具有针对功耗和速度可配置的切换的显示器

相关申请的交叉引用

本申请是2019年4月2日提交的美国专利申请No.16/372,865的继续并且要求所述专利申请的优先权，所述专利申请的公开内容以引用方式全文并入本文中。

技术领域

本公开涉及一种平板显示器，且更具体来说，涉及一种可以被配置成以高帧率操作或消耗较少功率的显示系统。

背景技术

近年来，平板显示器已变得更大和/或改变了形状。例如，移动装置的显示器的纵横比已从16:9增加到21:9。在同一时期，这些显示器的最大频率(即，帧率)已增加。例如，移动装置的显示器的帧率已从60赫兹(Hz)增加到120Hz。这两种显示趋势对应于功耗的增加。

当增加显示器的长度时，显示器的每一列包括额外的像素。每一列中的所有像素由列数据线所携带的信号控制。当增加显示器的长度时，这些信号必须具有更高的切换频率以便控制额外的像素。换句话说，为了维持(或增加)帧率，需要高的列线切换频率(例如，>100千赫)。在这些频率下，每个列数据线的寄生电容可能会不利地影响与每个像素的切换相关的时间常数。因此，必须使用更大的切换装置，但是更大的切换装置需要更多功率。因此，对于具有高纵横比的显示器，可能需要更多功率来实现高帧率。对于一些示例显示器，此功耗趋势在表1中示出。

表1：显示器功耗

发明内容

在一个一般方面，本公开描述一种用于控制显示器的方法。所述方法包括获得显示器的帧率，以及基于帧率与限定高帧率与低帧率之间的边界的阈值的比较而确定帧率是否为低(或高)。也就是说，所获得帧率可以与阈值相比较，以确定所获得帧率是高于还是低于阈值。如果所获得帧率低于阈值，则所获得帧率可以被视为低帧率(即，低)。如果所获得帧率高于阈值，则所获得帧率可以被视为高帧率(即，高)。包括多个子开关的面板开关组耦合在驱动器IC与显示器的列数据线之间。如果帧率为低，则停用面板开关组中的多个子开关的部分(即，接收连续关断信号)，以减小显示器的功耗。

另外，在一些实施方式中，所述方法进一步包括确定帧率为高，并且当帧率为高时，激活面板开关组中的所有多个子开关(即，接收用于切换的接通/关断信号)，以减小面板开关组的电阻(即，接通电阻)。

在一些实施方式中，低帧率是低于阈值的帧率，所述阈值限定高帧率与低帧率之间的边界(例如，示例阈值可以是90Hz)，并且高帧率是高于阈值的帧率。例如，在一些实施方式中，60Hz可以是低帧率且120Hz可以是高帧率。

多个子开关可以彼此并联连接，并且其中停用面板开关组的部分可以包括在帧率为低时施加信号以断开多个子开关，使得它们从面板开关组断开连接。

所述方法可以进一步包括确定帧率为高(例如，高于限定高帧率与低帧率之间的边界的阈值)，以及在帧率为高时施加信号以切换面板开关组中的所有多个子开关，以增加用于耦合驱动器IC和显示器的列数据线的子开关数目，从而减小面板开关组的接通电阻。

可以根据列线切换频率由所施加信号同时控制面板开关组中的所有多个子开关的接通和关断。

所述方法可以进一步包括在帧率为低时停用驱动器开关组中的多个子开关的一部分，以减小显示器的功耗，所述驱动器开关组耦合在驱动器集成电路(IC)与面板开关组之间。

所述方法可以进一步包括确定帧率为高，以及在帧率为高时激活驱动器开关组中的所有多个子开关，以减小驱动器开关组的电阻。

激活驱动器开关组中的所有多个子开关可以包括在控制面板开关组中的多个子开关时控制多个子开关中的每一个。

在另一个一般方面，本公开描述一种显示器，所述显示器包括控制器以及面板开关组中的多个子开关，所述显示器被配置成根据上文所描述的方法操作。显示器还可以包括驱动器开关组中的多个子开关。

在另一个一般方面，本公开描述一种显示系统。所述显示系统包括具有像素列的显示面板。每一像素列由通过面板开关组耦合到驱动器IC的列数据线控制。所述显示系统进一步包括控件，所述控件被配置成确定显示面板的帧率并且基于确定的帧率(例如，如相对于阈值相比较)控制面板开关组。

在一些实施方式中，显示器的面板开关组串联耦合在驱动器IC与列数据线之间，并且包括彼此并联耦合的多个子开关。用于这些实施方式的面板开关组的控制包括(i)当帧率相对于阈值确定为高时，将每个面板开关组的所有子开关一起切换接通和关断，以及(ii)当帧率相对于阈值确定为低时，将每个面板开关的子开关的一部分一起切换接通和关断。在低帧率情况下，将面板开关组的子开关的其余部分(连续地)切换关断(即，未使用)以节省功率。

在一些实施方式中，显示系统进一步包括与面板开关组类似地操作的驱动器开关组，所述驱动器开关组包括多个子开关。控制面板开关组可以包括当确定帧率为高时将所有子开关一起切换接通和关断，以及当确定帧率为低时将开关的一部分一起切换接通和关断。

当确定帧率为低时，控件可以被配置成切换关断面板开关组中的子开关的其余部分以节省功率。面板开关组和驱动器开关组的操作两者可以由控件控制。在一些实施方式中，控件是驱动器IC的一部分，并且在一些实施方式中，控件和驱动器IC与驱动器IC物理分离。

在一些实施方式中，显示面板具有大于18.5比9(18.5:9)的高纵横比。例如，纵横比可以是21:9。

在另一个一般方面，本公开描述一种平板显示器。所述平板显示器包括多个面板开关组。每个面板开关组被配置成将驱动器IC耦合到像素列。每个面板开关组可配置成使用以下项耦合：(i)高帧率配置，其增加消耗的功率以提供面板开关组的较低接通电阻，或(ii)低帧率配置，其提供面板开关组的较高接通电阻并且减小由面板开关组消耗的功率。

在一些实施方式中，每个面板开关组包括彼此并联连接的多个子开关。在高帧率配置中，每个面板开关组中的所有子开关用于将驱动器IC耦合到一像素列，而在低帧率配置中，每个面板开关组中的子开关的一部分用于将驱动器IC耦合到一像素列。

一个方面的可选特征可以与本文所描述的任何其它方面组合。

在以下详细描述及其附图内进一步解释前述说明性概述以及本公开的其它示例性目的和/或优点，以及实现这些的方式。

附图说明

图1描绘具有显示器的移动装置的可能前表面。

图2示意性地描绘用于移动计算装置的显示系统的可能实施方式。

图3示意性地描绘用于平板显示器的列的切换系统的第一可能实施方式。

图4示意性地描绘用于平板显示器的列的切换系统的第二可能实施方式。

图5A描绘用于在低帧率配置下操作的显示器的列的切换系统。

图5B描绘用于在高帧率配置下操作的显示器的列的切换系统。

图6描绘根据本公开的实施方式的操作显示器的方法。

图式中的组件未必按比例绘制，并且彼此之间可能不是按比例绘制的。在若干视图中，相似参考标号指代对应部分。

具体实施方式

本公开描述一种平板显示器，所述平板显示器包括至少一个开关组以将驱动器集成电路(IC)耦合到每一像素列。至少一个开关组包括多个子开关，所述多个子开关并联连接并且每一个由从控件接收的信号控制。控制子开关的信号基于显示器的帧率。当平板显示器以高帧率操作时，控件提供切换信号，使得开关组中的所有子开关将驱动器IC耦合到像素列。此高帧率配置确保开关组的接通电阻较低。低接通电阻抵消向像素列馈电的列数据线的电容(例如，寄生电容)，所述电容随着帧率增加。然而，当平板显示器以低帧率操作时，控件提供切换信号，使得开关组中的子开关的仅一部分将驱动器IC耦合到像素列。此低帧率配置确保由开关组消耗的功率较低。此低功耗有助于减少显示器的总体功耗，因为随时间推移，显示器可以在高帧率操作和低帧率操作两者下操作。

图1描绘移动计算装置(即，移动装置)的示例。示出移动装置100的前表面。前表面包括显示器110，所述显示器具有定义为高度120比宽度130的比率的纵横比(AR)(即，AR＝高度/宽度)。用于移动装置100的显示器110可以具有大于宽度130的两倍的高度120。例如，高AR显示器可以具有大于18.5比9的AR。

图2示意性地描绘可以与图1的移动装置100一起使用的可能显示系统。显示系统200包括由电子器件控制以渲染视觉输出(例如，文本、图形、视频、图像等)的显示面板(即，显示器110)。显示器可以是任何有源矩阵显示器，诸如有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器。

示出显示器110的放大部分210。放大部分210图示像素的行/列配置。每个像素212由栅极信号线214(即，水平控制线)及列数据线216(即，垂直控制线)控制。行中的所有像素共享同一栅极信号线，并且列中的所有像素共享同一列数据线。显示器110的栅极信号线214由栅极驱动器240控制。列数据线由驱动器集成电路(即，驱动器IC 230)馈电。每一列数据线216可以具有串联的面板开关220，用于切换(例如，解复用)来自驱动器IC 230的数据电压(例如，以控制像素的强度)。在一些实施方式中，面板开关220可以位于包括显示器110的面板的一部分上。另外，可以包括驱动器开关225。例如，驱动器开关可以集成为驱动器IC230的一部分。驱动器开关225可以通过控制驱动器IC 230的输出阻抗来将功能添加到驱动器IC 230。尽管为了清楚起见在图2中示出单个面板开关220和单个驱动器开关225，但是显示系统200可以包括用于显示器110中的每个列数据线的驱动器开关225和/或面板开关220。

在一些实施方式中，驱动器开关225是导电的(即，闭合或接通)，而显示器110是有源的且非导电的(即，断开或关断)。或者，驱动器开关225可以根据(例如，匹配)面板开关220被切换接通/关断。面板开关220可以在接通状态与关断状态之间切换，以在激活每一行时依序控制列中的像素，并且对于显示器的每个帧重复此过程。

在本公开中呈现驱动器开关225和面板开关220同时被切换接通/关断以操作显示器110的实施方式，以有助于理解。然而，本公开不限于此特定实施方式。例如，本文所公开的原理可以应用于面板开关220单独地或独立于驱动器开关225操作的实施方式，且反之亦然。

面板开关220和驱动器开关225(即，开关)可以影响显示器110的速度。如先前所提及，较高帧率和/或较长显示器(即，较高AR)可能导致高切换频率。在这些频率下，每个列数据线可以具有高寄生电容(C)。当列的寄生电容高(即，大)时，开关的大接通电阻(即，电阻R)可能导致大时间常数τ(例如，τ＝RC)。时间常数对应于控制列中的像素所需的时间段(例如，从一个灰度级改变到另一个)。因此，当列含有多个像素时和/或当显示器以高帧率操作时，可能需要减小/最小化开关的电阻，以减少控制每个像素所需的时间段。换句话说，对于高帧率操作，减小(例如，最小化)开关的电阻可能是合乎需要的。另外，减小(例如，最小化)开关的电阻对于高AR显示器可能是合乎需要的，所述高AR显示器由于在每帧中必须控制的大的像素数目而通常具有高列线切换频率。

可以以各种方式体现开关。例如，在用于移动装置的显示系统中，开关可以体现为P沟道低温多晶硅(poly-Si)场效应晶体管开关(即，PMOS开关)，而在用于较大显示器(例如，电视机)的显示系统中，开关可以体现为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管开关(即，NMOS开关)。然而，本公开的原理可以应用于任何晶体管开关(例如，BJT、MOSFET、JEET等)以及任何晶体管技术(例如，NMOS、PMOS、CMOS等)。

减小晶体管的电阻(例如，接通状态电阻)可以通过增加晶体管的大小来实现。例如，可以增加PMOS开关的沟道尺寸以减小开关在接通状态中的电阻。然而，与较小晶体管相比，较大晶体管需要更多功率进行切换(例如，由于较大栅极电容)。因此，通过使用大晶体管来补偿列数据线的较高寄生电容，可以增加显示器的功耗。本公开的方面是使用晶体管的组，所述晶体管并联连接并且可以被配置成协同操作以避免使用单个大晶体管开关。

本公开的另一方面是认识到显示器(例如，高AR显示器)可能不会以高帧率(例如，>60Hz)连续地操作。本公开的另一方面是基于帧率为开关(例如，面板开关220、驱动器开关225)提供可调整电阻，使得可以减小显示器的总体功耗。换句话说，本公开的方面是具有基于不同操作模式(即，帧率、频率)的可控制功耗的显示器，其中通过切换系统的配置提供功耗控制。

图3示意性地描绘用于平板显示器的列的切换系统的第一可能实施方式。切换系统300包括耦合到像素310的列的列数据线320。像素由来自放大器340的信号控制(例如，调整强度)，所述放大器包括驱动器IC 230的部分。来自放大器340的信号通过开关组耦合到列数据线320/从列数据线320解耦。

本公开的一个方面是显示器的每个列包括多个开关组。显示系统的面板部分(即，包括像素的部分)中的开关组(即，面板开关组350)可以包括彼此并联耦合以形成面板开关组350的多个(例如，两个)子开关351、352。显示系统的驱动器IC 230部分中的开关组(例如，驱动器开关组355)可以包括彼此并联耦合以形成驱动器开关组355的多个(例如，两个)子开关356、357。面板开关组350和驱动器开关组355串联耦合在驱动器IC的放大器340与显示器的列数据线320之间。面板开关组350和驱动器开关组355可以包括相同数目的子开关或可以包括不同数目的子开关。例如，面板开关组350可以包括两个或更多个子开关，并且驱动器开关组355可以包括一个子开关，且反之亦然。本公开不限于每一组中的子开关的任何特定数目或范围，且进一步不限于用于每一组中的子开关数目之间的任何特定关系。

面板开关组350中的多个子开关和驱动器开关组355中的多个子开关可以通过来自时序控制块(即，T-con或控件330)的耦合到相应子开关的多个控制信号控制(例如，单独地控制)。对于图3中所示的实施例，控件330与驱动器IC 230(即，其一部分)集成。多个控制信号可以在用于控制接通状态下的开关的电压电平与用于控制关断状态下的开关的电压电平之间交替。信号可以在用于显示器的列线切换频率下在导接通与关断电压电平之间交替。

控件330可以基于显示器的操作条件以不同方式将多个控制信号提供到多个子开关。例如，在第一操作条件下，控件330可以将第一控制信号传输到开关组中的每个子开关，而在第二操作条件下，控件可以将第一控制信号传输到多个子开关的第一部分，并且将第二控制信号传输到多个子开关的第二部分。第一控制信号可以是在列线切换频率下将列数据线与放大器耦合/解耦的交替接通/关断信号，并且第二控制信号可以是将多个子开关的第二部分从子开关的第一部分解耦的连续关断信号。换句话说，控件330(即，控制块)可以有效地使用面板开关组350和/或驱动器开关组355中的多个子开关的全部或部分，这取决于发送到每个组中的单独子开关的控制信号。

控件330可以将相同数目的控制信号提供到面板开关组350或驱动器开关组。替代地，控件330可以将不同数目的控制信号提供到面板开关组350或驱动器开关组355。例如，控件可以将多个控制信号(例如，经由多个控制信号线)提供到面板开关组350中的多个开关，同时将单个控制信号(例如，经由单个控制信号线)提供到驱动器开关组355中的单个开关。本公开不限于传输到每一组的控制信号的任何特定数目或范围，且进一步不限于传输到每个开关组的控制信号的数目之间的任何特定关系。

图4示意性地描绘用于平板显示器的列的切换系统400的第二可能实施方式。在此实施方式中，时序控制块(即，T-con或控件330)不集成为驱动器IC 230的一部分，并且可以与驱动器IC 230物理分离。否则，控件330可以如先前所描述操作。

图5A描绘用于在低频率模式下操作(即，在低帧率下操作)的显示器的列的切换系统。低频率可以简单视为低于另一帧率的帧率。例如，当帧率60Hz和120Hz用于显示器的操作时，60Hz是低频率且120Hz是高频率。本公开不限于任何特定低帧率或低帧率的范围，并且不限于任何特定高帧率或高帧率的范围。

图5A的切换系统包括面板开关组350中的两个开关。具体来说，面板开关组350包括第一面板开关511和第二面板开关512。图5A的切换系统还包括驱动器开关组355中的两个开关。具体来说，驱动器开关组355包括第一驱动器开关521和第二驱动器开关522。在此实施方式中，控件330可以确定显示器的帧率具有低频率(即，显示器以低帧率运行)。控件330可以通过接收指示帧率的信号来确定当前帧率(即，作为低频率)。或者，控件330可以通过将算法应用于显示信号来确定当前帧率，所述显示信号不直接指示帧率，而是对应于帧率。

在确定显示器以视为低频率(例如，60Hz)的帧率操作(或需要所述帧率)后，控件330有效地停用(即、解耦、关断、断开、断开连接等)每一组中的开关的部分以减少功耗。例如，在帧率为低时，可以施加一个或多个信号以断开多个子开关，使得它们与开关组断开连接。

对于图5A中所示的实施方式，控件发送(即，传输)第一控制信号以关断(即，断开)第二面板开关512并且关断(即，断开)第二驱动器开关522。同时，控件330发送第二控制信号以根据显示器操作转换第一面板开关511和第一驱动器开关521接通/关断。通过禁用子开关的部分增加每一开关组(处于接通状态)的电阻，但是减小每一个组的功耗。在此低功率操作下，由于仅驱动开关的部分，由控件330驱动的总负载电容减小。因此，减小控件的(动态)功耗，这对应于显示系统的较低功耗。如上文所提及，每一开关组的接通电阻的增加引起像素的与控制相关联的时间常数(即，行-线编程时间)的增加。具体来说，时间常数与开关的接通电阻以及耦合到开关的列数据线的寄生电容成比例。仅驱动开关的部分导致的时间常数增加不会影响显示器的操作，因为低帧率操作所需的行-线编程时间较长。因此，本公开的方面是用于显示器的开关系统，所述开关系统包括开关组，所述开关组可以部分地禁用以减小低帧率下的功耗，而不影响显示器的性能。在图5A的示例实施方式中，低帧率配置有效地使用面板开关组350中的第一面板开关511以及驱动器开关组355中的第一驱动器开关521。此低帧率配置提供高接通电阻，但是减小消耗的功率。

图5B描绘用于在高频率模式下操作(即，显示器在高帧率下操作)的显示器的列的切换系统。在确定显示器以视为高频率(例如，120Hz)的帧率操作(或需要所述帧率)后，控件330有效地激活每一组中的所有开关以减小接通电阻。

对于图5B中所示的实施方式，控件330传输控制信号以一起转换第一面板开关511、第二面板开关512接通/关断以进行正常操作。同样，控件330传输控制信号以根据显示器操作转换第一驱动器开关521和第二驱动器开关522接通/关断。通过启用所有子开关减小每一开关组(处于接通状态)的电阻，并且减小每一组的功耗。在高频率操作中，与低频率操作中相比，像素的行-线编程所需的时间较少。因此，每一开关组的接通电阻的减小会减小与像素的控制(即，行-线编程时间)相关联的时间常数，以适应高频率操作。换句话说，当增加帧率时，可以通过减小开关的接通电阻来维持(或减小)用于控制开关的时间常数。因此，本公开的另一方面是用于显示器的开关系统，所述开关系统包括开关组，所述开关组可以完全启用以减小高帧率下的电阻。在图5B的示例实施方式中，高帧率配置使用面板开关组350中的两个子开关以及驱动器开关组355中的两个子开关。此高帧率配置提供低接通电阻，以随着消耗的功率增加而增加显示速度。换句话说，图5B中所示的实施方式比图5A中所示的实施方式消耗更多功率，因为控制更多开关。由图5B消耗的功率可以与使用一个大(例如，低接通电阻)开关的实施方式相当。当显示器以低帧率操作时，发送可控开关组优于单个大开关的优点。在这种情况下，由可控开关组汲取(即消耗)的功率低于单个大开关。对于随时间以高帧率和低帧率两者操作的显示器，消耗较少总体功率。

图6是用于控制显示器的方法的流程图。所述方法包括获得610显示器的帧率(例如，在控件330处接收)。接下来，将帧率确定为低或高620。例如，可以将所获得帧率与限定高帧率与低帧率之间的边界的阈值相比较，并且如果帧率高于阈值，则帧率是高频率，并且如果帧率低于阈值，则帧率是低频率。如果帧率确定为低，则可以在低帧配置中控制630开关组(或多个开关组)以操作640显示器。例如，可以使用连续关断信号停用开关组中的多个子开关的部分，所述开关组耦合驱动器IC和显示器的列数据线。如果另一方面帧率确定为高，则可以在高帧率配置中控制635开关组(或多个开关组)。例如，耦合驱动器IC和显示器的列数据线的开关组中的所有子开关都可以接收相同控制信号，以操作640显示器。

尽管在图6的方法中示出两个替代方式，但是本公开的原理可以应用于更多范围。例如，帧率可以确定为多个范围中的一个，并且对于所述范围，可以激活(或停用)开关组中的合适数目的子开关，以提供适当接通电阻和/或预定范围内的适当功耗。

在说明书和/或附图中，已公开典型实施例。本公开不限于此类示例性实施例。术语“和/或”的使用包括相关联所列项中的一个或多个中的任一者和全部组合。除非另外指出，否则特定术语已用于一般性和描述性意义，而不是用于限制目的。如在本说明书中使用，空间相对术语(例如，在……前面、后面、上方、下方等)预期涵盖除了图中所描绘的定向之外的装置在使用或操作时的不同定向。例如，移动计算装置的“前表面”可以是面向用户的表面，在此情况下短语“在……前面”暗示更接近用户。

尽管已经如本文所描述说明所描述实施方式的某些特征，但是本领域技术人员现在将想到许多修改、替换、改变和等效物。因此，应理解，所附权利要求书预期涵盖落入实施方式的范围内的所有此类修改和改变。应理解，它们仅以示例而非限制性方式呈现，并且可以在形式和细节上进行各种改变。除了相互排斥的组合之外，本文所描述的设备和/或方法的任何部分可以通过任何组合进行组合。本文所描述的实施方式可以包括所描述的不同实施方式的功能、组件和/或特征的各种组合和/或子组合。