CN105529004B - 省电显示系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种显示器和显示驱动方法实现像素设置/重置方案。示例显示器的每个像素单元包括设置端、重置端、输出端和设置/重置电路。响应于在设置端上接收设置信号，设置/重置电路在输出端上置位第一信号并且在输出端上维持第一信号直至在重置端上接收到重置信号为止。响应于在重置端上接收重置信号，设置/重置电路在输出端上置位第二信号并且在输出端上维持第二信号直至在设置端上接收到设置信号为止。像素的光学输出取决于第一信号和第二信号在预定义的调制期间内何时在设置/重置电路的输出端上被置位。

Description

省电显示系统和方法
技术领域
本发明一般涉及显示系统，并且更具体地涉及包括个体像素单元的阵列的显示系统。甚至更具体地，本发明涉及像素数据在显示器的个体像素上被置位的显示系统。
背景技术
包括显示数据被置位的像素的阵列的显示系统是众所周知的。在现有技术的显示器中，像素通常被布置成行和列的阵列。数据线沿着像素的每个列来布置，而行线沿着像素的每个行来布置。特定行线上的启用信号使行的每个像素将在与每个特定像素相关联的相应的列线(通常是两个)上被置位的数据位加载到像素的内部锁存器中。锁存数据位控制由相关联的像素所显示的强度。
数据的多个位(例如，8位、16位或更多)被顺序地加载到每个像素中以生成单个强度值。取决于数据位的值，像素在开/亮(例如数字1)和关/暗(例如数字0)状态之间切换，其被观看者的眼睛一体化，使得观看者感知中间强度。
每当对列线再充电以向像素写入数字1时都消耗大量电力。在数据的单个帧的期间必须对列线再充电的次数取决于数据的内容。具体地，只要将数字0写入到像素并且将数字1写入到下一行(相同的列)的像素时，就必须对列线再充电。对于1280X 720像素显示器，对于典型的显示画面，必须对列线再充电大约900万次，并且对于最差情况下的数据帧，可能需要超过2900万次再充电。而且，因为列线再充电的所需数量根据视频数据而变化，所以功耗不稳定。
为了提高图像质量，已经开发出不同的数据方案。在一些情况下，将原数据(例如，8位)转换成具有更大数量的位(例如超过60位)的数据。增的位数极大地增了列线转变的数量，并且因此也增加了显示器的功耗。另外，增加数量的数据位需要更大的存储缓冲器，从而增加显示器和/或驱动器电路的成本。
需要一种比现有技术显示器使用更少功率的显示器。还需要一种具有更稳定的功耗的显示器。还需要一种显示器，其可以获得使用增加数量的数据位的驱动方案的结果，但是不需要增加显示器和/或驱动电路内的存储缓冲器的大小。
发明内容
本发明通过提供一种实现像素设置/重置方案的显示器和显示驱动方法来克服与现有技术相关联的问题。本发明便于根据多位视频数据来驱动显示器，同时降低在数据的帧的期间必须对显示器的列线再充电的次数。
一种显示器包括：像素单元，包括设置端、重置端、输出端以及被耦合以经由设置端接收设置信号和经由重置端接收重置信号的设置/重置电路。响应于在设置端接收设置信号，设置/重置电路操作以在输出端上置位第一信号并且在输出端上维持第一信号直至在重置端上接收到重置信号为止。响应于在重置端上接收重置信号，设置/重置电路操作以在输出端上置位第二信号并且在输出端上维持第二信号直至在设置端上接收到设置信号为止。像素的光学输出取决于第一信号和第二信号在预定义的调制期间内何时在设置/重置电路的输出端上被置位(asserted)。
显示器还包括：设置信号线，耦合到像素单元的设置端；重置线，耦合到像素单元的重置端；以及逻辑电路。逻辑电路具有被耦合以接收指示将由像素显示的强度值的显示数据的显示数据输入端组(video data input terminal set)。逻辑电路还具有被耦合以接收指示调制期间的特定部分的定时数据的定时数据输入端组(timing data inputterminal set)。逻辑电路操作以根据显示数据和定时数据的值来选择性地在设置信号线上置位设置信号、在重置信号线上置位重置信号或者在设置信号线或重置信号线上均不置位信号。
示例显示器包括被布置为形成显示器中的像素单元的列的多个像素单元。多个像素单元中的每一个的设置端耦合到设置信号线，并且多个像素单元中的每一个的重置端耦合到重置信号线。显示器包括多个像素单元的列，像素单元的列中的每一个都包括多个像素单元、设置信号线和重置信号线。
在示例实施例中，像素单元还包括像素电极和开关。开关具有耦合到第一电压供应线的第一输入、耦合到第二电压供应线的第二输入以及耦合到设置/重置电路的输出端的控制端。响应于在设置/重置电路的输出端中被置位的第一信号，开关可操作以将第一电压供应线耦合到像素电极。响应于在设置/重置电路的输出端中被置位的第二信号，开关可操作以将第二电压供应线耦合到像素电极。
显示器还包括被耦合以向逻辑电路的显示数据输入端组提供显示数据的驱动器电路。驱动器电路包括用于从视频数据源接收视频数据的视频数据输入端组并且操作以基于视频数据来生成显示数据。在一个实施例中，显示数据与视频数据相同。视频数据包括n个位，并且调制期间包括2n-1个子区间。设置信号是脉冲，并且重置信号是脉冲。在每个调制期间内在每个像素的设置信号端上置位不超过一个脉冲，并且在每个调制期间内在每个像素的重置端上置位不超过一个脉冲。
在第二实施例中，视频数据定义将由像素显示的多个强度值，并且驱动器电路生成具有与视频数据不同格式的显示数据。在第二实施例中，可操作驱动器电路以定义将由像素显示一个强度值的调制期间，并且还定义设置/重置电路处于设置状态或重置状态的调制期间的子区间。在调制期间内由像素显示的强度对应于设置/重置电路处于设置状态的调制期间的子区间的数量。调制期间包括子区间的第一分组和子区间的第二分组，并且第二分组的子区间具有与第一分组的子区间不同的持续时间。显示数据包括与子区间的第一分组相对应的第一部分以及与子区间的第二分组相对应的第二部分。设置信号是脉冲，并且重置信号是脉冲。在子区间的第一分组和第二分组中的每一个内在每个像素的设置端上置位不超过一个脉冲，并且在子区间的第一分组和第二分组中的每一个内在每个像素的重置端上置位不超过一个脉冲。
在第二实施例中，显示器包括多个像素和存储缓冲器。存储缓冲器被耦合以从驱动器电路接收显示数据以及向逻辑电路提供显示数据。存储缓冲器具有足够容量以保持一个调制期间的显示器的所有像素的显示数据的第一部分，并且存储缓冲器具有足够容量以保持一个调制期间的显示器的所有像素的显示数据的第二部分。然而，存储缓冲器具有足够容量以保持一个调制期间的所有像素的所有像素数据。
还公开一种调制多像素显示器的方法。该方法包括接收视频数据和定义调制期间。该方法还包括在调制期间内向显示器的每个像素提供设置信号以及在调制期间内向显示器的每个像素提供重置信号。每个特定像素的设置信号和重置信号的相关定时取决于视频数据，并且确定每个特定像素的光学输出。
示例方法还包括将调制期间划分成多个子区间以及基于视频数据来生成显示数据。该方法还包括生成与子区间相关联的定时数据以及基于定时数据和显示数据将设置信号和重置信号提供给像素。
在示例方法中，显示数据与视频数据相同。视频数据包括n个位，并且调制期间包括2n-1个子区间。提供设置信号包括在被耦合到像素的设置信号线上置位设置脉冲以及在每个调制期间内对每个像素提供不超过一个设置脉冲。提供重置信号包括在被耦合到像素的重置信号线上置位重置脉冲以及在每个调制期间内对每个像素提供不超过一个重置脉冲。
在第二示例方法中，将调制期间划分成多个子区间的步骤包括将调制期间划分成子区间的第一分组和子区间的第二分组。第二分组的子区间具有与第一分组的子区间不同的持续时间。提供设置信号包括在被耦合到像素的设置信号线上置位设置脉冲以及在子区间的第一分组和第二分组中的每一个期间对每个像素提供不超过一个设置脉冲。提供重置信号包括在被耦合到像素的重置信号线上置位重置脉冲以及在子区间的第一分组和第二分组中的每一个期间对每个像素提供不超过一个重置脉冲。
在第二示例方法中，生成显示数据的步骤包括生成与子区间的第一分组相对应的显示数据的第一部分以及生成与子区间的第二分组相对应的显示数据的第二部分。基于定时数据和显示数据对像素提供设置信号和重置信号的步骤包括基于显示数据的第一部分在子区间的第一分组期间向像素提供设置信号和重置信号。另外，基于定时数据和显示数据对像素提供设置信号和重置信号的步骤包括基于显示数据的第二部分在子区间的第二分组期间向像素提供设置信号和重置信号。
在具体的示例方法中，生成显示数据的步骤包括生成第一二进制数据字和第二二进制数据字。第一二进制数据字具有指示相关联的像素应当处于设置状态的第一分组的子区间的数量的值。第二二进制数据字具有指示相关联的像素应当处于设置状态的第二分组的子区间的数量的值。
所公开的实施例提供接收视频数据并且基于视频数据向显示器的像素提供设置信号和重置信号的装置。
附图说明
参照下面的附图来描述本发明，附图中相同的标号指代基本相似的元件：
图1是根据本发明的第一实施例的显示系统的框图；
图2是图1的显示系统的显示设备的框图；
图3是图2的显示器的像素单元的简化电路图；
图3A是替代像素单元的简化电路图；
图4是图2的显示器的脉冲发生器的简化电路图；
图5是获取255个灰度级别的像素调制的时序图；
图6是施加于图2的显示器的设置线和重置线的信号的时序图；
图7示出在本发明的替代实施例中实现的调制方案的数据表示；
图8是示出能够实现图7的调制方案的替代显示系统的框图；
图9是图8的显示系统的显示设备的框图；
图10是图9的显示器的脉冲发生器的简化电路图；
图11是施加于图9的设置线和重置线的信号的时序图；
图12A是示出通过图10的脉冲发生器的脉冲逻辑单元来处理图7的数据字的第一部分的逻辑图；
图12B是示出通过图10的脉冲发生器的脉冲逻辑单元来处理图7的数据字的第二部分的逻辑图；
图13是替代的脉冲发生器的简化电路图；
图14是概述调制多像素显示器的示例方法的流程图；
图15是概述执行图14的方法“定义调制期间”步骤的示例方法的流程图；以及
图16是概述执行图14的方法“生成显示数据”步骤的示例方法的流程图。
具体实施方式
本发明通过提供具有带有设置/重置结构和功能的像素单元的显示器和驱动显示器方法来克服与现有技术相关联的问题。在下面的描述中，阐述多个具体细节(例如，显示器中的列和行的数量、显示器的类型、特定数据类型等)以便提供对本发明的彻底的理解。然而，本领域的技术人员将意识到，本发明可与这些特定细节不同地被实践。在其他实例中，省略了公知的显示器制造和驱动实践的细节(例如，异步驱动方案)，以便不会对本发明引起不必要的不清楚。
首先将参照显示8位视频数据的实施例来描述本发明，以便简化对本发明的基本方面的解释。然后，将描述使用更复杂的调制方案来显示8位图像数据的本发明的实施例。然而，应当理解的是，本发明可以应用于用于显示具有任何数量的位和/或加权方案的图像数据的系统。
图1是示出根据本发明的一个实施例的显示系统100的框图。显示系统100包括显示驱动器102、红色显示器104(r)、绿色显示器104(g)、蓝色显示器104(b)以及一对帧缓冲器106(A)和106(B)。每个显示器104(r,g,b)包含被布置成1280个列和768个行的像素单元的阵列(未在图1中示出)以便显示图像。显示驱动器102从系统(例如，计算机系统、电视系统等，未示出)接收多个输入，包括经由输入端108的垂直同步(Vsync)信号、经由视频数据输入端组110的视频数据以及经由时钟输入端112的时钟信号。
显示驱动器102包括数据管理器114和显示控制单元(ICU)116。数据管理器114耦合到Vsync输入端108、视频数据输入端组110和时钟输入端112。另外，数据管理器114经由72位的缓冲器数据总线118耦合到帧缓冲器106(A)和106(B)中的每一个。数据管理器还分别经由多个(在本实施例中为8个)显示数据线120(r,g,b)耦合到每个显示器104(r,g,b)。因此，在本实施例中，总线118具有所组合的显示数据线120(r,g,b)的三倍带宽。最后，数据管理器114耦合到协调线(coordination line)122。显示控制单元116还经由多个(在该示例实施例中为23个)显示控制线124(r,g,b)耦合到输入端108、协调线122以及每个显示器104(r,g,b)。
显示驱动器102控制并协调显示器104(r,g,b)的驱动处理。数据管理器114经由视频数据输入端组110接收视频数据，并且将所接收的视频数据经由缓冲器数据总线118提供给帧缓冲器106(A-B)之一。在本实施例中，视频数据一次72位地传输给帧缓冲器506(A-B)(亦即，一次3个24位数据字)。数据管理器114还从帧缓冲器106(A-B)之一取回视频数据，根据色彩来分离视频数据，并且经由显示数据线120(r,g,b)向相应的显示器104(r,g,b)提供视频数据的每个色彩(亦即，红色、绿色和蓝色)。注意，显示数据线120(r,g,b)每个都包括8位。因此，一次可以传输相当于8位数据的一个像素。然而，应当理解的是，可能提供更大数量的数据线120(r,g,b)以降低所需的传输的速度和数量。数据管理器114利用经由协调线122接收的协调信号来确保在适当的时间将适当的数据提供给每个显示器104(r,b,g)。最后，数据管理器114利用在输入端108处提供的同步信号和在时钟输入端112处接收的时钟信号来协调显示驱动系统100的各个组件之间的视频数据的路由。
数据管理器114以交替的方式从和向帧缓冲器106(A和B)读取和写入数据。具体地，数据管理器114从一个帧缓冲器(例如，帧缓冲器106(A))读取数据，并且将数据提供给显示器104(r,g,b)，同时数据管理器向另一个帧缓冲器(例如，帧缓冲器106(B))写入数据的下一个帧。在将数据的第一帧从帧缓冲器106(A)写入到显示器104(r,g,b)之后，数据管理器114开始将数据的第二帧从帧缓冲器106(B)提供给显示器104(r,g,b)，同时将正在接收的新的数据写入到帧缓冲器106(A)中。该交替处理在数据流到显示器驱动器102中时持续，其中数据被写入到帧缓冲器106之一，同时从帧缓冲器106中的另一个读取数据。
数据管理器还根据在显示系统100中实现的驱动方案将视频数据转换成某种其他格式。例如，24位RGB数据(每个色彩8个二进制加权位)可以被转换成具有更大数量的位的混合数据(例如，包括二进制加权位的集合和任意加权的位的集合的数据字)。转换/重新格式化的数据在本文中被称为显示数据(亦即，传输给显示器104的数据)。然而，在具体实施例中，转换并不是必需的，并且因此，视频数据和显示数据是相同的。
显示控制单元116控制每个显示器104(r,g,b)的个体像素单元的调制(亦即，设置和重置)以显示相应的色彩图像。显示器104(r,g,b)被布置为使得单个显示的色彩的图像重叠以形成完整的色彩图像。显示控制单元116经由通用显示控制线124向每个显示器104(r,g,b)提供各种控制信号。显示控制单元116还经由协调线122向数据管理器114提供协调信号，使得显示控制单元116和数据管理器114保持同步，并且维持由显示器104(r,g,b)产生的图像的完整性。最后，显示控制单元116从输入端108接收同步信号，使得关于数据的每个帧重新同步显示控制单元116和数据管理器114。
响应于从数据管理器114接收的视频数据以及从显示控制单元116接收的控制信号，显示器104(r,g,b)针对它们相应的显示器的每个像素根据与该像素相关联的视频数据进行调制。通过基于视频数据生成设置和重置信号，利用单个脉冲而不是传统的脉冲宽度调制来调制显示器104(r,g,b)的每个像素。
图2是显示系统100(图1)的一个显示器104的框图。显示器104包括以列和行布置的多个像素单元202、数据缓冲器204、设置/重置脉冲发生器206、行解码器208以及电压控制器210。在该示例中，显示器104是硅上液晶(LCOS)设备。每个像素单元202包括在像素单元的电路(在图2中不可见)上面的反射像素镜212。液晶层(未示出)在像素镜212上面并且被透明公共电极214覆盖。液晶层按照根据像素镜212和公共电极214之间的电压的量旋转通过液晶的光的偏振。于是，偏振器(未示出)可以用于根据由每个像素单元202造成的偏振旋转来显示亮的和暗的像素。
显示器104响应于由显示驱动器102(图1)提供的控制信号和数据进行操作。数据缓冲器204响应于经由一个显示控制线124接收的数据加载信号来加载经由显示数据线120接收的数据。在该示例实施例中，数据缓冲器204具有使数据缓冲器204能够存储显示数据的一个完整的帧的(1280X 768X 8)位的容量(亦即，针对具有1280列和768行的显示器的每个像素有8个位)。响应于提供给数据缓冲器204和行解码器208的行地址，数据缓冲器204将显示数据的对应行(每个像素8位)提供给设置/重置脉冲发生器206。
设置/重置脉冲发生器206将所接收的显示数据与经由显示控制线124接收的定时数据进行比较，并且根据比较，选择性地将经由另一个显示控制线124接收的脉冲传送给设置信号线218的相关联的一个、重置信号线220的相关联的一个，或者不传送给设置信号线218和重置信号线220的任何一个。行解码器208解码经由显示控制线124提供的行地址，并且在行启用线221的对应一个上置位启用信号。在行线220之一上置位的启用信号使得该行的每个像素单元202能够接收在对应的设置信号线218或重置线220上正在被置位的脉冲(如果有)。
设置信号线218和重置信号线220替换先前显示器的数据线。每个设置信号线218和重置信号线220耦合到像素单元202的相关联的列。然而，不是将数据位写入到像素单元202，而是经由在设置信号线218上的脉冲设置(例如，开启)像素单元202以及经由在重置信号线220上的脉冲重置(例如，关闭)像素单元202。特定像素显示的灰度级别取决于特定像素处于设置状态(例如，开启)的调制期间的部分。本发明的设置/重置驱动方案极大地降低了在数据的每个帧的期间必须对列线(设置信号线218和重置信号线220)再充电的次数(特别是与现有的显示器的数据线相比)。实际上，在该示例实施例中，在数据的单个帧的调制期间，只需要将一个设置脉冲和一个重置脉冲提供给每个像素。必须对设置信号线218和重置信号线202再充电的次数的降低导致功耗的显著降低。
电压控制器210响应于去偏置(debiasing)信号(D/D-bar)和VC基准电压，提供对显示器104去偏置的手段，从而防止由于液晶层内的离子迁移而造成的LCOS设备的损坏。具体地，电压控制器210控制经由VC线226提供给公共电极214的电压、经由V1线222提供给像素单元202的“开”像素电压以及经由V0线224提供给像素单元202的“关”像素电压。通过改变V1线222和V0线224上的电压，电压控制器可以维持像素镜212和公共电极214之间的电压的量值，但是逆转方向。例如，如果VC为0伏特并且V1是3.5伏特，则将V1上的电压改变成-3.5伏特将不改变像素单元202的光学输出，但是将有助于对像素镜212上的液晶层去偏置。最佳的去偏置出现在跨越液晶的均方根(root-mean-square，RMS)电压随时间接近于0的情况下。
图3是显示器104的像素单元202的简化电路图。像素单元202包括设置/重置电路302，在该示例实施例中，设置/重置电路302包括第一反相器304、第二反相器306、设置门308、重置门310以及启用门(enable gate)312。第一反相器304的输出在节点314处耦合到第二反相器306的输入，节点314提供设置/重置电路302的输出。第二反相器306的输出在节点316处耦合到第一反相器304的输入。节点314通过串联的重置门310和启用门312耦合到地。类似地，节点316通过串联的设置门308和启用门312耦合到地。
按照如下对设置/重置电路302进行设置和重置。当启用门312处于未导通状态时，设置/重置电路302维持其当前状态(设置或重置)，而不管在设置信号线218上的设置信号的置位或者在重置信号线220上的重置信号的置位。设置/重置电路302可以只在行启用线221上的信号将启用门312带入导通状态时进行设置/重置。
当启用门312处于导通状态时，设置信号线218上的脉冲设置设置/重置电路302。设置信号线218上的脉冲将设置门308带入导通状态，并且将节点316拉低。响应于在节点316上的低信号，第一反相器304将节点314上的高信号置位，节点314为设置/重置电路302的输出。在节点314上的高信号还使第二反相器306将节点316上的低信号置位，并且在设置信号线218上的设置脉冲已经结束并且设置门308不再处于导通状态之后在节点316上维持低信号。在设置状态下，设置/重置电路302的输出(节点314)仍然为高。
当启用门312处于导通状态时，重置信号线220上的脉冲重置设置/重置电路302。重置信号线220上的脉冲将重置门310带入到导通状态并且将节点314拉低。响应于节点314上的低信号，第二反相器306将节点316上的高信号置位。节点316上的高信号还使第一反相器304将节点314上的低信号置位，并且在重置信号线220上的重置脉冲已经结束并且重置门310不再处于导通状态之后维持节点314上的低信号。在重置状态下，设置/重置电路302的输出(节点314)仍然为低。
像素单元202还包括多路复用器318。多路复用器318具有耦接到V1电压供应线222的第一输入、耦接到V0电压供应线224的第二输入、耦接到节点314(设置/重置电路302的输出)的控制输入以及耦接到像素镜212和电容器320的输出。响应于节点314上的低信号，多路复用器318将V0电压供应224线耦接到像素镜212和电容器320，将像素202置于“关”状态。响应于节点314上的高信号，多路复用器318将V1电压供应线222耦接到像素镜212和电容器320，将像素单元202置于“开”状态。因此，当像素单元202处于重置状态时，像素单元202为关，并且当像素单元202处于设置状态时，像素单元202为开。虽然设置/重置电路302的输出可以直接耦接到像素镜212，但是如上所述，多路复用器318的使用便于对液晶显示器的去偏置。
像素单元202还包括数据读取门322。数据读取门322便于读取在像素镜212上被置位的数据，用于诊断目的。在数据读取输入324上置位的数据读取信号将数据读取门322带入导通状态，从而将在像素镜212上置位的电压提供给读出线326。像素单元202的诊断像素读取特征与本发明的剩余部分关系不特别密切。因此，从剩下的附图中省略数据读取输入324和读出线326，以便不必使那些附图变得复杂。
图3A是替代的像素单元202A的简化电路图。除了用一对启用门352和354替换启用门312之外，替代的像素单元202A与图3的像素单元202相同。启用门352和354的功能类似于启用门312，但是使用两个分离的启用门以另外的集成设备为代价提供性能增强。
图4是设置/重置脉冲发生器206的简化电路图。设置/重置脉冲发生器206包括用于显示器104的像素单元202的每个列的脉冲逻辑402、设置门404和重置门406。脉冲经由脉冲线408从显示控制单元116(图1)接收。每个设置门404选择性地将脉冲线408耦接到重置信号线218的相应的一个。类似地，每个重置门406选择性地将脉冲线408耦接到重置信号线220的相应的一个。脉冲逻辑402具有耦接到设置门404的控制门的第一输出以及耦接到重置门406的控制门的第二输出。
脉冲逻辑402从显示驱动器102接收8位显示数据和8位时间计数，并且确定应当将设置信号还是重置信号传送给相关联的像素202。显示数据指示将由像素单元202在预定义的调制期间显示的强度，时间计数指示调制期间的特定子区间。如果时间值和显示数据的比较指示应当将设置信号提供给像素单元202，则脉冲逻辑402将电压置位到设置门404的控制门上，使得设置门404将处于导通状态，并且在脉冲线408上置位的脉冲将传送给设置信号线218。如果时间值和显示数据的比较指示应当将重置信号提供给像素单元202，则脉冲逻辑402将电压置位到重置门406的控制门上，使得重置门406将处于导通状态，并且在脉冲线408上置位的脉冲将传送给重置信号线220。如果时间值和显示数据的比较指示不应当将设置信号以及重置信号提供给像素单元202，则脉冲逻辑402维持在设置门404的控制门和重置门406的控制门上的电压，使得设置门404和重置门406保持在未导通状态，并且在脉冲线408上置位的脉冲将不传送给设置信号线218或重置信号线220。
一般地，脉冲逻辑402将脉冲传送给设置信号线218和重置信号线220以在调制期间的特定子区间内开启(设置)和关闭(重置)像素单元，使得特定像素单元202的光学输出对应于该特定像素单元202的显示数据的强度值。提供给像素单元202的设置和重置脉冲的数量和定时取决于调制期间(由像素单元显示强度值期间的时间)以及调制期间是如何细分的。
图5是示出在所述实施例中如何细分调制期间的图。调制期间被划分成255个子区间，这便于由8位显示数据定义的256个离散的灰度级别的显示。时间值(t0-255)对应于就在相关联的时间之前的子区间的数量。例如，时间(t3)出现在子区间3和子区间4之间。为了获得灰度值0，像素202在时间(t0)时重置，并且在调制期间的持续时间内不被设置。因此，像素202针对0/255个子区间是开的，从而产生对应于0灰度值的光学输出。
为了获得1-255中的任何灰度值，像素202在时间(t0)时设置，并且在对应于显示数据的强度值的时间时重置。例如，如果8位显示数据指示值为7，则像素单元202在时间(t0)时设置，并且在时间(t7)时重置。作为另外的示例，如果8位显示数据指示值253，则像素单元202在时间(t0)时设置，并且在时间(t253)时重置。通常，像素单元202在其被设置达对应于显示数据的强度值的多个子区间之后被重置。
图6是示出将设置和重置信号施加于像素单元202的列的设置信号线218和重置信号线220的时序图。在图6的图表中，相同列中的3个不同的像素单元被设置和重置。第一像素单元202位于行(n)中，第二像素单元202位于行(n+1)中，第三像素单元202位于行(n+2)中。
图6的图表例示本实施例的设置信号线218和重置信号线220如何比现有显示器的例数据线需要少得多的电压转变(充电、放电和再充电)。相比于将8个单独的位的数据写入到现有显示器的每个像素单元，每个像素单元202只需要一个设置脉冲和一个重置脉冲来显示特定的灰度值。当使用具有更大数量的位的显示数据时，比较甚至是更有利的。
另外，由于由相邻行的像素单元202显示不同的强度值，不需要设置信号线218和重置信号线220的另外的转变。在本实施例中，每个调制期间的设置信号线218和重置信号线220的转变的所需数量是固定的(每个像素单元202一个设置脉冲和一个重置脉冲)，并且与相邻像素显示的特定的强度值无关。
在现有显示器中，将需要列数据线的另外的转变。在图6的示例中，值(x)在行(n)的像素单元202上被置位，值(y)在行(n+1)的像素单元202上被置位，值(z)在行(n+2)的像素单元202上被置位。强度值(y)小于强度值(x)，强度值(x)小于强度值(z)。在T1和T2之间的时间段内，行(n+1)的像素202将处于关状态(位值＝0)，但是行(n)和行(n+2)的像素202将处于开状态(位值＝1)。因此，在现有显示器中，列数据线将必须从向行(n)的像素单元202写入(1)转变成向行(n+1)的像素单元202写入(0)，然后再转变成向行(n+2)的像素单元202写入(1)。在时间T1和T2之间，将针对向像素单元202写入的数据的每个位重复这些转变。类似地，在时间T2和时间T3之间，针对每个数据位将需要另外的转变，因为行(n+1)的像素单元202处于关状态，但是行(n+2)的像素单元202处于开状态。
图7示出在本发明的替代的实施例中实现的调制方案的数据表示。根据该实施例，调制期间被划分成30个子区间。30个子区间被划分成两个分组。第一分组(T1-15)的15个子区间每个具有16个时间单位的持续时间。第二分组(B1-15)的15个子区间每个具有1个时间单位的持续时间。因此，整个调制期间包括255个时间单位，并且能够表示256个离散的灰度值(包括0)。
使用图示的调制期间显示的强度值通过8位数据字702表示。数据字702包括调制期间中的子区间的每个分组的位的一个分组。在该示例中，数据字702包括对应于T1-15子区间的第一分组的4个N位以及对应于B1-15子区间的第二分组的4个B位。4个N位的二进制值指示像素单元202应当处于设置状态(开)的期间的T子区间的数量，4个B位的二进制值指示像素单元202应当处于重置状态(关)的期间的B子区间的数量。如将在下面参照第二实施例所解释的那样，这种新颖的数据结构降低了显示设备中的存储缓冲器的所需容量。
图8是替代的显示系统800的框图。显示系统800类似于显示系统100，除了进行修改以实现图7的调制方案之外。显示系统800包括经由数据线820和显示控制线824互连的显示驱动器802和显示器804(r,g,b)。与之前的实施例不同，数据线820包括4个线而不是8个，因为一次只将数据字702的一半(4位)提供给显示器804。数据线820可以包括更多的线以便于一次针对一个以上的像素单元202的数据传输(例如，16个线，以针对4个像素单元202的每个传输4个位)，但是示出4个线以便更清楚地解释。另外，显示控制线824包括19个线，这比先前描述的实施例少4个，因为在本实施例中需要更少的位来传送定时值，对此将在下面更详细的描述。
如在先前的实施例中那样，数据管理器814经由视频数据输入端组110接收24位的RGB视频数据(每个色彩8位)。然而，在将视频数据传输给帧缓冲器106(A,B)之前，数据管理器814将每个8位强度值转换成具有相同强度值的图7的数据字702的格式的显示数据。然后，响应于经由协调线122接收的来自显示控制单元816的控制信号，数据管理器814向显示器804提供显示数据的整个帧的4个N位或4个B位。
显示控制单元816向显示器804提供定时和控制数据/信号以根据数据管理器814提供的显示数据来设置和重置显示器804的像素单元202。这些定时和控制信号将参照随后的附图更详细地解释，更详细地示出显示器804。
图9是图8的显示系统的显示设备804的框图。显示器804类似于显示器104，除了数据缓冲器904和设置/重置脉冲发生器906之外，对其进行了修改以实现图7的调制方案。具体地，数据缓冲器904只需要数据缓冲器204(图2)的容量的一半，因为数据缓冲器一次只存储数据字702的N位的帧或B位的帧。另外，设置/重置脉冲发生器905一次针对每列只接收并操作4个位(4个N位或4个B位)。与数据缓冲器204相比，数据缓冲器904的减小的大小提供了在大小和成本上的显著的节省。与设置/重置脉冲发生器206(图2)相比，设置/重置脉冲发生器也更小，并且因此不那么贵。至少部分地由于图7的调制方案，针对数据的每个帧，减小了大小和成本的数据缓冲器904和设置/重置脉冲发生器906，针对每个像素单元202只需要一个额外的设置脉冲和一个额外的重置脉冲。
图10是显示器804的设置/重置脉冲发生器906的简化电路图。设置/重置脉冲发生器906类似于设置/重置脉冲发生器206，除了设置/重置脉冲发生器906包括4位逻辑1002之外，这与设置/重置脉冲发生器206的8位逻辑402(图2)不同。脉冲逻辑1002接收来自数据缓冲器904的4位的显示数据(4个N位或4个B位)以及来自显示控制单元816的4位时间计数(图8)。如果4位时间值和4位显示数据的比较指示应当将设置信号提供给像素单元202，则脉冲逻辑1002将电压置位到设置门404的控制门上，使得设置门404将处于导通状态，并且在脉冲线408上置位的脉冲将传送给设置信号线218。如果时间值和显示数据的比较指示应当将重置信号提供给像素单元202，则脉冲逻辑1002将电压置位到重置门406的控制门上，使得重置门406将处于导通状态，并且在脉冲线408上置位的脉冲将传送给重置信号线220。如果时间值和显示数据的比较指示不应当将设置信号和重置信号提供给像素单元202，则脉冲逻辑1002维持设置门404的控制门和重置门406的控制门上的电压，使得设置门404和重置门406保持未导通状态，并且脉冲线408上置位的脉冲将不传送给设置信号线218或重置信号线220。
图11是施加于显示器804(图9)的示例设置信号线218和重置信号线220的信号的时序列图。在图11的示例中，显示数据包括具有(p)值的4个T位和具有(r)值的4个B位。值(p)指示相关联的像素202应当处于“开”状态的子区间T1-T15的数量，值(r)指示像素202应当处于“关”状态的子区间B1-B15的数量。在每个时间t0-t15时，脉冲逻辑1002将显示数据的4个N位与时间计数进行比较。当时间计数的值等于0(亦即，t0)时，脉冲逻辑1002使脉冲线408上的脉冲经由门404传送给设置信号线218，除非值(p)等于0。如果值(p)等于0，则脉冲逻辑1002不使脉冲传送给设置信号线218。在随后的时间(t1-t15)时，脉冲逻辑1002将显示数据的4个N位的值(p)与时间计数比较，并且当计数值等于N位的值(p)时(亦即，在时间tp时)使脉冲线408上的脉冲传送给重置信号线220。否则，脉冲逻辑1002使门404和406阻止将脉冲线408上的脉冲传送给设置信号线218和重置信号线220。如图11的时序图所示，脉冲在时间t0时传送给设置信号线218，并且重置脉冲在时间tp时传送给重置信号线220。这些仅是在调制期间的T子区间(图7)期间传送给特定像素202的脉冲。
接下来，在每个b0-b15时，脉冲逻辑1002将显示数据的4个B位与时间计数比较。当时间计数的值等于0(亦即，t0)时，脉冲逻辑1002使脉冲线408上的脉冲经由门404传送给设置信号线218，除非值(r)等于0。如果值(r)等于0，则脉冲逻辑1002不使脉冲传送给设置信号线218。在随后的时间(b1-b15)时，脉冲逻辑1002将显示数据的4个B位的值与时间计数比较，并且在计数值等于B位的值(r)时(亦即，在时间tr时)使脉冲线408上的脉冲传送给重置信号线220。否则脉冲逻辑1002使门404和406阻止将脉冲线408上的脉冲传送给设置信号线218和重置信号线220。如图11的时序图所示，脉冲在时间b0时传送给设置信号线218，重置脉冲在时间br时传送给重置信号线220。这些只是在调制期间的B子区间(图7)期间传送给特定像素202的脉冲。
图12A是示出通过脉冲逻辑1002(图10)处理图7的数据字的第一部分(4个N位)的逻辑的逻辑图。对于4个N位的每个值，逻辑图的行指示将设置信号传送给设置信号线218并且将重置信号传送给重置信号线220的时间。例如，对于值0011(3)，脉冲逻辑1002在时间t0时启用设置脉冲，并且在时间t3时启用重置脉冲。作为另外的示例，对于值1101(13)，脉冲逻辑1002在时间t0时启用设置脉冲，并且在时间t13时启用重置脉冲。对于在图12A中示出的N位的每个值(除了0000之外)，在时间t0时启用设置脉冲，并且在时间值等于4个N位的值时启用重置脉冲。
图12B是示出通过脉冲逻辑1002(图10)处理图7的数据字的第二部分(4个B位)的逻辑的逻辑图。对于4个B位的每个值，逻辑图的行指示将设置信号传送给设置信号线218并且将重置信号传送给重置信号线220的时间。例如，对于值0111(7)，脉冲逻辑1002在时间t0时启用设置脉冲，并且在时间t7时启用重置脉冲。作为另外的示例，对于值1100(12)，脉冲逻辑1002在时间t0时启用设置脉冲，并且在时间t13时启用重置脉冲。对于在图12B中示出的B位的每个值(除了0000之外)，在时间t0时启用设置脉冲，并且在时间值等于4个B位的值时启用重置脉冲。
图13是替代的脉冲发生器1300的简化电路图。脉冲发生器1300包括用于显示器中的像素单元200的每个列的设置输入1302和重置输入1304。施加到设置输入1302和重置输入1304的信号实质是选择性地向设置信号线218、重置信号线220中的任何一个传送或者不传送脉冲线408上的脉冲的2位的数据字。具体地，两位值(10)将启用门404并且将脉冲线408上的脉冲传送给设置信号线218。两位值(01)将启用门406并且将脉冲线408上的脉冲传送给重置信号线220。两位值(00)防止将脉冲线408上的脉冲传送给设置信号线218或者重置信号线220。最后，值(11)是不应当被使用的无效值，因为值(11)将启用门404和406，得到设置线404和重置线406两者上的脉冲，其将在像素单元202中引起错误。
脉冲发生器1300的简单性提供灵活性，并且允许脉冲发生器(以及将其并入的显示器)使用任何所期望的设置/重置数据方案和调制期间。所期望的数据方案和调制期间将实现在显示驱动器电路中，显示驱动器电路将向脉冲发生器1300提供设置(10)和重置(01)数据，但是将不需要提供显示数据。
图14是概述调制多像素显示器的示例方法的流程图。在第一步骤1402中，定义调制期间。然后，在第二步骤1404中，接收视频数据。接下来，在第三步骤1406中，基于视频数据生成显示数据。然后，在第四步骤1408中，基于调制期间生成定时数据。最后，在第五步骤1410中，基于定时和显示数据将设置和重置信号提供给显示器的像素。
图15是概述执行图14的方法1400的“定义调制期间”步骤1402的示例方法1500的流程图。在第一步骤1502中，定义调制期间的长度。然后，在第二步骤1504中，定义调制期间的子区间。最后，在第三步骤1506中，将调制期间的子区间分组为n个分组。
图16是概述用执行图14的方法1400的“生成显示数据”步骤1506的示例方法1600的流程图。在第一步骤中，定义显示数据以针对调制期间的子区间的每个分组包括一个数据字。然后，在第二步骤1604中，基于视频数据生成显示数据。
现在完成对本发明的具体实施例的描述。很多所描述的特征可以替换、变更或省略，而不脱离本发明的范围。例如，像素设置/重置电路的输出可以直接驱动像素镜，而不是使用多路复用器来驱动像素镜。另外，可以异步地驱动像素的每行，使得在相对彼此在时间上偏移的不同的调制期间内处理行。作为又一个示例，虽然第二实施例被描述为使用具有位的两个分组(N和B)的显示数据，但是本发明可以使用具有更大数量的位分组的显示数据。来自所示出的具体实施例的这些以及其他衍生对于本领域的技术人员，特别是在根据前述的公开的情况下，将是显而易见的。

Claims (21)

1.一种显示器，包含：
像素单元，包括设置端、重置端、输出端以及被耦合以经由设置端接收设置信号和经由重置端接收重置信号的设置/重置电路；并且其中
响应于在设置端接收设置信号，设置/重置电路操作以在输出端上置位第一信号并且在输出端上维持第一信号直至在重置端上接收到重置信号为止；
响应于在重置端接收重置信号，设置/重置电路操作以在输出端上置位第二信号并且在输出端上维持第二信号直至在设置端上接收到设置信号为止；以及
像素单元的光学输出取决于第一信号和第二信号在预定义的调制期间内何时在设置/重置电路的输出端上被置位，
其中
所述像素单元的所述光学输出取决于多位显示数据；和
所述多位显示数据的位不被写入所述像素单元。
2.根据权利要求1所述的显示器，还包含：
设置信号线，耦合到像素单元的设置端；
重置线，耦合到像素单元的重置端；以及
逻辑电路，具有被耦合以接收指示将由像素单元显示的强度值的显示数据的显示数据输入端组以及被耦合以接收指示调制期间的特定部分的定时数据的定时数据输入端组，逻辑电路操作以根据显示数据和定时数据的值来选择性地在设置信号线上置位设置信号、在重置信号线上置位重置信号或者在设置信号线和重置信号线上均不置位信号。
3.根据权利要求2所述的显示器，还包含：
多个像素单元；并且其中，
多个像素单元中的每一个的设置端耦合到设置信号线；以及
多个像素单元中的每一个的重置端耦合到重置信号线。
4.根据权利要求3所述的显示器，其中，多个像素单元、设置信号线和重置信号线被布置为形成显示器中的像素单元的列。
5.根据权利要求4所述的显示器，还包含多个像素单元的列，像素单元的列中的每一个包括多个像素单元、设置信号线和重置信号线。
6.根据权利要求1所述的显示器，其中，像素单元还包含：
像素电极；以及
开关，具有耦合到第一电压供应线的第一输入、耦合到第二电压供应线的第二输入以及耦合到设置/重置电路的输出端的控制端；并且其中
响应于在设置/重置电路的输出端中被置位的第一信号，开关可操作以将第一电压供应线耦合到像素电极；以及
响应于在设置/重置电路的输出端中被置位的第二信号，开关可操作以将第二电压供应线耦合到像素电极。
7.根据权利要求1所述的显示器，还包含：
设置信号线，耦合到像素单元的设置端；
重置线，耦合到像素单元的重置端；
逻辑电路，具有被耦合以接收指示将由像素单元显示的强度值的显示数据的显示数据输入端组以及被耦合以接收指示调制期间的特定部分的定时数据的定时数据输入端组，逻辑电路操作以根据显示数据和定时数据的值来选择性地在设置信号线上置位设置信号、在重置信号线上置位重置信号或者在设置信号线或重置信号线上均不置位信号；以及
驱动器电路，被耦合以向逻辑电路的显示数据输入端组提供显示数据，驱动器电路包括用于从视频数据源接收视频数据的视频数据输入端组并且操作以基于视频数据来生成显示数据。
8.根据权利要示7所述的显示器，其中，显示数据与视频数据相同。
9.根据权利要求7所述的显示器，其中：
视频数据定义将由像素单元显示的多个强度值；
驱动器电路操作以定义将由像素单元显示一个强度值的调制期间，并且还定义设置/重置电路处于设置状态或重置状态的调制期间的子区间；以及
在调制期间由像素单元显示的强度对应于设置/重置电路处于设置状态的调制期间的子区间的数量。
10.根据权利要求9所述的显示器，其中：
视频数据包括n个位；
n为自然数；以及
调制期间包括2n-1个子区间。
11.根据权利要求10所述的显示器，其中：
设置信号是脉冲；
重置信号是脉冲；
在每个调制期间内在每个像素单元的设置信号端上置位不超过一个脉冲；以及
在每个调制期间内在每个像素单元的重置端上置位不超过一个脉冲。
12.根据权利要求9所述的显示器，其中：
调制期间包括子区间的第一分组和子区间的第二分组，第二分组的子区间具有与第一分组的子区间不同的持续时间；
显示数据包括与子区间的第一分组相对应的第一部分以及与子区间的第二分组相对应的第二部分；
设置信号是脉冲；
重置信号是脉冲；
在子区间的第一分组和第二分组中的每一个内在每个像素单元的设置端上置位不超过一个脉冲；以及
在子区间的第一分组和第二分组中的每一个内在每个像素单元的重置端上置位不超过一个脉冲。
13.根据权利要求12所述的显示器，还包含：
多个像素单元；
存储缓冲器，被耦合以从驱动器电路接收显示数据以及向逻辑电路提供显示数据；并且其中，
存储缓冲器具有足够容量以保持一个调制期间的显示器的所有像素单元的显示数据的第一部分；
存储缓冲器具有足够容量以保持一个调制期间的显示器的所有像素单元的显示数据的第二部分；以及
存储缓冲器具有足够容量以保持一个调制期间的所有像素单元的所有像素数据。
14.一种调制多像素显示器的方法，所述方法包含：
接收视频数据；
定义调制期间；
在调制期间内向显示器的每个像素提供设置信号；
在调制期间内向显示器的每个像素提供重置信号，每个特定像素的设置信号和重置信号的相关定时取决于视频数据，并且确定每个特定像素的光学输出，并且其中
所述像素的所述光学输出取决于多位显示数据；和
所述多位显示数据的位不被写入所述像素。
15.根据权利要求14所述的方法，还包含：
将调制期间划分成多个子区间；
基于视频数据来生成显示数据；
生成与子区间相关联的定时数据；以及
基于定时数据和显示数据将设置信号和重置信号提供给像素。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，显示数据与视频数据相同。
17.根据权利要求15所述的方法，其中：
视频数据包括n个位；
n为自然数；
调制期间包括2n-1个子区间；
提供设置信号包括在被耦合到像素的设置信号线上置位设置脉冲；
提供重置信号包括在被耦合到像素的重置信号线上置位重置脉冲；
提供设置信号包括在每个调制期间内对每个像素提供不超过一个设置脉冲；以及
提供重置信号包括在每个调制期间内对每个像素提供不超过一个重置脉冲。
18.根据权利要求15所述的方法，其中：
将调制期间划分成多个子区间的步骤包括将调制期间划分成子区间的第一分组和子区间的第二分组，第二分组的子区间具有与第一分组的子区间不同的持续时间；
提供设置信号包括在被耦合到像素的设置信号线上置位设置脉冲；
提供重置信号包括在被耦合到像素的重置信号线上置位重置脉冲；
提供设置信号包括在子区间的第一分组和第二分组中的每一个期间对每个像素提供不超过一个设置脉冲；以及
提供重置信号包括在子区间的第一分组和第二分组中的每一个期间对每个像素提供不超过一个重置脉冲。
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
生成显示数据的步骤包括生成与子区间的第一分组相对应的显示数据的第一部分以及生成与子区间的第二分组相对应的显示数据的第二部分；
基于定时数据和显示数据对像素提供设置信号和重置信号的步骤包括基于显示数据的第一部分在子区间的第一分组期间向像素提供设置信号和重置信号；以及
基于定时数据和显示数据对像素提供设置信号和重置信号的步骤包括基于显示数据的第二部分在子区间的第二分组期间向像素提供设置信号和重置信号。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，生成显示数据的步骤包括：
生成第一二进制数据字，第一二进制数据字具有指示相关联的像素应当处于设置状态的第一分组的子区间的数量的值；以及
生成第二二进制数据字，第二二进制数据字具有指示相关联的像素应当处于设置状态的第二分组的子区间的数量的值。
21.一种显示器，包含：
多个像素单元，每个像素单元包括设置端、重置端、输出端以及被耦合以经由设置端接收设置信号和经由重置端接收重置信号的设置/重置电路；以及
用于接收视频数据以及基于视频数据向像素提供设置信号和重置信号的装置；并且
响应于在设置端接收设置信号，每个设置/重置电路操作以在输出端上置位第一信号并且在输出端上维持第一信号直至在重置端上接收到重置信号为止；
响应于在重置端接收重置信号，每个设置/重置电路操作以在输出端上置位第二信号并且在输出端上维持第二信号直至在设置端上接收到设置信号为止；以及
每个像素单元的光学输出取决于第一信号和第二信号在预定义的调制期间内何时在设置/重置电路的输出端上被置位；
所述像素单元的所述光学输出取决于多位显示数据；和
所述多位显示数据的位不被写入所述像素单元。
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