CN103021371B - 一种硅基液晶微型显示器数字模拟转换器驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅基液晶微型显示器数字模拟转换器驱动方法，采用两路数字模拟转换器给像素点电容充电，驱动电路中的比较器先对N比特像素点数据做预处理，根据数据的最高位是“1”或“0”，去掉最高位把数据分成2^N-1个高灰度等级数据和2^N-1个低灰度等级数据。再利用比较器控制DAC电压输出。该方法的数字模拟转换器充电时序特征是，将DAC同步信号与像素点数据进行比较，当同步信号小于等于像素点数据时，数字模拟转换器对像素点电容充电，即从同步信号为0时的低电压开始充电，充到所需的电压为止。该方法通过数字模拟转换器实现像素点电容电荷清零，在清零阶段，所有像素点的像素开关全部打开，同时数字模拟转换器输出电压为0V。

Description

一种硅基液晶微型显示器数字模拟转换器驱动方法

技术领域

本发明涉及硅基液晶显示器件LCoS（Liquid Crystal on Silicon）技术领域，具体地说属于硅基液晶微型显示器数字模拟转换器驱动电路及其工作时序领域。

背景技术

硅基液晶微型显示器件是一种在制备有驱动电路的CMOS（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor Transistor互补金属氧化物半导体）硅基背板与ITO（铟锡氧化物）导电玻璃面板之间灌装液晶而成的新型微显示器件，它综合应用了CMOS集成电路技术和液晶显示技术，具有高分辨率、微型化和低成本等诸多优势，是一种极具发展潜力的微显示器件。

硅基液晶COMS驱动背板是硅基液晶微型显示器件的关键组成部分，主要由像素阵列以及外围驱动电路两部分组成。LCoS驱动电路作用是将数字格式的视频信号转化为成驱动屏幕的模拟信号，驱动液晶分子的开关，最终显示为人眼可辨识的图像。随着分辨率和灰度等级的日益提高，LCoS驱动芯片的非线性问题（像素点上理论输出电压与实际输出电压的偏差）愈发显著，严重影响了LCoS显示系统的成像质量和可靠性。

LCoS驱动芯片的非线性主要产生在数字模拟转换器对像素的电压写入以及像素中电压信号驱动液晶屏两个阶段。引起其非线性的主要因素包括：传输线和晶体管寄生参数、数字模拟转换器驱动能力不足以及液晶上残余电荷。

传统LCoS驱动芯片的工作时序，没有N比特像素点数据信息做预处理，每个数字模拟转换器都要对2^N个灰度等级的数据进行处理，并且只有当DAC同步信号与像素点数据比较相同时，对应的模拟电压信号才被存储到阵列中相应的像素中去。单个像素的信号写入时间与一级灰度电压持续时间相同。这就要求数字模拟转换器能在短时间内写入高电压。此外，目前像素电荷清零主要是由专门的晶体管对像素电容放电的做法，像素电路结构复杂，走线复杂，寄生效应影响电路性能。

随着分辨率的提高，在帧频一定的条件下，行周期会减小；而灰度等级的提高意味着数字模拟转换器比较的次数增多，时间变长，相应缩短了像素信号写入的时间。这些都会导致器件线性度变差，本发明提出的数字模拟转换器设计方案能有效解决以上提到的问题。

发明内容

技术问题：针对高分辨率，高帧频，高灰度等级微型显示器的数字模拟转换器驱动电路设计要求，处理像素点数据时间变长的问题，本发明提出了一种多路数字模拟转换器输出方式。能有效降低数字模拟转换器处理时间。

针对数字模拟转换器写入时间过短，驱动能力不足的问题，本发明提出了一中新的数字模拟转换器时序逻辑，能大大减小数字模拟转换器写入信号时的功耗。

针对现有技术像素电容放电通过专用晶体管，电路结构复杂，走线过多带来的寄生效应影响电路性能的问题，本发明提出一种通过数字模拟转换器实现电荷清零的方法。

技术方案：为达到上述目的，本发明提出一种硅基液晶微型显示器数字模拟转换器驱动方法，该方法包括多路数字模拟转换器输出方式、数字模拟转换器对像素点电容充电工作时序设计和通过数字模拟转换器实现像素电容电荷清零。

该驱动方法包括以下步骤：

步骤1：硅基液晶微型显示器硅基板的外部移位寄存器按照寄存器时钟频率串行接收第一行像素点的8位像素点数据信号；

步骤2：移位寄存器配合行同步信号将像素点数据暂存在8位锁存器中；

步骤3：采用两路数字模拟转换器DAC输出方法，比较器模块先对锁存器中的像素点数据信号做预处理，根据数据的最高位是“1”或是“0”，同时去掉像素点数据最高位，把数据分成7位高灰度等级数据和7位低灰度等级数据data[6:0]，将全摆幅的DAC输出电压范围等分为高低两组电压值，分别由两路DAC输出；

步骤4：利用比较器控制高、低灰度等级数据，与两路DAC电压信号的同步数字信号Rampdata比较，高灰度等级数据对应高电压DAC，低灰度等级数据对应低电压DAC；

步骤5：DAC电压信号的同步数字信号Rampdata随时钟信号从0开始计时到27，在Rampdata为0时，这一行的所有像素点充电开关管打开对存储电容充电；高灰度等级数据由高电压DAC充电，低灰度等级数据由低电压DAC充电；

步骤6：当像素点数据信号data[6:0]与Rampdata比较相同时，停止充电，高低灰度等级数据对应的模拟电压信号将被存储到阵列中相应的像素中去；

步骤7：在DAC对锁存器中的第一行像素点数据信号处理的同时，移位寄存器串行接受第二行像素点数据信号，当DAC对像素点电容充电完成后，移位寄存器在行同步信号触发下，将第二行像素点数据暂存在锁存器中；

步骤8：重复步骤1-7，直到所有像素点都完成充电后打开背光源，硅基液晶微型显示器开始显示一帧图像；

步骤9：一帧图像显示结束时，将像素点上残余电荷清空；采用通过DAC清零的方法，所有像素点像素开关打开，同时两个DAC都输出0V电压，直到所有像素点电压为0V；

步骤10：开始下一帧图像处理。

步骤3所述的两路数字模拟转换器输出方式，可以推广为多路DAC输出方式；比较器先对N位数据data[N:0]的m位高位数字进行预处理，将其按照前m位数字由高到低分为2^m组灰度等级数据，同时去掉高位变为N-m位灰度数据data[N-m:0]，同时将满额度的DAC电压输出范围等分为2^m组，由2^m个DAC分别输出其中一段电压。在进行像素点电容充电时，2^m组灰度等级数据由高到低依次对应输出电压由高到低的2^m组DAC。

多路数字模拟转换器输出实现灰度等级的方法，驱动电路中的比较器模块先对N比特像素点数据信息做预处理，比较器先对N位数据data[N:0]的m位高位数字进行预处理，将其按照前m位数字由高到低分为2^m组灰度等级数据，同时去掉高位变为N-m位灰度数据data[N-m:0]，同时将满额度的DAC电压输出范围等分为2^m组，由2^m个DAC分别输出其中一段电压。在进行像素点电容充电时，2^m组灰度等级数据由高到低依次对应输出电压由高到低的2^m组DAC。

以两路数字模拟转换器为例，则根据数据的最高位是“1”或是“0”，把数据分成2^N-1个高灰度等级数据和2^N-1个低灰度等级数据。然后再利用比较器把高等级灰度数据或低等级灰度数据与DAC同步信号做比较。这种对数据进行预处理的过程通过增加DAC个数降低了显示器件的帧频。

本发明提出的数字模拟转换器对像素点电容充电的工作时序，将DAC同步信号与像素点数据进行比较，当DAC同步信号小于等于像素点数据时，数字模拟转换器都对像素点电容充电，即从DAC同步信号为0时开始充电，直到充到所需的电压为止，这种驱动方式增加了充电时间，从而减小了数字模拟转换器的功耗。

本发明提出一种通过数字模拟转换器对像素点电容电荷清空方法，在清零阶段，所有像素点的像素开关全部打开，同时数字模拟转换器输出电压为0V。这种方法取消了传统像素点电路中的下拉开关管，简化了电路结构。

有益效果：本发明提出的多路数字模拟转换器输出方法，对数据进行预处理，将数据分成高等级灰度数据和低等级灰度数据，通过增加数字模拟转换器的个数降低数字模拟转换器工作频率，有利于提高显示图像的帧频。

本发明提出的数字模拟转换器对像素点电容充电的工作时序，可以让使其能从低电压开始对像素点存储电容充电，直到充到所需的灰度等级电压为止，增加了充电时间，降低了数字模拟转换器的工作频率和功耗。

本发明提出的由数字模拟转换器控制的电荷清空方式，取消了传统像素点电路中的下拉开关管，而是直接通过现有数字模拟转换器驱动电路对电容放电，简化了电路结构，降低了走线的复杂程度。

附图说明

图1是硅基液晶微显示器硅基板的基本结构。

图2是本发明中两路数字模拟转换器输出时的波形图。其中data为8位像素点数据，Rampdata为DAC同步信号，因为对最高位进行预处理，所以波形中DAC同步信号只有7位数据Rampdata[6:0]，像素点数据高位为“1”时对应高128级灰度电压HighRampV，为“0”时对应低128级灰度电压LowRampV。

图3是通过数字模拟转换器控制的电荷清空方式的时序示意图。其中SET为清零信号，RSN为行选信号，当SET置1时，RSN全部置1。所有像素开关全部打开。

图4是本发明提出的改进后的数字模拟转换器工作时序图。其中HS为帧频，Rampdata为DAC同步信号，data为像素点数据，EN是充电信号，Col为像素点输入电压，图中EN表示从同步信号为0时开始一直冲到像素点信号对应电压。

具体实施方式

本发明提出一种硅基液晶微型显示器数字模拟转换器驱动方法，包括以下步骤：

步骤1：硅基液晶微型显示器硅基板外部移位寄存器按照寄存器时钟频率串行接收第一行像素点的8位像素点数据信号；

步骤2：移位寄存器配合行同步信号将像素点数据暂存在8位锁存器中；

步骤3：采用两路DAC输出方法，比较器模块先对锁存器中的像素点数据信号做预处理，根据数据的最高位是“1”或是“0”，同时去掉像素点数据最高位，把数据分成7位高灰度等级数据和7位低灰度等级数据data[6:0]，将满额度的DAC输出电压范围等分为高低两部分电压，分别由两路DAC输出；

步骤4：利用比较器控制高、低灰度等级数据，与两路DAC电压信号的同步数字信号Rampdata比较，高灰度等级数据对应高电压DAC，低灰度等级数据对应低电压DAC；

步骤5：DAC电压信号的同步数字信号Rampdata随时钟信号从0开始计时到2⁷，在Rampdata为0时，这一行的所有像素点像素开关管打开，全部开始充电；高灰度等级数据由高电压DAC充电，低灰度等级数据由低电压DAC充电；

步骤6：当像素点数据信号data[6:0]与Rampdata比较相同时，停止充电，高低灰度等级数据对应的模拟电压信号将被存储到阵列中相应的像素中去；

步骤7：在DAC对锁存器中的第一行像素点数据信号处理的同时，移位寄存器串行接受第二行像素点数据信号，当DAC冲完电后，移位寄存器配合行同步信号将第二行像素点数据暂存在锁存器中；

步骤8：重复步骤1-7，直到所有像素点都充完电，打开背光源，硅基液晶微显示器开始显示一帧图像；

步骤9：一帧图像显示结束时，将像素点上残余电荷清空。采用通过DAC清零的方法，所有像素点像素开关打开，同时两个DAC都输出0V电压，直到所有像素点电压为0V；

步骤10：重复步骤1-9，开始下一帧图像处理。

本发明提出的多路数字模拟转换器输出方法，其具体步骤为，驱动电路中的数据选择器首先对N比特像素点数据信号做预处理，比较器先对N位数据data[N:0]的m位高位数字进行预处理，将其按照前m位数字由高到低分为2^m组灰度等级数据，同时去掉高位变为N-m位灰度数据data[N-m:0]，同时将满额度的DAC电压输出范围等分为2^m组，由2^m个DAC分别输出其中一段电压。在进行像素点电容充电时，2^m组灰度等级数据由高到低依次对应输出电压由高到低的2^m组DAC。

以两路数字模拟转换器为例，则根据数据的最高位是“1”或是“0”，把数据分成2^N-1个高灰度等级数据和2^N-1个低灰度等级数据（如果是4路数字模拟转换器，则根据数据前两位分成4组2^N-2个灰度等级数据，依此类推）。然后再利用比较器控制像素点电容输入电压开关的工作，使其能从最低电压开始对像素点存储电容充电，直到充到所需的灰度等级电压为止。

为了更加清楚的解释本发明技术方案和有益效果等，以下将结合实例和附图，对本发明做进一步的说明：

如图1所示，以两路数字模拟转换器输出8比特像素点数据信息为例，256级灰度分为两组对应了128个灰度等级的不同电压值，列驱动的一个重要作用是在一行维持的时间内，把对应像素点的电压值选取出来，选取的过程首先判断该像素点信息8bit数据的最高位，如果是1那么就选择高128级灰度电压HighRampV，否则选择低128级灰度电压LowRampV，然后再在128个电压值中，通过一个7比特的比较器，将基准信号Rampdata[6:0]与该列上像素点图像信息数据的低7位进行比较，控制充放电开关将所对应的灰度等级电压到输入到像素点中。这样的好处是降低了数字模拟转换器工作频率，有利于提高图像显示帧频。

本发明提出的数字模拟转换器工作时序逻辑，本发明同时提出了一种数字模拟转换器对像素点电容充电的工作时序，将DAC同步信号与像素点数据进行比较，当同步信号小于等于像素点数据时，数字模拟转换器都对像素点存储电容充电，即从同步信号为0时开始充电，直到充到所需的电压为止，这种驱动方式延长了像素点电容的充电时间，从而大大减小了数字模拟转换器的功耗。如图3所示，EN为像素点充电控制信号，为1时表示在充电，为0时不充电。图中EN时序表示从同步信号为0时开始一直冲到像素点信号对应电压。这种驱动方式增加了充电时间，降低了充电电压差，从而减小了数字模拟转换器的功耗。

本发明提出的通过数字模拟转换器实现像素电荷清零方法，在不增加任何电路的条件下，仅由数字模拟转换器完成电荷清空。图2是通过数字模拟转换器控制的电荷清空方式的时序波形图。当一帧图像显示完后，在清零阶段，即图2中的T2阶段，一帧上所有像素存储电容前的像素点开关管全部打开，即RSN置1，同时数字模拟转换器输出电压为0V。本发明提出的由数字模拟转换器控制的电荷清空方式，取消了传统像素点电路中的下拉开关管，而是直接通过现有数字模拟转换器驱动电路对电容放电，简化了电路结构。

Claims (2)

1.一种硅基液晶微型显示器数字模拟转换器驱动方法，其特征在于该驱动方法包括以下步骤：

步骤1：硅基液晶微型显示器硅基板的外部移位寄存器按照寄存器时钟频率串行接收第一行像素点的8位像素点数据信号；

步骤2：移位寄存器配合行同步信号将像素点数据暂存在8位锁存器中；

步骤3：采用两路数字模拟转换器DAC输出方法，比较器模块先对锁存器中的像素点数据信号做预处理，根据数据的最高位是“1”或是“0”，同时去掉像素点数据最高位，把数据分成7位高灰度等级数据和7位低灰度等级数据data[6:0]，将全摆幅的DAC输出电压范围等分为高低两组电压值，分别由两路DAC输出；

步骤4：利用比较器控制高、低灰度等级数据，与两路DAC电压信号的同步数字信号Rampdata比较，高灰度等级数据对应高电压DAC，低灰度等级数据对应低电压DAC；

步骤5：DAC电压信号的同步数字信号Rampdata随时钟信号从0开始计时到2⁷，在Rampdata为0时，这一行的所有像素点充电开关管打开对存储电容充电；高灰度等级数据由高电压DAC充电，低灰度等级数据由低电压DAC充电；

步骤6：当像素点数据信号data[6:0]与Rampdata比较相同时，停止充电，高低灰度等级数据对应的模拟电压信号将被存储到阵列中相应的像素中去；

步骤7：在DAC对锁存器中的第一行像素点数据信号处理的同时，移位寄存器串行接收第二行像素点数据信号，当DAC对像素点电容充电完成后，移位寄存器在行同步信号触发下，将第二行像素点数据暂存在锁存器中；

步骤8：重复步骤1-7，直到所有像素点都完成充电后打开背光源，硅基液晶微型显示器开始显示一帧图像；

步骤9：一帧图像显示结束时，将像素点上残余电荷清空；采用通过DAC清零的方法，所有像素点像素开关打开，同时两个DAC都输出0V电压，直到所有像素点电压为0V；

步骤10：开始下一帧图像处理。

2.根据权利要求1所述的硅基液晶微型显示器数字模拟转换器驱动方法，其特征在于，将步骤3所述的两路数字模拟转换器输出方式替换为多路DAC输出方式；比较器先对N位数据data[N:0]的m位高位数字进行预处理，将其按照前m位数字由高到低分为2^m组灰度等级数据，同时去掉高位变为N-m位灰度数据data[N-m:0]，同时将满额度的DAC电压输出范围等分为2^m组，由2^m个DAC分别输出其中一段电压，在进行像素点电容充电时，2^m组灰度等级数据由高到低依次对应输出电压由高到低的2^m组DAC。