控制功率电平，该方法还包括下列步骤对显示设备接收的每个图片计算参数，该参数代表显示设备为了显示所述图片所需要的功率；以及调节提供到每个发光元件的信号的强度，以便显示设备显示所述图片所需的功率低于目标值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，代表显示设备为了显示图片所需的功率的参数是所述图片的平均功率电平。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了控制显示设备所显示的图片的对比度，该方法还包括下列步骤计算要施加到提供到发光元件的图片信号的强度上的调节因子，以便得到的对比度等于要求的对比度；以及将所述调节因子施加到所述参考信号上。
5.如权利要求1到4之一所述的方法，其特征在于，在调节信号强度之前，将非线性变换(f)应用于参考信号，以便增加低幅度的参考信号的幅度，并且将逆变换(f1)应用于图片信号。
6.如权利要求1到5之一所述的方法，其特征在于，发光元件是有机发光显示二极管。
7.如权利要求1到6之一所述的方法，其特征在于，参考信号是参考电压或参考电流。
8.一种用于控制具有对应于图片像素的彩色分量的多个发光元件的显示设备中的功率电平和/或对比度的装置，其中由每个所述发光元件产生的亮度是基于提供到发光元件的信号的强度的，并且通过调节提供到每个发光元件的信号的强度来控制每个图片的功率电平和/或对比度，其特征在于，提供到每个发光元件的信号的强度是基于参考信号的，并且其包括调节部件(42)，用于通过调节参考信号的电平来改变信号强度。
9.如权利要求8所述的装置，特征在于，为了控制功率电平，该装置还包括计算部件(41)，用于对显示设备接收的每个图片计算参数，该参数代表显示设备为了显示所述图片所需要的功率，并且调节部件(42)调节参考信号的电平，以便显示设备显示每个图片所需的功率低于目标值。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，计算部件(41)对显示设备接收的每个图片计算所述图片的平均功率电平。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，为了控制由显示设备所显示的图片的对比度，该装置还包括计算部件，用于计算要施加到提供到发光元件的图片信号的强度上的调节因子，以便得到的对比度等于要求的对比度，并且调节部件将所述调节因子施加到所述参考信号上。
12.如权利要求8到11之一所述的装置，其特征在于，该装置包括帧存储器(43)，用于在将图片发送到显示设备之前存储该图片。
13.如权利要求8或11所述的装置，其特征在于，调节部件(42)包括用于将非线性变换(f)应用于参考信号的部件，并且该装置包括用于将逆变换(f1)应用于图片信号的部件(44)。
14.一种显示设备，包括多个有机发光二极管(1)；信号处理部件(4)，用于处理由显示设备接收的图片信号；驱动部件(2，3)，用于根据由信号处理部件(4)处理的信号，驱动所述多个有机发光二极管(1)；参考信号发送部件(5)，用于输出参考信号到驱动部件(3)，其特征在于，所述信号处理部件(4)包括如权利要求8到13所述的装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制具有对应于图片像素的彩色分量的多个发光元件的显示设备中的功率电平和/或对比度的方法和装置，其中由每个所述发光元件产生的亮度是基于提供到发光元件的信号的强度的，并且通过调节提供到每个发光元件的信号的强度来控制每个图片的功率电平 和/或对比度。本发明可以应用到有机发光显示器(OLED)。根据本发明，提供到每个发光元件的信号的强度是基于参考信号的，并且通过调节参考信号的电平来进行信号强度的调节。
文档编号G09G3/20GK1728224SQ2005100881
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月29日 优先权日2004年7月29日
发明者塞巴斯蒂恩·韦特布鲁克, 丹尼斯·科塔, 菲利普·勒鲁瓦 申请人:汤姆森特许公司