CN1720565A - 显示装置中的子场驱动像素 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种用图像信号驱动显示装置中的像素的方法，其中该图像信号包括该显示装置将要显示的图像的灰度级信息。该方法包括：将图像信号分成段，每段具有段周期持续时间；将段周期分成多个相邻、加权的子段周期；根据该灰度级信息，为段周期期间驱动的每个像素选择相邻子段周期的一个序列，可选择的序列没有共同的起点和终点；在相邻子段周期的序列期间驱动像素。该方法可适用于通过脉宽调制信号驱动的显示器，如包括等离子体显示板、动态箔片显示器和无源显示器的子场以及子行操作的显示器。

Description

显示装置中的子场驱动像素
技术领域
本发明涉及一种在显示装置中驱动像素的方法。
本发明还涉及一种使用该方法的显示装置。
背景技术
已知利用图像信号的脉宽调制可在显示器中实现灰度级，从而将用于驱动一行图像数据显示帧中像素的行扫描周期分成N个相等持续时间的子行扫描周期。图1中针对大小为4、5和6的灰度级GL进行了说明。在驱动过程中，像素在行扫描周期开始时被导通，并且在达到期望灰度级所需的若干连续的子行扫描周期期间保持导通。由于子行扫描周期长度相等，在行扫描周期期间，每个子行扫描周期对于所发射的光的贡献相同，或者换言之，每个子行扫描周期具有相等的权重W。在图1中每个子场的权重W用相等值1表示。在这些子行扫描周期后，像素切换成OFF(关断)，并且在该帧的其余时间内保持OFF。
但是，该方法仅允许N+1个灰度级，其中N为子行扫描周期的数量。
另一种技术通过将子行扫描周期加权来实现，即为子行扫描周期指定不同的长度，并使用组合逻辑获得不同亮度值。从而将N个经过加权的子行扫描周期中的任何数量的子行扫描周期组合成期望长度的总周期。通过选择二进制权重W，该方法特别有效。通常从最不重要的位LSB到最重要的位MSB直接指定二进制权重W，如图2中所示，其中也表示出大小为4、5和6的灰度级GL。
虽然这种解决方案增加了可获得的灰度级的数量(对于N个子行扫描周期灰度级数为2N)，但也需要增加切换动作的数量，因为在一场内可能需要多次状态改变(从OFF到ON，从ON到OFF)。
此外，流经像素的电流具有某一上升时间，如图1中所示。从图2显然可以看出，当将不同的子行扫描周期组合以获得不同灰度级时，在灰度级之间上升时间的数量不同。这就在灰度级中产生非线性，因为亮度与子行扫描周期期间光发射的积分成正比。例如，当用数值4和6表示灰度级时，仅需要一个上升时间，用数值5表示的灰度级需要两个上升时间。
虽然上面将注意力集中在子行扫描寻址，如PLED显示器中通常采用的，但在如等离子体显示器通常采用的子场寻址中会发生相同的问题。通过二进制加权的子场，必须能针对每个子场执行ON寻址和OFF寻址，因为(几乎)任何子场都可能表示寻址周期的开始或结束。这样是无效的，因为在许多情形中ON寻址比OFF寻址花费更长时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于在显示装置中产生灰度级的改进的脉宽调制驱动方法，从而避免或者至少减轻上述问题。本发明由独立权利要求限定。从属权利要求定义优选实施例。通过用图像信号驱动显示装置中像素的方法实现这一目的，图像信号包括显示装置将要显示出的图像的灰度级信息，该方法包括：
-将图像信号分成段，每段具有段周期持续时间；
-将段周期分成多个相邻、加权的子段周期；
-对于段周期期间被驱动的每个像素，根据灰度级信息选择相邻子段周期的一个序列，这些可选择的序列没有共同的起始和终点；
-在相邻子段周期的序列期间驱动像素。
所述的段可以为图像的帧或场，段周期分别为帧周期或场周期。在此情形中，子段为子场。
或者，段可以为图像帧组成的行，而段周期为行扫描周期。在此情形中，子段为子行扫描周期。段还可以为帧中的任何其他部分，例如行组。从而，在每次按行操作的显示器以及子场操作的显示器中，可方便使用根据本发明的方法。
根据本发明，当在一帧周期期间驱动一个像素时，仅存在一个上升时间，从而对于所有灰度级而言，上升时间期间光输出的损失是相同的。这一优点的代价是可获得的灰度级数略小于完全的二进制组合逻辑(具有相同数量的子场)。
通过选择相邻的子段周期形成序列，序列的起点取决于该序列的第一子段周期，终点取决于该序列的最后一个子段周期。换言之，可选择的序列不具有相同的起点和端点。
本发明还能够允许减少放电/充电动作的数量，在许多种显示器(例如等离子体显示器)中，导致像素的损耗降低，寿命增大。
在WO99/28890中所描述类型的称作动态箔片显示器的显示器中，也可以方便地实现本发明。例如，提高了这种箔片显示器的寿命，这是因为与在一帧内箔片从无源板切换有源板并且回到无源板的不止一次切换的机制相比，通过采用连续发光机制，可减小箔片切换的频率。
本发明还可应用于彩色显示器。在此情形中可以将该方法应用于图像信号的每个颜色分量，每个颜色分量包含对应颜色类型像素的“灰度级”信息。
当需要灰度级具有线性范围时，选择相应的权重，或者换言之，选择随后子段周期的相应持续时间，从而对于任何两个连续的灰度级，相邻子段周期的对应序列具有相等的时差。最好，时差等于最小子段周期的权重，通常将其规格化为“1”。这样就产生完整的灰度级范围，正如根据现有技术的二进制编码机制那样，但每帧只有一个上升时间。
最好，段中三个最后子段的权重为“4∶1∶2”。这样可提供良好的起点，并且在该组子段前面可添加更适合的权重。当然，也可以相反，即以权重“2∶1∶4”开始段，并且在该组子选择周期后面添加另一权重。
根据本发明一个实施例，将段设置成N组子段，每组具有递增的权重20，21，...，2n，其中n从1到N，将各组按照降序排列，首先为最大的组(n＝N)。当然，如果各组具有递减的权重且按照升序排列，即按照与上述实施例完全相反的顺序排列，也能实现相同的效果。按照这种机制选择权重，可用(N+3)*N/2个子段编码2N+2-N-3个灰度级。
可以通过以下方式进一步设置子段：使可选择的子段序列的中间一个尽可能对应于该段周期的中部。通过这种设置，减小特别是在子场操作的显示器情形中的时间空间赝像。
根据优选实施例，将子段设置成两个连续的组，一个组为降序排列，一个为升序排列。通过这种设置，具有最大权重的子段扩展到段周期的第一半和第二半上，保证对于每个灰度级所选择的相邻子段周期序列的中部大致与该段周期的中部对应。
在这种设置中，对于在一帧周期期间必须发光的每个像素，可以保证在该段周期的第一半个期间至少最短的子段时间被激活。这一特征可使像素在段周期的包括两个连续组中第一组的子段的第一半个周期期间被导通，并且在段周期的包括第二组的子段的第二半个周期期间被关断。
如上所述，为非零灰度级所选择的每个序列包括至少一个处于ON组中的子段，这表明，在段周期的第一半个周期期间某一时刻像素导通一次，并且在段周期的第二半个周期期间的某一时刻关断一次。这样就使寻址更加有效，因为引起开关损耗的开关ON和OFF操作减少，并且/或者寻址所需的时间更少。
另外，最好选择子段权重，使得灰度级的范围形成反伽马曲线。其具有灰度级范围与人视觉传送系统的灵敏度相适应的优点。
附图说明
参照附图，本发明的这些和其他方面是显而易见的，并将参照附图来说明，其中：
图1表示用纯脉宽调制编码机制编码灰度级4、5和6；
图2表示用二进制加权子行编码机制编码灰度级4、5和6；
图3表示根据本发明第一实施例的编码机制的一个示例；
图4表示用图3的编码机制编码灰度级4、5和6；
图5，6和7表示根据本发明第一实施例的编码机制的另一示例；
图8表示根据本发明第二实施例的编码机制的一个示例；
图9表示根据本发明第三实施例的编码机制的一个示例；
图10所示的流程图说明如何设计图8的编码机制；
图11表示构造中的图8的编码机制；
图12为对于图9中的编码机制，光输出对灰度级数的曲线图；
图13表示根据现有技术的AWD寻址；
图14表示根据图9编码机制的AWD寻址；
图15表示根据现有技术的AWD寻址；以及
图16表示根据图9编码机制的ADS寻址，其具有ON-和OFF-寻址子场的组。
具体实施方式
图3-7中说明了本发明的第一实施例。以具有图3最右侧相应的4-1-2权重W的一组子场开始，设计这些示例中的编码机制。然后在图3的编码机制中，以2-4-2-1的权重W继续(从右向左)子场的该序列。这样就产生这样的编码机制，其中使用7个子场在从0到16的线性尺度上产生17个不同的灰度级GL。注意，所有灰度级GL均由相邻子场组成，并且所产生的寻址周期将具有不同的起点/终点。图4中说明了这种情形，表示具有值4，5和6的灰度级GL的生成。从而，在例如PLED显示器的情形中，每帧仅需要一个上升时间tR，这与将产生的灰度级GL无关。
应当注意，与根据图1的纯脉宽调制(PWM)机制形成对比，在两个连续灰度级GL之间的某些转变处，不止一个子场可改变数值。
图5表示另一个替换示例。通过将第三子场的权重W从4变到6，这里线性灰度级的数量已经增加到19(0到18)，同时保持本发明所有特征。
如果第四子场的权重W增加到3而不是2，如图6中所示，则可以获得20个线性灰度级GL，同时本发明的特征依然保持不变。
如果第四子场的权重W减小到1，第三子场甚至可以进一步增大到9，如图7中所示。从而这种具有7个子场的线性编码机制具有21个可获得的灰度级GL，每个仅需要一个上升时间。
图8中表示出根据本发明第二实施例的编码机制，其具有类似的特性，但按照稍微不同的方法设计。在此情形中，将子场设置成多个组G，在图8中用G1，G2，G3表示，并且每组G具有递增权重20，21，...，2n，其中n为从最右边一组中的1到最左边一组中的N的整数。根据这种机制选择权重W，可用(N+3)*N/2个子场来编码2N+2-N-3个灰度级。在所示示例中，N等于3，从而第一组G1包括权重值“12”，第二组G2包括权重值“124”，第三组G3包括权重值“1248”。这种编码机制使用9个子场产生26个灰度级GL。
通过这种更形式化的设计，可以将根据本发明的编码机制扩展到所需的任何数量的灰度级GL。
在图9中的编码机制中说明本发明的第三实施例。在该实施例中，通过以下方式选择权重W，即可获得潜在灰度级GL的一种非线性机制的方式。不同级的数量NR为28，近似与图8实施例中的相同。不过，灰度级的范围要大得多，即从0到255。参照图10，按照下述方式构建这种编码机制：
首先，在步骤S1中，将帧分成两个子场组9、10，最好每个包括相同数量的子场。第一组9从帧的开始到中间被赋予递减的权重W(步骤S2)，第二组10从帧的中间到结束被赋予递增的权重W(步骤S3)。此时，并未决定精确的权重值W。
在步骤S4，形成第一组9中邻近的子场选择，均以该组中的最后一个子场结束。然后，对于每一次选择，附加从第二组10的一组邻近的子场选择，每次选择均以该组中的第一子场开始。这样就产生图11中所示的形状作为中间结果，其中在左手侧为一个大三角形，在右手侧为若干较小的三角形。注意，引入了一个限制条件；来自一组的子场的数量不应当超过来自另一组的子场数量多于两个。
然后，在步骤S5中，计算对应于每个组合的灰度级，在步骤S6中，按照升序排序这些级，以便获得图9中所示的“圣诞树”编码表。
最后，在步骤S7中，可以选择子场权重，使灰度级GL分布于(近似)指数曲线上，指数为大约2到3，参见图12。这近似为人类视觉系统的反指数，从而获得(近似的)感知均匀的尺度。
根据该实施例，一帧中的发光周期近似位于该帧周期的中部。对于大多数灰度级而言，发光重心接近该帧周期的中部。与其中重心可以从帧的一开始到结束发生改变的机制相比，其减小了空间时间赝像。
尽管相邻灰度级GL之间有可能发生多次子场改变，但这不会产生严重的造型(contouring)，因为在每组内子场的改变次数依然限制为2。此外，在本实施例中，每个灰度级GL的上升时间的数量是相等的。
如从图9可以看出，每个非零灰度级寻址周期包括至少一个来自于第一组9的子场，即“1”。这一特征有利于在寻址周期的的第一半周期期间安排ON寻址，对应于子场的第一组9，在第二半周期期间安排OFF寻址。将其称作本发明的第四实施例。
尽管也可用于子行寻址，但第四实施例在子场寻址中具有额外的优点。与子行寻址不同的是，在一次一行地寻址显示器并发光时，例如在无源矩阵PLED显示器中，子场寻址指的是针对整个显示器同时执行(相继寻址各行)之后的发光的情形，例如等离子体显示器或动态箔片显示器。
基本上有两个不同的方法实现子场寻址：
寻址同时显示(AWD)，其中在某些像素发光期间对其他像素进行寻址。这种方法更有效，但通常比ADS复杂且坚固性差。
寻址和显示分离(ADS)，其中将每帧分成寻址周期和发光周期。其更易于实现，但不如AWD有效。
1.寻址同时显示
在AWD中，通常用于例如动态箔片显示器，通过首先将行电压设定为可对该行上的像素进行ON寻址的值，或者设定为可进行OFF寻址的值来进行寻址，同时其他行处于所谓的未选择电压(即它们的像素将不发生切换，与数据电压无关)。图13中给出了对现有技术AWD寻址的说明。图13表示在垂直方向显示器的8行R，同时表示出在水平方向上作为时间t的函数的这些行R的寻址和发光，每个块代表一个时间周期。如从图13可以看出，寻址要求对每个子场进行两次扫描：ON扫描21和OFF扫描22。每个ON扫描21引入发光周期23，每个OFF扫描22终止该周期。在连续的OFF和ON扫描之间，存在无用周期24。以坚固的全OFF寻址25开始帧周期。
图14中说明了利用本发明第四实施例的编码机制的AWD寻址。也是以坚固的全off寻址35开始一帧。任何ON寻址31都发生于子场的第一组9期间，任何OFF寻址32都发生于第二组10期间。从而，每个子场仅需要一次扫描，该扫描在子场的第一组9期间设置ON寻址电压，子场的第二组10期间设置OFF寻址电压。从而，消除了现有技术中发生的无用周期，并且发光周期33覆盖整个帧(除了帧周期开始和结束处的次要周期34以外)。
这样减少了行电极上电压改变的次数，特别是大电压改变的次数(例如在箔片显示器中，从ON变到OFF的电压通常比从ON变到未选择或从OFF变到未选择的电压大两倍)。
2.寻址和显示分离
图15中说明了例如在等离子体显示器中执行的现有技术的ADS寻址。帧周期分成寻址周期41和加权发光周期42。寻址通常以ON寻址43进行，并且每个ON寻址前面为擦除动作44。通常，帧的第一次擦除具有所谓的硬和引发性质，其中非常可靠地擦除所有单元，并且与单元的历史无关。该帧中的其他擦除通常具有软性(软擦除)，其与每帧的一次硬擦除结合而可靠地起作用。另外，如果像素已经关断了较长时间，则执行ON寻址所需的时间较长。从而，该帧的第一有效子场的寻址将需要稍多一些时间。通过二进制加权编码，该第一次寻址可发生于任何子场处，从而每个寻址周期43必须适应该较长的时间周期。
图16中说明了根据本发明第四实施例进行编码的ADS寻址。如同现有技术寻址，该帧的前面为擦除动作54。然后将帧的其余部分分成寻址周期51、55和发光周期52。在帧的第一部分期间，即在子场的第一组9期间，所执行的寻址53为ON寻址。在该帧的第二部分期间，执行OFF寻址56，并且第一组中的最后一个发光周期52将担当“全ON”状态。在该帧期间任何时刻将变成ON的像素，即，必须显示非零灰度级GL的所有像素，都将在该发光周期期间变成ON。
由于负寻址56可以明显进行得更快(高达50％)，所以OFF寻址周期55短于ON寻址周期51，从而与常规的二进制加权编码相比，导致总寻址时间更短，允许更大数量的子场。
根据本发明的编码机制还可以方便地用于其他类型显示器中，如数字镜面装置，其中将反射镜倾斜大约±10度，以便获得暗态或亮态，以及具有所谓的iMoD(干涉调制器)结构的显示器，其中静电地驱动金属膜以便改变空气隙大小，诸如在高反射状态与暗态之间切换。
根据本发明的编码机制可方便地用在任何无源矩阵显示器如PLED显示器和FED显示器中。
显然本领域技术人员能得出处于本发明范围内的其他编码机制。例如，上面给出的任何示例在不改变其效果的条件下均可以颠倒。此外，在不偏离本发明概念的条件下可以对所给出的示例进行若干微小调整。作为一种具体的情形，在本发明的第四实施例中，本领域技术人员可适当改变子场的数量和其权重。
应当注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员在不偏离所附权利要求范围的条件下能设计出多种可选择的实施例。在权利要求中，放置于括号中的任何附图标记都不应当被解释为限制该权利要求。词语“包括”不排除在除权利要求中列举出的以外存在的元件或步骤。元件前面的词语“一个”不排除存在多个这种元件。可利用包括多个独立元件的硬件，并且利用适当编程的计算机，实现本发明。在列举出多个装置的设备权利要求中，可由一个相同的硬件元件实现这些装置中的多个。唯一的事实在于在互不相同的从属权利要求中列举出的某些措施不表明不能使用这些措施的组合以便从中获得益处。

Claims (12)

1、一种以图像信号驱动显示装置中的像素的方法，该图像信号包括该显示装置将要呈现的图像的灰度级信息，该方法包括：
-将图像信号分成段，每段具有一段周期的持续时间；
-将该段周期分成多个相邻的、加权的子段周期；
-根据该灰度级信息，为在该段周期期间将要驱动的每个像素选择相邻子段周期的序列，这些可选择的序列缺少公共的起点和终点；
-在相邻子段周期的序列期间驱动像素。
2、根据权利要求1所述的方法，其中该加权的子段周期选择为使得能选择相邻子段周期的一定范围的基本上线性递增的序列。
3、根据权利要求2所述的方法，其中该范围内任意两个相继序列之间的差基本上等于多个子段周期中最短一个的权重。
4、根据权利要求3所述的方法，其中段周期中三个最后子段具有相对权重“4:1:2”。
5、根据权利要求4所述的方法，其中将子段的权重选择为以下组合中的一个：“1:2:4:2:4:1:2”、“1:2:6:2:4:1:2”、“1:2:6:3:4:1:2”和“1:2:9:1:4:1:2”。
6、根据权利要求3所述的方法，其中将子段设置成N组，第n组具有n+1个具有递增权重20，21，...，2n的子段，其中指数n从1到N，N个组按照降序排列，首先为具有最大指数的组。
7、根据权利要求1所述的方法，其中将子段设置成两个相邻的组，两组中的第一组具有按降序排列的子段，两组中的第二组具有按升序排列的子段。
8、根据权利要求7所述的方法，其中每个可选择子段序列的中部靠近段周期的中部。
9、根据权利要求7所述的方法，其中必须被驱动发光的像素在第一组子段期间被导通，在第二组子段期间被关断。
10、根据权利要求7所述的方法，其中选择子段权重，使相继的可选择序列的权重基本上构成指数曲线。
11、一种具有显示器的子场工作的显示装置；并使用权利要求1所述的方法。
12、一种具有显示器的子行工作的显示装置；并使用权利要求1所述的方法。
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