专利名称：电子发光显示设备及其亮度控制方法
技术领域：
本发明涉及电子发光显示设备及其亮度控制方法，且更具体地说，涉及一种能够对图像数据求和以控制与该图像数据对应的阳极电压并因而实现峰值亮度的电子发光显示设备及其亮度控制方法。
背景技术：
通常，在平板显示(FPD)设备中，在两个基板之间提供侧壁，以构造气密室(或者容器)，并且在该室中布置合适的材料，以便呈现出理想的屏幕。随着多媒体开发的逐渐增加，FPD设备已经变得越来越重要。各种FPD设备，例如液晶显示设备(LCD)，等离子体显示面板(PDP)设备、和电子发光显示设备已经被开发出来且被投入实际使用中。
特别地，在电子发光显示设备中，通过使荧光体与电子束在诸如阴极射线管(CRT)中碰撞而使光从荧光体发射出来。如此，电子发光显示设备具有理想的CRT特性，同时还是没有图像失真的低功耗FPD。而且，由于电子发光显示设备的宽视角、高响应速度、高亮度、高分辨率以及厚度薄，使其被公认为令人满意的下一代显示设备。
通常，电子发光显示设备的电子发射设备可以分为其中使用热阴极作为电子源的电子发射设备和其中使用冷阴极作为电子源的电子发射设备。其中使用冷阴极作为电子发射设备的电子发光显示设备包括场发射体阵列(FEA)型电子发光显示设备、表面导电发射体(SCE)型电子发光显示设备、金属-绝缘体-金属(MIM)和金属-绝缘体-半导体(MIS)型电子发光显示设备、以及弹道(ballistic)电子表面发射体(BSE)型电子发光显示设备。
电子发光显示设备具有包括阴极、阳极和栅极的三极结构。具体地说，通常用作扫描电极的阴极在基板和具有一些孔的绝缘层上形成，而通常用作数据电极的栅极被堆放在阴极上。用作电子发射源的发射体在这些孔内形成，以接触阴极。
根据具有以上结构的电子发光显示设备，在发射体上聚集高电场，以便通过量子力学隧道效应来发射电子，并且从发射体发射出的电子通过施加于阴极和阳极之间的电压进行加速，以与形成于阳极中的RGB荧光层碰撞，从而使得光从荧光层的物质发射出来，结果，显示出图像。
由发射电子与荧光层碰撞而显示图像的亮度随输入数字图像信号的值而改变。具体来讲，数字图像信号的值为八位RGB数据。也即，数字图像信号的值为0(00000000(2))至255(11111111(2))，并且可以用这256个值来表示256个灰度，也即颜色的亮度由这些数值来确定。
可以使用脉宽调制(PWM)方法或脉幅调制(PAM)方法来控制由这些数字图像信号的值所确定的亮度。
根据PWM方法，施加到数据电极上的驱动波形的脉宽是按照从数据电极驱动器输入的数字图像信号进行调制的。当在最大工作时间内输入“255”作为数字图像信号值时，脉宽处于它的最大宽度，因此显示最大亮度。当输入“127”作为数字图像信号值时，脉宽减小到1/2，因此就使亮度被控制为小于上述最大亮度。
另一方面，根据PAM方法，脉宽是均匀的，与输入的数字图像信号无关。然而，脉冲电压电平，也即施加到数据电极上的驱动波形的脉冲大小随着输入的数字图像信号发生改变，从而以此来控制亮度。
另一方面，根据常规电子发光显示设备，栅极和阴极之间的电压在图像具有峰值亮度时是被控制的。
然而，为了显示平滑的图像，图像电平信号的宽度(例如，脉宽)必须非常小。因此，在控制图像电平上存在一定的局限性，以致可能出现白发射。
发明内容
因此，本发明的一方面在于提供一种能够对图像数据求和，以控制与该图像数据对应的阳极电压并因而实现峰值亮度的电子发光显示设备及其亮度控制方法。
为了实现本发明的前述和/或其它特征，根据本发明的第一实施例，提供一种电子发光显示设备，其包括用于对输入的图像数据信号求和以获得一或多个图像电平的控制器、用于接受该图像电平以控制一或多个阳极电压电平与该图像电平对应并且输出该阳极电压电平的电源供给单元、以及用于按照由该电源供给单元提供的阳极电压电平实现图像亮度的显示区域。
在一实施例中，该控制器包括用于存储输入的图像数据的帧存储器、用于对存储在该帧存储器中的每帧图像数据求和，以将该求和的图像数据与预定值比较并且确定该图像电平的运算单元、和用于根据该运算单元的图像电平存储基准亮度等级的平均值的查询表。该电源供给单元包括用于接受由该控制器控制的图像电平，以输出与该图像电平对应的基准电压电平的微型计算机、和用于转换该微型计算机的基准电压电平的宽度，以输出信号宽度(如，脉宽)的DC/DC转换器。
并且，提供一种控制电子发光显示设备的亮度的方法，该方法包括对所接收的每帧图像数据求和，通过该图像数据的和确定一或多个图像电平，以输出该图像电平，和将该图像电平与预定值比较，以控制一或多个阳极电压，并且施加该阳极电压。
如此，根据本发明的实施例，将图像数据彼此相加来控制与该图像数据对应的阳极电压，并因而实现峰值亮度。
附图以及说明书一起示出本发明的示例性实施例，并且与该描述一起用来解释本发明的原理。
图1示意性地示出根据本发明一示例性实施例的电子发光显示设备的结构。
图2示出能够用于图1所示电子发光显示设备的显示区域的一部分的例子。
图3示出能够用于图1所示电子发光显示设备的控制器的例子。
图4示意性地示出图1所示电源供给单元的结构。
图5为根据本发明的一示例性实施例中的电子发光显示设备的亮度控制方法流程图。
图6示意性地示出符合根据本发明的一示例性实施例中的图像电平的阳极电压电平。
具体实施例方式
下面，将参照附图描述根据本发明一示例性实施例的电子发光显示设备。图中示出的一些部件，或者一些没有在图中示出的部件，可能没有在说明书中进行讨论，这是因为它们对完整理解本发明不是必不可少的。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同元件。此外，当第一元件位于第二元件之上时，第一元件可能不只是直接位于该第二元件上，而是还可以通过第三元件间接地位于该第二元件上。
图1示意性地示出根据本发明一示例性实施例的电子发光显示设备的结构。参见图1，该电子发光显示设备包括显示区域(具有多个像素单元)100、数据驱动器200、扫描驱动器300、电源供给单元400和控制器500。
显示区域100包括n条扫描线S1、S2......和Sn，m条数据线D1、D2......和Dm，以及阳极ANODE。扫描线S1、S2......和Sn以及数据线D1、D2......Dm彼此交叉(或者横跨交叉)形成。阳极ANODE可以在整个显示区域形成。而且，阳极ANODE可以像扫描线一样沿行方向形成为多个条形，或者像数据线一样沿列方向形成为多个条形，和/或形成为网状。
虽然阳极可以形成为多个条形或网状，但在阳极ANODE上施加相同的电压Vanode。电子发光显示设备的电子发射设备每个都包括阴极、栅极和阳极，这些电子发射设备形成于扫描线与数据线交叉的区域中。这里，当把扫描线和数据线其中之一用作阴极时，则把扫描线和数据线中的另一个用作栅极。
数据驱动器200将与输入的图像数据对应的数据信号施加到数据线D1、D2......和Dm上。根据本发明的这个实施例，将更具体地描述使用脉宽调制(PWM)方法的数据驱动器。然而，在本发明中可以采用任何合适的数据驱动器来根据输入的图像数据控制电子发光显示设备的电子发射时间。
扫描驱动器300将扫描信号依次施加到扫描线S1、S2......和Sn上。
电源供给单元400将第一电源的第一电能(或者电压)VS1施加到数据驱动器200上，将第二电源的第二电能(或者电压)VS2施加到扫描驱动器300上，并且将第三电源的第三电能(或者电压)VS3施加到阳极上。
控制器500获取图像数据的图像电平，并然后控制(或者改变)施加到阳极上的电压、施加到阴极上的电压或施加到栅极上的电压中的至少一个电压，使之与获得的图像电平相对应。这里，该图像电平对应于整个显示区域100的亮度。当图像电平高时，显示区域100被指示为亮。当图像电平低时，显示区域100被指示为暗。例如，图像电平可以通过对一帧图像数据进行求和而获得。
控制器500控制电源供给单元400，使之在电子发射期间当图像电平低时增加阳极电压，而在电子发射期间当图像电平高时减小阳极电压。当通过控制阳极电压来实现亮度时，就可以防止灰度个数减少，并实现合适的亮度，而不管所使用的驱动方法(例如，PWM方法或PAM方法)是什么，都不必改变驱动条件。
而且，控制器500控制电源供给单元400，使之增加或减小阴极和栅极之间的电压差。控制器500控制电源供给单元400，使之在电子发射期间当图像电平高时减小阴极和栅极之间的电压差，并且在电子发射期间当图像电平低时增加阴极和栅极之间的电压差。
具体地说，控制器500通过改变基准电压Vref来控制电源供给单元400。电源供给单元400改变施加到数据驱动器200和扫描驱动器300上的电能VS1或电能VS2中的至少一个电压电平，使之与从控制器500输出的基准电压Vref相对应。因此，使得从数据驱动器200和扫描驱动器300输出的数据信号和/或扫描信号的电压电平发生改变，从而使显示区域100的电子发射设备的栅极和阴极之间的电压差发生改变。
当数据线作为阴极工作并且扫描线作为栅极工作时，控制器500控制电源供给单元400，使得当图像电平低时，由数据驱动器200施加到数据线上的电压减小和/或由扫描驱动器300施加到扫描线上的电压增加。当数据线作为阴极工作并且扫描线作为栅极工作时，控制器500控制电源供给单元400，使得当图像电平高时，由数据驱动器200施加到数据线上的电压增加和/或由扫描驱动器300施加到扫描线上的电压减小。
在该电子发光显示设备中，在电子发射期间，当阴极和栅极之间的电压差增加时，对比度增加。在电子发射期间，当阴极和栅极之间的电压差减小时，功耗减小并且显示区域100的电子发射设备的寿命增加。
图2示出能够用于图1所示电子发光显示设备的显示区域的一部分的一个例子。如图2所示，显示区域100包括电子发射基板120和图像形成基板130。而且，该显示区域100还可以包括用于使电子发射基板120和图像形成基板130之间保持距离的间隔物140。
电子发射基板120按照阴极122和栅极124之间的电压发射电子，其包括底面基板121、阴极122、一或多个绝缘层123、栅极124以及电子发射单元(或者发射体或者电子发射源)125。
底面基板121可以由玻璃或硅制成。当电子发射单元125是通过使用碳纳米管(CNT)浆使底面基板121暴露而形成时，可以使用透明基板，如玻璃基板作为底面基板121。
阴极122可以在底面基板121上形成为多个条形。由数据驱动器或扫描驱动器所施加的数据信号或扫描信号被提供给阴极122。阴极122可以由导电材料制成。例如，阴极可以如底面基板121一样，由透明导电材料，如氧化铟锌(ITO)制成。
绝缘层123在底面基板121和阴极122上形成，以使阴极122和栅极124相互电绝缘。绝缘层123由绝缘材料，如通过将PbO和SiO2相互混合所得到的玻璃制成。
栅极124在绝缘层123上以预定形状，如与阴极122交叉(或横跨交叉)的条形形成。由数据驱动器或扫描驱动器所施加的数据信号或扫描信号被提供给栅极124。栅极124可以由具有高导电性的金属，诸如Au、Ag、Pt、Al、Cr或者从以上金属的合金中选取的至少一种导电金属制成。绝缘层123和栅极124在阴极122和栅极124之间的每个交叉区域包括至少一个开口126，以便使阴极122暴露出来。
电子发射单元125被电连接到通过第一开口126暴露出来的阴极122上，并且可以由碳纳米管、石墨、金刚石、菱形碳、通过结合以上物质获得的纳米管、或由Si或者SiC形成的纳米线制成。
从电子发射基板120发射的电子与图像形成基板130相撞而发光，从而形成图像。图像形成基板130包括顶面基板131、阳极132、荧光体133、光屏蔽层134和金属反射层135。
顶面基板131可以由透明材料，如玻璃制成，以使得从荧光体133发射的光透射到外面。
阳极132可以由透明金属，如ITO形成，以使得从荧光体133发射的光透射到外面。阳极132有效加速从电子发射设备发射的电子。因此，将高的正(+)电压施加到阳极132上，以沿荧光体133的方向加速这些电子。
荧光体133与从电子发射基板120发射出的电子相撞而发光，并且被按照预定距离选择性地布置在阳极132上。可以将ZnS:Cu，Zn2SiO4:Mn，ZnS:Cu+Zn2SiO4:Mn，Gd2O2S:Tb，Y3Al5O12:Ce，ZnS:Cu，Al，Y2O2S:Tb，ZnO:Zn，ZnS:Cu，Al+In2O3，LaPO4:Ce，Tb，BaO·6Al2O3:Mn，(Zn，Cd)S:Ag，(Zn，Cd)S:Cu，Al，ZnS:Cu，Au，Al，Y3(Al，Ga)2O12:Tb，Y2SiO5:Tb，或者LaOCl:Tb用作发射绿光的G荧光体。可以将ZnS:Ag，ZnS:Ag，Al，ZnS:Ag，Ga，Al，ZnS:Ag，Cu，Ga，Cl，ZnS:Ag+In2O3，Ca2B5O9Cl:Eu2+，(Sr，Ca，Ba，Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2+，Sr10(PO4)6C2:Eu2+，BaMgAl16O26:Eu2+，加入了CoO，Al2O3的ZnS:Ag，ZnS:Ag或者Ga用作发射蓝光的B荧光体。可以将Y2O2S:Eu，Zn3(PO4)2:Mn，Y2O3:Eu，YVO4:Eu，(Y，Gd)BO3:Eu，γ-Zn3(PO4)2:Mn，(ZnCd)S:Ag，(ZnCd)S:Ag+In2O3，或者加入了Fe2O3的Y2O2S:Eu用作发射红光的R荧光体。
光屏蔽层134吸收并截取外部光，并且防止光学串扰，从而提高对比度，其被布置在荧光体133之间，并且彼此间以预定距离隔开。
金属反射层135在荧光体133上形成，以有效地收集从电子发射基板120发射的电子，并将由于电极碰撞所导致的从荧光体133发出的光反射到顶面基板131上，从而提高反射效果。另一方面，如果金属反射层135作为阳极132工作，那么就无需形成阳极132。
图3示出能够用于图1所示电子发光显示设备的控制器500的一个例子。如图3所示，该控制器500包括帧存储器501、查询表(LUT)502、和运算单元503。
帧存储器501存储输入的图像信号并且输出对应于一帧的数据。
LUT 502存储图像信号数据的基准亮度等级的平均值，以及依照该平均值对屏幕亮度所划分的这些等级的数据转换指数。LUT 502不一定要单独提供，也可以作为运算单元503中逻辑的一部分来实现。
运算单元503使用所对应的一帧的图像数据来确定图像电平。随着在对应一帧的图像数据中与高灰度对应的数据个数的增加，图像电平具有较大的值。随着在对应一帧的图像数据中与低灰度对应的数据个数的增加，图像电平具有较小的值。
例如，运算单元503利用通过对图像数据求和所得到的值来获得图像电平，这些图像数据对应于存储在帧存储器501中的一帧。具体地说，运算单元503获得对应于这一帧的图像数据的和，将所得之和的高八位确定为图像电平，并然后输出该确定的图像电平。
将针对所获得预定帧计算的平均值和存储在LUT 502中的基准亮度等级的平均值进行相互比较。为了控制该对应于预定帧的亮度等级的电压，可以从施加到阳极上的电压、施加到阴极上的电压或施加到栅极上的电压中选出一个，然后对其进行控制。
图4示意性地示出图1所示电源供给单元400的结构。如图4所示，该电源供给单元400包括微型计算机401和DC/DC转换器402。
微型计算机401接受由控制器500控制的图像电平，以输出与该图像电平对应的电压电平。也即，该微型计算机401产生与该图像电平对应的基准电压Vref。
具体地讲，当从控制器500输出的图像电平被用来控制阳极电压电平时，微型计算机401在图像电平高时减小阳极电压，而在图像电平低时增加阳极电压。
而且，当从控制器500输出的图像电平是用来控制阴极电压电平或栅极电压电平时，微型计算机401在图像电平高时减小阴极或者栅极电压，而当图像电平低时增加栅极电压。
DC/DC转换器402转换微型计算机401的阳极电压电平的宽度，以输出信号宽度(例如，脉冲宽度)。
图5为示出根据本发明一示例性实施例中的电子发光显示设备的亮度控制方法的流程图。如图5所示，在S501，对以帧为单位的输入图像信号求和。这时，运算单元503得到与存储在帧存储器501中的一帧相对应的图像数据的和。
然后，在S502中，将该图像数据的和的高八位确定为要输出的图像电平。也即，该图像电平是由要输出的图像数据的和的高k(预定)位确定的(k是不小于2的整数)。
然后，在S503中，将该图像电平和该预定值进行相互比较，以控制与该图像电平对应的阳极电压，并施加该阳极电压。
具体地讲，将所获得预定帧的计算平均值和存储在LUT 502中的基准亮度等级的平均值进行相互比较。这时，将施加到阳极上的电压控制为与该预定帧的亮度等级相对应。也即，当图像电平高时减小该阳极电压，而当图像电平低时增加该阳极电压。
另外，在确定图像电平以输出该图像电平后，可以进一步控制与该图像电平对应的阴极和栅极之间的电压。也即，从施加到阴极上的电压或者施加到栅极上的电压中选取一个，然后依照该预定帧的亮度等级对其进行控制。
图6示意性地示出依照根据本发明一示例性实施例中的图像电平所施加的阳极电压电平。如图6所示，当图像电平大时减小阳极电压，当图像电平小时增加阳极电压，以获得峰值亮度。这里，输出的图像电平信号与垂直同步信号相对应。
在图6中，当峰值亮度通过阳极电压来实现时，就可以防止灰度个数的减少，并且可以容易地控制亮度，而不管驱动方法，诸如PWM方法或PAM方法或驱动条件如何。
总的来说如上所述，在本发明实施例的电子发光显示器及其亮度控制方法中，图像数据被互相相加，以控制与该图像数据对应的阳极电压，并且因而实现峰值亮度。
尽管结合一定的示例性实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该理解，本发明并不限于所公开的实施例。而是，相反，本发明意在囊括各种包含于所附权利要求及其等同替换精神和范围之内的修改。
权利要求
1.一种电子发光显示设备，包括用于对输入的图像数据求和以获得图像电平的控制器；用于接受该图像电平以控制阳极电压电平与该图像电平对应，并且输出该阳极电压电平的电源供给单元；和用于根据由电源供给单元提供的阳极电压电平来实现图像亮度的显示区域。
2.如权利要求1所述的电子发光显示设备，进一步包括用于将数据信号施加到所述显示区域的数据驱动器；和用于将扫描信号施加到所述显示区域的扫描驱动器。
3.如权利要求1所述的电子发光显示设备，其中所述电源供给单元使用所述图像电平来进一步控制栅极电压电平或阴极电压电平其中之一与该图像电平相对应，并且输出该控制电压电平。
4.如权利要求3所述的电子发光显示设备，其中当将从电源供给单元输出的栅极电压电平施加到所述数据驱动器时，将阴极电压电平施加到所述扫描驱动器；并且其中当将从电源供给单元输出的阴极电压电平施加到数据驱动器时，将栅极电压电平施加到扫描驱动器。
5.如权利要求1所述的电子发光显示设备，其中所述控制器包括用于存储输入图像数据的帧存储器；用于对存储在该帧存储器中的每帧图像数据求和，以将该求和的图像数据与预定值进行比较并确定图像电平的运算单元；和用于依照运算单元的图像电平存储基准亮度等级的平均值的查询表。
6.如权利要求1所述的电子发光显示设备，其中所述电源供给单元包括用于接受由所述控制器控制的图像电平，以输出与该图像电平对应的基准电压电平的微型计算机；和用于转换该微型计算机的基准电压电平的宽度，以输出信号宽度的DC/DC转换器。
7.如权利要求6所述的电子发光显示设备，其中所述微型计算机通过输出基准电压电平控制所述阳极电压电平、阴极电压电平和栅极电压电平。
8.如权利要求6所述的电子发光显示设备，其中所述微型计算机在图像电平高时减小所述阳极电压，并且在图像电平低时增加所述阳极电压。
9.一种控制电子发光显示设备的亮度的方法，该方法包括对所接收的每帧图像数据求和；通过该图像数据的和确定图像电平，以输出该图像电平；和将该图像电平与预定值比较，以控制阳极电压并施加该阳极电压。
10.如权利要求9所述的方法，其中，在确定所述图像电平以输出该图像电平中，该图像电平是由所述图像数据的和的预定数目的高位确定的。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述预定数目为不小于2的整数，并且所述图像数据的和的预定数目的高位被确定为要输出的图像电平。
12.如权利要求9所述的方法，其中，在控制所述阳极电压以与所述图像电平对应中，所述阳极电压在所述图像电平高时被减小，并且在所述图像电平低时被增加。
13.如权利要求9所述的方法，其中，在确定所述图像电平以输出该图像电平之后，该方法进一步包括控制阴极和栅极之间的电压，使之与该图像电平对应。
14.一种控制电子发光显示设备的亮度的方法，该方法包括对所接收的图像数据求和；利用该求和的图像数据确定图像电平；输出该确定的图像电平；将该输出的图像电平与预定值比较，以控制阳极电压；和将该阳极电压施加到所述电子发光显示设备的显示区域。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述图像电平由所述求和的图像数据的预定数目的高位确定。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述阳极电压在所述图像电平高时被减小，并且在所述图像电平低时被增加。
17.如权利要求15所述的方法，进一步包括控制阴极和栅极之间的电压，使之与所述图像电平对应。
全文摘要
公开一种电子发光显示设备及其亮度控制方法。该电子发光显示设备包括用于对输入的图像数据信号求和以获得图像电平的控制器、用于接受该图像电平以控制阳极电压电平与该图像电平对应并且输出该阳极电压电平的电源供给单元，和用于依照由该电源供给单元提供的阳极电压电平实现图像亮度的显示区域。如此，将图像数据互相相加，并且控制与该图像数据对应的阳极电压，以实现峰值亮度。
文档编号G09G3/20GK1870094SQ20061007495
公开日2006年11月29日 申请日期2006年4月25日 优先权日2005年5月26日
发明者曺德九 申请人:三星Sdi株式会社