CN112599095A - 基于温度反馈的oled微显示器亮度补偿方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于温度反馈的OLED微显示器亮度补偿方法及系统，包括：温度检测模块实时检测并读出微显示器驱动芯片的温度；温度反馈模块根据发光时间调制函数的分段线性拟合函数得到微显示器在该温度下对应的VCOM脉宽；发光时间调制模块自适应调制VCOM电压开关波形，改变OLED器件在一帧内的发光时间，从而达到亮度调节的效果，使微显示器能够在较宽的温度变化范围内保持亮度的一致性。本发明可以实现N级亮度调制，通过控制OLED器件的发光时间来改变微显示器亮度的方法，不影响其伽马特性；且采用随温度变化逐级调亮/调暗的方式，即使温度大幅度波动也不会发生闪烁现象。

Description

基于温度反馈的OLED微显示器亮度补偿方法及系统
技术领域
本发明属于微电子及显示技术领域，具体涉及一种基于温度反馈的OLED微显示器亮度补偿方法及系统。
背景技术
微显示是显示技术领域的一个分支，它实现了显示技术与硅基集成电路技术的结合。根据发光原理不同，现有的微显示器主要有：数字微镜器件（Digital Mirror Device，DMD）、硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon，LCoS）微显示器、硅基有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode on Silicon，OLED-on-Silicon）微显示器、Micro-LED微显示器等。OLED器件是主动发光器件，发光亮度与驱动电流大小成正比。而OLED器件的I-V特性会随环境温度的变化改变，导致在恒压驱动模式下，OLED发光亮度随环境温度波动。为了使微显示器在较宽的温度范围内保持亮度一致性，可以直接通过改变其阴极电压（VCOM）的大小来改变OLED器件电流，从而调节显示器的亮度，但改变VCOM电压的大小会导致OLED发光的伽马（GAMMA）特性的改变，影响显示效果。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种基于温度反馈的OLED微显示器亮度补偿方法及系统，在不同的温度下，基于温度反馈，通过精确控制发光时间，可以使微显示器能够在较宽的温度变化范围内保持亮度的一致性。
技术方案：本发明采用如下技术方案：一种基于温度反馈的OLED微显示器亮度补偿方法，其特征在于，根据温度变化，自适应调制OLED器件的发光时间，使微显示器保持亮度的一致性，包括如下步骤：
S1、确定常温下微显示器的所需亮度及对应的发光时间，将发光时间量化为VCOM脉宽，计算OLED器件的关于温度与VCOM脉宽的发光时间调制函数并进行分段线性拟合，得到发光时间调制函数的分段线性拟合函数；
S2、实时检测并读出微显示器驱动芯片的温度；
S3、根据步骤S2检测出的温度以及步骤S1得出的OLED器件发光时间调制函数的分段线性拟合函数，计算出当前温度下的OLED器件的VCOM脉宽；
S4、对于微显示器，将一帧时间以一行时间为单位进行分级，以一行时间为单位脉冲的发光时间，根据当前温度下的OLED器件的VCOM脉宽与单位脉冲的发光时间，得到以脉宽调制波形输出的VCOM电压开关波形，控制VCOM电压在一帧时间内的打开时间，即控制OLED器件的发光时间。
优选地，步骤S1中具体包括以下步骤：
S11、通过在高低温试验箱内测试不同温度下的微显示器亮度，描绘微显示器亮度与温度的关系曲线，并将曲线拟合为指数函数模型：
Figure 262249DEST_PATH_IMAGE001
其中，L表示温度为T时的微显示器亮度，L 0表示常温下微显示器亮度，T 0表示常温 温度，m为指数函数模型的参数，且
Figure 976127DEST_PATH_IMAGE002
；
S12、通过OLED器件在不同温度下保持相同的亮度这一条件，和步骤S11中得到的微显示器亮度随温度变化的函数，得到OLED器件在一帧时间内发光时间随温度变化的函数即发光时间调制函数，计算步骤如下：
假设一帧时间为
Figure 490285DEST_PATH_IMAGE003
，OLED器件在一帧时间内发光时间为t，那么温度为T时OLED器 件在一帧时间内平均发光亮度为：
Figure 167385DEST_PATH_IMAGE004
假设常温下OLED器件在一帧时间内发光时间为t 0，那么常温下OLED器件在一帧时间内平均发光亮度为：
Figure 778495DEST_PATH_IMAGE005
为了使OLED器件在温度为T时保持亮度为常温亮度，即
Figure 335379DEST_PATH_IMAGE006
，则在一帧时间内的 关于发光时间与温度的发光时间调制函数为：
Figure 399149DEST_PATH_IMAGE007
将发光时间t以微显示器一行时间为单位时间进行量化为VCOM脉宽，确定常温下的VCOM脉宽pwm_base，则在一帧时间内的关于VCOM脉宽与温度的发光时间调制函数为：
Figure 332470DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 798087DEST_PATH_IMAGE009
表示温度为T时的VCOM脉宽；
S13、采用分段线性近似的方法对S13中得出的OLED器件的关于VCOM脉宽与温度的发光时间调制函数进行拟合，得到分段线性拟合函数，步骤如下：
首先，0℃以下每16℃分为一个温度区间，0℃以上每32℃分为一个温度区间，常温将其所在的温度区间再分为两个温度区间；
然后，计算每个温度区间端点对应的VCOM脉宽，计算每个温度区间的VCOM脉宽与温度之间的斜率，小于常温的温度区间以右端点为基准，大于常温的温度区间以左端点为基准，得到发光时间调制函数的分段线性拟合函数：
Figure 525871DEST_PATH_IMAGE010
其中，温度T位于第i个温度区间内，
Figure 827671DEST_PATH_IMAGE009
表示第i个温度区间内温度为T时的 VCOM脉宽；
Figure 299103DEST_PATH_IMAGE011
表示第i个温度区间作为基准的VCOM脉宽；
Figure 619226DEST_PATH_IMAGE012
表示第i个温度区间 的斜率；
Figure 783491DEST_PATH_IMAGE013
表示温度T与第i个温度区间的基准的温度差；temp_base表示常温。
优选地，步骤S4中，VCOM电压开关波形生成过程包括：
用帧同步信号采样步骤S3输出的VCOM脉宽，并确定当前帧的VCOM脉宽；
同时以帧同步信号为行同步信号的清零信号，令行同步信号作为时钟从0开始计数得到计数值；
在计数值小于或等于当前帧的VCOM脉宽时，连续输出高电平的单位脉冲，VCOM电压打开；在计数值大于当前帧的VCOM脉宽时，连续输出低电平，VCOM电压关闭。
一种用于实现所述的基于温度反馈的OLED微显示器亮度补偿方法的系统，其特征在于，包括温度检测模块、温度反馈模块和发光时间调制模块，其中：
温度检测模块用于：实时检测并读出微显示器驱动芯片的温度；
温度反馈模块用于：根据常温下微显示器的所需亮度及对应的发光时间，将发光时间量化为VCOM脉宽，计算OLED器件的关于温度与VCOM脉宽的发光时间调制函数并进行分段线性拟合，得到发光时间调制函数的分段线性拟合函数，以及根据温度检测模块检测出的温度计算出当前温度下的OLED器件的VCOM脉宽；
发光时间调制模块用于：对于微显示器，将一帧时间以一行时间为单位进行分级，以一行时间为单位脉冲的发光时间，根据当前温度下的VCOM脉宽和单位脉冲的发光时间得到以脉宽调制波形输出的VCOM电压开关波形，控制阴极电压VCOM在一帧时间内的打开时间即控制OLED器件的发光时间。
有益效果：本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过驱动芯片内部的温度检测模块实时检测芯片温度，并对显示器亮度进行反馈调节，能够使显示器在较宽的温度范围内保持亮度的一致性；
2、本发明通过控制OLED器件在一帧内的发光时间来改变显示器亮度，不影响伽马特性；
3、本发明采用PWM脉宽调制对OLED器件阴极电压进行调制实现亮度调节，可以实现N级调亮范围；
4、本发明中，PWM脉宽调制采用随温度变化逐级调亮/调暗的方式，即使温度大幅度波动也不会发生闪烁现象。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的发光时间调制函数的分段线性拟合曲线图；
图3是本发明的VCOM电压开关波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明公开了一种基于温度反馈的OLED微显示器亮度补偿方法，根据温度变化，自适应调制OLED器件的发光时间，使微显示器能够在较宽的温度范围内保持亮度的一致性，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S1、温度反馈模块确定常温下微显示器的所需亮度及对应的发光时间，将发光时间量化为发光级数即VCOM脉宽，计算OLED器件的关于温度与VCOM脉宽的发光时间调制函数并进行分段线性拟合，得到发光时间调制函数的分段线性拟合函数。具体步骤如下：
步骤S11、通过在高低温试验箱内测试不同温度下的微显示器亮度，描绘微显示器亮度与温度的关系曲线，并在Matlab中进行曲线拟合，其中，将微显示器亮度与温度的关系曲线表达为指数函数模型：
Figure 821855DEST_PATH_IMAGE001
(1)
其中，L表示温度为T时的微显示器亮度，L 0表示常温下的微显示器亮度，T 0表示常 温温度，m为指数函数模型的参数，且
Figure 831399DEST_PATH_IMAGE014
。
步骤S12、为了使微显示器在全温范围内保持亮度为L 0，本发明提出了一种调制OLED器件发光时间的方法，OLED器件的发光时间调制函数计算步骤如下：
若一帧时间为
Figure 271608DEST_PATH_IMAGE015
，假设温度为T时OLED器件在一帧时间内发光时间为t，那么温度 为T时OLED器件在一帧时间内平均发光亮度为：
Figure 341195DEST_PATH_IMAGE016
(2)
假设常温下OLED器件在一帧时间内发光时间为t 0，那么常温下OLED器件在一帧时间内平均发光亮度为：
Figure 349078DEST_PATH_IMAGE017
(3)
那么结合以上两个公式（2）和（3）可以得出：为了使OLED器件在温度为T时保持亮 度为常温亮度，即
Figure 224630DEST_PATH_IMAGE018
，则在一帧时间内的关于发光时间与温度的发光时间调制函数可 以表达为：
Figure 457028DEST_PATH_IMAGE019
(4)
将发光时间t以微显示器一行时间为单位时间进行量化为发光时间级数即VCOM脉宽，控制OLED器件的阴极电压即VCOM电压打开的时间。温度反馈模块通过I2C接口配置常温下需要的微显示器亮度及对应的VCOM脉宽，常温下的VCOM脉宽用pwm_base表示，则如公式（4）所述的发光时间调制函数可以转换为如下形式：
Figure 25412DEST_PATH_IMAGE020
(5)
其中，
Figure 710472DEST_PATH_IMAGE021
表示温度为T时的VCOM脉宽。
步骤S13、采用分段线性近似的方法对OLED器件发光时间调制函数进行分段线性拟合，分段线性拟合方法是：
首先，0℃以下每16℃分为一个温度区间，0℃以上每32℃分为一个温度区间，若常温不是某个温度区间的端点，则常温将其所在的温度区间再分为两个温度区间；根据常温下的温度读数标定各个温度区间，例如将常温25℃标定为8`h92，则-48℃、-32℃、-16℃、0℃、32℃、64℃可以分别标定为8`h00、8`h20、8`h40、8`h60、8`hA0、8`hE0。
根据温度区间标定以及公式（5），找出每个温度区间端点所对应的VCOM脉宽，每个温度区间端点及其对应的VCOM脉宽组成一个点，将这些点依次连接，得到一条由多条线段组成的折线，即为发光时间调制函数的分段线性拟合曲线。
每个温度区间的斜率计算过程如下：根据温度区间标定以及公式（5），计算出每个温度区间端点所对应的VCOM脉宽，将每个温度区间端点的VCOM脉宽相减并除以温度区间宽度，可以得到每个温度区间的斜率。
小于常温的温度区间以右端点为基准进行计算，大于常温的温度区间以左端点为基准进行计算，得到发光时间调制函数的分段线性拟合函数：
Figure 389715DEST_PATH_IMAGE022
（6）
其中，温度T位于第i个温度区间内，
Figure 476619DEST_PATH_IMAGE023
表示温度为T时的VCOM脉宽；
Figure 966638DEST_PATH_IMAGE024
表示第i个温度区间作为基准的VCOM脉宽；
Figure 138993DEST_PATH_IMAGE025
表示第i个温度区间的斜率，这 里的
Figure 356348DEST_PATH_IMAGE025
均小于0；
Figure 563338DEST_PATH_IMAGE026
表示温度T与第i个温度区间的基准的温度差；temp_base表示常温。
最后，将常温下的VCOM脉宽pwm_base以及每个温度区间的斜率作为参数存入温度反馈模块中的寄存器。
图2是本发明的发光时间调制函数的分段线性拟合曲线图，其中横坐标表示温度读数，可以用于对驱动芯片的实际温度进行量化和标定，如temp_base=8`h92表示常温25℃的温度读数；纵坐标表示一帧时间内的VCOM脉宽，其范围可以根据微显示器的视频信号分辨率进行调整，如图2中的pwm_base表示常温25℃下的VCOM脉宽，pwm_a、pwm_b、pwm_c、pwm_d、pwm_base、pwm_e和pwm_f分别为各个温度区间端点的VCOM脉宽，k1、k2、k3、k4、k5和k6分别为各个温度区间的斜率。
步骤S2、通过微显示器驱动芯片内部的温度检测模块实时检测驱动芯片的温度，并将该温度转换成8位数字码由I2C接口读出。
例如，驱动芯片的温度范围是-45℃~65℃，可以用8位数字码8`h00~8`hff进行标定。
步骤S3、根据步骤S2检测出的温度以及步骤S1得出的OLED器件发光时间调制函数的分段线性拟合函数，计算出当前温度下的OLED器件的VCOM脉宽。
步骤S4、对于M×N分辨率的微显示器，将一帧时间以一行时间为单位划分为N级，即一帧时间内进行N次行扫描；并将当前温度下的OLED器件的VCOM脉宽以脉宽调制（PWM）波形输出，作为VCOM电压开关波形控制VCOM电压在一帧时间内的打开时间，即控制OLED器件的发光时间。
发光时间调制模块中单位脉冲的发光时间为一行时间（微显示器进行一次行扫描的时间），因此M×N分辨率的微显示器可以进行N级亮度调制，即在一帧时间内可以最多连续输出N个单位脉冲，而VCOM脉宽为连续输出的单位脉冲的数量，因此VCOM脉宽的范围为0~N-1。发光时间调制方法是通过在一帧时间内对行同步信号从0开始进行计数（0~N-1），并根据温度反馈模块输出的VCOM脉宽K（K∈[0,N-1]），在行同步信号的计数为0~K的时间内打开VCOM电压，使OLED器件发光。
图3是本发明的VCOM电压开关波形图，以一帧时间为周期，单位脉冲宽度为一行时间，其中高电平表示VCOM电压打开，低电平表示VCOM电压关闭。
如图3所示，VCOM电压开关波形产生过程如下：
用VS（帧同步）信号采样温度反馈模块输出VCOM脉宽K，并确定当前帧输出的VCOM脉宽K；
同时以VS信号为行同步信号的清零信号，行同步信号作为时钟从0开始计数得到计数值HS_CNT；
在计数值HS_CNT小于或等于VCOM脉宽K的时候连续输出高电平的单位脉冲；在计数值HS_CNT大于VCOM脉宽K的时候连续输出低电平。
例如，当驱动芯片的温度从64℃到-48℃变化时，温度检测模块输出的温度读数从8位数字码8`hE0到8`h00变化，温度反馈模块输出的VCOM脉宽从10位数字码10`h01到10`h3FF变化，发光时间调制模块进行1024级亮度调整，VCOM电压在一帧内打开的时间从1/1024帧到1帧变化，自动补偿温度降低造成的亮度损失。
本发明所述的方法通过精确控制发光时间实现了OLED器件发光的亮度调节，保持微显示器亮度的一致性；同时由于未改变流过OLED器件的电流，OLED器件的发光特性就不会变化，可以在不影响OLED器件发光特性的情况下，实现N级调亮范围；同时，由于温度的变化是有一个过程的，在这个变化过程中，发光时间级数即VCOM脉宽逐级变化，因此，即使温度大幅度波动时微显示器也不会发生闪烁现象。
本发明中，无论发光时间调制函数的分段线性拟合函数和VCOM脉宽及其实现形式作任何变化，只要是通过温度反馈对OLED器件的VCOM电压的打开时间并实现亮度调节即可。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于温度反馈的OLED微显示器亮度补偿方法，其特征在于，根据温度变化，自适应调制OLED器件的发光时间，使微显示器保持亮度的一致性，包括如下步骤：
S1、确定常温下微显示器的所需亮度及对应的发光时间，将发光时间量化为VCOM脉宽，计算OLED器件的关于温度与VCOM脉宽的发光时间调制函数并进行分段线性拟合，得到发光时间调制函数的分段线性拟合函数；
S2、实时检测并读出微显示器驱动芯片的温度；
S3、根据步骤S2检测出的温度以及步骤S1得出的OLED器件发光时间调制函数的分段线性拟合函数，计算出当前温度下的OLED器件的VCOM脉宽；
S4、对于微显示器，将一帧时间以一行时间为单位进行分级，以一行时间为单位脉冲的发光时间，根据当前温度下的OLED器件的VCOM脉宽与单位脉冲的发光时间，得到以脉宽调制波形输出的VCOM电压开关波形，控制VCOM电压在一帧时间内的打开时间，即控制OLED器件的发光时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于温度反馈的OLED微显示器亮度补偿方法，其特征在于，步骤S1中具体包括以下步骤：
S11、通过在高低温试验箱内测试不同温度下的微显示器亮度，描绘微显示器亮度与温度的关系曲线，并将曲线拟合为指数函数模型：
Figure 649249DEST_PATH_IMAGE001
其中，L表示温度为T时的微显示器亮度，L 0表示常温下微显示器亮度，T 0表示常温温度，m为指数函数模型的参数，且
Figure 392077DEST_PATH_IMAGE002
；
S12、通过OLED器件在不同温度下保持相同的亮度这一条件，和步骤S11中得到的微显示器亮度随温度变化的函数，得到OLED器件在一帧时间内发光时间随温度变化的函数即发光时间调制函数，计算步骤如下：
假设一帧时间为
Figure 445484DEST_PATH_IMAGE003
，OLED器件在一帧时间内发光时间为t，那么温度为T时OLED器件在 一帧时间内平均发光亮度为：
Figure 222947DEST_PATH_IMAGE004
假设常温下OLED器件在一帧时间内发光时间为t 0，那么常温下OLED器件在一帧时间内平均发光亮度为：
Figure 703607DEST_PATH_IMAGE005
为了使OLED器件在温度为T时保持亮度为常温亮度，即
Figure 261627DEST_PATH_IMAGE006
，则在一帧时间内的关于 发光时间与温度的发光时间调制函数为：
Figure 790829DEST_PATH_IMAGE007
将发光时间t以微显示器一行时间为单位时间进行量化为VCOM脉宽，确定常温下的VCOM脉宽pwm_base，则在一帧时间内的关于VCOM脉宽与温度的发光时间调制函数为：
Figure 750694DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 339939DEST_PATH_IMAGE009
表示温度为T时的VCOM脉宽；
S13、采用分段线性近似的方法对S13中得出的OLED器件的关于VCOM脉宽与温度的发光时间调制函数进行拟合，得到分段线性拟合函数，步骤如下：
首先，0℃以下每16℃分为一个温度区间，0℃以上每32℃分为一个温度区间，常温将其所在的温度区间再分为两个温度区间；
然后，计算每个温度区间端点对应的VCOM脉宽，计算每个温度区间的VCOM脉宽与温度之间的斜率，小于常温的温度区间以右端点为基准，大于常温的温度区间以左端点为基准，得到发光时间调制函数的分段线性拟合函数：
Figure 119676DEST_PATH_IMAGE010
其中，温度T位于第i个温度区间内，
Figure 452568DEST_PATH_IMAGE009
表示温度为T时的VCOM脉宽；
Figure 266941DEST_PATH_IMAGE011
表 示第i个温度区间作为基准的VCOM脉宽；
Figure 27086DEST_PATH_IMAGE012
表示第i个温度区间的斜率；
Figure 294119DEST_PATH_IMAGE013
表示温度T与第i 个温度区间的基准的温度差；temp_base表示常温。
3.根据权利要求1所述的一种基于温度反馈的OLED微显示器亮度补偿方法，其特征在于，步骤S4中，VCOM电压开关波形生成过程包括：
用帧同步信号采样步骤S3输出的VCOM脉宽，并确定当前帧的VCOM脉宽；
同时以帧同步信号为行同步信号的清零信号，令行同步信号作为时钟从0开始计数得到计数值；
在计数值小于或等于当前帧的VCOM脉宽时，连续输出高电平的单位脉冲，VCOM电压打开；在计数值大于当前帧的VCOM脉宽时，连续输出低电平，VCOM电压关闭。
4.一种用于实现权利要求1所述的基于温度反馈的OLED微显示器亮度补偿方法的系统，其特征在于，包括温度检测模块、温度反馈模块和发光时间调制模块，其中：
温度检测模块用于：实时检测并读出微显示器驱动芯片的温度；
温度反馈模块用于：根据常温下微显示器的所需亮度及对应的发光时间，将发光时间量化为VCOM脉宽，计算OLED器件的关于温度与VCOM脉宽的发光时间调制函数并进行分段线性拟合，得到发光时间调制函数的分段线性拟合函数，以及根据温度检测模块检测出的温度计算出当前温度下的OLED器件的VCOM脉宽；
发光时间调制模块用于：对于微显示器，将一帧时间以一行时间为单位进行分级，以一行时间为单位脉冲的发光时间，根据当前温度下的VCOM脉宽和单位脉冲的发光时间得到以脉宽调制波形输出的VCOM电压开关波形，控制阴极电压VCOM在一帧时间内的打开时间即控制OLED器件的发光时间。
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