CN1320514C - 用于伽马校正的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种显示设备，优选为电致发光显示设备，包括象素矩阵，每一象素利用脉宽调制的驱动脉冲(B)驱动。该设备的特征在于，驱动脉冲的宽度由伽马校正设备控制，其中伽马校正信息以独立的脉冲分布调制信号(PDM)的形式提供。本发明还涉及这样的显示设备中的一种伽马校正的方法。

Description

用于伽马校正的方法与设备
本发明涉及在包含象素矩阵的显示设备中使用的伽马校正(gammacorrection)方法，每一象素利用一脉宽调制的驱动脉冲来驱动。
本发明还涉及一种显示设备，优选是一种电致发光显示设备，包括显示象素矩阵，每一象素利用一脉宽调制的驱动脉冲来驱动。
上述类型的显示设备都是已知的，例如可从专利申请EP-0457440得知。
当今市场上有几种不同类型的显示器，并且尽管其它的显示技术如上述的显示技术正在快速增长，但很常见的显示设备仍然是阴极射线管(CRT)。然而，CRT显示器的逐渐光亮度(即，灰度标度)感觉与从显示器发射的光量不成线性比例。结果，在现有的CRT显示器中，这种效应已被考虑，并且由于具有非线性亮度输出/电输入函数的这类显示器仍然非常普遍，故大多数视频信号源都假定将显示在这样的显示器上。因此，信号具有所谓的伽马预校正。
然而，在一些近来开发的显示技术中，例如聚合物发光二极管(PLED)显示器或有机发光二极管显示器(OLED)都是引言中所描述的类型，即所加的电流与发出的光是接近线性的关系。为了包含伽马校正特性，即，在信号显示之前校正上述的伽马预校正，需要进行额外的测量。如果不考虑此，所显示的图象将具有较柔软外观(softer appearance)。因此，需要最优地使显示适应人眼敏感曲线。
根据关于伽马校正的现有技术，如US-6137542所述，伽马校正可采用驱动电子芯片上包括的存储电路来实施。在该存储器中，可存储一个伽马查找表，可用于存储每一颜色亮度的值，这些值根据伽马函数形式来校正。因此，通过使用存储器中存储的信息可将输入信号转换为伽马校正输入信号。然而，现有技术的一个问题在于上述存储器必须相当大，并因而占用了芯片的大量面积。此外，这种解决办法需要高数据率用于每行更新存储器，这极大地增加了通信总线的通信负担，同时也增加了功耗。
本发明的目的在于提供一种用于伽马校正的显示设备和方法，以消除上述现有技术中的问题。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定有益实施例。
这些及其他目的都通过开头段落中所描述的方法来实现，为了获得驱动脉冲的伽马校正的特定宽度，该方法进一步包括以下步骤：生成脉冲分布调制信号，其中脉冲分布取决于预定伽马校正信息；从输入信号获得关于每一象素的实际灰度级信息；以及将所述的灰度级信息与基于脉冲分布调制信号的计数器信息进行比较。这样做，为了提供具有期望宽度的驱动脉冲，将伽马信息作为单独的信号提供，将该信号与期望的灰度级值进行比较。因为伽马信息是单独的并且将进一步被作为脉冲分布调制信号来提供，故该信息可被或多或少永久地载入伽马校正电路中，从而避免了快速更新与繁重的总线通信。
此外，该方法还包括了以下步骤：将脉冲分布调制信号输入到脉冲计数器，以及将实际灰度级信息输入到灰度级寄存器，灰度级寄存器与脉冲计数器有相同的位尺寸并且被连接到一比较器，比较器的输出耦合到一开关，用于控制对象素的驱动脉冲。这样，可使包含例如大量比特的脉宽调制信号能利用具有较少比特的计数器值来表示，因此脉宽调制信号中脉冲的定时可转换到计数器值的变化。因此，能够容易地获得具有不同时长的驱动脉冲，其定时比生成驱动脉冲的比较器具有更高的分辨率(resolution)。与现有技术的解决方案相比，本发明的方法减小存储器及元件尺寸。
此外，生成脉冲分布调制信号的步骤优选地包括以下步骤：将脉冲分布调制信号的定时分布信息值存储在多个伽马寄存器中，每一伽马寄存器连接到多个伽马级比较器中相应一个比较器的第一输入端；将来自时钟计数器的计数值输入到每个伽马级比较器的第二输入端；当相应一个伽马寄存器中存储的值与输入的时钟计数值相等时，从任一伽马级比较器输出一信号脉冲，并将输出的信号脉冲与脉冲分布调制信号在一OR(或)元件中组合。这是生成本发明的脉冲分布调制信号的简单方法，在芯片上需要相对较小的存储器区域。此外，伽马寄存器只需将伽马校正信息载入一次，因为这些在显示设备的整个驱动过程中都是恒定的。
根据本发明的一个优选实施例，时钟计数器与每个伽马寄存器包括比脉冲计数器或灰度级比较器更多数量的比特。用于例如蜂窝电话显示应用的合适配置是N＝16灰度级。在这个实施例中，伽马寄存器可以包括例如8位，而脉冲计数器和灰度级比较器能够包括相应于2u＝16灰度级的4位。
显示器合适地为聚合物发光二极管显示器或者有机发光二极管显示器，而且该方法优选地是在全数字伽马校正设备上实施，这样对产品扩展不敏感。此外，最少一个寄存器是可编程的，从而得到灵活的解决方案。
利用如权利要求5所定义的显示装置也可实现本发明的目的。所述的驱动脉冲的宽度由伽马校正设备控制，该设备使用独立的脉冲分布调制信号(PDM)，该信号取决于预定使用伽马校正信息。因为伽马信息是独立的并且提供为脉冲分布调制信号，故该信息可被或多或少永久地载入伽马校正电路中，从而避免快速更新与繁忙的总线通信。
伽马校正设备也包括第一和第二模块(block)，其中第一模块1包括用于生成脉冲分布调制信号的装置，而第二模块2包括用于生成驱动脉冲的装置，该脉冲分布调制信号被安排成从第一模块输入到第二模块。通过将伽马校正设备分为两个单独的部分，有可能将伽马信息预载入到第一模块中，并且此后该信息可以不改变，减少了快速处理及大存储器区域的需要。
第一模块合适地包含多个伽马寄存器，其中存储用于伽马校正脉冲分布调制信号的定时分布信息值，每一寄存器连接到多个伽马级比较器中相应一个比较器的第一输入端，时钟计数器的计数值被安排成输入到每个伽马级比较器的第二输入端上，由此，当所述伽马寄存器中的相应一个寄存器中存储的值与输入的时钟计数值相等时，任一所述伽马级比较器被安排成输出一信号脉冲，随后，输出的信号脉冲被输入到一个OR元件中，在此OR元件中这些输出的信号脉冲与所述第一模块输出的所述脉冲分布调制信号组合。这是生成本发明的脉冲分布调制信号的简单方法，其在芯片上需要相对小的存储器区域。此外，伽马寄存器只需将伽马校正信息载入一次，因为这些信息在显示设备的整个驱动过程中都是不变的。这使之有可能使用单个公用第一模块用于显示器的全部象素或全部列。
第二模块合适地可以包含：脉冲计数器，第一模块的伽马校正脉冲分布调制信号被安排成输入到该脉冲计数器；灰度级寄存器，将要显示的灰度级输入到该灰度级寄存器；以及比较器，将脉冲计数器和灰度级寄存器的输出输入到该比较器，其中灰度级寄存器与脉冲计数器有相同的位尺寸，并且比较器的输出耦合(直接或通过置位/复位触发器)到一开关，用于控制所述象素的功率分布。这样做可使包含例如大量比特的脉宽调制信号能利用具有较少比特的计数器值来表示，从而脉宽调制信号中脉冲的定时可被变换到计数器值的变化。因此能够容易地获得具有不同时长的驱动脉冲，而定时具有比生成该驱动脉冲的比较器高的分辨率。与现有技术的解决方案相比，本发明的方法可减小存储器及元件尺寸。
最后，优选地，该显示器为聚合物发光二极管显示器或者有机发光二极管显示器，而且为了获得一个对产品扩展不敏感的系统，该伽马校正设备是全数字的。至少一个寄存器是可编程的，从而得到灵活的解决方案。
本发明的这些及其他方面将参照以下附图阐述清楚，其中：
图1是本发明的显示设备中采用的伽马校正电路的方框图，实施本发明的方法；
图2表示图1的电路中使用的灰度标度数据的表；
图3是时序图的一个实例，其中在A表示脉冲分布调制信号的一部分，在B表示得到的驱动脉冲；以及
图4是表示图3的实例中用于选择的一个图2所示的灰度标度数据的脉冲计数器CNT2、灰度级比较器以及置位/复位触发器的值。
本发明涉及一种单调显示设备例如PLED或OLED显示器的伽马校正电路。例如，PLED显示器包括多个列电极C0，C1……CN与行电极，这些电极一起形成整个显示区域。行、列电极的每一个交叉处定义显示器的一个象素。电致发光材料(在此处为发光聚合物)被安排在各行与列之间。
然而，在图1中，仅示出了一列C0。如上所述，对显示器的所有列来说，该电路都是相同的。
每一列都与驱动该列的一电流源I串联连接，并且该连接处配有开关S，用于切换闭合位置与断开位置，在闭合位置时允许电流流过列C0，在断开位置时，流向列C0的电流被切断。开关S处于闭合位置时，一电流流经发光聚合物材料层，使发光聚合物材料发光。当开关S处于断开位置时，该列C0或象素不发光。
依照本发明，开关S连接着一伽马校正设备。
在图1中图示了依据本发明的伽马校正设备的第一实施例。本实施例可应用于，例如，具有16级(即4位)灰度及二次伽马校正的移动应用中。该实施方式分别包括第一与第二模块1和2，其中，第一模块1作为校正存储模块，第二模块2作为灰度级比较模块。显示器的每一列C0，C1……CN都需要一单独的第二模块2，而第一模块1可以为全部列或一组列所共有。在此例中，一个公用第一模块1用于全部列。因此，显示器的驱动芯片可制作为包含一个第一模块1和N+1个第二模块2，其中N+1是显示设备的列的总数。
在所示的实例中，第一校正存储模块1包含16个伽马校正存储寄存器GAMMAREG00-GAMMAREG15；每一寄存器都为8位寄存器。这些寄存器都载入期望的伽马校正信息，而且都只需载入一次。寄存器GAMMAREG00-GAMMAREG15每一个的输出都连接于16个伽马级比较器GAMMALC00-GAMMALC15中相应一个比较器的一个输入端。伽马级比较器GAMMALC00-GAMMALC15的第二输入端连接至一个8位时钟计数器CLKCNT的输出。该时钟计数器由时钟脉冲CL计时，在这种情况下，每一行周期具有256个时钟脉冲。将时钟计数器值与存储在模块1中的16个伽马校正存储寄存器GAMMAREG00-GAMMAREG15中的每个值进行比较，当时钟计数器值等于存储在连接至该比较器GAMMALC00-GAMMALC15的寄存器中的值时，每一伽马级比较器GAMMALC00-GAMMALC15输出一个脉冲。因此，在一完整的行时间(linetime)期间，全部16个脉冲由伽马级比较器GAMMALC00-GAMMALC15生成，这些脉冲在行时间的定时与分布由伽马校正存储寄存器GAMMAREG00-GAMMAREG15中存储的精确值所决定。第一伽马级比较器在时刻t0生成第一脉冲，在时刻t1生成下一个脉冲，依此类推。
所述伽马级比较器GAMMALC00-GAMMALC15的所有输出都连接到一或门OR，并在该或门对这些生成的脉冲进行组合，并得到从该或门OR输出的信号，这就是特殊控制信号PDM，该信号具有调制了的脉冲分布，以及与原时钟信号CL相比下降的平均频率(此处为16倍)。以上所述的结构中，利用预置伽马校正存储寄存器GAMMAREG00-GAMMAREG15表示的伽马校正信息被转换为包括16个脉冲的定时信号(每个对应一个寄存器)，具有由于定时分布而导致的完整8位定时分辨率。
此后，脉冲分布调制控制信号(PDM)输入到一个四位的第二脉冲计数器CNT2。该脉冲计数器CNT2连接到每一第二模块2，其依次连接于各自对应的一个显示列C0，C1……CN中。从第二脉冲计数器CNT2输出的计数器值因而被输入到每一第二模块2。此例中，4位脉冲计数器在每一行时间中进行一完整的计数(0-15)，这是因为脉冲分布调制控制信号PDM每行时间具有16个脉冲。
每一第二模块2进一步包括4位灰度级寄存器GLREG0，随后包括在连接第二模块2的列中的象素之中将显示的灰度级。例如，该寄存器GLREG0可包含图2中所示的一个数据，这取决于在一特定行时间里一列上的一个象素所期望的灰度级。以一种本身已知的方式，通过一个输入连接(D)来每行更新该寄存器GLREG0。图2表中的GSL列包含了可能的灰度级值。图2中BD列表明了灰度级寄存器GLREG0输出上可能存在的相应二进制值。
灰度级寄存器GLREG0的输出随后输入到一灰度级比较器GREYLC，同时输入的还有上述脉冲计数器CNT2的输出，它们都是4位的。该比较器的输出随后输入到一置位/复位触发器SRFF，该触发器连接到上述的开关S，以实现在闭合位置和断开位置之间的切换操作，在闭合位置中允许电流流过该列，在断开位置中流向列的电流被切断。
在对脉冲计数器CNT2的值和灰度寄存器GLREG0的值进行比较时，只要灰度级寄存器GLREG0的值超过了脉冲计数器CNT2的值，就从置位/复位触发器SRFF输出一高信号，从而使开关S保持在一闭合位置(电流流经显示器)。当脉冲计数器的值超过或等于灰度寄存器GLREG0的值时，置位/复位触发器SRFF就翻转到一低信号，从而将开关S断开(无电流流经显示器)。在新行的开头，置位/复位触发器SRFF被设置回高信号状态。
图3与图4展示了一个例子。在这种情况下，期望的灰度级是4，也就是说根据图2，灰度级寄存器GLREG0的值是0100。由图3可见，根据伽马寄存器GAMMAREG00-GAMMAREG15中预先设定的值，控制信号PDM的第一个脉冲在时刻t0生成，下一个脉冲在t1生成，依此类推。第二脉冲计数器CNT2接收在t0，t1等时刻生成的脉冲，并对来自该第一模块1的每一个脉冲将该信号加一，例如，输出0000直至时刻t0，输出0001直至时刻t1，依此类推。图4的表给出了与此示例相关的值。GLREG0列表示了灰度寄存器GLREG0中的值。CNT2列表示了随后第二脉冲计数器CNT2输出的值。GREYLC列表示了灰度级比较器的输出结果。最后，列SRFF表示置位一复位触发器SRFF的输出。如果输出是“1”，则开关S闭合，如果输出是“0”则开关S断开。在时刻t4，第5脉冲到达第二计数器CNT2，从而输出0100，这与灰度级寄存器GLREG0中存储的期望灰度值相等。在时刻t4，灰度级比较器GREYLC的输出从“1”切换到“0”。其结果是触发器SRFF的输出变成“0”且持续到下一行扫描的开始。在时刻t5，当第二计数器CNT2的输出超过了灰度级寄存器GLREG0的灰度级值时，则灰度级比较器GREYLC的输出变回到“1”。因此，在该时刻，触发器SRFF给开关S发出一个信号以便象素的驱动脉冲B在该当前行结束。驱动脉冲B的长度T因而确定为T＝t4，如图3所示。长度T可以通过以适当的方法选取伽马寄存器GLREGO中存储的值来调整。因为每一行时间包括256个时隙，这也是驱动脉冲B的长度T的分辨率，即使第二模块2仅采用4位的分辨率。
实例
由于现有技术中使用脉宽调制来控制灰度级，简单的直接实施伽马校正就需要一个大的存储器以及大的数据传输用于每行更新列驱动器。对于典型的移动电话应用来说，16级灰度(即4位)以及二次伽马校正每行需要256＝28个时钟脉冲。在60Hz帧速率下，对显示器的102个平行列驱动器以及65行进行寻址需要：
存储器：  102×65×8比特＝53千比特
数据率：  60×65×102×8比特＝3.2M比特/秒
时钟频率：60×65×256＝1MHz
该存储器需要大的芯片面积，同时高数据率极大地增加了总线通信的负担，并且高的时钟频率也增加了功率消耗。
然而，根据以上描述的本发明的一个系统，需要：
存储器：  16×8比特+102×65×4比特＝26.6k比特
数据率：  60×65×102×4位＝1.6M比特/秒
时钟频率：60×65×16＝62kHz
所以，在本发明的这个实例中，存储器芯片面积和数据率都减少了一半，同时16倍控制信号PDM的较低频率保证了低功耗。由于是全数字实施，因此系统对产品扩展不敏感。此外，在所述电路中使用可编程寄存器可获得全面的灵活性。
需要对计数器和置位/复位触发器进行适当的初始化，但是这可以用已知方法来实现，故在本文没有描述，并且在附图中也没有显示出来。
虽然本发明的上述实施都是参照PLED和OLED显示器进行的，但本发明也适用于其他类型显示器的伽马校正。这些显示器的输入电信号和输出亮度信号成单调关系，例如基本线性关系，近似线性关系或非线性关系。这种显示器的一个实例是等离子显示器。
本发明主要用于电流驱动系统，但本发明思想同样可用于优化电压驱动输出级。
应当注意，所述实施例只是数字化地实施该思想的一种方案，本领域技术人员能构想本设计方案的多种变化。
此外还应当注意，本发明的上述实施例公开了驱动显示列，但是本发明是应用于显示器的行驱动还是列驱动并不是实质性的问题。
总的来说，本发明涉及一种显示设备，尤其是一种电致发光显示设备，该显示设备在输入电信号和输出亮度信号之间具有单调关系，幷包括显示象素的距阵，每一象素都连接到用于利用取决于驱动脉冲宽度的亮度照亮像素的装置。该设备的特征在于，驱动脉冲的宽度由伽马校正设备来控制，其中伽马校正信息以分离脉冲分布调制信号的形式来提供。
本发明也涉及一种在这种显示设备中进行伽马校正的方法。
应当注意，上述实施例是对本发明进行的举例说明而不是对本发明进行的限制，本领域技术人员在不背离所附权利要求范围的情况下，能设计出多种其他实施例。权利要求书中，任何括号里的附图标记都不应作为对权利要求的限定。“包含”一词没有排除权利要求中所列出的元件或步骤以外的元件和步骤。某元件前的“一个”一词也不能排除出现多个该元件。本发明可以以包含几个不同元件的硬件来实施，也可以采用适当编程的计算机来实施。在列举了几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个能够由同一个硬件来实施。仅从互不相同的从属权利要求中列举某些措施的这一事实并不表明这些措施的组合不能获得有益效果。

Claims (7)

1.一种在显示设备中使用的伽马校正的方法，该显示设备的输入电信号与输出亮度信号之间具有单调关系并且包括象素矩阵，每个象素利用脉宽调制的驱动脉冲(B)来驱动，所述方法包括以下步骤：
生成一个脉冲分布调制信号(PDM)，其中脉冲分布取决于预定的伽马校正信息；
从输入信号中导出有关每个象素的实际灰度级信息；对所述脉冲分布调制信号的脉冲进行计数以获得一个计数器信息；以及
将所述的灰度级信息和所述计数器信息进行比较，以获得驱动脉冲(B)的伽马校正的特定宽度。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：
将所述脉冲分布调制信号(PDM)输入到脉冲计数器(CNT2)；以及
将所述的实际灰度级信息输入到灰度级寄存器(GLREG0)，所述灰度级寄存器(GLREG0)与所述脉冲计数器(CNT2)具有相同的位尺寸幷且二者都连接到比较器(GREYLC)的输入，所述比较器(GREYLC)的输出耦合到开关(S)，用于控制对所述象素的驱动脉冲(B)。
3.如权利要求1所述的方法，其中生成脉冲分布调制信号的步骤进一步包括以下步骤：
将所述脉冲分布调制信号的定时分布信息值存储在多个伽马寄存器(GAMMAREG00-GAMMAREG15)中，每个伽马寄存器(GAMMAREG00-GAMMAREG15)连接到多个伽马级比较器(GAMMALC00-GAMMALC15)之中相应一个比较器的第一输入端；
将来自时钟计数器(CLKCNT)的计数值输入到每个伽马级比较器(GAMMALC00-GAMMALC15)的第二输入端，
当在所述伽马寄存器(GAMMAREG00-GAMMAREG15)之中的相应一个寄存器中存储的值与输入的时钟计数值相等时，从其中一个所述伽马级比较器(GAMMALC00-GAMMALC15)输出一个信号脉冲，
在用于执行OR操作的元件中将所述输出信号脉冲组合到脉冲分布调制信号。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述的时钟计数器(CLKCNT)和每个伽马寄存器(GAMMAREG00-GAMMAREG15)包括比脉冲计数器或灰度级比较器更多数量的比特。
5.一种显示设备，其输入电信号与输出亮度信号之间具有单调关系并且包括显示象素的矩阵，每个象素利用脉宽调制的驱动脉冲来驱动，其特征在于，所述驱动脉冲的宽度由伽马校正设备使用独立的脉冲分布调制信号(PDM)来控制，所述独立的脉冲分布调制信号(PDM)取决于预定的伽马校正信息，并且其中所述的伽马校正设备包括第一模块(1)和第二模块(2)，其中，第一模块(1)包括用于生成所述脉冲分布调制信号(PDM)的装置，而第二模块(2)包括用于生成所述驱动脉冲(B)的装置，所述脉冲分布调制信号(PDM)被从所述第一模块(1)输入到所述第二模块(2)。
6.如权利要求5所述的显示设备，其中，所述第一模块包括多个伽马寄存器(GAMMAREG00-GAMMAREG15)，其中存储所述脉冲分布调制信号(PDM)的定时分布信息值，每一寄存器连接到多个伽马级比较器(GAMMALC00-GAMMALC15)之中相应一个比较器的第一输入端，时钟计数器(CLKCNT)的计数值被输入至每一伽马级比较器(GAMMALC00-GAMMALC15)的第二输入端，从而在相应一个所述伽马寄存器(GAMMAREG00-GAMMAREG15)中存储的值与输入的时钟计数值相等时，从其中一个所述伽马级比较器(GAMMALC00-GAMMALC15)输出一个信号脉冲，此后所述输出的信号脉冲被输入到一个用于执行OR操作的元件，在该用于执行OR操作的元件中所述输出的信号脉冲被组合到是所述第一模块(1)的输出的所述脉冲分布调制信号(PDM)。
7.如权利要求5所述的显示设备，其中所述第二模块(2)包括：
脉冲计数器(CNT2)，来自第一模块(1)的所述伽马校正脉冲分布调制信号(PDM)被输入到该脉冲计数器；
灰度级寄存器(GLREG0)，将要显示的灰度级被输入到该灰度级寄存器；以及
比较器(GREYLC)，所述脉冲计数器(CNT2)和所述灰度级寄存器(GLREG0)的输出被输入到该比较器，
其中，所述灰度级寄存器(GLREG0)和所述脉冲计数器(CNT2)具有相同的位尺寸，并且所述比较器(GREYLC)的输出耦合到开关(S)，用于控制对所述象素的驱动脉冲(B)。
8.如权利要求7所述的显示设备，其中，比较器(GREYLC)的输出通过置位-复位触发器(SRFF)被耦合到该开关(S)，并且该置位-复位触发器(SRFF)在每个行周期被复位。
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