专利名称：采用场致发射器件和亮度控制器件的显示装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种采用场致发射器件和该场致发射器件的亮度控制器件的显示装置及其亮度控制方法。
背景技术：
近来，使用场致发射器件(下面简称为“FED”)的显示装置已经成为预期在家庭和工业应用中广泛采用的有希望的候选显示装置。图8示出描述在常规FED中用作电子发射源的示例性Spindt型场致发射单元100的剖面图，其中未示出FED的整体结构。场致发射单元100包括作为基本电极的阴极电极102与栅极电极106。阴极电极102与栅极电极106是通过在电介质阴极衬底101上沉积而形成。
由导电材料制成的阴极电极102和阴极电极布线103形成于阴极衬底101的上表面上，并与该表面接触。此外，电阻层104形成于阴极电极102和阴极电极布线103上，绝缘层105形成于电阻层104的上表面上，并与该表面接触。此外，由导电材料制成的栅极电极106形成于绝缘层105的上表面上，并与该表面接触。在阴极电极102上方、在绝缘层105和栅极电极106中形成开口107，并且在开口107中形成三角锥形的多个发射极108，以与电阻层104电接触。
阴极电极102在Y方向上(即，从图8页面的前侧指向后侧的方向)平行设置，而栅极电极106在X方向上(即，在图8中从左至右的方向)平行设置。此外，每个阴极电极102与每个栅极电极106正交，从而形成矩阵。
以特定距离面向其上形成有栅极电极106的阴极衬底101的上表面来安装阳极衬底(未示出)。此外，面向场致发射单元100的阳极衬底包括其上涂覆有磷光体材料的阳极电极(未示出)，并且该阳极电极作为显示板。此外，阴极衬底101和阳极电极形成闭合空间，在该空间内保持真空水平。
下面将描述具有这种结构的FED的示例性操作。首先，将相对于阴极电极102为正的电势施加于阳极电极。然后，将显示数据分配给驱动器单元112(如图9所示)，该驱动器单元112具有分别连接到阴极电极的第一驱动器。同时，利用分别连接到栅极电极106(未示出)的第二驱动器将用于使发射极108发射电子的电势施加于栅极电极106之一，并向其余的栅极电极106施加电势以防止其发射极108发射电子。
因此，电子从栅发射极射出，并因而电子被射到与各个栅发射极对应的位置处的阳极电极上，其中栅发射极是指在栅极电极106的开口107中安装的一部分发射极108，并且向该栅极电极106施加使其发射极108发射电子的电势。因此，与被发射位置对应的区域中的磷光体材料发光，其中光的亮度取决于显示数据，从而在X方向上，即在栅极电极106延伸的方向上执行单行显示。通过这种方式，栅极电极106被扫描，即，逐一地顺序选择为被选栅极电极，向该被选栅极电极上施加选择电势，即，用于使其发射极108发射电子的电势，并且同时，将对应于被扫描位置的显示数据分配给各个阴极电极102，从而在FED的整个表面上显示图像。
在这种FED中，阳极电流会随着其温度的变化而显著地改变，从而引起发射亮度的变化。
图9示出了能够防止FED中阳极电流随温度变化而变化的显示装置(参见日本专利特开申请No.2001-324955)。下面将通过参照上述专利申请来描述这种显示装置。
图9中所示的显示装置包括FED110；阳极电流检测器单元111，用于检测平均电流，即，在特定的时间段内流经FED110的阳极的阳极电流平均值；驱动器单元112，用于驱动在功能上与图8中的阴极电极102等效的阴极电极；显示数据输出单元113，用于根据显示数据而将驱动电压施加到驱动器单元112；显示数据量检测器单元114，用于计算在特定时间段内的显示数据的量；参考电压输出单元115，用于产生并输出参考电流，即，基于所计算的显示数据量的阳极电流参考值；比较器117，用于将平均电流与参考电流进行比较；栅极电压控制单元118，如果平均电流与参考电流不同，则该栅极电压控制单元118用于调节施加到在功能上与图8中的栅极电极106等效的栅极电极的电压；以及ROM116，其中存储用于产生参考电流的表格。从而，通过响应于显示数据而调节施加到栅极电极106的电压来控制阳极电流，可以稳定发射亮度。
此处，阳极电流检测器单元111、比较器117以及栅极电压控制单元118形成反馈控制系统，通过该反馈控制系统，以使比较器117的输出电压为0的方式自动控制栅极电压控制单元118的输出电压，从而抑制FED110的发射亮度的温度相关性。
由于上述显示装置通过利用反馈控制系统来稳定发射亮度，可以抑制如温度变化这样的因素的影响，从而如果阳极电流相对较大且FED110的发射亮度相对较高，则可显著地改善其温度特性。
然而，如果FED110的发射亮度较低，则检测的电流很小，并且因此难以控制亮度。更具体地，待由比较器117比较的阳极电流的信噪比(SNR)减小，并且已被引入用于稳定反馈控制系统的阳极电流范围的盲区变得太宽而无法在与阳极电流的比较中忽略，从而难以准确地检测阳极电流。
此外，当发射亮度像上述情况一样低时，如果显示装置采用上述利用反馈来控制亮度的方法，则在某些情况下会进一步干扰发射亮度的稳定性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种采用场致发射器件和亮度控制器件的显示装置及其方法，能够稳定亮度而无需考虑温度变化或其他因素，即使FED的亮度较低时也是如此。
根据本发明，提供一种显示装置，包括场致发射器件，包括第一电极，作为其上涂覆有磷光体材料的显示板，以及第二和第三电极，用于将待发射的电子发射到所述第一电极上，其中当所述电子发射到所述磷光体材料上时所述磷光体材料发光；电压施加单元，用于对所述第二和第三电极施加驱动电压，以根据显示数据控制发射的电子量并允许磷光体材料的特定部分发光；以及亮度控制单元，用于控制所述磷光体材料的发射亮度，其中所述亮度控制单元包括第一电极电流检测单元，用于检测与在特定时间段内流经所述第一电极的电流相对应的信号；显示数据量估计单元，用于检测与在所述特定时间段内输入到所述第二电极的所述显示数据相对应的信号；比较单元，用于产生误差信号，所述误差信号表示与流经所述第一电极的电流相对应的所述信号和与所述显示数据相对应的所述信号之间的差异；预设值产生单元，用于产生预设值；平均开启率(turn-on rate)检测单元，用于计算平均开启率，所述平均开启率表示在所述特定时间段内所述磷光体材料发光的程度；平均开启率分析单元，用于确定所述平均开启率是大于、等于还是小于阈值；以及选择单元，如果确定所述平均开启率大于或等于所述预设值，则由反馈控制系统根据所述误差信号来驱动所述第三电极，而如果确定所述平均开启率小于所述预设值，则利用所述预设值来驱动所述第三电极。
如上所述，根据本发明的显示装置利用亮度控制器件来稳定发射亮度。亮度控制器件的每个元件按照如下方式工作以实现本发明的目的。第一电极电流检测单元检测与在特定时间段内流经所述第一电极的电流相对应的信号。显示数据量估计单元检测与在所述特定时间段内输入到所述第二电极的所述显示数据相对应的信号。比较单元产生误差信号，所述误差信号表示与流经所述第一电极的电流相对应的所述信号和与所述显示数据相对应的所述信号之间的差异。预设值产生单元产生预设值。平均开启率检测单元计算平均开启率，所述平均开启率表示在所述特定时间段内所述磷光体材料发光的程度。平均开启率分析单元确定所述平均开启率是大于、等于还是小于阈值。如果发现所述平均开启率大于或等于所述预设值，则选择单元使得反馈控制系统根据所述误差信号驱动所述第三电极，而如果发现所述平均开启率小于所述预设值，则利用所述预设值来驱动所述第三电极。
根据本发明，提供一种亮度控制器件，用于控制场致发射器件的发光亮度，所述场致发射器件包括第一电极，作为其上涂覆有磷光体材料的显示板；以及第二和第三电极，用于将待发射的电子发射到所述第一电极上，当所述电子发射到所述磷光体材料上时所述磷光体材料发光，所述亮度控制器件包括第一电极电流检测单元，用于检测与在特定时间段内流经所述第一电极的电流相对应的信号；显示数据量估计单元，用于检测与在所述特定时间段内输入到所述第二电极的所述显示数据相对应的信号；比较单元，用于产生误差信号，所述误差信号表示与流经所述第一电极的电流相对应的所述信号和与所述显示数据相对应的所述信号之间的差异；预设值产生单元，用于产生预设值；平均开启率检测单元，用于计算平均开启率，所述平均开启率表示在所述特定时间段内所述磷光体材料发光的程度；平均开启率分析单元，用于确定所述平均开启率是大于、等于还是小于阈值；以及选择单元，如果发现所述平均开启率大于或等于所述预设值，则由反馈控制系统根据所述误差信号来驱动所述第三电极，而如果发现所述平均开启率小于所述预设值，则利用所述预设值来驱动所述第三电极。
如上所述，根据本发明的亮度控制器件稳定发光亮度。亮度控制器件的每个元件按照如下方式工作以实现本发明的目的。第一电极电流检测单元检测与在特定时间段内流经所述第一电极的电流相对应的信号。显示数据量估计单元检测与在所述特定时间段内输入到所述第二电极的所述显示数据相对应的信号。比较单元产生误差信号，所述误差信号表示与流经所述第一电极的电流相对应的所述信号和与所述显示数据相对应的所述信号之间的差异。预设值产生单元产生预设值。平均开启率检测单元计算平均开启率，所述平均开启率表示在所述特定时间段内所述磷光体材料发光的程度。平均开启率分析单元确定所述平均开启率是大于、等于还是小于阈值。如果发现所述平均开启率大于或等于所述预设值，则选择单元使得反馈控制系统根据所述误差信号来驱动所述第三电极，而如果发现所述平均开启率小于所述预设值，则利用所述预设值来驱动所述第三电极。
根据本发明，提供一种亮度控制方法，用于控制场致发射器件的发光亮度，所述场致发射器件包括第一电极，作为其上涂覆有磷光体材料的显示板；以及第二和第三电极，用于将待发射的电子发射到所述第一电极上，当所述电子发射到所述磷光体材料上时所述磷光体材料发光，所述亮度控制方法包括如下步骤检测与在特定时间段内流经所述第一电极的电流相对应的信号；检测与在所述特定时间段内输入到所述第二电极的所述显示数据相对应的信号；产生误差信号，所述误差信号表示与流经所述第一电极的电流相对应的所述信号和与所述显示数据相对应的所述信号之间的差异；确定所述平均开启率是大于、等于还是小于阈值，所述平均开启率表示在所述特定时间段内所述磷光体材料发光的程度；以及如果发现所述平均开启率大于或等于所述预设值，则由反馈控制系统根据所述误差信号来驱动所述第三电极，而如果发现所述平均开启率小于所述预设值，则利用所述预设值来驱动所述第三电极。
如上所述，根据本发明的亮度控制方法执行如下操作。首先，检测与在特定时间段内流经所述第一电极的电流相对应的信号。然后，检测与在所述特定时间段内输入到所述第二电极的所述显示数据相对应的信号。然后，产生误差信号，所述误差信号表示与流经所述第一电极的电流相对应的所述信号和与所述显示数据相对应的所述信号之间的差异。然后，检查所述平均开启率是大于、等于还是小于阈值，所述平均开启率表示在所述特定时间段内所述磷光体材料发光的程度。最后，如果发现所述平均开启率大于或等于所述预设值，则由反馈控制系统根据所述误差信号来驱动所述第三电极，而如果发现所述平均开启率小于所述预设值，则利用所述预设值来驱动所述第三电极。
通过以下结合附图对优选实施例的描述，本发明的上述及其他目的和特征将会更为清楚，其中图1示出根据本发明的显示装置的框图；图2示出根据本发明第一优选实施例的开启控制单元；图3示出用于描述根据本发明第一优选实施例的场致发射器件中亮度控制器件的操作的流程图；图4示出根据本发明第二优选实施例的开启控制单元；图5示出用于描述根据本发明第二优选实施例的场致发射器件中亮度控制器件的特殊操作的流程图；图6示出根据本发明第三优选实施例的开启控制单元；图7示出用于描述根据本发明第三优选实施例的场致发射器件中亮度控制器件的特殊操作的流程图；图8示出描述在常规FED中示例性场致发射单元的剖面图；以及图9示出现有技术中显示装置的结构图。
具体实施例方式
下面，参照图1和图2描述本发明的优选实施例。
图1示出根据本发明优选实施例的采用FED的显示装置1的框图。在图1中，尤为详细地示出FED面板10中的亮度控制器件9。亮度控制器件9作为根据本发明优选实施例的示例性亮度控制单元。
显示装置1包括亮度控制器件9；FED面板10；阳极电源单元11；驱动器单元12；阴极电源单元13；栅极电源单元14；以及同步器单元15。下面，对上述每一个单元进行详细描述。
FED面板10采用场致发射单元(未示出)，其在功能上等效于图8中所示的Spindt型场致发射单元100。FED面板10是示例性场致发射显示器件，并且其配置为薄型面板。在FED面板10中，在行方向上(即上述的Y方向)并排设置在功能上等效于图8中所示阴极电极的多个阴极电极(未示出)，在列方向上(即上述的X方向)并排设置在功能上等效于图8中所示栅极电极的多个栅极电极(未示出)。此外，每个阴极电极与每个栅极电极正交，从而形成矩阵。此外，如图8所示，经由电阻层在每个阴极电极上设置发射极。
此外，FED面板10包括其上涂覆有磷光体材料的阳极电极。因而，通过在栅极电极和发射极之间施加电压，磷光体材料发光，其中光的亮度随着从发射极发射的电子的数量而变化，从而按照预期在FED面板10上进行显示。根据本发明的优选实施例，阳极电极作为第一电极，阴极电极作为第二电极，而栅极电极作为第三电极。
阳极电源单元11是用于将电力施加到阳极电极的电源单元，并且将相对于阴极电极为正的预定电压施加到阳极。
驱动单元12向阴极电极和栅极电极提供电力。此处，驱动单元12中分别对应于多个阴极电极的多个阴极元件按照如下方式配置，即，根据阴极电源单元13提供的电压，利用分别施加到各个阴极元件上的电压来驱动各个阴极电极。此外，驱动单元12中分别对应于多个栅极电极的多个栅极元件按照如下方式配置，即，根据栅极电源单元14提供的电压，利用分别施加到各个栅极元件上的电压来驱动各个栅极电极。驱动器单元12作为根据本发明优选实施例的示例性电压施加单元。
更具体地，阴极电源单元13配置为根据各个显示数据而经由驱动器单元12向各个阴极电极提供电压。此外，在采用线序(linesequential)驱动方法的情况下，显示数据包括多个数据，其中数据的数量为使得每一个数据都基于一对一的方式而与位于水平扫描线上的对应像素匹配。此处，通过同步器单元15使得每个像素在水平方向上与对应的显示数据同步。
此外，栅极电源单元14配置为经由驱动器单元12向各个栅极电极提供电压。也就是说，将与亮度控制器件9中安装的D/A转换器26的输出相对应的电压施加到被选栅极电极，其中将多个栅极电极逐一地顺序选择作为被选栅极电极。向其余的栅极电极(即未选栅极电极)施加用于防止其余栅极电极的发射极发射电子的电压。此外，通过同步器单元15使得每个像素在垂直方向上与对应的显示数据同步。
亮度控制器件9是本发明的主要部件，其执行数字处理。亮度控制器件9可以由现场可编程逻辑阵列(FPGA)、微处理单元(MPU)或者分离的分立器件构成。然而，下面将详细描述在采用FPGA情况下的亮度控制器件9。
亮度控制器件9包括数据总和计算器20；平均开启率估计器21；平均开启率分析器22；阳极电流检测器27；A/D转换器28；平均阳极电流检测器29；温度-电压转换器30；开启控制单元31；以及D/A转换器26。
数据总和计算器20累加显示数据以获得数据总和。在单个帧(即在FED面板10上该帧中显示的单个静止图像的数据)中执行加法运算。数据总和计算器20所执行的操作可以由方程1来表示，其中Sd是数据总和，即单个帧的显示数据的总和。
方程1此处，M表示在单个帧中一行中的像素数，N表示在单个帧中一列中的像素数，Dh(m，n)表示与位于第m行第n列的像素对应的显示数据的值， 表示从Dh(1，1)到Dh(M，N)的显示数据的总和。数据总和计算器20由用于对每一个帧累加显示数据的累加值的累加器构成。关于获得数据总和Sd的时间，数据总和计算器20可以按照如下方式配置，即，对于每一个帧累加显示数据的值，以在下一个帧开始时获得数据总和Sd。或者，数据总和计算器20也可以按照如下方式配置，即，通过以使待累加显示数据的数量等于单个帧中包含的显示数据的数量的方式累加显示数据来计算显示数据的动态总和(moving sum)，从而无论何时向数据总和计算器20输入显示数据的新值都可以获得数据总和Sd。在这种情况下，每当向数据总和计算器20输入显示数据的新值时，都更新反馈控制系统中使用的误差信号，从而可以增强响应特性。
平均开启率估计器21获得平均开启率At。平均开启率At等于数据总和Sd除以最大数据总和Sm，即，在显示数据的每一个值都等于W的情况下单个帧中的显示数据的数据总和，其中W是显示数据的最大可能值(即对应于白色等级(white level)的显示数据值)。平均开启率估计器21由除法器构成。如下所示，方程2是用于计算平均开启率At的方程。
At=Sd/Sm=Σ1MΣ1NDh(m,n)/(M×N×W)]]>方程2例如，如果单个帧中所有M×N个像素的显示数据值都为W(即，该帧以最大的亮度发光)，则平均开启率At等于1。此外，如果M×N/2个像素，即单个帧中的一半像素的显示数据值为W，而该帧中另一半像素的显示数据值为0，则平均开启率At等于0.5。另外，如果单个帧中的所有M×N个像素的显示数据值为W/2，则平均开启率At等于0.5。另外，如果如上所述将数据总和计算器20配置为计算显示数据的动态总和，则通过以使待累加项的数量等于单个帧中包含的显示数据的数量的方式累加Dh(m，n)/(M×N×W)，无论何时向数据总和计算器20输入显示数据的新值，平均开启率估计器21也可获得方程2的动态总和。此处，数据总和计算器20和平均开启率估计器21分别作为根据本发明优选实施例的示例性显示数据量估计单元和示例性平均开启率估计单元。
平均开启率分析器22确定利用方程2获得的平均开启率At是大于、等于还是小于特定值(阈值)，并且其由大小比较器构成。将阈值设为例如0.3，如果平均开启率At大于或等于0.3，则从平均开启率分析器22输出高电平信号，而如果平均开启率At小于0.3，则从平均开启率分析器22输出低电平信号。此处，平均开启率分析器22作为示例性平均开启率分析单元。
阳极电流检测器27通过例如使阳极电流流过电阻器(未示出)，然后检测电阻器两端之间的电压，来检测阳极电流(即阳极中流动的电流)的大小。A/D转换器28将阳极电流检测器27检测的电流的模拟值转换为数字值。
平均阳极电流检测器29计算从A/D转换器输出的数字值的累加平均值，以获得在对应于单个帧的时间间隔内阳极电流的平均值。例如，如果采用点序方法作为驱动方法，则将单个帧中所有像素的阳极电流累加，然后计算其平均值。此外，如果采用线序方法作为驱动方法，则累加单个帧中所有扫描线的阳极电流，然后计算其平均值。另外，如果采用场序方法作为驱动方法，则获得对应于单个帧的阳极电流，然后计算其在该时间间隔内的平均值。此处，用于检测阳极电流的电阻器、A/D转换器28以及平均阳极电流检测器29作为示例性第一电极电流检测单元。
温度-电压转换器30将温度转换为电压。由安装在FED面板10中的阴极电极衬底内部的温度传感器17检测温度。此处，温度传感器17和温度-电压转换器30作为示例性温度检测单元。温度传感器17的配置并不受到限制，只要其可检测FED面板10中的温度即可，并且温度传感器17可以安装在阴极电极衬底中或者安装在FED面板的邻近区域中。
开启控制单元31可以各种方式来配置。因而，如上所述，根据本发明的优选实施例，亮度控制器件9由FPGA构成，从而可以通过重写FPGA来实现各种配置。本发明第一到第三优选实施例之间的区别仅在于其中的开启控制单元不同。下面将参照附图描述第一到第三优选实施例。此外，也将描述第四优选实施例及其他可选实施例的实例。
尽管在图1和图2中未示出时钟，然而由写入FPGA的随机逻辑配置的亮度控制器件9的每个内部元件由基于从显示数据中提取的主时钟而同步的电路构成。
(第一优选实施例)图2示出根据本发明第一优选实施例的开启控制单元31的结构图。
开启控制单元31包括栅极控制处理器23；栅极电压预设处理器24；选择器25；以及开启开关34。此外，栅极控制处理器23具有比较器32和加/减(U/D)计数器33。其中，比较器32和U/D计数器33作为示例性比较单元，栅极电压预设处理器24作为示例性预设值产生单元。
下面将描述比较器32。比较器32的一个输入端连接到平均开启率估计器21，而比较器32的另一个输入端连接到平均阳极电流检测器29。此外，比较器32将平均阳极电流的大小与平均开启率的大小进行比较，然后输出U/D信号以选择U/D计数器33的加法计数(up-count)或减法计数(down-count)操作。其中，尽管平均阳极电流的量纲是A/m2而平均开启率是无量纲的数值，然而可以通过适当地重新调节平均阳极电流的大小来将平均阳极电流的大小与平均开启率的大小进行比较(下面将如上所述通过重新调节而获得的平均阳极电流的大小称为“平均阳极电流值”)。由于本实施例采用反馈控制系统，因而如果平均阳极电流值大于平均开启率则执行减法计数操作，而如果平均阳极电流值小于平均开启率则执行加法计数操作。
此外，作为具有盲区的滞后(hysteresis)比较器的比较器32输出C/S信号以延迟U/D计数器33的操作，从而如果平均阳极电流值和平均开启率之间的差异小于或等于预定值(盲区的边界值)，则U/D计数器33保持电流计数值。
此外，尽管图3中未示出时钟，然而实际上时钟信号被输入至U/D计数器33，并且U/D计数器33的每一个操作都被时钟信号同步。此外，U/D计数器33和栅极电压预设处理器24分别并行输出多个比特作为其输出信号，并且选择器25和开启开关分别并行选择多个比特。选择器25的输出信号中并行比特的数量与开启开关以及A/D转换器28的输出信号中并行比特的数量相同。此外，选择器25的输出信号中并行比特的数量也与D/A转换器26的输入信号中并行比特的数量相同。
此外，根据本实施例，栅极电压预设处理器24输出具有多个比特的数字预设值。预设值可以作为ROM中存储的数据而被提供，或者可选地，可以通过分别设置为与其相应的高电平或低电平值来预先确定预设值中的多个比特。
下面将参照图3描述根据第一优选实施例的显示装置1和亮度控制器件9的操作。
首先，通过为显示装置1加电而开始操作处理(步骤ST001)。
然后，检查开启开关是否是开启(步骤ST002)。此处，如果开启开关开启，则命令显示装置1在其上执行图像显示，而如果开启开关关闭，则命令显示装置1不在其上执行图像显示。在这一步骤中，由图2中所示的开启开关34执行相应操作。
如果步骤ST002中的结果为否，则处理进行到步骤ST003以将栅极电压设置为0V(关闭操作)，并且，之后，处理回到步骤ST002。
然而，如果步骤ST002中的结果为是，则处理进行到步骤ST004以计算平均开启率。在这一步骤中，由图1中所示的数据总和计算器20和平均开启率估计器21执行相应操作。
然后，检查平均开启率是否高于或等于阈值。此处，例如将阈值设置为30％。在这一步骤中，由图1中所示的平均开启率分析器22执行相应操作。
在步骤ST005中，如果结果为否，即平均开启率较低，则处理进行到步骤ST006以读出预设值，然后处理进行到步骤ST007以将栅极电压设置为预设值。然后，处理返回到步骤ST002。在步骤ST006中，由图1中所示的栅极电压预设处理器24和选择器25执行相应操作。此外，在步骤ST007中，由图1中所示的D/A转换器26执行相应操作。
然而，在步骤ST005，如果结果为是，即平均开启率较高，则处理进行到步骤ST008以估计平均阳极电流和平均开启率。在这一步骤中，由图1中所示的阳极电流检测器27、A/D转换器28、平均阳极电流检测器29、数据总和计算器20以及平均开启率估计器21执行相应操作。
然后，计算平均阳极电流值与平均开启率之间的差异(步骤ST009)。在这一步骤中，由图2中所示的比较器32执行相应操作。
然后，检查平均阳极电流值与平均开启率法之间的差异是否大于或等于预定值(步骤ST010)。在这一步骤中，由图2中所示的比较器32执行相应操作。执行该步骤以便准备盲区，该盲区稳定U/D计数器33的计数值，从而能够防止发光亮度发生不必要的变化。此处，尽管平均阳极电流的量纲为A/m2而平均开启率是无量纲的数值，然而如上所述，适当地重新调节平均阳极电流值以便与平均开启率进行比较。
如果步骤ST010中的结果为否，即平均阳极电流值与平均开启率之间的差异小于预定值，则处理进行到步骤ST011以维持当前栅极电压。然后，处理进行到步骤ST002。在步骤ST011中，由图2中所示的U/D计数器33和图1中所示的D/A转换器26执行相应处理。
如果步骤ST010中的结果为是，即平均阳极电流值与平均开启率之间的差异大于或等于预定值，则处理进行到步骤ST012以检查平均阳极电流值是否大于平均开启率。然后，如果步骤ST012中的结果为否，即平均阳极电流值不小于平均开启率，则处理进行到步骤ST013以从当前栅极电压中减去对应于1比特的特定电压(下面称为“1比特电压”)。也就是说，由于在步骤ST012中发现当前平均阳极电流大于与由平均开启率表示的目标亮度对应的目标平均阳极电流，则执行步骤ST013以降低被选栅极电极的栅极电压，从而减小平均阳极电流，以使平均阳极电流值能够在负反馈的方向上更接近平均开启率。然后，处理返回到步骤ST002。在步骤ST012中，由图2中所示的U/D计数器33和图1中所示的D/A转换器26执行相应操作。
然而，如果步骤ST012中的结果为是，即平均阳极电流值小于平均开启率，则处理进行到步骤ST014以向当前栅极电压加上1比特电压。也就是说，由于在步骤ST012中已经发现当前平均阳极电流小于与由平均开启率表示的目标亮度对应的目标平均阳极电流，则执行步骤ST014以提高被选栅极电极的栅极电压，从而增大平均阳极电流，以使平均阳极电流值能够在负反馈方向上更接近平均开启率。然后，处理返回到步骤ST002。在步骤ST014中，由图2中所示的U/D计数器33和图1中所示的D/A转换器26执行相应操作。
在根据第一优选实施例的显示装置和亮度控制器件中，当平均开启率高于或等于阈值例如30％时，利用上述的反馈控制来调节栅极电压，以便根据显示数据控制FED面板10的亮度。另一方面，当平均开启率小于阈值例如30％时，通过将栅极电压设置为预设值来确定FED面板10的亮度。通过这种方式，如果平均开启率高于或等于例如30％，则执行能够稳定发光亮度的反馈控制，而如果平均开启率低于例如30％，则利用固定的值来设置发光亮度而不执行反馈控制。因而，即使当反馈控制系统中阳极电流的盲区与阳极电流相比变得不可忽略或者阳极电流的SNR降低时，也能够防止亮度偏离期望的等级。
此外，由于针对单个帧来估计平均开启率，因而能够控制单个帧中显示的图像的整体亮度。具体地，如果待显示图像是静止的或只有微小的移动从而使得多个帧之间的相关性较高，并且当平均开启率较高且执行栅极电压的反馈控制时，可以通过获得单个帧的平均发光亮度来获得适用于以足够的精度来控制亮度的误差信号。另一方面，当平均开启率较低且由栅极电压预设处理器24设置栅极电压时，由于只有当待显示图像的亮度变化较大时发光亮度才显著变化，并且如果多个帧之间的相关性较高且待显示图像中多个帧之间的发光亮度变化不大时发光亮度变化较小，因此可以执行亮度控制以使得发光亮度平稳且适当地变化。
(第二优选实施例)根据第二优选实施例的显示装置与根据第一优选实施例的显示装置的不同之处仅在于用图4中所示的开启控制单元131替换开启控制单元31。根据第一优选实施例，从栅极电压预设处理器24输出且输入到选择器25的信号的输出电平是个常数值。然而，根据第二优选实施例，从栅极电压预设处理器124输出且输入到选择器25的信号的输出电平随着FED面板10的温度而变化。
下面将描述FED面板10的温度与发光亮度之间的关系。图8中所示的电阻器层104由α-Si制成，其电阻随着其温度的变化而变化。因而，在FED面板10中，保证特定发光亮度所需的栅极电极和发射极电极之间的电压差随着FED面板10的温度升高而减小。结果，如果当平均开启率低于阈值例如30％时，将栅极电压设置为常数，则发光亮度会由于温度的变化而偏离。提出第二优选实施例以解决这一问题。
下面将参照图4描述第二实施例中的开启控制单元131。在图4中用相同的标号表示相同的部件，并略去其说明。
图4示出开启控制单元131的结构图，与第一实施例中的开启控制单元31不同，栅极电压预设处理器124的输出信号的输出电平响应于温度-电压转换器30的输出信号而变化。更具体地，栅极电压预设处理器124由随机存取存储器(RAM)或者只读存储器(ROM)构成，温度-电压转换器30产生与温度对应的地址，以便将RAM或ROM中对应位置处存储的数据值输出到选择器25。
图5示出用于描述根据本发明第二优选实施例的亮度控制器件的特殊操作的流程图。
在图5中，示出了与第一优选实施例不同的操作，而略去了与第一优选实施例相同的操作。第二优选实施例的操作处理与第一优选实施例的操作处理的不同之处在于图3中所示的读出预设值的步骤ST006被替换为检测FED面板10的温度以根据检测的温度来获取预设值的步骤ST020。在步骤ST020中，由图4中所示的栅极电压预设处理器124执行相应操作。
根据第二优选实施例的显示装置及亮度控制器件，由于存储了表示温度与施加到栅极电极的电压之间关系的表格以备使用，因而可以防止由于反馈控制系统中阳极电流的盲区或者当平均开启率低于阈值例如30％时阳极电流SNR的恶化而引起亮度偏离期望的等级，同时，即使在低亮度的情况下，也可以稳定发光亮度而无需考虑FED面板10的温度。
(第三优选实施例)根据第三优选实施例的显示装置与根据第二优选实施例的显示装置的不同之处仅在于用图6中所示的开启控制单元231替换开启控制单元131。根据第二优选实施例，栅极电压预设处理器124的输出信号的输出电平随着FED面板10的温度而变化。除此之外，第三优选实施例还具有一个新特征，即补偿FED面板的暂时变化。
在FED面板10中，由于磷光体材料的退化、电子发光的减弱等原因，保证特定发光亮度等级所需的栅极电极与发射极电极之间的电压差会随着发光时间的流逝而增大。结果，如果当平均开启率低于或等于阈值例如30％时，将栅极电压设置为仅依赖于FED面板10的温度，则随着发光时间的流逝会发生发光亮度的偏离。提出第三优选实施例以解决这一问题。
下面参照图6描述第三实施例中的开启控制单元231。在图6中用相同的标号表示相同的部件，并略去其说明。
图6示出开启控制单元231的结构图，与第二实施例中的开启控制单元131不同，开启控制单元231还包括时间累加器235，并且栅极电压预设处理器224的输出信号的输出电平响应于时间累加器235与温度-电压转换器30的输出信号而变化。
此处，时间累加器235通过如下步骤累加FED面板10已经发光的发光时间(a)利用内部计数器对以等间隔产生的时钟进行计数；(b)当开启开关34变为关闭时，在非易失性存储器中存储计数值；(c)当开启开关34变为开启时，将非易失性存储器中存储的计数值传递到计数器；以及(d)继续内部计数器的计数操作。
更具体地，栅极电压预设处理器224由RAM或ROM构成，并响应于时间累加器235和温度-电压转换器30的输出信号而产生地址，以便将RAM或ROM的相应地址中存储的数据值输出到选择器25。关于地址产生，例如，将地址表示为12比特，使得其中高位的6比特取决于温度-电压转换器30的输出信号的输出电平，而其低位的6比特取决于时间累加器235的输出信号的输出电平。或者，利用预定的数学函数来确定地址的12比特，其中发光时间和温度是其输入变量，地址是其输出量。
图7示出用于描述根据本发明第三优选实施例的亮度控制器件的特殊操作的流程图。
在图7中，示出了与第一优选实施例不同的操作，而略去了与第一优选实施例相同的操作。第三优选实施例的操作处理与第一优选实施例的操作处理的不同之处在于图3中所示的读出预设值的步骤ST006被替换为检测FED面板10的温度和发光时间以根据检测的温度和发光时间来获取预设值的步骤ST030。在步骤ST030中，由图6中所示的栅极电压预设处理器224和时间累加器225执行相应操作。
根据第三优选实施例的显示装置及亮度控制器件，由于存储了表示发光时间、温度与栅极电压之间关系的表格以备使用，因而可以防止由于反馈控制系统中阳极电流的盲区或者当平均开启率低于或等于阈值例如30％时阳极电流SNR的恶化而引起亮度偏离期望的等级，同时，即使在低亮度的情况下，也可以稳定发光亮度而无需考虑FED面板10的温度和发光时间。此外，即使当暂时变化对FED面板10的发光亮度产生消极影响时，也可以通过补偿该消极影响而使发光亮度近似保持为常量，从而能够实质性地延长显示装置的使用寿命。
(第四优选实施例)根据第四优选实施例的开启控制单元(图中未示出)除了栅极电压预设处理器224不接收来自温度-电压转换器30的输入信号外，其余部分均与图6所示的开启控制单元相同。因而，下面将参照图6描述本发明的第四优选实施例。根据第三优选实施例，栅极电压预设处理器224的输出信号的输出电平随着FED面板10的温度及发光时间而变化。然而，根据第四优选实施例，栅极电压预设处理器224的输出信号的输出电平仅仅取决于FED面板10的发光时间。
更具体地，栅极电压预设处理器224由RAM或ROM构成，并响应于时间累加器235的输出信号而产生地址，以便将RAM或ROM的相应地址中存储的数据值输出到选择器25。
根据第四优选实施例的显示装置及亮度控制器件，由于存储了表示发光时间与栅极电压之间关系的表格以备使用，因而可以防止由于反馈控制系统中阳极电流的盲区或者当平均开启率低于或等于阈值例如30％时阳极电流SNR的恶化而引起亮度偏离期望的等级，同时，即使在低亮度的情况下，也可以稳定发光亮度而无需考虑FED面板10的发光时间。此外，即使当暂时变化对FED面板10的发光亮度产生消极影响时，也可以通过补偿该消极影响而使发光亮度近似保持为常量，从而能够实质性地延长显示装置的使用寿命。
(可选实施例)
将描述本发明的几个可选实施例和修改例。
(阴极电极和栅极电极的驱动)根据第一到第四优选实施例，将与各显示数据对应的电压施加到各个阴极电极，并将栅极电极逐一地顺序选择为被选栅极电极，以根据D/A转换器26的输出信号向其提供电压，而向其余的栅极电极(即未选电极)施加用于防止发射极发射电子的电压。然而，这种配置可以进行修改，只要第二电极和第三电极提供有驱动电压即可。下面将描述这种修改配置的实例。
根据示例性的修改配置，阴极电极的功能与栅极电极的功能互换。也就是说，将与各显示数据对应的电压施加到各个栅极电极，并将阴极电极逐一地顺序选择为被选阴极电极，以根据D/A转换器26的输出向其提供电压，而向其余的阴极电极(即未选电极)施加用于防止发射极发射电子的电压。
(第一电极电流检测单元、显示数据量估计单元、平均开启率分析单元)根据第一到第四优选实施例，第一电极电流检测单元，即阳极电流检测单元包括用于检测阳极电流的阳极电流检测器27以及用于获取在特定时间段内的平均阳极电流的平均阳极电流检测器。然而，阳极电流检测单元的这种配置可以进行修改，只要其能够检测在第一电极中流动的电流即可。
例如，阳极电流检测单元可以计算在特定时间段内流经阳极电极的电流的定积分，以检测已流经阳极电极的电荷量。
此外，根据第一到第四实施例，显示数据量检测单元包括数据总和计算器20，用于累加特定时间段内的显示数据；以及平均开启率估计器21，用于获取在特定时间段内的平均开启率。然而，显示数据量检测单元的这种配置可以进行修改，只要能够检测与输入到第二电极的显示数据量对应的信号即可。
例如，显示数据量检测单元可以通过累加在特定时间段内输入到阴极电极或栅极电极的显示数据来获取数据总和，在这种情况下，显示数据检测单元可以仅由数据总和计算器20构成。
此外，根据第一到第四优选实施例，平均开启率分析单元由平均开启率分析器22构成，其用于确定平均开启率是大于、等于还是小于阈值。然而，平均开启率分析单元的这种配置可以进行修改，只要能够确定与显示数据量对应的信号是大于、等于还是小于预定值即可。
例如，平均开启率分析单元可以包括数据总和计算器20，用于获取在特定时间段内输入到阴极电极或栅极电极的显示数据的数据总和；以及比较器，用于将数据总和计算器获取的数据总和与预定值进行比较。其中，通过使W(即显示数据的最大可能值)、预定系数(例如0.3)以及在特定时间段内显示的显示数据数量相乘而获得预定值。
(硬件配置)根据第一到第四优选实施例，由FPGA中写入的随机逻辑操作亮度控制器件9。然而，亮度控制器件9可以由MPU中存储的软件、A/D转换器、D/A转换器以及诸如AND门、OR门、JK触发器等的数字器件的组合而构成。此外，第一电极电流检测单元、显示数据量检测单元、比较器单元、预设值产生单元以及平均开启率分析单元也可以由模拟电路构成。
例如，第一电极电流检测单元可以按照如下方式配置，即在特定时间段内对电流检测电阻器上的电压求积分或利用低通滤波器取平均。此外，显示数据量检测单元可以按照如下方式配置，即将显示数据作为数字信号输入，并在特定时间段内对数字信号的D/A转换电压求积分或利用低通滤波器取平均。此外，比较器单元可以由运算放大器构成，预设值产生单元可以按照如下方式配置，即恒定电压源的输出为电压除以电阻。此外，平均开启率分析单元可以由模拟比较器构成。
此外，用于检测温度的温度检测单元可以由FED面板中由α-Si制成的监视(monitor)电阻图案构成，或者由诸如按压接合到FED面板的热敏电阻之类的温度检测器件构成。
(时间段)根据第一到第四优选实施例，用于检测流经第一电极的电流的时间段、用于检测输入到第二电极的显示数据量的时间段以及用于获取平均开启率的时间段均被设置为与单个帧对应的时间段的量。然而，也可将时间段设置为被选电极保持被选状态的时间量。此外，也可将时间段设置为与多个帧(或多个静止图像)对应的时间量。如果将时间段设置为被选电极保持被选状态的时间量的整数倍，则D/A转换器26的输出信号以与水平同步信号或垂直同步信号相同步的方式切换，从而可使显示的图像平滑且准确。然而，时间段的设置也可以不限于上述方式。此外，亮度控制器件9可以配置为选择上述设置时间段的方法之一。
此外，作为第一优选实施例的修改例，也可以利用在显示装置前一次操作(即在上一次开启开关被关闭之前)期间反馈系统的操作来设置栅极电压预设处理器24的输出，而不是将栅极电压预设处理器24的输出设置为固定值。在这种情况下，即使当FED面板10的发光亮度较低，也可以通过补偿由于发光时间引起的亮度变化来使发光亮度近似保持为恒定。
此外，作为第三优选实施例的修改例，可将预设值设置为与发光时间乘以平均开启率相对应的栅极电压，而不是将预设值设置为与发光时间对应的栅极电压。通过这种方式，可以更准确地检测到FED面板10的特性的变化，从而即使FED面板的发光亮度较低，发光亮度也可更有效地保持稳定。
如上所述，根据本发明的采用场致发射器件和亮度控制器件的显示装置及其方法可以稳定亮度，而无需考虑温度变化或其他因素，即使FED的亮度较低时也是如此。
尽管已经针对优选实施例而示出并描述了本发明，然而本领域技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明范围的情况下，可以进行各种变化和修改。
权利要求
1.一种显示装置，包括场致发射器件，包括第一电极，作为其上涂覆有磷光体材料的显示板；以及第二和第三电极，用于将待发射的电子发射到所述第一电极上，其中当所述电子发射到所述磷光体材料上时所述磷光体材料发光；电压施加单元，用于对所述第二和第三电极施加驱动电压，以根据显示数据控制发射的电子数量并使所述磷光体材料的特定部分发光；以及亮度控制单元，用于控制所述磷光体材料的发光亮度，其中所述亮度控制单元包括第一电极电流检测单元，用于检测与在特定时间段内流经所述第一电极的电流相对应的信号；显示数据量估计单元，用于检测与在所述特定时间段内输入到所述第二电极的所述显示数据相对应的信号；比较单元，用于产生误差信号，所述误差信号表示与流经所述第一电极的电流相对应的所述信号和与所述显示数据相对应的所述信号之间的差异；预设值产生单元，用于产生预设值；平均开启率检测单元，用于计算平均开启率，所述平均开启率表示在所述特定时间段内所述磷光体材料发光的程度；平均开启率分析单元，用于确定所述平均开启率是大于、等于还是小于阈值；以及选择单元，如果确定所述平均开启率大于或等于所述预设值，则由反馈控制系统根据所述误差信号来驱动所述第三电极，而如果确定所述平均开启率小于所述预设值，则利用所述预设值来驱动所述第三电极。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中由所述预设值产生单元产生的所述预设值是预定的常数。
3.如权利要求1所述的显示装置，其中所述亮度控制器件还包括温度检测单元，用于检测所述场致发射器件的温度，其中由所述预设值产生单元产生的所述预设值取决于所述温度检测单元检测的所述温度。
4.如权利要求1所述的显示装置，其中所述亮度控制器件还包括时间累加器，用于检测所述场致发射器件已经工作的时间段，其中由所述预设值产生单元产生的所述预设值取决于所述场致发射器件已经工作的时间段。
5.如权利要求1所述的显示装置，其中所述亮度控制器件还包括温度检测单元，用于检测所述场致发射器件的温度；以及时间累加器，用于检测所述场致发射器件已经工作的时间段，其中由所述预设值产生单元产生的所述预设值取决于所述温度检测单元检测的所述温度和所述场致发射器件已经工作的时间段。
6.如权利要求1所述的显示装置，其中所述第一电极电流检测单元包括阳极电流检测器，用于检测阳极电流；以及平均阳极电流检测器，用于获取表示在所述特定时间段内所述阳极电流平均值的平均阳极电流，并且其中所述显示数据量估计单元和所述平均开启率检测单元包括数据总和计算器，用于累加输入到阴极电极的所述显示数据以获得数据总和；以及平均开启率估计器，用于计算平均开启率，所述平均开启率定义为将由所述数据总和计算器获得的所述数据总和除以所述数据总和的最大可能值，并且其中所述平均开启率分析单元包括平均开启率分析器，用于确定所述平均开启率是大于、等于还是小于所述阈值。
7.如权利要求1所述的显示装置，其中所述特定时间段是所述场致发射器件发光以显示帧中单个静止图像的时间量。
8.一种亮度控制器件，用于控制场致发射器件的发光亮度，所述场致发射器件包括第一电极，作为其上涂覆有磷光体材料的显示板；以及第二和第三电极，用于将待发射的电子发射到所述第一电极上，当所述电子发射到所述磷光体材料上时所述磷光体材料发光，所述亮度控制器件包括第一电极电流检测单元，用于检测与在特定时间段内流经所述第一电极的电流相对应的信号；显示数据量估计单元，用于检测与在所述特定时间段内输入到所述第二电极的所述显示数据相对应的信号；比较单元，用于产生误差信号，所述误差信号表示与流经所述第一电极的电流相对应的所述信号和与所述显示数据相对应的所述信号之间的差异；预设值产生单元，用于产生预设值；平均开启率检测单元，用于计算平均开启率，所述平均开启率表示在所述特定时间段内所述磷光体材料发光的程度；平均开启率分析单元，用于确定所述平均开启率是大于、等于还是小于阈值；以及选择单元，如果确定所述平均开启率大于或等于所述预设值，则由反馈控制系统根据所述误差信号来驱动所述第三电极，而如果确定所述平均开启率小于所述预设值，则利用所述预设值来驱动所述第三电极。
9.一种亮度控制方法，用于控制场致发射器件的发光亮度，所述场致发射器件包括第一电极，作为其上涂覆有磷光体材料的显示板；以及第二和第三电极，用于将待发射的电子发射到所述第一电极上，当所述电子发射到所述磷光体材料上时所述磷光体材料发光，所述亮度控制方法包括如下步骤检测与在特定时间段内流经所述第一电极的电流相对应的信号；检测与在所述特定时间段内输入到所述第二电极的所述显示数据相对应的信号；产生误差信号，所述误差信号表示与流经所述第一电极的电流相对应的所述信号和与所述显示数据相对应的所述信号之间的差异；确定所述平均开启率是大于、等于还是小于阈值，所述平均开启率表示在所述特定时间段内所述磷光体材料发光的程度；以及如果确定所述平均开启率大于或等于所述预设值，则由反馈控制系统根据所述误差信号来驱动所述第三电极，而如果确定所述平均开启率小于所述预设值，则利用所述预设值来驱动所述第三电极。
全文摘要
一种显示装置，其包括场致发射器件，包括第一电极，作为其上涂覆有磷光体材料的显示板，以及第二和第三电极，用于将待发射的电子发射到所述第一电极上，其中当所述电子发射到所述磷光体材料上时所述磷光体材料发光；电压施加单元，用于对所述第二和第三电极施加驱动电压，以根据显示数据控制发射的电子数量并使磷光体材料的特定部分发光；以及亮度控制单元，用于控制所述磷光体材料的发光亮度。所述亮度控制单元包括第一电极电流检测单元、显示数据量估计单元、比较单元、预设值产生单元、平均开启率检测单元、平均开启率分析单元以及选择单元。
文档编号G09G3/22GK1897082SQ200610105689
公开日2007年1月17日 申请日期2006年7月14日 优先权日2005年7月15日
发明者鸟海正树, 田中满, 小原有司, 古俣贤一 申请人:双叶电子工业株式会社