CN113655648B - 硅上液晶面板及投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硅上液晶面板及投影设备，该硅上液晶面板包含多个驱动电路。驱动电路中的每一个包含第一驱动路线和第二驱动路线。第一驱动路线和第二驱动路线配置成驱动对应子像素电极且分别确定第一抖动图像和第二抖动图像的显示内容。

Description

硅上液晶面板及投影设备

技术领域

本发明涉及一种硅上液晶(liquid crystal on silicon；LCoS)面板和一种投影设备。更确切地说，本发明涉及一种具有子像素抖动的LCoS面板和一种包含LCoS面板的投影设备。

背景技术

LCoS是使用位在硅底板(backplane)顶部的液晶层的小型化反射性有源矩阵液晶显示器或微型显示器。其还称为空间光调制器。LCoS初始开发用于投影电视但现用于波长选择开关、结构化照明、近眼显示器以及光学脉冲塑形。LCoS显示器的尺寸与像素大小高度相关。为了获得微小的显示模块，缩小像素的大小是唯一的方式。一些投影机供应商提出可将显示屏幕移位一半像素距离以增加图像分辨率的电子移位(e-shift)装置。其称做光学抖动(wobulation)。然而，电子移位装置对于增强现实(argument reality；AR)的应用来说体积太大。

发明内容

本发明是针对一种具有子像素抖动的LCoS面板和一种包含LCoS面板的投影设备。包含LCoS面板的投影设备的体积小，且投影设备可提供高图像分辨率。

在本发明的一实施例中，硅上液晶面板包含多个驱动电路。驱动电路中的每一个包含第一驱动路线和第二驱动路线。第一驱动路线和第二驱动路线配置成驱动对应子像素电极且分别确定第一抖动图像和第二抖动图像的显示内容。

在本发明的一实施例中，投影设备包含光源、硅上液晶面板、多个驱动电路、光束分光器装置以及投影透镜装置。光源配置成输出照明光束。硅上液晶面板配置成将照明光束转换成图像光束且输出图像光束。图像光束包含第一抖动图像和第二抖动图像的显示内容。硅上液晶面板包含多个驱动电路。驱动电路中的每一个包含第一驱动路线和第二驱动路线。第一驱动路线和第二驱动路线配置成驱动对应子像素电极且分别确定第一抖动图像和第二抖动图像的显示内容。光束分光器装置配置成控制图像光束的光偏振且输出偏振图像光束。投影透镜装置配置成输出偏振图像光束以形成投影图像。

在本发明的一实施例中，第一驱动路线和第二驱动路线在不同阶段中操作。

在本发明的一实施例中，当第一驱动路线在数据加载阶段中操作时，第二驱动路线在显示阶段中操作。当第一驱动路线在显示阶段中操作时，第二驱动路线在数据加载阶段中操作。

在本发明的一实施例中，第一驱动路线驱动多个第一子像素电极，且第二驱动路线驱动多个第二子像素电极。第一子像素电极中的至少一个与第二子像素电极中的至少一个相同。

在本发明的一实施例中，子像素电极的一部分耦合到第一驱动路线和第二驱动路线。第一驱动路线和第二驱动路线由相同驱动电路或两个不同驱动电路中选出。

在本发明的一实施例中，第一抖动图像和第二抖动图像的显示内容相同或不同。

在本发明的一实施例中，第一驱动路线和第二驱动路线中的每一个包含至少两个开关电路和电容器电路。

在本发明的一实施例中，第一驱动路线的至少两个开关电路包含第一开关电路和第二开关电路，且第一驱动路线的电容器电路包含第一存储电容器。第一开关电路在数据加载阶段中接通且第二开关电路断开，且像素电压锁存于第一存储电容器中。第一开关电路在显示阶段中断开且第二开关电路接通，且锁存于第一存储电容器中的像素电压被传输以驱动多个第一子像素电极。显示阶段在数据加载阶段之后。

在本发明的一实施例中，第二驱动路线的至少两个开关电路包含第三开关电路和第四开关电路，且第二驱动路线的电容器电路包含第二存储电容器。第三开关电路在数据加载阶段中接通且第四开关电路断开，且像素电压锁存于第二存储电容器中。第三开关电路在显示阶段中断开且第四开关电路接通，且锁存于第二存储电容器中的像素电压被传输以驱动多个第二子像素电极。

为了可更好地理解前述内容，如下参考图式详细地描述若干实施例。

附图说明

包含随附图式以提供对本公开的进一步理解，且随附图式并入本说明书中并构成本说明书的一部分。图式说明本公开的示范性实施例，且与描述一起用来解释本公开的原理。

图1示出根据本发明的实施例的投影设备的示意图。

图2示出根据本发明的实施例的包含多个像素的LCoS面板的示意图。

图3示出根据本发明的实施例的LCoS面板的驱动电路的示意图。

图4示出驱动电路的示意图。

图5示出由驱动电路驱动的两个像素的示意图。

图6A、图6B以及图6C示出根据本发明的不同实施例的开关装置的示意图。

附图标号说明

100：投影设备；

110：光源；

120：硅上液晶面板；

122_1、122_2、122_3、122_4：驱动电路；

124、124_1、124_2：像素；

126_1、126_2：像素群组；

128：子像素；

130：光束分光器装置；

140：投影透镜装置；

200：投影图像；

210：第一抖动图像；

220：第二抖动图像；

221：第一驱动路线；

222：第二驱动路线；

610、620、630：开关装置；

A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18、A19、A20、A21、A22、A23、A24、A25：子像素电极；

C1：第一存储电容器；

C2：第二存储电容器；

C3：像素电容器；

I1：照明光束；

I2：图像光束；

S1、S2：控制信号；

SW1、SW2、SW3、SW4：开关电路；

VCOM：共同电极；

Vp：像素电压。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实施例的投影设备的示意图。参考图1，本实施例的投影设备100包含光源110、硅上液晶(LCoS)面板120、光束分光器装置130以及投影透镜装置140。投影设备100将第一抖动图像210和第二抖动图像220投影到物件(图1中未示出)以形成具有高分辨率的投影图像200。物件可以是屏幕或人眼，但本发明不限于此。

具体来说，光源110配置成将照明光束I1输出到光束分光器装置130。光束分光器装置130配置成接收照明光束I1且将具有第一偏振的照明光束I1反射到LCoS面板120。LCoS面板120配置成将照明光束I1转换成图像光束I2且将图像光束I2输出到光束分光器装置130。

光束分光器装置130将具有第二偏振的图像光束I2传输到投影透镜装置140。换句话说，光束分光器装置130可控制图像光束I2的光偏振且将偏振图像光束I2输出到投影透镜装置140。在本实施例中，光束分光器装置130可以是用于反射第一偏振且传输第二偏振的偏振分光镜(polarizing beamsplitter；PBS)。举例来说，光束分光器装置130反射具有S偏振的光束且传输具有P偏振的光束，但本发明不限于此。

投影透镜装置140配置成输出偏振图像光束I2以形成投影图像200。在一实施例中，投影透镜装置140可包含准直器和/或一或多个透镜群组以处理和传输图像光束I2。图像光束I2包含第一抖动图像210和第二抖动图像220的显示内容。因此，第一抖动图像210和第二抖动图像220投影到物件以形成投影图像200。

此外，LCoS面板120包含多个像素。举例来说，图1中示出两个像素124_1和像素124_2，且像素124_1和像素124_2中的每一个包含四个子像素。两个像素124_1和像素124_2绘示显示图像实际上在LCoS面板120内移位一半像素。

在本实施例中，LCoS面板120依序显示第一抖动图像210和第二抖动图像220。每一抖动图像可绘示不同彩色图像。由于存在三个基本颜色(例如红色、绿色以及蓝色)、两个抖动图像以及两个极性帧，故显示循环(cycle)包含12个帧。产生无闪烁和平滑的显示图像需要大于30个循环每秒。因此，对于投影图像200，投影设备100需要大于360个帧每秒。

图2示出根据本发明的实施例的包含多个像素的LCoS面板的示意图。图3示出根据本发明的实施例的LCoS面板的驱动电路的示意图。参考图2和图3，LCoS面板120包含多个像素124。像素124中的每一个包含四个子像素。举例来说，图2中所示出的子像素电极A1、子像素电极A2、子像素电极A6以及子像素电极A7指示像素124_1包含四个子像素。像素群组126_1包含多个第一子像素电极A1到第一子像素电极A4、第一子像素电极A6到第一子像素电极A9、第一子像素电极A11到第一子像素电极A14以及第一子像素电极A16到第一子像素电极A19且显示第一抖动图像210。像素群组126_2包含多个第二子像素电极A7到第二子像素电极A10、第二子像素电极A12到第二子像素电极A15、第二子像素电极A17到第二子像素电极A20以及第二子像素电极A22到第二子像素电极A25且显示第二抖动图像220。

LCoS面板120包含多个驱动电路122_1、驱动电路122_2、驱动电路122_3以及驱动电路122_4。在第一数据加载阶段中，像素电压Vp锁存于每一驱动电路的第一存储电容器C1中。在第一显示阶段中，锁存于第一存储电容器C1中的像素电压Vp被传输以驱动像素群组126_1来显示第一抖动图像210，其中第一显示阶段在第一数据加载阶段之后。类似地，在第二数据加载阶段中，像素电压Vp锁存于每一驱动电路的第二存储电容器C2中。在第二显示阶段中，锁存于第二存储电容器C2中的像素电压Vp被传输以驱动像素群组126_2来显示第二抖动图像220，其中第二显示阶段在第二数据加载阶段之后。

应注意，当像素电压Vp锁存于第一存储电容器C1中时，锁存于第二存储电容器C2中的像素电压Vp被传输以驱动像素群组126_2。另一方面，当像素电压Vp锁存于第二存储电容器C2中时，锁存于第一存储电容器C1中的像素电压Vp被传输以驱动像素群组126_1。

在本实施例中，驱动电路中的每一个包含第一驱动路线和第二驱动路线。以驱动电路122_1为例，驱动电路122_1包含如图4中所示出的第一驱动路线221和第二驱动路线222。图4示出驱动电路122_1的示意图，且图5示出由驱动电路122_1驱动的两个像素124_1和像素124_2的示意图。参考图4和图5，第一驱动路线221和第二驱动路线222配置成根据像素电压Vp来驱动对应子像素电极且分别确定第一抖动图像210和第二抖动图像220的显示内容。

举例来说，第一驱动路线221在第一显示阶段中根据像素电压Vp来驱动第一子像素电极A1、第一子像素电极A2、第一子像素电极A6以及第一子像素电极A7，使得对应子像素显示图像。因此，可确定第一抖动图像210的显示内容。类似地，第二驱动路线222在不同于第一显示阶段的第二显示阶段中根据像素电压Vp来驱动第二子像素电极A7、第二子像素电极A8、第二子像素电极A12以及第二子像素电极A13，使得对应子像素显示图像。因此，可确定第二抖动图像220的显示内容。在本实施例中，第一子像素电极中的至少一个与第二子像素电极中的至少一个相同。举例来说，第一子像素电极A1、第一子像素电极A2、第一子像素电极A6以及第一子像素电极A7中的子像素电极A7与第二子像素电极A7、第二子像素电极A8、第二子像素电极A12以及第二子像素电极A13中的子像素电极A7相同。

此外，子像素电极A7耦合到定位于相同驱动电路122_1中的第一驱动路线221和第二驱动路线222。第一驱动路线221和第二驱动路线222由相同驱动电路122_1中选出，但本发明不限于此。第一驱动路线和第二驱动路线可由两个不同驱动电路中选出。举例来说，子像素电极A8耦合到驱动电路122_2的第一驱动路线和驱动电路122_1的第二驱动路线，如图3中所示出。驱动电路122_2的第一驱动路线和驱动电路122_1的第二驱动路线由两个不同驱动电路中选出。子像素电极A12耦合到驱动电路122_3的第一驱动路线和驱动电路122_1的第二驱动路线，如图3中所示出。驱动电路122_3的第一驱动路线和驱动电路122_1的第二驱动路线由两个不同驱动电路中选出。子像素电极A13耦合到驱动电路122_4的第一驱动路线和驱动电路122_1的第二驱动路线，如图3中所示出。驱动电路122_4的第一驱动路线和驱动电路122_1的第二驱动路线由两个不同驱动电路中选出。也就是说，子像素电极A7到子像素电极A9、子像素电极A12到子像素电极14以及子像素电极A17到子像素电极A19(子像素电极A1到子像素电极A25的一部分)耦合到第一驱动路线和第二驱动路线，且第一驱动路线和第二驱动路线由相同驱动电路或两个不同驱动电路中选出。

像素124_1和像素124_2分别包含四个子像素128。子像素128中的每一个包含耦合于子像素电极与共同电极之间的像素电容器C3。举例来说，子像素128_1包含耦合于子像素电极A1与共同电极VCOM之间的像素电容器C3。

在本实施例中，第一驱动路线和第二驱动路线中的每一个包含至少两个开关电路和电容器电路。举例来说，第一驱动路线221包含两个开关电路SW1和开关电路SW2以及电容器电路C1，且电容器电路C1包含存储电容器(第一存储电容器)。第二驱动路线222包含两个开关电路SW3和开关电路SW4以及电容器电路C2，且电容器电路C2包含存储电容器(第二存储电容器)。开关电路的数目和电容器电路的数目并不意图限制本发明。

在本实施例中，第一驱动路线221和第二驱动路线222在不同阶段中操作。当第一驱动路线221在数据加载阶段中操作时，第二驱动路线在显示阶段中操作。当第一驱动路线221在显示阶段中操作时，第二驱动路线222在数据加载阶段中操作。换句话说，第一驱动路线221和第二驱动路线222并不在相同阶段中操作。

具体来说，对于第一驱动路线221，第一开关电路SW1在数据加载阶段中接通且第二开关电路SW2断开，且像素电压Vp锁存于第一存储电容器C1中。随后，第一开关电路SW1在显示阶段中断开且第二开关电路SW2接通，且锁存于第一存储电容器C1中的像素电压Vp被传输以驱动第一子像素电极A1、第一子像素电极A2、第一子像素电极A6以及第一子像素电极A7。显示阶段在数据加载阶段之后。

当第一驱动路线221在显示阶段中操作时，第二驱动路线在数据加载阶段中操作。对于第二驱动路线222，第三开关电路SW3在数据加载阶段中接通且第四开关电路SW4断开，且像素电压Vp锁存于第二存储电容器C2中。随后，第三开关电路SW3在显示阶段中断开且第四开关电路SW4接通，且锁存于第二存储电容器C2中的像素电压Vp被传输以驱动第二子像素电极A7、第二子像素电极A8、第二子像素电极A12以及第二子像素电极A13。

在图5中，第一驱动路线221中的子像素电极A1、子像素电极A2、子像素电极A6以及子像素电极A7不完全与第二驱动路线222中的子像素电极A7、子像素电极A8、子像素电极A12以及子像素电极A13相同。在本实施例中，像素124_2相对于像素124_1移位一个子像素。在一实施例中，所述移位可大于一个子像素。移位可以是水平、垂直或成对角线的。

图6A、图6B以及图6C示出根据本发明的不同实施例的开关装置的示意图。参考图4、图6A、图6B以及图6C，开关电路SW1、开关电路SW2、开关电路SW3或开关电路SW4可包含一或多个开关装置610、开关装置620或开关装置630。开关电路SW1、开关电路SW2、开关电路SW3或开关电路SW4的开关装置的数目并不意图限制本发明。开关装置610是互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor；CMOS)类型的开关且由控制信号S1和控制信号S2控制。开关装置620是N金属氧化物半导体(N-Metal-Oxide-Semiconductor；NMOS)类型的开关且由控制信号S2控制。开关装置630是P金属氧化物半导体(P-Metal-Oxide-Semiconductor；PMOS)类型的开关且由控制信号S1控制。

总之，在本发明的示范性实施例中，提供一种单元内振动(in-cell vibration)方法。每一像素包含四个子像素。通过引入新底板电路设计和时序控制，显示图像实际上在LCoS面板内移位一半像素。通过使用此类方法，可去除外部电子移位装置，且投影设备可与普通AR投影系统一样小。不需要额外光学装置来实现本发明的示范性实施例中的子像素抖动。因此，包含LCoS面板的投影设备的体积小，且投影设备可提供高图像分辨率。

本领域的技术人员将明白，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可对所公开的实施例进行各种修改和变化。鉴于前述内容，希望本公开涵盖属于所附权利要求书和其等效物的范围内的本公开的修改和变化。

Claims (16)

1.一种硅上液晶面板，包括：

多个驱动电路，所述驱动电路中的每一个包括第一驱动路线和第二驱动路线，其中所述第一驱动路线和所述第二驱动路线配置成驱动对应子像素电极且分别确定第一抖动图像和第二抖动图像的显示内容，其中所述第一驱动路线和所述第二驱动路线中的每一个包括至少两个开关电路和电容器电路。

2.根据权利要求1所述的硅上液晶面板，其中所述第一驱动路线和所述第二驱动路线在不同阶段中操作。

3.根据权利要求2所述的硅上液晶面板，其中

当所述第一驱动路线在数据加载阶段中操作时，所述第二驱动路线在显示阶段中操作；且

当所述第一驱动路线在所述显示阶段中操作时，所述第二驱动路线在所述数据加载阶段中操作。

4.根据权利要求1所述的硅上液晶面板，其中所述第一驱动路线驱动多个第一子像素电极，所述第二驱动路线驱动多个第二子像素电极，且所述第一子像素电极中的至少一个与所述第二子像素电极中的至少一个相同。

5.根据权利要求1所述的硅上液晶面板，其中所述子像素电极的一部分耦合到所述第一驱动路线和所述第二驱动路线，且所述第一驱动路线和所述第二驱动路线由相同驱动电路或两个不同驱动电路中选出。

6.根据权利要求1所述的硅上液晶面板，其中所述第一抖动图像和所述第二抖动图像的所述显示内容相同或不同。

7.根据权利要求1所述的硅上液晶面板，其中所述第一驱动路线的所述至少两个开关电路包括第一开关电路和第二开关电路，所述第一驱动路线的所述电容器电路包括第一存储电容器，且

所述第一开关电路在数据加载阶段中接通且所述第二开关电路断开，且像素电压锁存于所述第一存储电容器中，且

所述第一开关电路在显示阶段中断开且所述第二开关电路接通，且锁存于所述第一存储电容器中的所述像素电压被传输以驱动多个第一子像素电极，其中所述显示阶段在所述数据加载阶段之后。

8.根据权利要求7所述的硅上液晶面板，其中所述第二驱动路线的所述至少两个开关电路包括第三开关电路和第四开关电路，所述第二驱动路线的所述电容器电路包括第二存储电容器，且

所述第三开关电路在所述数据加载阶段中接通且所述第四开关电路断开，且所述像素电压锁存于所述第二存储电容器中，且

所述第三开关电路在所述显示阶段中断开且所述第四开关电路接通，且锁存于所述第二存储电容器中的所述像素电压被传输以驱动多个第二子像素电极。

9.一种投影设备，包括：

光源，配置成输出照明光束；

硅上液晶面板，配置成将所述照明光束转换成图像光束且输出所述图像光束，其中所述图像光束包括第一抖动图像和第二抖动图像的显示内容，且所述硅上液晶面板包括：

多个驱动电路，所述驱动电路中的每一个包括第一驱动路线和第二驱动路线，所述第一驱动路线和所述第二驱动路线配置成驱动对应子像素电极且分别确定所述第一抖动图像和所述第二抖动图像的所述显示内容，其中所述第一驱动路线和所述第二驱动路线中的每一个包括至少两个开关电路和电容器电路；

光束分光器装置，配置成控制所述图像光束的光偏振且输出偏振图像光束；以及

投影透镜装置，配置成输出所述偏振图像光束以形成投影图像。

10.根据权利要求9所述的投影设备，其中所述第一驱动路线和所述第二驱动路线在不同阶段中操作。

11.根据权利要求10所述的投影设备，其中

当所述第一驱动路线在数据加载阶段中操作时，所述第二驱动路线在显示阶段中操作；且

当所述第一驱动路线在所述显示阶段中操作时，所述第二驱动路线在所述数据加载阶段中操作。

12.根据权利要求9所述的投影设备，其中所述第一驱动路线驱动多个第一子像素电极，所述第二驱动路线驱动多个第二子像素电极，且所述第一子像素电极中的至少一个与所述第二子像素电极中的至少一个相同。

13.根据权利要求9所述的投影设备，其中所述子像素电极的一部分耦合到所述第一驱动路线和所述第二驱动路线，且所述第一驱动路线和所述第二驱动路线由相同驱动电路或两个不同驱动电路中选出。

14.根据权利要求9所述的投影设备，其中所述第一抖动图像和所述第二抖动图像的所述显示内容相同或不同。

15.根据权利要求9所述的投影设备，其中所述第一驱动路线的所述至少两个开关电路包括第一开关电路和第二开关电路，所述第一驱动路线的所述电容器电路包括第一存储电容器，且

所述第一开关电路在数据加载阶段中接通且所述第二开关电路断开，且像素电压锁存于所述第一存储电容器中，且

所述第一开关电路在显示阶段中断开且所述第二开关电路接通，且锁存于所述第一存储电容器中的所述像素电压被传输以驱动多个第一子像素电极，其中所述显示阶段在所述数据加载阶段之后。

16.根据权利要求15所述的投影设备，其中所述第二驱动路线的所述至少两个开关电路包括第三开关电路和第四开关电路，所述第二驱动路线的所述电容器电路包括第二存储电容器，且

所述第三开关电路在所述数据加载阶段中接通且所述第四开关电路断开，且所述像素电压锁存于所述第二存储电容器中，且

所述第三开关电路在所述显示阶段中断开且所述第四开关电路接通，且锁存于所述第二存储电容器中的所述像素电压被传输以驱动多个第二子像素电极。