CN117079587A

CN117079587A - 一种有源Micro-LED均匀性补偿方法及显示装置

Info

Publication number: CN117079587A
Application number: CN202311330473.3A
Authority: CN
Inventors: 郑喜凤; 陈煜丰; 曹慧; 汪洋; 程宏斌
Original assignee: Changchun Cedar Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: Changchun Cedar Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2023-10-16
Filing date: 2023-10-16
Publication date: 2023-11-17
Anticipated expiration: 2043-10-16
Also published as: CN117079587B

Abstract

本发明公开了一种有源Micro‑LED均匀性补偿方法及显示装置，其中方法包括获取Micro‑LED显示屏的时序信号，所述时序信号包括帧同步信号、行同步信号；设置灰阶位数阈值，并根据所述灰阶位数阈值将Micro‑LED显示屏的灰阶显示数据划分为高位宽显示数据和低位宽显示数据；基于所述帧同步信号进行子帧倍频打散；基于所述行同步信号进行子帧内部打散。利用本发明公开的方案可有效减少灰阶数据显示时间过长造成漏电流引起的驱动电流变化问题。

Description

一种有源Micro-LED均匀性补偿方法及显示装置

技术领域

本发明一般地涉及显示屏技术领域。更具体地，本发明涉及一种有源Micro-LED均匀性补偿方法及显示装置。

背景技术

Micro-LED显示技术比现有的LCD、AMOLED等显示技术拥有更高的亮度、更高发光光效、响应速度快、色彩丰富等优点，能够在电视（TV）、手机、可穿戴设备、增强现实（AR）等显示场景有更广阔的应用价值，并且因为其能够实现无缝拼接，在大尺寸显示应用广泛。为了实现低成本和高性能，近年来工业界和学术界开展了大量关于基于玻璃基板TFT驱动的Micro-LED显示驱动技术。但是TFT在制备过程中存在阈值电压漂移和漏电流的问题，这会导致流经LED发光芯片的电流不一致，进而导致Micro-LED亮度不一致。

如图1由TFT驱动原理可知，M1截止，电容C_S放电维持M2管的栅极电压，使M2管导通，并保持 M2管的电流工作在饱和区，Micro-LED显示屏工作时流经LED电流为：

（1）

其中μ是驱动TFT沟道载流子迁移率、C_ox为氧化层电容、W、L分别为驱动 TFT宽和长、V_gs和V_th为驱动TFT过驱动电压。由于漏电流影响会对A点的电压值造成影响，也就是会对公式（1）中V_gs造成影响，进而影响流经LED电流I的大小，造成Micro-LED显示不均匀。

当前Micro-LED的显示控制技术采用集中发光的方式来控制，可以理解为将一路数据控制的 LED 的所有灰度数据扫描完毕后再处理别的进程，表现为灰度处理集中。为更好的说明此灰度调制方式，假设一种显示屏只采用两颗 LED，用 A 灯和 B 灯表示，A 灯和B 灯不能同时点亮，必须有先后顺序。对于单颗 LED，假设采用 5bit 灰度等级，数据用 D[4:0]表示，数据位由高位到低位用 D[4]、D[3]、D[2]、D[1] 、D[0]表示，每比特显示时间用、/>、/>、/>、 />表示，那么每个调制周期 /> 。

如图2所示，采用集中发光的方式会进一步加重漏电流对Micro-LED的亮度影响，如图3所示，当集中发光的时候高位显示数据显示时间长，漏电流在该时间段影响∆I累计越大。

发明内容

为了至少解决上述背景技术部分所描述的技术问题，本发明提出了一种有源Micro-LED均匀性补偿方法及显示装置。利用本发明的方案，能够有效提高Micro-LED显示屏的亮度均匀性。鉴于此，本发明在如下的多个方面提供解决方案。

本发明的第一方面提供了一种有源Micro-LED均匀性补偿方法，包括：获取Micro-LED显示屏的时序信号，所述时序信号包括帧同步信号、行同步信号；设置灰阶位数阈值，并根据所述灰阶位数阈值将Micro-LED显示屏的灰阶显示数据划分为高位宽显示数据和低位宽显示数据；基于所述帧同步信号进行子帧倍频打散，所述子帧倍频打散用于将显示屏将要显示的一帧画面拆分为N个子帧，并将所述高位宽显示数据和所述低位宽显示数据平均分配到N个子帧中；基于所述行同步信号进行子帧内部打散，所述子帧内部打散用于将所述高位宽显示数据进一步分成多分，然后和低位宽显示数据进行乱序显示。

在一个实施例中，所述子帧倍频具体包括：基于所述帧同步信号的周期，将一帧的显示周期分为N个子帧，基于所述帧同步信号通过计数器生成N个子帧同步信号；将高位宽显示数据的打开时间和低位宽显示数据的打开时间均分到N个子帧当中进行显示。

在一个实施例中，所述子帧内部打散，包括：基于所述行同步信号生成多个子行同步信号，基于所述子行同步信号将每一行的显示时间进行打散；根据每行像素点显示数据灰度等级高低位宽所占的权重进行打散。

在一个实施例中，低位宽显示数据随机分配到某个子帧当中，不做拆分；高位宽显示数据，先完成子帧倍频打散再进行子帧内部打散。

在一个实施例中，当显示数据的灰阶位数为k位时，有，此时，灰度数据位数小于等于k时，将每段的权重设置为基准时间/>；灰度数据位数大于k时，将灰度数据的权重打散成每段为/>时间。

在一个实施例中，所述乱序显示应同时符合以下条件：每段权重为基准τ₀的低位宽显示数据需要匹配高位宽显示数据分割后的每段权重；高位宽显示数据相邻两个数据位的每段权重的比值为1/2。

在一个实施例中，所述子帧数量N通过以下方式计算：；其中，T_LSB表示最低有效位发光时间，n表示显示灰阶数，t _frame 表示一帧的显示时间。

本发明的第二方面提供了一种显示装置，应用上述任一种有源Micro-LED均匀性补偿方法制造。

利用本发明所提供的方案，将一帧的显示时间分成N份，通过显示数据打散的控制方式，及将子帧内打散的方式来实现由于漏电流而导致的LED驱动电流衰减补偿，进而实现对Micro-LED显示屏的亮度均匀性的提升。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示出现有技术中的Micro-LED像素驱动电路；

图2是示出现有技术中的集中发光方式；

图3是示出现有技术中的集中发光时漏电流影响；

图4是示出根据本发明实施例的有源Micro-LED均匀性补偿方法；

图5是示出根据本发明实施例的数据打散前后比较。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施方式的目的，而并不意在限定本发明。如在本发明说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当... 时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。

针对现有Micro-LED集中发光的控制方式影响亮度均匀性的问题，本发明提出了一种有源Micro-LED均匀性补偿方法来提高Micro-LED显示屏的亮度均匀性。

由前面技术背景介绍可知，漏电流会影响的V_gs值进而影响流经LED电流I的大小，而这种影响是随时间的累计呈线性变化的。对于n bit灰度的显示数据的最低有效位(LSB) 发光时间为 T_LSB，定义为 t_frame/2ⁿ，其中 t_frame 是一帧的显示时间，最高有效位(MSB) 发光时间为 T_MSB，有

（2）

漏电流导致流经LED电流的衰减与发光时间成正比，设定Micro-LED显示高灰阶数据时漏电流引起的电流变化值为∆I_MSB，而显示最低灰阶数据时漏电流引起的电流变化值为∆I_LSB，因此根据前面分析有：

（3）

当前LED显示屏多数采用占空比（Pulse Width Modulation，PWM）的方法来实现灰度调制，通过控制LED灯珠不同的发光时间来实现灰度调节，而不同显示数据的发光时间由灰度等级每bit占发光时间的权重确定的，因此显示不同灰度数据时漏电流引起的电流变化值也由灰度等级和各个位的权重之和确定，则显示k bit的灰阶数据时漏电流引起的电流变化值为：

（4）

因此我们可以得到显示的相邻两个灰阶数据漏电流引起的电流变化值为：

（5）

本发明提出通过显示数据打散的控制方式来实现对Micro-LED显示屏的亮度均匀性的提升。将集中发光时间打散，进而降低因单次发光时间过长加剧漏电流的影响。如图4所示，是示出根据本发明实施例的有源Micro-LED均匀性补偿方法，可概括为包含步骤S100-S400：

步骤S100：获取Micro-LED显示屏的时序信号，所述时序信号包括帧同步信号、行同步信号；

步骤S200：设置灰阶位数阈值，并根据所述灰阶位数阈值将Micro-LED显示屏的灰阶显示数据划分为高位宽显示数据和低位宽显示数据；

步骤S300：基于所述帧同步信号进行子帧倍频打散。

进一步的，所述子帧倍频打散用于将显示屏将要显示的一帧画面拆分为N个子帧，并将所述高位宽显示数据和所述低位宽显示数据平均分配到N个子帧中；

步骤S400：基于所述行同步信号进行子帧内部打散。

进一步的，所述子帧内部打散用于将所述高位宽显示数据进一步分成多分，然后和低位宽显示数据进行乱序显示。

实现数据打散的方式可以通过子帧倍频和子帧内部打散相结合的方式实现，Micro-LED显示屏时序信号包括帧同步信号、行同步信号、产生PWM驱动信号的像素时钟信号CLK。对应一帧画面的显示，一个帧同步信号周期，将一帧的显示周期分为N个子帧，基于帧同步信号通过计数器生成N个子帧同步信号。以 1 秒输出 60 帧图像为例，每帧图像占有时间约 16.6ms，LED 显示屏显示刷新并非与电脑输出的帧频完全一致，而是会将 1 帧图像重复扫描，使图像的稳定性更好。结合图4可以看到，在显示屏灰度控制设计时，将1帧分成了N子帧。一帧画面包括有多行数据，需要一个行同步信号周期，对应一行数据的显示，在子帧内部进一步打散，则是生成多个行同步信号，将每一行的显示时间进行打散。根据每行像素点显示数据灰度等级高低位宽所占的权重进行打散。前面分析可知Micro-LED显示亮度靠LED打开时间决定，n bit的显示灰度可拆分成高位数据和低位数据，高位数据打开时间有2^M个CLK，低位数据打开时间有2^L个CLK。

图5示出根据本发明实施例的数据打散前后比较示意图。如图5所示，每一帧的显示周期分为N个子帧，将高位宽显示数据和低位宽显示数据平均分配到N个子帧中，就是将高位数据打开时间和低位宽的数据打开时间均分到N个子帧当中进行显示。由前面分析可知，高位数据和低位数据显示时间经过打散分配到N个子帧中后，相邻两个灰阶数据漏电流引起的电流变化值会线性地降低为原来的1/N。子帧内部数据打散是将高位显示数据进一步分成多分，然后和低位显示数据乱序进行显示。同时经过子帧内部数据进一步的打散，相邻灰阶之间的显示时间间隔也会降低为原来的1/2。

由于采用PWM控制方式来实现LED的亮度调节，对于显示数据的高灰阶数据和低灰阶数据显示时间不一致，高灰阶数据显示时间长，低灰阶数据显示时间短，因此高灰阶和低灰阶的打散方式也不尽相同，低位数由于数据位宽低进而显示时间短只是随机分配到某个子帧当中，并不做拆分；而高位宽数据的显示时间长，有足够的时间做完子帧倍频之后在子帧内进行进一步打散，从而缓解灰度数据集中显示造成漏电流引起的驱动电流变化问题。

表1 灰阶数据权重表

如表1所示，采用时间权重匹配算法，将位宽显示数据占有的时间片拆分，在保证总时间权重相同的情况下，结合低灰阶数据时间片混合调制。D（n），…D（5），D（4），D（3），D（2），D（1），D（0）各自所显示的时间为，…/>，/>，/>，/>，/>，/>其中/>为基准时间，高位宽数据拆分按照表1所示，分割为多个段数，每段都会占LED打开时间一定的权重，最高的分割段数为前面所说的子帧数量。需要设置一个阈值来规定在哪个总体打开时间的权重开始对高位宽数据进行拆分。设当显示数据的灰阶位数为k位时，有：

（6）

此时，k位以下的灰度数据都是打散成每段的权重为基准时间τ₀。灰度数据大于k位的则打散成每段的权重为时间。这样D（n），…D（5），D（4），D（3），D（2），D（1），D（0）的显示周期在打散之后可以重新组合进行显示。这样灰阶位数为k位以下的灰度数据重复显示的次数为1、2、4、…、2^k，而灰阶位数为k位以上的灰度数据重复显示的次数为2N-(k+1)、…、N。然后再将这些分割完的数据在子帧内进行混合进行显示，如表2所示，高灰阶数据和低灰阶数据打散交叉进行显示的分配方法，组合的原则是每段的权重为基准是τ₀的需要匹配高位宽数据分割后的每段权重，这样可以保证在每次显示的时候有足够多的发光时间，减少暗场时间降低刷新率，同时高位宽数据相邻两个数据位的每段权重的比值为1/2，从而减少高灰阶数据显示时间过长造成漏电流引起的驱动电流变化问题。

将一帧的显示时间t_frame分为N份，显示数据经过打散之后，所有灰阶数据显示时间被分为了N分，由前面分析可知∆I_MSB也会线性地降低为原来的1/N。具体打散后的结果参见表2。

表2 灰阶数据子帧分配表

由表2可知，同时经过子帧内部数据进一步的打散，相邻灰阶之间的显示时间间隔也会降低为原来的1/2，因此有：

（7）

上式中表示经过子帧内部数据进一步的打散的高灰阶数据时漏电流引起的电流变化值。

（8）

由式子（8）可知，经过数据打散的方式可以把相邻两个灰阶数据漏电流引起的电流变化值降低了1/（2N），降低了漏电流的影响，提高了Micro-LED 显示均匀性。而N的取值则由最低有效位 (LSB) 发光时间 T_LSB和显示灰阶数决定：

（9）

由表1可知，以权重和分割数量的方式对子帧灰阶数据进行打散，这里所说的权重指的是每次显示时间。

对于基于TFT基板的Micro-LED显示技术，TFT像素电路工作时需要考虑电容充电时间，一般为3μs，因此上述中的基准时间不能够小于这个时间，于是可以计算出当的时候，理论上能够实现的最大灰度值为

（10）

为了实现高画质均匀显示，LED显示屏灰度等级一般要大于等于8bit，因此n的可取值为（8，9，10，11，12），由公式（7）、（8）、（9）可得子帧个数以及相邻两个灰阶数据漏电流引起的电流变化值降低数值参见表3。

表3 灰度等级与子帧关系

基于图1-图5所描述的有源Micro-LED均匀性补偿方法，本发明的另一方面还提供了一种显示装置；其通过上述的有源Micro-LED均匀性补偿方法制造。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式是仅以示例的方式提供的。本领域技术人员在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解在实践本发明的过程中，可以采用本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。

Claims

1.一种有源Micro-LED均匀性补偿方法，其特征在于，包括：

获取Micro-LED显示屏的时序信号，所述时序信号包括帧同步信号、行同步信号；

设置灰阶位数阈值，并根据所述灰阶位数阈值将Micro-LED显示屏的灰阶显示数据划分为高位宽显示数据和低位宽显示数据；

基于所述帧同步信号进行子帧倍频打散，所述子帧倍频打散用于将显示屏将要显示的一帧画面拆分为N个子帧，并将所述高位宽显示数据和所述低位宽显示数据平均分配到N个子帧中；

基于所述行同步信号进行子帧内部打散，所述子帧内部打散用于将所述高位宽显示数据进一步分成多份，然后将分成多份后的显示数据和低位宽显示数据进行乱序显示。

2.根据权利要求1所述的有源Micro-LED均匀性补偿方法，其特征在于，所述子帧倍频具体包括：

基于所述帧同步信号的周期，将一帧的显示周期分为N个子帧，基于所述帧同步信号通过计数器生成N个子帧同步信号；

将高位宽显示数据的打开时间和低位宽显示数据的打开时间均分到N个子帧当中进行显示。

3.根据权利要求1所述的有源Micro-LED均匀性补偿方法，其特征在于，所述子帧内部打散，包括：

基于所述行同步信号生成多个子行同步信号，基于所述子行同步信号将每一行的显示时间进行打散；

根据每行像素点显示数据灰度等级高低位宽所占的权重进行打散。

4.根据权利要求1所述的有源Micro-LED均匀性补偿方法，其特征在于，

低位宽显示数据随机分配到某个子帧当中，不做拆分；

高位宽显示数据，先完成子帧倍频打散再进行子帧内部打散。

5.根据权利要求1所述的有源Micro-LED均匀性补偿方法，其特征在于，当显示数据的灰阶位数为k位时，有此时，灰度数据位数小于等于k时，将每段的权重设置为基准时间/>；灰度数据位数大于k时，将灰度数据的权重打散成每段为/>时间。

6.根据权利要求5所述的有源Micro-LED均匀性补偿方法，其特征在于，所述乱序显示应同时符合以下条件：

每段权重为基准的低位宽显示数据需要匹配高位宽显示数据分割后的每段权重；

高位宽显示数据相邻两个数据位的每段权重的比值为1/2。

7.根据权利要求1所述的有源Micro-LED均匀性补偿方法，其特征在于，所述子帧数量N通过以下方式计算：；其中，/>表示最低有效位发光时间，n表示显示灰阶数，/> 表示一帧的显示时间。

8.一种显示装置，其特征在于，使用如权利要求1-7任一项所述的有源Micro-LED均匀性补偿方法制造。