CN111402780B

CN111402780B - 一种时分显示提高微显示器内部dac精度的显示系统

Info

Publication number: CN111402780B
Application number: CN202010502929.XA
Authority: CN
Inventors: 陈弈星; 孟雄飞; 谢博文
Original assignee: Nanjing Xinshiyuan Electronics Co ltd
Current assignee: Nanjing Xinshiyuan Electronics Co ltd
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2040-06-05
Also published as: CN111402780A

Abstract

本发明公开了一种时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统，包含驱动模块和显示模块，显示模块用于显示图像，驱动模块中有对数据缓存预处理的存储控制模块；将输入信号转换成所需格式来支持多种格式视频源信号输入的信号转换模块；可调整亮度与对比度、对伽马值进行校正的gamma校正模块；用于配置寄存器对应功能的寄存器配置模块；以及通过不同位来实现精度调整的数据微调控制模块。本发明中使用了多帧时分实现DAC精度提高的原理，最终使得在不改变原DAC分辨率的情况下，用时间和灰阶共同调节，成功的提升了数位DAC的精度，实现了高分辨率DAC的显示效果，大大提升了微显示器的显示灰阶层次。

Description

一种时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统

技术领域

本发明涉及显示领域，尤其涉及一种时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统。

背景技术

随着AR、VR以及全息技术地迅速发展，近眼显示越来越受到人们的亲睐。而微显示器如LCoS因其高亮度、分辨率、低功耗、高帧率、体积小等诸多优点，被广泛应用于近眼显示领域。而微显示器显示图像的灰阶层次往往受限于微显示器内部的DAC的精度，为显示更多灰阶层次的图片，往往需要重做高分辨率的DAC。但DAC的分辨率每提高一位，DAC电路的复杂性成倍上升，且其精度难以达到要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种提高微显示器内部DAC精度的显示系统和方法，实现了多帧时分实现DAC精度提高，如2帧时分提高1位DAC精度，3帧时分提高DAC精度，4帧时分提高2位DAC精度，8帧时分提高3位DAC精度等，根据需要将单帧数据显示多次，微调数据，用时间和灰阶共同调节，在原有的基础上将显示图像的灰阶精确度提高，从而得到了更精准的新亮度。最终使得在不改变原DAC分辨率的情况下，成功的提升了数位DAC的精度，提升了微显示器的显示灰阶层次，实现了用时间和灰阶调节实现高分辨率DAC的效果，显著的提升了显示效果。

本发明的主要内容包括：

一种时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统，其特征是，包含驱动模块和显示模块，显示模块用于显示图像，驱动模块可支持单种分辨率和格式，也可支持多种分辨率和格式；

其中驱动模块中包括有对数据缓存预处理的存储控制模块，将输入信号转换成所需格式来支持多种格式视频源信号输入的信号转换模块，可调整亮度与对比度等光学参数，主要对伽马值进行校正的gamma校正模块，用于配置寄存器对应功能的寄存器配置模块，以及通过不同位来实现精度调整的数据微调控制模块。

利用了多帧时分原理，用时间和灰阶共同调节，在不改变原DAC分辨率的情况下，实现了高精度DAC的显示效果。

进一步的，显示模块包括多个硅基CMOS的子像素单元及其驱动电路，子像素单元上有光学调制层，光学调制层上有公共电极。

进一步的，光学调制层为液晶、OLED、LED或量子点显示材料。

进一步的，每个显示单元由多个对应不同波长的子像素单元组成，组成每个显示单元的子像素单元的数目和形状有多种。

进一步的，所述DAC为电阻串DAC、电压切换DAC、电流舵DAC、开关电容DAC或R-2RDAC等DAC，都可使用此方法来提高精度。

进一步的，信号转换模块支持RGB888接口、MIPI接口、HDMI接口和VGA等接口，进行转换成为内部使用的信号，并通过计算选择其中所需的数据输出给后面的模块。

进一步的，gamma校正模块包含多个功能，主要功能是对伽马进行校正，通过此模块提升数据的位宽，实现伽马校正，数据所代表的精度提高。同时还具有亮度控制，对比度控制等功能，其中gamma校正模块校正完成之后会以重组成新的数据有效显示数据选通信号DE输出给存储控制模块。

进一步的，存储控制模块在存满一帧之后存取另一帧，同时开始取出已经存好的这一帧数据，且实现存一帧，取多帧的操作，并依次送给后面的模块。

进一步的，数据微调控制模块将数据转换为实际所需的相应位宽并根据低位数据对高位进行微调计算以表示出更高的精度，任意帧数都可使用本方法，如2帧时分提高1位DAC精度，3帧时分提高DAC精度，4帧时分提高2位DAC精度，8帧时分提高3位DAC精度，其中3帧时分提高的DAC精度介于1位至2位之间。

进一步的，微调计算时，数据微调控制模块根据需要将单帧数据显示多次，微调数据，用时间和灰阶共同调节，通过时间和灰阶差叠加后的平均效果，得到新的更高精度的数据并输出，从而得到了更精准的新亮度。最终使得在不改变原DAC分辨率的情况下，成功的提升了数位DAC的精度。

进一步的，微调数据时，可以固定每一帧数据的亮度差，通过分为不同帧数来获得想要的数据精度，也可以在帧数一定的情况下调节不同帧之间的亮度差，最后通过平均时间的叠加来获得想要的数据精度，或帧数和不同帧之间的亮度差可同时调节来提高DAC的精度，即用时间和灰阶共同调节来提高DAC的精度。

进一步的，寄存器配置模块用于配置寄存器的对应功能，主要配置的寄存器功能包括信号转换的选择，数据存储和gamma校正的寄存器配置，以及是否打开逻辑控制模块的调整功能。

本发明达到的有益效果：

本发明的时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统，完成了多帧时分实现DAC精度提高，如2帧时分提高1位DAC精度，3帧时分提高DAC精度，4帧时分提高2位DAC精度，8帧时分提高3位DAC精度等，根据需要将单帧数据显示多次，微调数据，用时间和灰阶共同调节，在原有的基础上将显示图像的灰阶精确度提高，从而得到了更精准的新亮度。最终使得在不改变原DAC分辨率的情况下，成功的提升了数位DAC的精度，提升了微显示器的显示灰阶层次，实现了用时间和灰阶调节实现高精度DAC的效果，特别适用于对显示精度要求较高的应用场景。

附图说明

图1为驱动方案总体功能框图；

图2为2帧时分提高DAC精度流程图；

图3为3帧时分提高DAC精度流程图；

图4为4帧时分提高DAC精度流程图；

图5为8帧时分提高DAC精度流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

总体的设计框图如图1，对于源端数据，例如HDMI信号，在通过信号转换模块将其转化为内部所需信号，如RGB888数据之后，进入FPGA，在外界不配置的情况下，默认是采取4帧时分提高2位DAC精度，通过寄存器配置也可实现2帧时分提高1位DAC精度，3帧时分提高DAC精度，8帧时分提高3位DAC精度，N帧时分提高DAC精度等效果，大致流程图如图2、图3、图4和图5所示。

图2为2帧时分提高1位DAC精度的实施步骤流程图，以9bit提升至10bit为例简述：

首先信号转换模块可将RGB888接口、MIPI接口、HDMI接口和/或VGA等接口进来的信号格式进行转换，计算得到所需的数据，并根据配置将其中的一种作为输出。

接着转换后的数据送到了gamma校正模块，通过计算将标准的伽马亮度曲线近似拟合，例如伽马2.2，再将光电特性曲线与标准伽马曲线对比，计算出来差值再对等到光电特性曲线上的亮度，便得到实际的电压值，最后与DAC实际的相应参数对应即可换算成这些点的校正数值LUT，接着将计算拟合得到的数据送入存储控制模块中。

然后存储控制模块将上一模块（gamma校正模块）输入的单帧数据存入存储模块中相应的储存器，并在存储另一帧的时候，开始取前面存的一帧，且取出的速度为存储的2倍多一点，达到存一帧，取出两帧的操作，使得该帧数据取出两次达到两倍的帧率。

最后数据微调控制模块通过判断储存器过来的相同的四帧数据中，每一帧内部每一个数据末尾1位的具体大小，将其分成了2种情况，分别为1’b0和1’b1，进而得出是否需要微调此数据。

具体情况如下：对于一初始帧数据分成两帧数据之后，对于此初始帧中某个位置的数据，其真正起作用的是高位数据，而对于低1bit的数据,其实际的意义相当于是将高位数据在DAC输出划分的最小电压下（V1），再次划分两小份。如校正后数据为10’d301,即10’b0100101101，低1位为1’b1，那么只需在两帧中取任一帧的数据，取高9位再将高9位加1，输出新的9bit数据，另外一帧高9位不变输出，这样最终两帧在时间上的平均效果，就相当于在原来该位置亮度的基础上提高了V1/2，也就是说能够把低1bit的数值信息1’b1给体现出来了。

同理对于某个10bit数据末尾1bit为1’b0时，那么两帧数据的高9位都以不变输出，以代表亮度在提高的精度下不变。更多时间与灰阶的组合都可行，只需在平均时间和灰阶的叠加下能达到理想的精度。

图3为3帧时分提高DAC精度的实施步骤流程图，任意帧数包含奇数帧都可使用本发明的方法，3帧提高的DAC精度介于1位到两位之间，以8bit提升至10bit为例简述：

首先信号转换模块可将RGB888接口、MIPI接口、HDMI接口和VGA等接口进来的信号格式进行转换，计算得到所需的数据，并根据配置将其中的一种作为输出。

接着转换后的数据送到了gamma校正模块，通过计算将标准的伽马亮度曲线近似拟合例如伽马2.2，再将光电特性曲线与标准伽马曲线对比，计算出来差值再对等到光电特性曲线上的亮度，便得到实际的电压值，最后与DAC实际的相应参数对应即可换算成这些点的校正数值LUT，接着将计算拟合得到的数据送入存储控制模块中。

然后存储控制模块将上一模块（gamma校正模块）输入的单帧数据存入存储模块中相应储存器，并在存储另一帧的时候，开始取前面存的一帧，且取出的速度为存储的3倍多一点，达到存一帧，取出三帧的操作，使得该帧数据取出三次达到三倍的帧率。

最后数据微调控制模块通过判断储存器过来的相同的三帧数据中，每一帧内部每一个数据末尾两位的具体大小，将其分成了3种情况，分别为2’b00,2’b01,以及2’b10；且根据当前是第几帧，进而得出是否需要微调此数据。

具体情况如下：对于一初始帧数据分成三帧数据之后，对于此初始帧中某个位置的数据，其真正起作用的是高位数据，而对于低2bit的数据,其实际的意义相当于是将高位数据在DAC输出划分的最小电压下（V1），再次划分三小份。如校正后数据为10’d301,即10’b0100101101，低两位为2’b01，那么只需在三帧中取任一帧的数据，取高8位再将高8位加1，输出新的8bit数据，其他两帧高8位不变输出，这样最终三帧在时间上的平均效果，就相当于在原来该位置亮度的基础上提高了V1/3，也就是说能够把低2bit的数值信息2’b01给体现出来了。

同理对于某个10bit数据末尾2bit为2’b10时，那么只需在三帧中取任一帧的数据，取高8位再将高7位加1，输出新的8bit数据，其他两帧高8位不变输出，或者在三帧中任取两帧的数据，取高8位再将高8位加1，输出新的8bit数据，余下一帧高八位不变输出，同理亮度将为提高2V1/3电压后所代表的亮度，更多时间与灰阶的组合都可行，只需在平均时间和灰阶的叠加下能达到理想的精度。

图4为4帧时分提高2位DAC精度的实施步骤流程图，以8bit提升至10bit为例简述：

然后存储控制模块将上一模块（gamma校正模块）输入的单帧数据存入存储模块中相应储存器，并在存储另一帧的时候，开始取前面存的一帧，且取出的速度为存储的4倍多一点，达到存一帧，取出四帧的操作，使得该帧数据取出四次达到四倍的帧率。

最后数据微调控制模块通过判断储存器过来的相同的四帧数据中，每一帧内部每一个数据末尾两位的具体大小，将其分成了4种情况，分别为2’b00,2’b01,2’b10,以及2’b11;且根据当前是第几帧，进而得出是否需要微调此数据。

具体情况如下：对于一初始帧数据分成四帧数据之后，对于此初始帧中某个位置的数据，其真正起作用的是高位数据（V1），而对于低2bit的数据,其实际的意义相当于是将高位数据在DAC输出划分的最小电压下，再次划分四小份。如校正后数据为10’d301,即10’b0100101101，低两位为2’b01，那么只需在四帧中取任一帧的数据，取高8位再将高8位加1，输出新的8bit数据，其他三帧高8位不变输出，这样最终四帧在时间上的平均效果，就相当于在原来该位置亮度的基础上提高了V1/4，也就是说能够把低2bit的数值信息2’b01给体现出来了。

同理对于某个10bit数据末尾2bit为2’b10时，那么只需在四帧中取任一帧的数据，取高8位再将高7位加1，输出新的8bit数据，其他三帧高8位不变输出，或者在四帧中任取两帧的数据，取高8位再将高8位加1，输出新的8bit数据，余下两帧高八位不变输出，同理亮度将为提高V1/2电压后所代表的亮度，更多时间与灰阶的组合都可行，只需在平均时间和灰阶的叠加下能达到理想的精度。

图5为8帧时分提高3位DAC精度的实施步骤流程图，以7bit提升至10bit为例简述：

然后存储控制模块将上一模块（gamma校正模块）输入的单帧数据存入存储模块中相应储存器，并在存储另一帧的时候，开始取前面存的一帧，且取出的速度为存储的8倍多一点，达到存一帧，取出八帧的操作，使得该帧数据取出八次达到八倍的帧率。

最后数据微调控制模块通过判断储存器过来的相同的八帧数据中，每一帧内部每一个数据末尾三位的具体大小，将其分成了八种情况，分别为3’b000,3’b001,3’b010,3’b011，3’b100,3’b101,3’b110以及3’b111，进而得出是否需要微调此数据。

具体情况如下：对于一初始帧数据分成八帧数据之后，对于此初始帧中某个位置的数据，其真正起作用的是高位数据，而对于低3bit的数据,其实际的意义相当于是将高位数据在DAC输出划分的最小电压下（V1），再次划分八小份。如校正后数据为10’d301,即10’b0100101101，低三位为3’b101，那么只需在八帧中取任一帧的数据，取高7位再将高5位和末位加1，输出新的7bit数据，其他三帧高7位不变输出，这样最终八帧在时间上的平均效果，就相当于在原来该位置亮度的基础上提高了5V1/8，也就是说能够把低3bit的数值信息3’b101给体现出来了。

同理对于某个10bit数据末尾3bit为3’b110时，那么只需在八帧中取任一帧的数据，取高7位再将高5位和第6位加1，输出新的7bit数据，其他三帧高7位不变输出，或者在八帧中任取六帧的数据，取高7位再将高7位加1，输出新的7bit数据，余下一帧高7位不变输出，同理亮度将为提高3V1/4电压后所代表的亮度，更多时间与灰阶的组合都可行，只需在平均时间和灰阶的叠加下能达到理想的精度。

以上是两帧时分，三帧时分，四帧时分，八帧时分提高DAC精度的流程框图，同理可得N帧时分提高DAC精度的流程步骤，通过任一方案的分帧时分显示，都可使微显示器可以在内部不改变原DAC分辨率的情况下，使用时间和灰阶共同调节，提升DAC的精度和微显示器的显示灰阶层次，从而实现用时间和灰阶调节实现高分辨率DAC的效果。

以此类推可得N帧时分的具体实施例，如上便是多帧时分实现DAC精度提高的具体实施案例，同理可适用于更多不同的实际需求，任意帧数都可使用本发明来提高DAC精度。通过任一方案的分帧时分显示，最终使得微显示器可以在内部不改变原DAC分辨率的情况下，使用时间和灰阶共同调节，成功的提升了DAC的精度，提升了微显示器的显示灰阶层次，从而实现用时间和灰阶调节实现高分辨率DAC的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统，其特征是，包含驱动模块和显示模块，显示模块用于显示图像，驱动模块支持单种或多种分辨率和格式；

其中，所述驱动模块中包括对数据缓存预处理的存储控制模块；将输入信号转换成所需格式来支持多种格式视频源信号输入的信号转换模块；可调整亮度与对比度、对伽马值进行校正的gamma校正模块；用于配置寄存器对应功能的寄存器配置模块；以及将数据转换为实际所需的相应位宽并根据低位数据对高位数据进行微调计算来实现精度调整的数据微调控制模块；

微调计算时，所述数据微调控制模块根据需要将单帧数据显示多次，通过时间和灰阶共同调节，得到新数据并输出；

通过时间和灰阶共同调节数据时，采用固定每一帧数据的亮度差，通过分为不同帧数来获得想要的数据精度，或在帧数一定的情况下调节不同帧之间的亮度差，最后通过平均时间的叠加来获得想要的数据精度，或帧数和不同帧之间的亮度差同时调节来提高DAC的精度。

2.根据权利要求1所述的时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统，其特征是，所述显示模块包括多个硅基CMOS的子像素单元及其驱动电路，子像素单元上有光学调制层，光学调制层上有公共电极。

3.根据权利要求2所述的时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统，其特征是，所述光学调制层为液晶、OLED、LED或量子点显示材料。

4.根据权利要求1所述的时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统，其特征是，所述DAC为电阻串DAC，电压切换DAC，电流舵DAC，开关电容DAC，或R-2R DAC。

5.根据权利要求1所述的时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统，其特征是，所述信号转换模块支持RGB888接口、MIPI接口、HDMI接口和VGA接口，进而转换成为内部需要使用的信号，并通过计算选择其中所需的数据输出。

6.根据权利要求1所述的时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统，其特征是，所述gamma校正模块校正完成之后以重组成新的数据与有效显示数据选通信号DE输出给存储控制模块。

7.根据权利要求1所述的时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统，其特征是，所述存储控制模块在存满一帧数据之后存另一帧数据，同时开始取出已经存好的这一帧数据，实现存一帧，取出多帧的操作，并依次送给数据微调控制模块。

8.根据权利要求1所述的时分显示提高微显示器内部DAC精度的显示系统，其特征是，所述寄存器配置模块配置的寄存器功能包括信号转换的选择，数据存储和gamma校正的寄存器配置，以及是否打开数据微调控制模块的调整功能。