CN106205454A - 一种硅基微显示器模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅基微显示器模组，包括硅基微显示器(101)和扫描控制电路(102)；所述硅基微显示器(101)制作于单晶硅衬底上，其每一个像素仅有亮和暗两种状态，通过数字脉冲宽度来调制像素的灰度；所述扫描控制电路(102)通过外部数据接口(201)接收外部输入的像素数据(110)，并按照位平面的顺序通过内部数据接口(202)输出比特数据流(111)。该模组将发光器件集成在单晶硅芯片上，可以减少系统芯片总数以及降低系统的成本和功耗、减小产品体积，具有广阔的应用前景，可应用到头戴式显示、便携计算机、虚拟现实显示、医疗电子、军工电子等领域。

Description

一种硅基微显示器模组
技术领域
本发明涉及半导体显示领域，尤其涉及一种硅基微显示器模组。
背景技术
硅基微显示器模组包括两个基本组成部分，硅基微显示器和扫描控制电路。硅基微显示器是一种利用半导体工艺将发光像素直接制作于单晶硅表面上的微型显示器，该硅基微显示器的每个像素只有亮和暗两种状态，通过数字脉冲宽度来调制像素的灰度，并且硅基微显示器上的所有像素呈矩阵排布，通过水平信号和垂直信号来控制像素的亮暗状态；扫描控制电路把外部输入的像素数据转换成比特位平面数据输出到硅基微显示器上，硅基微显示器通过差分接口或数字接口与硅基微显示器控制电路连接。硅基微显示器可以配合光学放大系统将硅基微显示器上微小的图像放大，光学放大系统一般由光学透镜或透镜组构成，并且焦距可调。该模组将发光器件集成在单晶硅芯片上，可以减少系统芯片总数以及降低系统的成本和功耗、减小产品体积，具有广阔的应用前景，可应用到头戴式显示、便携计算机、虚拟现实显示、医疗电子、军工电子等领域。目前，现有的一种硅基微显示器技术，其分辨率达到800*600，采用数字接口模拟驱动方式，而采用数字驱动方式的硅基微显示器模组尚未出现。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种采用数字驱动方式的硅基微显示器模组，减少系统芯片总数以及降低系统的成本和功耗和减小产品体积。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供了一种硅基微显示器模组，解决了两个关键技术点：第一，本发明提供了一种全数字硅基微显示器，第二，本发明利用差分接口进行比特位数据的高速传输。
为达到上述目的，本发明提供了一种硅基微显示器模组，包括硅基微显示器(101)和扫描控制电路(102)；所述硅基微显示器(101)制作于单晶硅衬底上，其每一个像素仅有亮和暗两种状态，通过数字脉冲宽度来调制像素的灰度；所述扫描控制电路(102)通过外部数据接口(201)接收外部输入的像素数据(110)，并按照位平面的顺序通过内部数据接口(202)输出比特数据流(111)。
进一步地，所述硅基微显示器(101)的可视区域形状为矩形、正方形、菱形、椭圆形、正圆形中的一种。
进一步地，所述硅基微显示器(101)的像素阵列(201)呈矩阵形式排布，通过水平信号(202)和垂直信号(203)控制像素的亮暗状态。
进一步地，所述扫描控制电路(102)的外部数据接口(201)为VGA、A/V、DVI、HDMI、RGB、YCbCr、LVDS、MIPI、DisplayPort、eDP、PCI-Express、USB、IEEE1394中的一种。
进一步地，硅基微显示器(101)与扫描控制电路(102)通过差分信号组(301)连接，所述差分信号组为X对差分信号，X为大于或等于1的整数；每对差分信号均包含两个引脚，通过两个引脚上的电压差值来表示数据；
进一步地，硅基微显示器(101)与扫描控制电路(102)通过数字信号组(302)连接，所述数字信号组为一组Y位的并行数字信号，Y为大于或等于1的整数，每个信号均以逻辑电平来表示数据。
进一步地，所述扫描控制电路(102)可输出B个比特平面数据流，每一个比特平面数据流的长度为M*N位。B、M、N皆为大于或等于1的整数。
进一步地，所述扫描控制电路(102)还包括存储器接口(203)、存储器(204)、时序控制器(205)；所述存储器接口(203)用于将像素数据(110)写入或读出存储器(204)；所述存储器(204)为动态存储器或静态存储器，用于存储像素数据(110)；所述时序控制器(205)用于产生比特平面时序信号，刷新硅基微显示器(101)。
进一步地，所述存储器(204)按照像素顺序、比特平面顺序、像素和比特平面相混合的顺序来存储像素数据(110)。
进一步地，所述存储器(204)为单存储器、双存储器或多存储器；采用单存储器时，写数据和读数据在同一个存储器(204)中同时进行；采用双存储器和多存储器时，写数据和读数据在不同存储器(204)中进行。
进一步地，所述时序控制器(205)可采用多级译码电路或状态机结构。
进一步地，所述扫描控制电路(102)还包括图像信号处理模块(206)；所述图像信号处理模块用于实现图像信号处理功能，所述图像信号处理功能包括图像缩放、图像旋转、伽玛校正、YUV转RGB、图像增强、边缘增强、灰度非线性校正、图像畸变校正。
进一步地，所述图像缩放算法包括最近邻域插值、双线性插值、三次插值、偏微分方程插值、分形插值、样条插值、小波逆向插值、神经网络插值。
进一步地，所述图像旋转为正90度旋转、负90度旋转、180度旋转以及任意角度旋转，旋转方法包括坐标变换方法、地址变换方法。
进一步地，所述YUV转RGB方法包括整型算法、部分查表法、完全查表法。
进一步地，所述图像增强是将原来不清晰的图像的整体或局部变得清晰或强调某些感兴趣的特征；图像增强算法包括对比度变换、空间滤波、彩色变换、多光谱变换、图像运算。
进一步地，所述图像畸变校正能够校正灰度、颜色、形状，图像畸变校正方法包括坐标变换法、邻近插值法、立方卷积插值法、双线性插值法。
进一步地，所述硅基微显示器(101)和扫描控制电路(102)集成于同一块硅芯片中或分成不同硅芯片独立实现。
进一步地，所述扫描控制电路(102)中的外部数据接口(201)、内部数据接口(202)、存储器接口(203)、存储器(204)、时序控制器(205)、图像信号处理模块(206)由ASIC或FPGA或ASIC和FPGA的组合来实现。
本发明的构思是：本发明的目标是硅基微显示器模组，硅基微显示器采用数字方式驱动，与普通的模拟驱动方式相比，刷新率高，面积小，屏幕分辨率高，驱动电路结构简单。数字驱动电路包括SRAM(静态随机存储器)、DRAM(动态随机存储器)，通过半导体工艺直接制作于单晶硅上。硅基微显示器的像素采用数字方式驱动，只有亮和暗两种状态，并通过数字脉冲宽度来调制像素的灰度。扫描控制电路能够将外部输入的像素数据转换成比特位平面数据输出到硅基微显示器上。硅基微显示器和扫描控制电路通过差分接口连接。扫描控制电路还包括存储器接口、存储器、时序控制器、图像信号处理模块，存储器接口用于将像素数据写入或读出存储器，存储器用于存储像素数据，时序控制器用于产生比特平面时序信号，图像信号处理模块用于实现图像信号处理功能。
根据上述的发明构思，本发明采用下述的技术方案：
一种硅基微显示器模组，其特征在于硅基微显示器与扫描控制电路通过差分接口连接，硅基微显示器的像素驱动电路是一种开关电路，只有开和关两种状态，每个像素都有一个像素驱动电路，像素也只有亮和暗两种状态。硅基微显示器的所有发光器件集成在同一硅芯片上，其构成的所有晶体管全部以数字开关方式工作，仅有“开”和“关”两种状态，采用数字脉宽调制方式控制有机发光二极管的亮度与灰度。扫描控制电路接收外部输入的像素数据，并向硅基微显示器发送比特位平面数据。
所述扫描控制电路将接收的像素数据通过存储器接口写入存储器，图像信号处理模块通过存储器接口读取存储器中的像素数据，然后对像素数据进行缩放、旋转、伽玛校正、图像增强、边缘增强、灰度非线性校正、图像畸变校正处理，经过处理的像素数据通过差分接口送入硅基微显示器。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：
第一，本发明采用了数字驱动方式，使晶体管只工作在“开”和“关”两种状态下，一方面减轻了电路设计复杂度和难度，另一方面可以通过数字方法来更加精确有效地控制显示灰度，而传统的模拟驱动电路利用了晶体管的线性工作区和饱和工作区，大部分电路需要电容，部分电路需要电阻，一方面增加了电路复杂度，另一方面较难保证驱动电路的一致性，因此也较难保证灰度控制的精确性。
第二，本发明采用了差分接口，相比于传统的接口速度快、信号稳定、抗电磁辐射强，能够支持更高的显示刷新频率和显示分辨率。
第三，本发明采用了在扫描控制电路中增加存储器对外部输入的像素进行缓存，能够提高数据的传输速率。
本驱动电路的主要特点在于：
1、所有晶体管全部以数字开关方式工作，采用数字脉宽方式驱动发光器件；
2、外部存储器用于像素数据的缓存；
3、差分接口可实现高速数据的传输。
4、图像信号处理模块能够对图像进行图像缩放、图像旋转、伽玛校正、YUV转RGB、图像增强、边缘增强、灰度非线性校正、图像畸变校正。
以下将结合附图对本发明。的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步。说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的硅基微显示器模组的结构框图；
图2为本发明的一个较佳实施例的硅基微显示器的像素阵列结构框图；
图3为本发明的一个较佳实施例的扫描控制电路结构框图；
图4为本发明的一个较佳实施例的内部数据接口的结构框图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图说明如下：
实施例一：
参见图1，本硅基微显示器模组，其特征在于硅基微显示器与扫描控制电路通过差分接口连接，硅基微显示器所有的发光器件通过半导体工艺制作于同一单晶硅芯片上，其构成的所有晶体管全部以数字开关方式工作，仅有“开”和“关”两种状态，采用数字脉宽调制方式控制像素的亮度与灰度。扫描控制电路接收外部输入的像素数据并将比特位平面数据通过差分接口发送到硅基微显示器上。
实施例二：
参见图2，本硅基微显示器，其特征在于所述硅基微显示器的可视区域为矩形、正方形、菱形、椭圆形、正圆形中的任意一种。像素阵列呈矩阵形式排布，通过水平信号和垂直信号控制像素的亮暗状态。硅基微显示器下面贴合一块金属片用于散热，所述金属片的材料可以是Al、Cu、Ag、Au、Pt、Cr、W、Mo、Ti、TiN、Sn、ITO、ZnO或这些材料之间的复合物。
实施例三：
参见图3，本扫描控制电路，其特征在于所述扫描控制电路包括外部数据接口、存储器接口、存储器、时序控制器、图像信号处理模块、内部数据接口，用于接收像素数据，外部数据接口接收外部外部输入的像素数据，其类型包括但不仅限于VGA、A/V、DVI、HDMI、RGB、YCbCr、LVDS、MIPI、DisplayPort、eDP、PCI-Express、USB、IEEE1394。存储器为动态存储器或静态存储器，用于存储像素数据。时序控制器用于产生比特平面时序信号，刷新硅基微显示器。图像信号处理模块读取存储器的像素数据并对其进行图像缩放、图像旋转、伽玛校正、YUV转RGB、图像增强、边缘增强、灰度非线性校正、图像畸变校正等处理。内部数据接口为差分接口或数字接口，用于高速传输比特数据流。
实施例四：
参见图4，本硅基微显示器模组，硅基微显示器(101)与扫描控制电路(102)通过差分信号组(301)连接，所述差分信号组为X对差分信号，X为大于或等于1的整数；每对差分信号均包含两个引脚，通过两个引脚上的电压差值来表示数据；硅基微显示器(101)与扫描控制电路(102)也可以通过数字信号组(302)连接，所述数字信号组为一组Y位的并行数字信号，Y为大于或等于1的整数，每个信号均以逻辑电平来表示数据。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种硅基微显示器模组，其特征在于，包括硅基微显示器(101)和扫描控制电路(102)；所述硅基微显示器(101)制作于单晶硅衬底上，其每一个像素仅有亮和暗两种状态，通过数字脉冲宽度来调制像素的灰度；所述扫描控制电路(102)通过外部数据接口(201)接收外部输入的像素数据(110)，并按照位平面的顺序通过内部数据接口(202)输出比特数据流(111)。
2.根据权利要求1所述的硅基微显示器模组，其特征在于，所述硅基微显示器(101)的可视区域形状为矩形、正方形、菱形、椭圆形、正圆形中的一种；所述硅基微显示器(101)的像素阵列(201)呈矩阵形式排布，通过水平信号(202)和垂直信号(203)控制像素的亮暗状态。
3.根据权利要求1所述的硅基微显示器模组，其特征在于，所述扫描控制电路(102)的外部数据接口(201)为VGA、A/V、DVI、HDMI、RGB、YCbCr、LVDS、MIPI、DisplayPort、eDP、PCI-Express、USB、IEEE1394中的一种。
4.根据权利要求1所述的硅基微显示器模组，其特征在于，硅基微显示器(101)与扫描控制电路(102)通过差分信号组(301)连接，所述差分信号组为X对差分信号，X为大于或等于1的整数，每对差分信号均包含两个引脚，通过两个引脚上的电压差值来表示数据；硅基微显示器(101)与扫描控制电路(102)还可通过数字信号组(302)连接，所述数字信号组为一组Y位的并行数字信号，Y为大于或等于1的整数，每个信号均以逻辑电平来表示数据。
5.根据权利要求1所述的硅基微显示器模组，其特征在于，所述扫描控制电路(102)可输出B个比特平面数据流，每一个比特平面数据流的长度为M*N位；B、M、N皆为大于或等于1的整数。
6.根据权利要求1所述的硅基微显示器模组，其特征在于，所述扫描控制电路(102)还包括存储器接口(203)、存储器(204)、时序控制器(205)；所述存储器接口(203)用于将像素数据(110)写入或读出存储器(204)；所述存储器(204)为动态存储器或静态存储器，用于存储像素数据(110)；所述时序控制器(205)用于产生比特平面时序信号，刷新硅基微显示器(101)。
7.根据权利要求6所述的硅基微显示器模组，其特征在于，所述存储器(204)按照像素顺序、比特平面顺序、像素和比特平面相混合的顺序来存储像素数据(110)；所述存储器(204)为单存储器、双存储器或多存储器；采用单存储器时，写数据和读数据在同一个存储器(204)中同时进行；采用双存储器和多存储器时，写数据和读数据在不同存储器(204)中进行。
8.根据权利要求1所述的硅基微显示器模组，其特征在于，所述扫描控制电路(102)还包括图像信号处理模块(206)；所述图像信号处理模块用于实现图像信号处理功能，所述图像信号处理功能包括图像缩放、图像旋转、伽玛校正、YUV转RGB、图像增强、边缘增强、灰度非线性校正、图像畸变校正。
9.根据权利要求8所述的硅基微显示器模组，其特征在于，所述图像缩放算法包括最近邻域插值、双线性插值、三次插值、偏微分方程插值、分形插值、样条插值、小波逆向插值、神经网络插值；所述图像旋转为正90度旋转、负90度旋转、180度旋转以及任意角度旋转，旋转方法包括坐标变换方法、地址变换方法；所述YUV转RGB方法包括整型算法、部分查表法、完全查表法；所述图像增强是将原来不清晰的图像的整体或局部变得清晰或强调某些感兴趣的特征；图像增强算法包括对比度变换、空间滤波、彩色变换、多光谱变换、图像运算；所述图像畸变校正能够校正灰度、颜色、形状，图像畸变校正方法包括坐标变换法、邻近插值法、立方卷积插值法、双线性插值法。
10.根据权利要求1、6、8所述的硅基微显示器模组，其特征在于，所述扫描控制电路(102)中的外部数据接口(201)、内部数据接口(202)、存储器接口(203)、存储器(204)、时序控制器(205)、图像信号处理模块(206)由ASIC或FPGA或ASIC和FPGA的组合来实现。
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