显示光源的发光装置阵列结构及驱动方法

专利名称：显示光源的发光装置阵列结构及驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种图像显示装置，尤其是图像显示装置中的发光装置及其驱动方 法。
背景技术：
一个典型的图像显示设备包含多个空间分布的光阀，例如液晶(LC)单元或微机 电(MEMS)单元。以液晶显示(LCD)为例，该显示设备根据图像中光的空间和时间变化，通 过设定液晶单元到不同的灰阶来显示图像。每个单元对应于被显示图像上的一个空间点， 因此，每个这样的单元被按照这样的方式设定，光线有针对性地被调制到某一个输出强度， 以代表时空像点的亮度和色彩。在显示快速变换的图像时，就每个单元而言，在两个图像更新过程中都要求根据 该单元所在的位置的亮度和色彩的变化进行响应，作出相应的改变。因此，如果LC单元的 响应时间慢于图像变化的速度，将导致各种各样的图像失真和伪影，例如色分离、移动物体 的拖影、闪烁等。此外，目前LC显示依赖彩色滤光片产生彩色图像。每种颜色的滤光片抑制其它颜 色光线出射。因此，在彩色显示器中显示单元由三基色构成，由于色彩滤光片的存在，光的 利用效率只有不到30%。一种可选择的方法是构筑无彩色滤光片显示，基色按照时序变换 的同时LC单元也根据色彩信号进行设定。要实施该方法，LC单元的运转速度将是采用彩色 滤光片时速度的三倍。由于大多数市售产品中的典型液晶单元结构其自身的响应时间超过 8毫秒，这种选择会导致较差的图像质量，还不是一种可行的能用于提高光或电源效率的方 案。

发明内容
本发明目的是提供一种显示光源的发光装置系统和方法，以消除现有技术中的伪 影和失真，并提供一个方法操控LC单元，使其能快于其固有响应速度运行，从而提供一种 色彩时序显示的解决方案。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是本发明提供一种显示装置，包括光源和多个光阀，其中光源的响应时间比光阀的 响应时间短。光源的一种优选例子为多个发光二极管(LED)。光阀的一种优选例子为液晶 (LC)单元阵列。所述光源可以包括多个发光单元，其中的每个发光单元可以独立开关。所 述光源也可以用这样的方式构建，即发光单元按组设置，其中在一个组中的所有单元同时 开关。显示装置根据输入的图像信号显示图像。本发明还包括一个控制装置，用于控制光 源输出光的强度以及液晶单元的同步传输。在显示一幅图像时，控制装置首先将光源设置 在暗淡状态，然后将液晶单元设置在松驰状态。此后，根据图像信号的对应像素点的定义， 将液晶单元设置到对应的灰度。完成液晶单元的设置后，光源被打开到图像信号定义的输 出强度。
一种优选的方案，液晶单元的结构方向使得其松驰状态对应于明亮状态，允许最 大强度的光被传播至观察面。这种优选的实施例是液晶显示像素的主流结构。本发明提供了一种采用液晶单元像素的显示装置，其操作方式为，显示像素首先 被设置为明亮状态或松驰状态，然后被设置为图像数据状态。设置为松驰状态的完成方法 是在设定所有数据输出与松驰状态相关的同时，选择一组像素设置为松驰状态。可替换的 实施方式为，该液晶单元像素组包括了显示装置的所有像素。光源的电源根据对应发光元 件照亮的显示像素的位置和时间状态进行开关，使得光输出阶段的持续时间为时间窗口的 一部分，其中时间窗口是用对应的图像数据寻址所有像素的时间段。这个操作可以通过单 一的开关操作完成，其时间大约与寻址一个显示行的时间相同，由此仅相当于更新一幅图 像的总时间的很小的一部分。本发明的优点是在发光元件关闭或暗淡以后，液晶单元可以在寻址图像数据之前被设为松驰状 态，而不会对图像产生任何干扰，由此允许一段处理松驰状态的时间。因为从松驰状态转换 为灰度级状态的速度比较快，液晶单元的响应时间获得改善。另外，由于液晶单元被设为松 驰状态时光源是处于暗淡状态的，在转换过程中令人讨厌的光泄漏消失了，由此改进了对 比度，消除了闪烁现象。


图la，lb, Ic和Id是本发明一优选实施例的原理图；图2a，2b是本发明一优选实施例的原理图；图3a，3b是本发明一优选实施例的原理图；图4a，4b是本发明一优选实施例的原理图；图5a，5b是本发明一优选实施例的原理图；图6a，6b是本发明一优选实施例的原理图；图7是本发明一优选实施例的时序图，显示了行驱动的时序例；图8是本发明一优选实施例的时序图，每半个框架提供一预设脉冲；图9是本发明一实施例的时序图；图9a是本发明另一实施例的时序图；图9b是本发明再一实施例的时序图；图10是本发明实施例的扫描时序示意图；图11是现有技术的一个例子；图12是实施例中具有附加控制信号的扫描驱动电路的功能图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例一光调制器根据控制信号调制输入光的输出。光调制器可以是单个单元或含有多个 单元的组，每个所述单元根据控制信号操作调制其控制的光。光调制器的优选实施例包括 被动或主动液晶显示阵列，以及MEMS阵列。液晶显示(LCD)阵列被作为优选实施例应用于以下的说明中。一个光阀为一个单独的元件根据控制信号调节输入光线的输出。光阀的优选实施例包括被动或主动液晶单元，以及MEMS单元。液晶(LC)单元作为优选实施例应用于以下 的说明中。这种光阀恢复到松弛状态的响应速度通常相对缓慢，而由松弛状态到达某一通 电状态的速度相对较快。例如，一个液晶(LC)单元在某一电压状态下，设置该单元到放电 不带电状态(松弛状态)需约10到25毫秒；同样的LC单元从松弛状态到达某一通电(或 充电)状态做出反应的时间大约在5毫秒或更少。本发明提供一种装置，包括光源，多个用于调制所述光源的光输出的光阀，用于将 数据电压应用于所述光阀的数据电极，对发光元件和所述光阀进行循环操作的控制电路； 所述操作包括1)将发光元件设置到关闭或暗淡状态；2)将由所述发光元件照明的光阀设 置到松驰状态；其中，在一个操作循环中，所述操作1)先于或部分重叠于所述操作2)。本发明中，此处以及其他涉及“循环”或“循环操作”的叙述均定义为一种重复出 现的操作过程，但此过程不产生必然的周期性。在一个优选实施例中，该操作被编程输入一个集成电路(IC)或多个集成电路的 集合。控制电路包括上述集成电路，通常构筑在印刷电路板上。本发明还提供一种用于操作显示装置的驱动方法，所述显示装置包括光源和多个 用于调制所述光源的光输出的光阀，方法为，在根据新的图像数据寻址或更新光阀之前，光 源被设置为暗淡状态，而光阀被设置为未加电状态。本发明还提供一种用于实现上述操作 的控制电路。光阀是一种用于控制从光源发出的光的通过强度的结构，通常利用控制电压进行 操作。一种优选的光阀实施例是液晶显示(LCD)，控制电压被加在封装液晶单元的两个相 对的表面上，其中一个表面设有ΙΤ0(纳米铟锡金属氧化物)对电极，相对的表面上设有与 薄膜晶体管(TFT)连接的像素电极。另一种优选的实施例是一种包含有液晶单元的液晶显 示，其中的控制电压被加在与液晶单元相同平面的电极上。后者被称为内置平板开关技术 (横向电场效应)的液晶显示器。在每一种实施例中，光源(背光)被设在液晶单元的背 侧，液晶单元由控制电压控制对传播到前面(观察面)的光的强度进行调制。在这些实施例中，光控制材料——液晶(LC)，在松驰状态和充能状态之间转换。在 液晶的松驰状态，控制电压几乎为0，液晶材料是松驰的，主要根据其内应力面向边界排列， 对外加力几乎没有影响。在液晶的充能状态，在外加电压及其相应的电场作用下，液晶材 料顺着电场方向排列。这种排列变化的程度主要由外加电压及由此产生的电场的大小影 响。液晶排列的这种变化导致了光被外加电压所调制，进而影响通过液晶单元传播的光的 强度，以及穿越到观察面的光强。一种典型的液晶显示器的结构使得松驰状态下液晶单元相对于液晶的自然排列 状态的变化是最小的，能够传播到观察面的光的数量是最大的。其典型的实施方式是，在出 射表面(例如液晶显示器的前面)处的偏振片及液晶的排列都和入射表面(例如液晶显示 器的背面)处的偏振片及液晶的排列成一个夹角。而且，液晶材料从松驰状态到充能状态 变化速度显著大于相反方向变化的速度。在这种典型实施例中，液晶单元的松驰状态对应 于亮状态。下面的描述即采用这种实施例来举例说明本发明。本发明的优选实施例采用的光源开关变换所用的时间是液晶单元转换所用的时间的一部分。该优选实施例的一个例子是，采用LED作为光源，而用液晶显示器单元作为光 阀。LED的响应时间(T2)大致在200微秒，而典型的液晶响应时间(Tl)是在几个毫秒。在 液晶响应时间中，松驰时间(Tr)，即从充能状态到松驰状态的时间，要长于充能时间Tc(即 从松驰状态到应用电场后排列液晶结构的响应时间)。这里描述的本发明的优选实施例举例采用发光二极管(LED)作为光源，液晶显示 器(IXD)单元作为光阀。构建一个包括IXD单元阵列和LED光源的显示装置的例子可以参 见美国专利申请US11，754，268和美国专利US5，408，109，采用有机发光二极管形成主动矩 阵显示装置的例子参见美国专利US5，684，365和美国专利US6，157，356。附图Ia提供了本发明的采用LED和IXD阵列的装置的实施例的侧视示意图，其 中，101是LED光源组，103是一个LED发光元件，102是IXD单元阵列，而105代表IXD单元 阵列中由LED发光元件103照明的一个区域，其中104代表位于区域105中的单个LCD单 元。在二维的阵列图中，103扩展为一组或一排LED单元，而104扩展为一组(排)由扫描 终端控制的IXD单元。三维的例子在图Ic中，其中12 0是IXD阵列，121是照明IXD阵列的 LED光源。本发明的内容不限于上述结构示意图的说明。例如，一个单独的控制电路IC可以 包含多个控制程序来控制行和列，或由LED控制程序和LCD图像数据处理控制器。此外变 化的例子包括但不限于排布有LCD像素单元的一个非正交排列；该LED单元设置为多种 色彩或包含多个LED组成的一个单元；该LED单元被布置在显示器的一边并通过导光板照 亮IXD单元。图Id提供了本发明实施例的一种电路示意图，其中，扫描驱动电路132提供多个 扫描信号用于选中LCD阵列131中的像素以接收数据，数据驱动电路133将图形数据传送 给IXD阵列131，LED驱动电路136为LED光源135提供驱动电流，而控制电路137则用于 处理图像数据并给LCD和LED驱动电路提供同步控制信号。在一个优选实施例中，LED驱 动电路136被构建成分布在LED阵列中，每个驱动输出控制一个或一组LED。也可以在驱动 电路中集成寄存器或存储器以使驱动电流可维持更长的时间段。在另一种优选实施例中， LED驱动电路136按行和列构建，用驱动信号寻址LED阵列，其中，LED阵列中的每个单元被 连接到一个用以响应驱动信号及设置驱动电流本地驱动电路。在响应由控制电路137发出 的控制信号时，LED驱动电路136增加或减小LED的驱动电流，由此增大或减小LED发光元 件的输出光强。在响应对LCD阵列的控制信号时，LCD驱动电路132选择LCD单元接收数 据输入，以根据数据信号增加或减小所选择LCD单元的光的传输率。一种优选的扫描驱动电路132包括多个输出。IXD阵列131的像素按照扫描组排 列，在一个扫描组中的所有像素被连接到扫描驱动电路132的同一个输出端口，被同时选 中以接收数据。优选的扫描组是阵列中的一行像素。在下面的描述中，一行表示连接到数 据驱动输出的一个扫描组，这并不表明对扫描组的定义进行限定。因此，不同行的像素会在 不同的时间选中，以便接收其对应的图像数据。由此，一个扫描(或行)驱动电路被用在通 常的LCD显示中，以便在一个时间选中一个扫描组(或一行)，依次进行操作。本发明的一个优选实施例中，驱动电路132同时具备根据控制信号同步选择多行 LCD像素阵列的功能。本发明的另一个实施例中驱动电路132还具备可同步选择所有LCD 像素阵列的功能。本发明的再一个优选实施例中，扫描驱动电路还具有同步设置所有选中的行的像素至与液晶像素的松驰状态对应状态的功能。驱动电路132可以是单片的集成电 路(IC)，其具有足够多的输出端子用于连接和控制所述的LCD行，或者可以是一组多片驱 动集成电路，其中每片都有上述功能，可以根据控制信号分别独立地操作与其输出端子连 接的IXD行。本发明中，控制电路137提供一个同步时钟控制以驱动LED135和IXD131。附图Ib提供了一个同步驱动LED和LCD的优选实施例的时序示意图。时间轴表示了时间的方 向。时间轴左侧的LED计时和状态给出了响应控制电压的LED驱动的控制电路时序以及 LED103的状态。时间轴右侧的LCD计时和状态给出了控制电路对LCD驱动电压的计时以 及被LED103照明的区域105中的IXD单元的响应。在t0和tl之间的时间段111，控制电 路传递一个控制信号给LED驱动电路，将LED103的驱动电流设置为低，使得LED关闭或处 于暗淡状态。LED驱动电路的一个优选实施例包括一内置存储器，以便在tl后LED在113 区段内保持在关闭或暗淡状态，直至下一个LED设置信号到达。在t2和t3之间的时间段 112，控制电路和液晶驱动电路将液晶驱动电压设置为低或零，对应于未充电或松驰状态。 将区域105的液晶单元设置为松驰电压的一种优选方法是，激活所有对应于区域105的行 的扫描输出，同步提供数据电压以设置液晶单元电压为零。将组105的液晶单元设置为松 驰电压的另一种优选方法是，反转与区域105相关的行的扫描驱动输出电压，使得在所述 区域的液晶单元被设置到一个超过动态范围的电压，同步设置在对电极上的电压以变抑制 液晶单元电压。在随后的时间段114，液晶响应设置电压而进入松驰状态。在一个优选实施例中，控制电路通过发送一个选择信号选通LED103的驱动电路 来设置LED驱动，同时发送LED数据将LED驱动输出设置为低电流。控制电路通过发送一个 选择信号选择区域105中的LCD单元并同步用关联未充电或松驰状态的数据信号寻址LCD 单元，来设置区域105中的IXD单元的驱动电压。在该实施例中，区域105的组中的所有单 元在同一次选择中被转换成未充电状态。在优选的实施例中，时间t2要晚于时间tl，或者 在to和tl之间但接近于tO-tl时间段的结束处。在一个显示图像数据随时间变化的动态 图像的操作中，设置LED和LCD的操作重复进行并先于图像更新循环中的数据更新时间。由于液晶响应时间要远长于LED，响应上述设置导致的LED光输出的减小速度要 比液晶单元响应到达松驰状态快得多。相应的LED单元会在LCD单元完成转换之前被设置 为关闭或暗淡状态，并且LCD的设置信号也比LED的设置信号要先寻址及发送。因此，本段 中以上描述的将LED设置为关闭或暗淡状态的操作甚至可以在将液晶单元设置为松驰状 态后完成。因此，在另一个实施例中，将LED单元设置为关闭或暗淡状态的操作与将液晶单 元设置为松驰状态的操作交迭进行。由此对LED的设置操作可以领先于将液晶单元设置为 松驰状态的操作，或者两者交迭进行。由于这个原因，在附图Ib中的时间t2可以被移动至 非常接近to，或者略早于to。根据以上的描述，本发明的一个优选的实施例提供一图像显示装置，包括一具有 复数个发光元件的光源，复数个液晶(LC)单元用于调节所述复数个发光元件发出的光，一 数据电极用于对所述LC单元应用数据电压，一控制电路用于对所述发光元件和所述LC单 元进行循环操作；所述操作包括1)将一发光元件设置为关闭或暗淡状态；2)将所述发光 元件照明的一 LC单元设置为松驰状态，其中，在一个图像更新操作循环中，(a)所述操作2)的开始时间比所述操作1)的开始时间早，且提前的时间不超过Tl的30% ；或(b)所述操作1)先于所述操作2)；或(c)所述操作1)与操作2)时间部分重叠。这里，响应时间Tl对应于LC单元的反应，是将LC单元设置为松驰状态操作时所 需的松驰时间，即在应用一电场于松驰状态操作时的充电时间。由于液晶反应速度较慢，Tl 的一个小分量时间内液晶还未作出明显变化，所以LED的操作(操作1)可以在液晶操作 (操作2)之后执行，但不能过晚，因而限定两者开始的时间差不超过Tl的30%。在设置LED103至关闭或暗淡状态，并设置被LED103照明的105中的LC单元至放 电或松驰状态后，在区域105中的LC单元保持在松驰状态的时间是一个更新周期的一部 分。
在区域205中的一个LC单元被从超过一组的LED中的LED单元照明，如图2a所 示，LC单元204被LED组206中的多个元件照明。在一个优选的实施例中，将区域205中 的LC单元204设置至松驰状态是通过将所有照明至LC204上的LED单元，即区域206中 的所有LED单元，设置成关闭或暗淡状态实现的。进一步，在另一个优选实施例中，设置一 组LC单元至松驰状态，所有照明至该组中任一像素的LED发光元件均被设为关闭或暗淡状 态。如图2b所示，区域207包括了照明至区域205中的LC单元上的LED发光元件。在该 实施例中，设置部分205的LC单元至松驰状态是通过设置区域207中的所有LED元件至关 闭或暗淡状态实现的。图3提供了另一个优选实施例，其中，在时间段311，控制电路传递一控制信号至 LED驱动电路，设置LED303的驱动电流为低，对应于LED的关闭或暗淡状态；在时间段312， 控制电路和LC驱动电路设置LC驱动电压为低为零，对应LC放电或松驰状态；在随后的时 间段314，LC响应设置电压趋近于松驰状态。在设置时间段311之后，LED元件303保持在 关闭或暗淡状态，持续一控制时间段313，典型地是更新循环的一个部分。设置区域305的 LC单元至松驰电压的优先方法是，激活选择对应区域305的所有扫描输出，并同步提供数 据电压以设置LC单元电压为零。跟着时间段314，在时间段315中，控制电路传递扫描信号至扫描驱动电路，传递 图像数据至数据驱动电路，顺序选择区域305中的像素行，并寻址选择像素对应的图像数 据。由此，在该实施例中，本发明包括了一个第三操作，3)将所述光阀设置为一根据输入图 像数据的状态，其中在一个图像更新操作循环中，操作2)先于操作3)图4提供了另一个实施例，其中，控制电路操作包括如图3的操作，其中，在时间 段411，控制电路传递一控制信号至LED驱动电路，设置LED403的驱动电流为低，对应LED 的关闭或暗淡状态。在接下来的时间段413中，LED元件403保持在关闭或暗淡状态。在 时间段412，控制电路和LC驱动电路设置LC驱动电压为低或零，对应LC404的放电或松驰 状态，在随后的时间段414中，LC响应设置电压趋近于松驰状态。414之后，在时间段415， 控制电路传递扫描信号至扫描驱动电路，传递图像数据至数据驱动电路，随后选择区域405 中的像素行，并寻址所选像素对应的图像数据。在时间段413之后，控制电路进行步完成操作以设置在操作1)中被设置为关闭或 暗态状态的所述发光元件至明亮状态。由于LC的响应要比LED的响应慢，在一个优选的实 施例中，LED元件的设置至明亮状态操作可以在一个操作循环中LCD单元设置之后进行，也可以时间重叠进行。LED元件在时间片段418中保持明亮状态，而LCD单元则在时间段415 之后，在时间段416中达到其对应的图像点的对应的状态。因此，本发明的一个优选实施例包括一如以上附图3所描述的显示装置，进一步 包括操作4)将在操作1)中被设置为关闭或暗淡状态的发光元件设置为发光状态；其中在 一个操作循环中，操作1)先于或部分重叠于操作2)，操作2)先于操作3)，且操作3)先于 或部分重叠于操作4)。图5进一步示例了优选实施例的细节，其中，超过一个LED发光元件照明一组设置 至松驰状态的LC单元，被超过一个LED光源照射的LC单元在不同的时间打开或关闭。区域 505中的LC单元被区域506中的LED元件照明。在区域504中，LC单元被区域506中的每 一个元件照明。在完成对区域504的后缘寻址后，区域506中的第一 LED单元被打开。此 时，区域504中只获得部分照明，因为区域506中的第二(较低的)LED元件是关闭的。为 补偿部分时间的部分照明，光的强度被调节以补偿由于部分照明造成的减弱。该调节是通 过一个强度仪根据第二 LED元件保持关闭时光的损失增强发光强度。本发明的另一种操作(图6)包括控制电路和驱动方法，其中，所有的LED发光元 件被关闭，LC单元被设为松驰状态。图像数据被随后寻址至LC单元。在图像数据寻址过 程中，对应于图像数据寻址完成的部分的LC单元的LED单元被依次打开。
图7所示为本发明的显示装置的操作的一个实例，其中n-r，n-r+l，-η,η+l,… 表示显示装置中的LCD扫描电极。当设置其电压为选择电压时，每一扫描电极选择一组LC 单元。作为一个示例，这里的选择电压被定义为高电压，而LC单元组代表LCD中的一行。纵 轴表示每一扫描电极的扫描电压。当某一行的扫描电压被设为选择电压(高)时，该行被 选中。在对图像数据寻址至显示LC像素的操作中的一部分，这些行被顺序选中(扫描)，每 次一行，以接收从数据驱动电路传递过来的数据。因此，图7示例了接收图像数据时的选择 次序，按n-r，n-r+l，-η,η+l,…顺序进行。然而，在寻址了行n_r+l之后，寻址行n_r+2 之前的时间段P，图7示例了一个优选操作，从η至η+4的各行均被选中各行的扫描电压在 此时被设置为高。这种一组行被选中使得对应该组行的LC单元均被设为松驰状态。在完 成设置行η至η+4后，正常的图像数据扫描恢复至n-r+2。随着数据寻址和LC操作的继续， 这种操作也会在下一个组重复进行。图8所示是本发明操作的一个特殊例子。在该例中，从M/2至M行的所有LC被在 一个扫描脉冲阶段(Pl)中选中，设置为松驰状态，而从1至(M/2-1)的所有行在另一个扫 描脉冲阶段(P2)被选中并设为松驰状态。相应地，本例示意了在一个时间设置LC显示屏 的一半至松驰状态，而在另一个扫描脉冲阶段设置另一半的操作。图9示意了本发明的另一个操作的细节，其中，数据信号和LED驱动信号在同一张 时序图中被示意。这里，作为优选实施例的一个例子，LED元件N-I照明n-1之前的LC行， 而LED元件N照明从行η至η+4间的这组LC单元。LED元件N-I在将前一组LC单元(至 行n-1)设置为松驰状态之前被设置为关闭或暗淡状态。这里，在设置行η至η+4间的这 组LC单元的之前的时间点901，LED元件N被设为关闭，即关闭了照明LC行η至η+4的光 源。行η至η+4的LC单元然后在时间902被选中，设置为松驰状态。在时间902选中行η 至η+4的脉冲阶段，来自数据驱动电路的数据信号被设为松驰电压(Data-relax N)以对选 中的LC单元放电。在此设置阶段之后，后一组扫描信号是选择行n-r+2的单一脉冲，来自数据驱动电路的数据信号恢复为普通图像数据(Data out n-r+2)以显示图像。随着图像 数据寻址的进行，在时间点904完成上述部分(至行n-1)，LED元件N-I在时间点903被打 开，此前的图像可见。其后，随着图像寻址的进一步进行，在时间点905，行η至η+4完成， LED元件N在时间点906被打开，该部分的图像可见。图9a示意了本发明的另一个操作细节，其中，操作与图9中的示序类似，在时间点 902a将被LED元件N照明的行η至η+4的LC单元设置为松驰状态后，将LED元件N在时 间点901a设置为关闭状态。由于LC的松驰操作比LED的响应要慢，LC单元的状态在时间 901a之前没有完全改变。图9b示意了本发明操作的进一步的细节，其中，数据信号和LED驱动信号被示意 在同一时序图上，一组LC单元被超过一个LED元件照明。这里，作为一个例子，在行n-5至 η+4的一组LC单元被LED元件N-I和N照明，其中LED元件N-I照明该组行的靠前部分而 LED元件N照明该组行的靠后部分。两个LED元件照明范围重叠，部分LC单元同时被两者 照明。由于LED元件N-I也重叠其前的LED元件N_2，LED元件N-I要比设置前一组LC单 元至松驰状态更早地设置为关闭或暗淡状态。这里，在设置行n-5至η+4的LC单元至松驰 状态之前的时间点901b，LED元件N被关闭，由此关闭所有照明行n-5至η+4的光源(即， LED元件N-I和N)。行n-5至η+4的LC单元在此后的时间点902b被选择，设置至松驰状 态。在902b选择行n-5至η+4的脉冲期间，来自数据驱动电路的数据信号设置为松驰电压 (Data-relax N)对被选中的LC单元放电。在该设置阶段后，下一组扫描信号是选择寻址 行n-r+2的单一脉冲的图像数据用以显示图像。当图像数据寻址进行，该组的前部在时间 点904b完成时，LED元件N-I在时间点903b被打开，该组行中前部的图像 可见。其后，当 图像寻址进一步进行，该组行的后部在时间点905b完成时，LED单元N在时间点906b被打 开，后部的图像可见。如前所述，该显示装置的操作可能会在随后的循环再次输入图像数据，该数据可 能是不同于以前输入的图像数据或是重复的数据，所有的操作和上述变化全部或部分包含 在随后的运行周期内。根据此前的描述，本发明揭示了一种操作显示装置的方法，该显示装置包括，复数 个发光元件；复数个用以设节所述发光元件发出的光的LC单元；一控制电路用以对所述发 光元件和所述LC单元完成循环操作；所述控制电路操作寻址图像数据至所述LC单元。该 优选方法包括下列循环操作1)将一发光元件设置为关闭或暗淡状态；2)将一被所述发光元件照明的光阀设置为松驰状态；其中，在一个更新操作循环中，所述操作1)先于或时间部分重叠于操作2)。在一个优化实施例中，其操作或部分操作被编程输入一个集成电路(IC)。该IC包 含的电路执行上述操作并可能还包括非主要电路运行上述例如输入或输出以及图像处理。 控制电路包含上述集成电路，它通常与其他电路一起被焊接在印刷电路板上，或完全集成 在一个IC中。进一步的细节为，该控制电路至少包括一个时序控制生成电路和控制信号电 路提供时钟和控制信号，按照前述次序操作使发光单元和LC单元相互协调运行。该电路可 以通过编程构造逻辑阵列，或设计或转换为一个特定应用IC实现。图10进一步示意了本发明的显示装置的功能和操作，其中1002是一个LED元件阵列，1001是一个LC单元阵列，1009表示显示屏状态(开或者关)。在本示例中，LC部分 1003，1004，1005被设为松驰状态，照明这些LC部分的LED元件被设置为关闭。并不要求 LC单元部分(1003，1004，1005)以一对一的方式匹配LED元件(1006)，所有照明LC单元部 分的被设为松驰状态的区域1006的LED元件需要保持关闭状态。进一步，本发明包括一控制电路及驱动电路以使能一组中的所有IXD行的选择， 如在图Ia中示例的区域105。一扫描驱动电路被构建及组装至显示装置，以操作对应区域 105中的单元的行的选择。进一步，一数据驱动电路被构建及组装至显示装置，以传递数据 信号，使之同步于设置所有数据行至一对应LC单元松驰状态的电压的扫描驱动电路。一种典型的液晶显示包含电极用以选择，数据电极用以为LC单元传送图像数据。 每个LC单元包含一个薄膜晶体管(TFT)，该TFT有一个门极和一个数据终端(TFT的漏极)。 一复数个LC单元，典型的LC单元列通过门极连接到一个扫描电极。在一个扫描电极上应 用一个“选择”信号选择连接所有的单元以接受来自数据电极的图像数据。本发明扫描驱动电路的一个优化实施例包含一复数个输出端用以操控一个液晶 显示器，其特征在于，每个输出端根据控制时序操控发送一个周期性“选择”信号，使能液晶 单元连接随后接收图像数据，并当上述“选择”信号不存在时抑制数据传输到上述单元；其 特征在于，上述扫描驱动进一步包括根据控制信号的一个循环放电操作，所述放电操同时 操控部分或全部输出端。放电操作的一个优化实施例包括，同时发送一个放电信号到上述部分或全部输出 端。放电信号一个优化实施例为一个选择所有单元连接信号随后接收一个来自数据电极的 放电数据电压。该信号与“选择”信号一样更好。扫描驱动在此被描述为可以构筑在一个 硅基上的集成电路。本发明进一步提供了一个驱动电路，包括前述的扫描驱动，和一个数据驱动电路 用以根据输入的图像信号发送图像数据到其数据输出端；在上述放电操作过程中。上述数 据驱动的输出端根据控制信号被设定到放电电压。(1)本发明中驱动电路的另一优化实施例的循环操作包括1)设定所有数据输出端为放电电压；2)开启所有扫描输出端；3)关闭所有扫描输出端；4)根据图像输入信号设置数据输出端；5)开启一个扫描输出端；6)在另一个扫描输出端重复步骤4)和5)；在一个循环操作过程中，操作1)先于或时间部分重叠于操作2)，操作2)先于操作 3)，操作3)先于操作4)。该驱动电路可以构筑在一个单芯片集成电路中。图11和图12示例了此前描述的扫描驱动电路的功能。图11对应用于扫描选择的常规驱动电路；图12提供了具有一附加控制信号“Act All”的驱动，及在最后一行中的 附加功能，其中，当“Act All”被设为使能(H)时，所有输出端被设置为使能状态(H)。“Act All”的使能和输出端的使能可以是高也可以是低，依赖驱动结构的逻辑而定。
相应地，本发明提供了一种驱动集成电路，包括一用于根据输出的图像数据传递 图像数据至其数据输出端的数据驱动电路，一用于循环使能扫描输出端口的扫描驱动电 路，所述扫描驱动电路还包括一根据控制信号的循环放电操作。该放电操作根据控制信号 在设定的时间内使能所有输出端，在所述放电操作期间，所述数据输出电路的输出端根据 控制信号被设为放电电压。该驱动集成电路优选制成单片硅芯片。在一可替换的驱动电路 中，采用常规驱动电路用于连接外界的上拉或下拉电路以通过一独立的外部回路激活所有 的输出端。相应地，本发明的另一个实施例是包括一上一段中描述的驱动集成电路的显示装 置，其循环操作功能包括1)设定所有数据输出端为放电电压； 2)开启所有扫描输出端；3)关闭所有扫描输出端；4)根据图像输入信号设置数据输出端；5)开启一个扫描输出端；6)在另一个扫描输出端重复步骤4)和5)；在一个循环操作过程中，操作1)先于或时间部分重叠于操作2)，操作2)先于操作 3)，操作3)先于操作4)。本发明的一个应用实例为手持设备，例如一个手机，其包含前述的整个驱动电路 和一个显示设备，上述显示设备包含复数个光阀连接到上述整个驱动；上述复数个光阀被 构筑在复数个子集中组，每个子集组包含了一组光阀；一个扫描输出端控制部分上述子集 组用以接收上述数据；上述整个驱动在放电操作过程中进一步设置复数个上述子集组到一 个松弛状态。为获取本发明揭示的显示屏的电路操作及时序，可以采用不同的结构。本说明书 中提供了特定的实施例及其构建方法，以示例驱动原理，操作方法及驱动器的功能定义。然 而，本发明的申请并不限于这些实例。可以得知，不同的电路实现和像素组成在本发明的原 则下可以应用于构建这类显示装置。所有这些变例均属于本发明的范围。虽然在本发明中公开了不同的实施例及其细则，基于本发明揭示的原理，本领域 技术人员能够据此给出多种其它的变型，改进和延伸。本发明的范围包括这些变型，并不受 本发明中公开的元件数量、行列分组结构、特殊电路实施例的限制。
权利要求
一种图像显示装置，包括复数个发光元件；一个调光装置包括复数个用于调整射出光线的光阀；其特征在于所述光阀的松驰时间是T1，所述发光元件的响应时间是T2，T1大于T2；一数据电极用于向所述光阀提供数据电压，一控制电路用于完成对所述发光元件和所述光阀的循环操作，所述操作包括1)将一发光元件设置为关闭或暗淡状态，2)将一被所述发光元件照明的光阀设置为松驰状态，在一个操作循环中，所述操作2)的开始时间比所述操作1)的开始时间早，且提前的时间不超过T1的30％；或所述操作1)先于所述操作2)；或所述操作1)领先并与操作2)时间部分重叠。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于所述控制电路完成在所述发光 元件和所述光阀上的循环操作，所述操作还包括，3)将所述光阀设置为一根据输入图像数 据的状态，其中在一个图像更新操作循环中，操作2)先于操作3)。
3.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于所述控制电路完成在所述发光 元件和所述光阀上的循环操作，所述操作还包括，4)将在操作1)中被设置为关闭或暗淡 状态的发光元件设置为发光状态；其中在一个操作循环中，操作1)先于或部分重叠于操作 2)，操作2)先于操作3)，且操作3)先于或部分重叠于操作4)。
4.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于所述复数个光阀和所述发光元 件被分别安排成复数个组，其中，光阀的各组按照发光元件的各组进行操作，操作方法为， 所述操作1)操作一组发光元件，将该组发光元件设置为关闭或暗淡状态，且所述操作2) 操作一组被所述该组发光元件照明的光阀至松驰状态；其中，在一个操作循环中，所述操作 1)先于或重叠于所述操作2)。
5.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于所述操作1)将所有发光元件设 置为关闭或暗淡状态，且所述操作2)将所有光阀设置为松驰状态；其中，在一个操作循环 中，所述操作1)先于或重叠于所述操作2)，且所述操作2)先于所述操作3)。
6.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，所述控制电路的操作包括操作 4)，将在操作1)中已被设置为关闭或暗淡状态的发光单元，根据输入到在操作2)中已经被 设置为松弛状态的上述光阀的图像数据，成比例地设置其各自亮度；所述发光单元根据所 照亮区域内的平均图像亮度按比例降低光强度；操作3)先于操作4)。
7.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于其中一组所述光阀连接至第一 公共电极，且其中所述操作2)，将一光阀设置为松驰状态，通过在所述第一公共电极上应用 一控制电压而实施于所述该组光阀。
8.根据权利要求7所述的图像显示装置，其特征在于所述公共电极连接至所有光阀， 其中，所述操作2)通过在所述公共电极上应用一电压操作所有光阀，将所有光阀设置为松 驰状态。
9.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于一组所述发光元件被连接至一 第二公共电极，其中，所述操作1)通过在所述第二公共电极上应用一控制电压控制该组发 光元件。
10.根据权利要求9所述的图像显示装置，其特征在于将所述组中的光阀设置为松驰状态的所述操作2)根据处理图像循环中该组的平均数据电压通过将公共电极和数据电极 都设置至该电压实现。
11.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于其中一光阀的松驰状态对应于 应用在光阀上的电压为零或趋近于零的状态。
12.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于所述复数个光阀形成像素阵 列，所述控制电路包括至少一用于传递图像数据至所述光阀的数据驱动电路，及至少一用 于根据一控制时序循环地选择光阀像素以接收图像数据的扫描驱动电路；其中，所述扫描 驱动电路包括复数个输出端口，每一输出端口通过一扫描电极连接至复数个光阀像素；扫 描驱动还包括一循环放电操作，所述放电操作在同一时间使能所述扫描驱动输出端口中选 定的一组，使得所有连接至所述组扫描驱动输出端口的光阀在该放电操作中被同时使能接 收来自所述数据驱动电路的数据。
13.根据权利要求12所述的图像显示装置，其特征在于在所述扫描驱动电路完成所 述放电选择的阶段，所述数据驱动电路将其数据输出端口设置为一放电电压，所述放电电 压将光阀设置为松驰状态。
14.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于所述复数个发光单元被分成N 个组；控制电路按照操作1)设置一个组发光单元为关闭或暗淡状态；区域内为所述发光单 元组照亮的光阀小于4A/N ；其中A为上述复数个光阀总面积。
15.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于操作1)的时间小于10毫秒。
16.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于所述光阀为液晶单元或MEMS 单元。
17.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，上述光阀的松弛状态对应于一 个亮的状态，在此状态下，LC单元光阀允许光线通过。
18.一种操作图像显示装置的方法，所述图像显示装置包括复数个发光元件；复数个 用于调整所述发光元件射出光线的光阀；所述方法包括下列循环操作1)将一发光元件设 置为关闭或暗淡状态，2)将一被所述发光元件照明的光阀设置为松驰状态，其特征在于在显示图像的一个操作循环中，所述操作1)先于或时间部分重叠于操作2)。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于包括下列循环操作1)将一发光元件设置为关闭或暗淡状态，2)将一被所述发光元件照明的光阀设置为 松驰状态，3)根据对应图像点的图像数据设置一光阀，其中，所述操作1)先于或时间部分 重叠于操作2)，且操作2)先于操作3)。
20.一种扫描驱动电路，包含复数个输出端用以操作一个液晶显示屏，其特征在于每 一个输出端根据控制记时运行以循环传送一个“选择”信号，使能液晶单元与之相连接收图 像数据，当上述“选择”信号终止时阻止数据传输到上述单元；上述扫描驱动电路进一步包 括一个根据控制信号往复运行的放电操作；上述放电操作将在部分或所有的扫描输出端同 时执行。
21.根据权利要求20所述的扫描驱动电路，其特征在于所述放电操作包含在上述部 分或所有输出端发送一个放电信号。
22.根据权利要求21所述的扫描驱动电路，其特征在于所述放电信号即所述“选择”信号。
23.根据权利要求22所述的扫描驱动电路，其特征在于该扫描驱动电路采用一集成 电路实现。
24.一种包括权利要求20所述的扫描驱动电路和根据输入图像信号传输图像数据给 其数据输出端的数据驱动电路的驱动电路，其特征在于，在所述放电操作过程中，所述数据 驱动电路的输出端根据一个控制信号设定至一个放电电压。
25.根据权利要求24所述的驱动电路，其特征在于其循环操作包括1)设定所有数据输出端为放电电压；2)开启所有扫描输出端；3)关闭所有扫描输出端；4)根据图像输入信号设置数据输出端；5)开启一个扫描输出端；6)在另一个扫描输出端重复步骤4)和5)；在一个循环操作过程中，操作1)先于或时间部分重叠于操作2)，操作2)先于操作3)， 操作3)先于操作4)。
26.根据权利要求24所述的驱动电路，其特征在于所述驱动电路为一个集成电路或 集成电路的一部分。
27.一种手持设备，包含权利要求24所述的集成电路和一个显示装置，所述显示装置 包括与所述集成电路相连的复数个光阀；其特征在于所述复数个光阀被构筑在复数个子 集中，每一子集包含一组光阀；一个扫描输出端控制选择一个上述子集用以接受数据；在 所述放电操作期间，所述集成电路进一步设置复数个上述子集为松弛状态。
28.—种显示装置操作方法，所述显示装置包括复数个发光元件；复数个液晶单元元 件，用于根据图像输入信号调节上述发光元件所发出的光线以产生图像；所述方法包括根据图像输入信号设置上述液晶单元产生上述图像；其特征在于在两 次根据其图像输入信号设置上述液晶单元之间时，所述方法进一步包括1)设置一个发光单元为关闭或暗淡状态；2)设置一个被上述光源照亮的液晶单元为松弛状态。
29.根据权利要求28所述的显示装置操作方法，其特征在于所述控制电路包含用以 控制计时的电路和提供控制信号，使发光单元和液晶单元根据所述方法同步运行。
全文摘要
本发明公开了一种作为显示系统的背光的发光元件阵列。利用多路扫描选择驱动原理提供了一种控制电路及驱动方法，以消除频闪，增强液晶的响应速度。
文档编号G02F1/13357GK101846850SQ20101017733
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月7日 优先权日2009年5月9日
发明者周庆盈 申请人:苏州纳科显示技术有限公司