CN1596431A - 提高顺序彩色矩阵显示器的发光效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高顺序彩色矩阵显示器的发光效率的方法，使用脉冲宽度调制或PWM型寻址方法驱动该显示器。针对子帧的每个象素，本方法包括以下步骤：比较前一子帧的象素色彩值和参考值，从而根据与当前子帧的重叠周期，提供重叠值；如果当前子帧的象素色彩值减重叠值为正值，则将时间偏移与当前子帧的象素色彩值相加；如果当前子帧的象素色彩值减重叠值为负值，则将当前子帧的象素色彩值强制置零。本发明应用于LCOS或LCD显示器。

Description

提高顺序彩色矩阵显示器的发光效率的方法

技术领域

本发明涉及一种提高顺序彩色(sequential-color)矩阵显示器的发光效率的方法。特别地，涉及矩阵显示器，其中光电阀包括液晶阀，特别是，LCOS(硅基液晶)型阀。

背景技术

使用在直接观看的显示设备或在投影显示设备中的液晶显示板(LCD)基于在每个象素处具有有源元件的矩阵方案。使用多种寻址方法，以产生与要在选中象素处显示的亮度相对应的灰度级。最传统的方法是一种模拟方法，借此将有源元件切换到行扫描周期，以便将视频信号的模拟值传送到象素的电容器。在这种情况下，使液晶材料定向在依赖于存储在象素的电容器中的电压值的方向上。然后，修改入射光偏振，并通过偏振器对其进行分析，从而创建灰度级。使用这种方法的一个问题来源于依赖于所产生的灰度级的液晶的响应时间。因此，当采用这种方法来驱动其中使用红、绿和蓝色滤光片连续照亮光电阀，特别是LCOS阀的顺序彩色矩阵显示器的光电阀时，当在发光中一个色彩没有完全被下个色彩消除时，在中间灰度级间的非常短的响应时间引起了图像中非常差的颜色饱和。

为了弥补这种类型的缺点，在现有技术中，例如在美国专利6,239,780中，已经提出了使用脉冲宽度调制或者PWM技术，来驱动矩阵显示器的方法。在这种情况下，将液晶显示的象素设定为开/关模式，“开”模式对应于液晶的饱和。通过脉冲宽度给出灰度级。通过这样的寻址方法，由于现在过渡时间只表示液晶单元的总开放时间的一小部分，所以无论亮度值如何，显示板的动态特性都可以得到提高。

当将其使用在使用通过颜色红、绿和蓝连续照明的单一光电阀，特别是LCOS阀的顺序彩色光引擎时，这样的寻址方法尤为有利。由于使用开/关模式，这种方法收益于更快的响应时间，无论已经产生了什么样的灰度级，这种情况都将是恒定的。

然而，尽管这种方法具有提高液晶响应时间，并因此获得针对视频内容的最适宜的色彩饱和的优点，然而，发光效率与液晶的响应时间成比例下降。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于在顺序彩色矩阵显示器的情况下提高此效率的方法，其中使用脉冲宽度调制或PWM型的寻址方法来驱动所述显示器。

因此，本发明的主题是一种提高了顺序彩色矩阵显示器的发光效率的方法，使用脉冲宽度调制或PWM类型的寻址方法驱动所述显示器，其特征在于针对子帧的每个象素，所述方法包括以下步骤：

将所述子帧的象素色彩值与参考值相比较，从而根据与当前子帧的重叠周期，提供重叠值；

如果当前子帧的象素色彩值减去重叠值为正值，则将时间偏移与当前子帧的象素色彩值相加；

如果当前子帧的象素色彩值减去重叠值为负值，则将当前子帧的象素色彩值强制置零。

根据本发明的另一特征，如果当前子帧的象素色彩值减去重叠值为负值，则修改前一子帧的象素色彩值和下一子帧的色彩值，从而在减小亮度的同时，保持原始的色调。

根据本发明，上述步骤连续应用于帧的每个顺序颜色。此外，子帧的象素色彩值依赖于PWM型寻址脉冲的宽度。参考值依赖于构成显示器的材料的响应时间，以及时间偏移依赖于构成显示器的材料的响应时间和子帧的持续时间。

附图说明

通过阅读以下参照附图而给出的对本发明实施例的描述，本发明的其他特点和优点将变得更加清晰，其中：

图1是可以应用本发明的、使用脉冲宽度调制或PWM型的寻址方法来驱动的矩阵显示器的图示；

图2a到2e示出了用于驱动图1所示的显示器的多种信号；

图3a到3c示出了在使用PWM型寻址方法驱动显示器的情况下，亮度值的曲线，借此饱和得以保留；

图4a到4c是类似于图3a到3c的附图，其中将优先权赋予亮度，而不是颜色饱和度；

图5a到5c是等同于图3a到3c和4a到4c的附图，给出了根据本发明的方法所获得的亮度；

图6是用于实现本发明的方法的电路的方框图；

图7是示出了应用于三种颜色红、蓝和绿的如图6所示电路的方框图；

图8是作为时间的函数给出了亮度的图，能够对本发明中所应用的原理进行解释；以及

图9和10是解释应用在本发明中的校正 的亮度曲线。

具体实施方式

为了简化附图中的描述，相同或相似的元件使用相同的参考数字表示。

参照图1，我们将首先描述可以应用本发明的矩阵显示器的实施例。该矩阵显示器包括：光电阀，更具体地，是LCOS型显示板。图1非常示意性地示出了显示板的图像元素或者象素1。在所示实施例中，以连接在背电极CE和用于执行脉冲宽度调制或PWM型的寻址方法的电压-时间转换器2的输出之间的电容器Cpixel来表示此象素1。

如图所示，电压-时间转换器2包括：运算放大器20，其负输入接收坡形信号(ramp-shaped signal)，标记为Ramp，并且其他输入接收与电容器21上的电荷相对应的正电压。电容器21上的电荷由开关系统控制，更具体地，安装在电容器的一个电极和电压-时间转换器的输入之间的晶体管22。该开关设备包括晶体管，其栅极接收脉冲，标记为Dxfer。

如图1所示，将图像元素或象素1通过如晶体管3等开关电路连接到矩阵的行N和列M。更具体地，将晶体管3的栅极连接到矩阵的行N上，其本身与行驱动器4相连。此外，将晶体管的一个电极，例如源极，连接到电压-时间转换器2的输入上，同时，将另一个电极或漏极连接到矩阵的一个列M上，此列与接收将要显示的视频信号的列驱动器5相连。此外，与象素电容器并联地安装电容器Cs，作为对电压-时间转换器的输入，以便在选定所述象素时，存储视频信号值。列驱动器5和行驱动器4是传统的电路。列驱动器5接收将要显示的视频信号，“视频输入”，并由时钟信号Cclk和启动脉冲Hstart控制。行驱动器4允许对行进行顺序寻址，并接收时钟信号Rclk和启动脉冲Vstart。

将参照图2a到2e，对在将其使用在顺序彩色显示器时，即，当在帧T期间，携带三种颜色，绿、蓝和红，色彩滤光器的轮(wheel)进行一个完整的循环，从而顺序照亮阀时的显示板的操作的模式进行解释。

如图2所示，在每一个子帧T/3的开始，将脉冲I施加于行N，从而导通开关晶体管3。当导通开关晶体管3时，电容器Cs充电到与列M上的视频信号相对应的电压。也就是说，如果在第一子帧T/3中，绿色滤光器与显示器相对，则电容器Cs充电到图2b中标为Vgreen的值。在下一帧中，即，在时间T/3，将新脉冲I施加于行N，允许电容器Cs充电到与在那一时刻与显示器相对的色彩蓝色相对应的标为Vblue的电压。同样地，在2T/3时间，将新脉冲I施加于行N，并且电容器Cs充电到图2b中标为Vred的电压。以使用PWM寻址方法驱动的如图1所示的显示器，将连续存储在电容器Cs中的值Vgreen、Vblue和Vred，通过按以下方法操作的电压-时间转换器2，施加于电容Cpixel。

将脉冲I’在子帧中施加于开关晶体管22的栅极Dxfer，从而使其导通。在这样的情况下，将存储在电容器Cs上的电压转移到并联安装并与运算放大器20的输入端之一相连的电容器21上。如图2d所示，在将脉冲I’施加于栅极Dxfer的最后，将ramp r施加于运算放大器20的负输入。这样，如图2d和2e所示，获得电压Vpixel，作为来自运算放大器20的输出，电压Vpixel的持续时间与存储在电容21上的电压Vgreen相对应。同样应用于，在将图1中的显示器用于顺序彩色显示器的情况下，与蓝色和红色滤光器的通过相对应的子帧的情况。

现在，将参照图3a到3c、4a到4c和5a到5c，对本发明的方法所寻求解决的问题进行解释，特别地，将应用于参照图1所描述的矩阵显示器。

图3a到3c示出了，当期望具有饱和的颜色时，所获的亮度值。在这种情况下，可以清楚地发现，发光效率的损失是由于在LCOS阀的情况下，液晶需要较长的上升和下降时间，即几个毫秒的事实。因此，在示出了对具有100％饱和的红色象素进行寻址的图3a中，在整个子帧持续时间中，标为Red的子帧接收100％亮度信号R1，而标为Blue和Green的子帧未接收信号。不存在颜色间的重叠并且保持颜色饱和。图3b示出了浅红色象素的寻址。在这种情况下，由脉冲R1在整个子帧的持续时间期间对子帧Red进行寻址，而子帧Blue和Green通过脉冲R2和R3，被短时间寻址。同样在这种情况下，为了保持色彩的饱和，不存在一个子帧与另一个子帧的色彩的重叠。图3c示出了白色象素的寻址。在这种情况下，在每个子帧的整个周期中，相同的脉冲R1、R2和R3对每个子帧，即红、蓝、绿进行寻址。因为脉冲的上升和下降时间，观察到由每个脉冲之间的黑线所表示的发光效率的损失。

图4a、4b和4c是与图3a、3b和3c相同的图，但是，将优先权赋予亮度，而不是色彩饱和的情况。因此，在寻址100％饱和的红色象素的情况下，如图4a所示，在Red子帧在大于时间T/3的周期t1上，施加脉冲R1，从而脉冲下降时间与子帧Blue相重叠。这样，一些蓝色光通过红色，产生粉色象素。图4b示出了浅红色象素产生的情况，相同地，脉冲下降时间开始于子帧末端并与Blue子帧重叠，由100％饱和的脉冲Rl对Red子帧进行寻址。由30％蓝脉冲R2对Blue子帧进行寻址，以及由30％绿脉冲R3对Green子帧进行寻址。如图4b中的实线和虚线所示，由于绿脉冲不具有相同开始点，必须加上时间偏移t2，以便弥补液晶的上升时间。

图4c示出了对白色象素的寻址。在这种情况下，在红、蓝和绿子帧的情况下，获得了完美的白色，如单个脉冲R所示。

将参照图5a、5b和5c，对根据本发明所使用的方法而获得的提高了发光效率的结果进行描述。

在这种情况下，针对子帧的每个象素，所使用的方法包括：将前一子帧的象素颜色值与参考值比较，从而得到依赖于与当前子帧重叠的周期的重叠值，然后，如果当前子帧的象素色彩值减重叠值为正值，则将时间偏移加入当前子帧的象素色彩值，如果当前子帧的象素色彩值减重叠值为负值，将当前子帧的象素色彩值强制归零。

示出了这个方法的结果，例如，在图5a中，在子帧Red期间，施加了100％亮度信号R1，并且虚线部分R’示出了当寻址Red子帧时，保持了色彩饱和度，同时，稍微减弱了亮度，其总量等于阴影部分所表示的重叠时间。

根据本方法的变体，如果当前子帧的象素色彩值减重叠值为负值，则修改前一子帧的象素色彩值和下一子帧的象素色彩值，从而在减小亮度的同时，保持原始色调。例如，在给出了寻址浅红色象素的例子的图5b中示出了这种情况。在这种情况下，与图4b的情况相同，由与由脉冲R2寻址的Blue子帧相重叠的脉冲R1对Red子帧进行寻址，而Green子帧由脉冲R3进行寻址。根据此方法，浅颜色保持其原有的亮度级。

图5c所示的是寻址完全白色象素或所示具有60％或90％灰度级的示例。在这种情况下，用于Red、Blue和Green子帧的脉冲是相同的，并具有相同的持续时间，持续时间根据所期望的灰度级变化。

将参照图6、7和8，对允许应用上述方法的电子电路的实现的示例进行描述。

如图6特别所示，其示出了电路100将本发明用于红色，将前一色彩值，即值R2，发送到标为LUT1 101的查找表，其输出与Blue子帧的重叠周期成正比的重叠数据。将该数据发送到从当前蓝色色彩值B1中减去重叠值的电路102的输入。从电路102中获得B-重叠值作为输出。将这个值作为输入发送到其比较器103，更具体地，发送到比较器103+接线端，而其-接线端接地。将来自比较器103的输出发送到两个开关电路105、106、107中，作为开关105、106和107的触发值。此外，开关105的输入之一接收前一个色彩值R2，其也被发送到将在下面进行描述的执行校正功能的电路104。电路104也接收B-重叠值。

将来自校正电路104的输出发送到开关电路105的另一输入端，其作为输出给出了针对红色输出值的值R_OUT。还将前一个色彩值R2发送到第二查找表LUT2 102，其作为输出，给出了标为Offset的偏移值。将这个偏移值Offset发送到加法器108的一个输入端上，其另一接线端接收蓝色色彩值B₁，从而作为输出，给出了被发送到开关电路106的输入之一的B+Offset色彩值，开关电路106的另一输入接地。作为来自开关电路106的输出，获得标为B₂的蓝色色彩值。

此外，将绿色色彩信号G_IN发送到执行校正功能的、接收信号B-重叠作为输入的电路109。将来自校正电路109的输出发送到开关电路107的输入之一，而开关电路107的另一输入接收色彩值G_IN。开关电路107由来自比较器103的信号控制，并给出色彩信号G₁，作为输出。

图7示出了与图6中的电路相同的三个电路100、200和300，能够针对色彩红色F_R、蓝色F_B和绿色F_G，连续执行上述方法。如图7所示，将来自电路100的输出B₂和输出G₁发送到电路200中，并将红色色彩值R_IN作为输入发送到电路200中。电路200能够获得蓝色色彩值B_OUT。这同样应用于电路300的情况，其接收绿色色彩值G₂和由电路200输出的红色色彩值R₁以及蓝色色彩值B_IN作为输入，并且作为输出，给出绿色色彩值G_OUT，并且，在红色色彩值R_OUT的情况下，反馈到电路100中的红色色彩值R₂和蓝色色彩值B₁执行改进功能。

下面将解释图6和图7中的电路操作。因此，将红色色彩值R₂发送到包括依赖于构成显示的材料的响应时间的参考值在内的表格LUT1 100中，该表格的内容将在下面进行解释。

从蓝色色彩值B₁中减去重叠值，从而得到B-重叠。如果该值大于零，则开关元件105输出色彩值R₂到R_OUT上，并且将B+Offset值与蓝色信道B₂相加，如图6所示地定位开关106。作为输出的绿色值G₁也等于输入值G_IN，如图6所示地定位开关107。如果B-重叠值小于零，开关106切换到接地的输入，并且将蓝色值B₂设置为零。在这种情况下，开关105和107分别切换到其与校正功能电路104和109相连的输入上，并且将输出R_OUT和G₁的值减少在减小亮度的同时保持原始色调值的量。

如以下所要描述的那样，校正功能包括基于减小红色和绿色值的倍增器的单元，在图6的情况下，依赖于B-Overlap值。

在图6所示的实施例中，从两个表格LUT1 101和LUT2 102中获得重叠数据和偏移数据。然而，例如，可以通过求解以下的两个未知的等式的系统，来相互计算这些数据：

            S_overlap％＝f(t_video)

            S_offset％＝g(t_video)

＝>         S_offset％＝g(f^-1(S_overlap％))。

如下所述，Overlap和Offset值依赖于液晶材料的响应时间和子帧的持续时间。

参照图8，将解释包含在表格LUT1 101中的值。图8特别采用了具有线形上升和下降时间的液晶LC的示例，从而简化证明。

标号S_offset对应于在标为Blue的蓝色子帧中，由液晶的上升时间和下落时间特性所引起的亮度缺乏。为了校正这个问题，必需向蓝色值添加时间偏移。这个偏移表示为t_offset.

S_offset对应于绿色值和蓝色值的混合。下面所述的两种情况可能出现：

象素色彩不饱和。在这种情况下，即不修改蓝色，也不修改绿色；

象素色彩必须饱和。这种情况下，必须将蓝色减小与S_offset＝绿色值相对应的值。

因此，必须将另外两种颜色值较小相同值，从而获得恒定的色调。这是图6中校正功能的作用。如果将S_overlap和S_offset作为前一帧的视频信号的函数来计算，则T_video、上升时间和下降时间、T_r和T_f以及子帧周期T，计算如下：

$S_{\mathrm{overlap}}=\frac{1}{2}{(t_{\mathrm{video}}+T_f-T)}^2\·\frac{L_{\max }}{T_f}$

如果t_video+T_f≥T

将S_overlap和S_offset载入表LUT1 101和LUT1 102中。如果以N比特对视频信号进行编码，则百分值必须乘以2^N-1。

将参照图9和10，对可以在图6的电路104和109中所实现的执行校正功能的方法进行描述。图9的上半部分示出了具有等于一帧的持续周期的第一脉冲RV，在下一帧中的第二、非常短的脉冲BV和持续时间小于第三子帧持续时间的第三脉冲GV的理论视频信号。在这种情况下，依据亮度和图9所示的B部分，在所示实施例中，存在来自于第一子帧，即Red子帧和第二或Blue子帧的重叠值。由于蓝色色彩值非常低，观察到不允许保持色调的误差。这由穿过Red亮度脉冲的下降边缘的虚线T表示。同样这也适用于色彩绿。在这种情况下，必须激活校正功能，从而保持色调。该校正功能以重叠值等于色彩蓝所希望的值的方法减少前一色彩的值(即，所述实施例中红色)。在图10中示出了该校正功能，其中可以发现虚线T几乎等于零。这个校正功能可以与加法器和加倍器一起使用，依赖于下面假定数据在8比特上被编码的转换。

当B-重叠＜0时：

B2＝0

可以在其他颜色中应用相同功能。

显然，对于本领域的技术人员，上述示例仅作为说明。

Claims (8)

1、一种提高顺序彩色矩阵显示器的发光效率的方法，使用脉冲宽度调制或PWM型寻址方法驱动所述显示器，针对子帧的每个象素，所述方法包括以下步骤：

比较前一子帧的象素色彩值和参考值，从而根据与当前子帧的重叠周期，提供重叠值；

如果当前子帧的象素色彩值减重叠值为正值，则将时间偏移与当前子帧的象素色彩值相加；

如果当前子帧的象素色彩值减重叠值为负值，则将当前子帧的象素色彩值强制置零。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于如果当前子帧的象素色彩值减重叠值为负值，则修改前一子帧的象素色彩值和下一子帧的色彩值，从而当减小亮度的同时，保持原始的色调。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以上步骤连续应用于帧的每一个顺序颜色。

4、根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于子帧的象素色彩值依赖于PWM型寻址脉冲的宽度。

5、根据权利要求1到4之一所述的方法，其特征在于参考值依赖于构成显示器的材料的响应时间。

6、根据权利要求1到5之一所述的方法，其特征在于时间偏移依赖于构成显示器的材料的响应时间和子帧的持续时间。

7、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于参考值和时间偏移分别存储在两个分立的表格中。

8、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于参考值和时间偏移值相互计算。

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