CN1732504A - 光学显示器驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种显示装置，包括多个像素(26)、一个光源(23)和用于将所选择的像素耦合到所述光源上从而发光的寻址装置(24，25)，其中所述寻址装置(24，25)设置为利用脉宽调制(PWM)来寻址每个像素。另外，显示装置包括对所述光源(23)的强度进行振幅调制的装置(20)。两种调制的结合产生按指数规律分布的发光强度，使得时间域内有限的分辨率得到正确的灰度级再现。

Description

光学显示器驱动方法

本发明涉及一种显示装置，该显示装置包括多个像素、一个光源、和将所选择的像素耦合到光源从而发光的寻址装置，其中寻址装置设置为利用脉宽调制对每个像素寻址。本发明还涉及一种用于上述显示器的驱动方法。

上述类型的显示器的原理是每个像素具有两种状态(ON和OFF)，并且在ON-状态期间其被耦合到光源上以发光。上述显示器在此处称之为“光学”显示器，并且其例子中包括薄片显示器和光纤显示器。

正常情况下这样执行寻址，即首先选择多个像素，典型地是一线(行选择)，并且然后在该线上选择其中一个像素(列选择)。这种寻址方法称之为“一次一线”寻址。上述显示器的一个例子是V.Schollmann等人描述的一次一线寻址的薄片显示器。

可以选择的方案是，在一个寻址周期内，多条线，例如整个显示器或显示器的一部分以连续方式被ON寻址。在上述寻址周期结束后，上述显示器在显示周期内被照亮，并且被开关为ON的像素将发光。该寻址就是公知的寻址显示分离(ADS)的寻址。

在现有的光学显示器内，典型地使用固定强度的灯以将光反馈到所选择的像素，并且在列电极上的脉宽调制用于确定ON时间。

为了得到具有等间距灰度级的正确的灰度级再现，大约需要256级。上述数字是由低灰度级区域内的需求基本决定的。在子域寻址的显示器中可以利用8位二进制权重的子域显示256个灰度级。为了在一次一线寻址方式中得到等效的灰度级再现，线时间(典型地在μs级)必须被分成256个时隙，因而是ns级。如此短的开关时间物理上很难实现。

在薄片显示器的情况下，例如，薄片的开关时间大约是2μs。2μs的最小脉宽导致白色峰值的10％(或大约5％)级内的最低灰度级。

除了最低的灰度级之外，显示寻址的反应时间(例如脉冲的上升时间)还将破坏其他后来(低)的灰度级的准确再现。这对于电视或数据图解应用是不能接受的。

本发明的一个目的是提供一种改进的灰度级产生方法，因此避免使用不切实际的短的开关时间。

该目的可以通过前言部分介绍的装置得以实现，该装置进一步包括用于对所述光源的强度进行振幅调制的装置。

上述目的也可以通过用于驱动前言部分内提到的显示器的方法而得到，该方法包括对所述寻址装置进行脉宽调制，以及对所述光源的强度进行振幅调制。

根据本发明，利用变化的或分等级的强度光源将光反馈到像素内。在这种方式下，为显示器提供一种用于灰度级区别的全新的装置。振幅调制光源定义能发射的光强度，而PWM寻址调整ON时间并且因而调整所选择像素的灰度级。上述两种调制的结合可以产生，例如，按指数规律分布的发光强度，其能在时间域内对有限的的分辨率产生正确的灰度级再现。

已经注意到，对256个等间隔的灰度级的需要起因于正确地显示最低亮度级的需求。在不等间隔的灰度级的情况下，需要更少的级。利用大约45个适当间隔的灰度级可以得到比较满意的图像质量。

利用与振幅调制的光源结合的脉宽调制，可以将灰度级调整为所希望的同时，时间域内相应的步幅(脉宽)保持恒定。

像素发光的时间周期内的脉宽调制可以通过在线时间的开头接通像素，并且当像素关断时进行调节，或在线时间结尾处关断像素并当像素接通时进行调节来实现。可以选择的方案是，其也可以通过在像素接通和关断时都进行调节来实现。这将对于相同数目的时隙产生更多可用的灰度级。

应该注意到脉宽调制也包括前面提到的ADS驱动，其中脉冲的长度由连续寻址周期之间的周期决定，并且光源仅在该周期内被照亮。在特殊的情况下，脉冲是等长度的，但由于不同的光强度因此给定了不同的权重。然后脉宽调制只是在被选择的一定数目周期(脉冲)内将像素开关为ON的问题，并且每个脉宽是零或者是全部相应的显示周期。

根据本发明的一个实施例中的显示器，光导将来自于光源的光引导到所有像素内，并且寻址装置包括第一组和第二组正交的电极，像素被定义在电极的交叉处。通过将电压脉冲应用到电极上将来自于光导的光进一步耦合到像素内。

换句话说，寻址完全与调制了的光源分离，而这是有利的。

在这种情况下，第一组电极(没有像素被选择)设置为接收恒定选择信号，并且将所述第二组电极(像素被选择的电极)设置为接收脉宽调制选择信号。

根据本发明的第二实施例中的显示器，寻址装置包括一组光导，用于将来自于光源的光引导到每列(或行)像素内；和一组电极，其设置为提供电压到每行(或每列)像素内，因此将所述行耦合到光导内。

在这种情况下，光源通过光导被集成在寻址系统内。

显示器可以包括对光导进行脉宽调制的装置。换句话说，直接在振幅调制了的光强度上进行脉宽调制，结果是得到被削平了的振幅曲线。

光源强度可以在一个线周期内从阈值增加到最大值。然后PWM寻址设置为在从线周期开头而开始的预定时间内激活被选择的像素。

可以选择的方案是，光源强度从最大值开始并且减小到最小值。PWM寻址然后因此移动到线周期的结尾处。

光源强度曲线的振幅曲线并不限于线性斜坡。例如，如果需要连续灰度级之间的比例是恒定的，光源强度应该随着时间按指数规律变化。

在ADS寻址的情况下，振幅调制包括在每个显示周期内应用不同的光强度。因为在整个显示周期内像素被开关为ON或OFF，显示周期内对强度的调制将不影响所显示的像素的灰度级，并且在显示周期内强度因而是恒定的。

光源强度的振幅曲线可以进一步在连续的线周期之间改变，例如，最大值可以不同。作为进一步的例子，光源强度可以在一个线周期内增加并且在下一个线周期内减小。这对于光源驱动是有利的，能得到连续的强度变化(向上和向下)，而不是间断的斜坡。

光源强度的振幅曲线可以进一步在不同帧之间改变。通过以合适的方式结合线改变和帧改变，可以得到线抖动，产生附加的灰度级。

本发明的上述和其他方面从参考附图描述的优选实施例将是显而易见的。

图1a和图1b描述了与现有技术相比的本发明的原理。

图2描述了与PWM脉冲相比的延迟的光强度调制。

图3描述了根据本发明第一实施例的显示器的寻址方法。

图4描述了根据本发明第二实施例的显示器的寻址方法。

图5a-5c示出了光源强度的可选择方案的振幅曲线。

图6示出了在彩色连续驱动的情况下光源强度的调制。

图7示出了在寻址显示分离的(ADS)驱动下，本发明进一步的实施例。

在图1a中，示出了传统的光学显示器的驱动。在线时间内光源具有恒定强度1，并且寻址脉冲2的长度决定可觉察到的强度3。在脉冲2内示出了8个时隙的例子，产生了8个可用的灰度级。因为可觉察到的强度基本上是光源强度的整数倍，所以曲线3线性增加。如所介绍的，线性形式的可觉察到的强度3使得很难得到满意的灰度级再现，例如伽马校正。

在图1b中，根据本发明调制光源，在这种情况下，在线时间内具有作为线性斜坡的逐渐增加的强度11。如图1中提供寻址脉冲12，并且观察者可觉察到的像素强度13现在随着正方形调制时间变化(再一次是光源强度11的整数倍)。结果是，当与恒定强度的光源相比较时低的灰度级具有更近的间隔。因此，低灰度对于反应时间影响不太敏感。

在与图1b中示出的线性增加的强度结合的脉宽调制的情况下，可觉察到的输出电平可以用权重因数1、4、9、16、25、36、47和64表示。

与仅改变关断瞬间相反的是，如图1b所示，改变图1c中所示的接通瞬间也是可能的。在这种方式下，由于光源强度的改变，可达到的灰度级的数目显著地增加。

例如，并且如图1c所示，有可能在第三时隙的开头开关像素为ON并且在第六时隙的开头开关像素为OFF。利用上面定义的权重，作为结果的可觉察到的强度将用25-4＝21表示。继续这种方式，得到可达到的灰度级的表格。其如表1中所示的。

表1：通过改变接通和关断可达到的灰度级

可达到的灰度级权重	1  2  3  4  5  6 7  8  9 10 11 12 13 14 15 16x     X  x  x    X  X  x    x  x   x    x   x
		可达到的灰度级权重	17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32x  x        X  x     x  x           x
可达到的灰度级权重	33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48x     X  x        X  X              x        x
		可达到的灰度级权重	49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64x                 X              x        x  x

上表示出了具有相同数目时隙的可达到的灰度级的数目从8增加到31。

通常情况下，可以规定可达到的灰度级的所有数目m与可用的时隙N由下面给出： $m=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}i$ (方程式1)

应当注意，然而，上述数字包括重复的数字，也就是利用不同的接通和关断瞬间对得到的级。例如，N＝8根据方程式1结果是m＝36，但根据表1仅在31级，这是因为五个灰度级是重复的(级9、15、16、24和48)。

虽然选择的接通和关断的优点是灰度级数目的增加，但应该注意到这增加了寻址所选择线的像素的复杂性，因为在时隙接通或关断的任何时间内开关线的任何像素都是可能的。

列电极上脉冲的上升时间的影响可以通过使脉冲比强度斜坡更早地开始而被进一步消除，从而当电源耦合到像素上时已经到达了峰值脉冲电压。这在图2中描述了。

图3示出了本发明的第一实施例。在这种情况下，显示器21包括板22形式的光导，该光导设置为在显示器内将来自于光源23的光直接引导到所有像素内。进一步，利用两组正交的电极24、25执行寻址，像素被定义在两电极交点处26。电极通过列驱动器29和行驱动器30控制。一次一线薄片显示器将在下面作为所述显示器的例子。

为了简单起见，假定薄片处于地电位(0V)。通过将电压脉冲27(例如20V)提供到特定行来选择行。通过提供合适的电压28到列，使像素接通或关断，例如0V(接通)或20V(关断)。基本上像素可以处于接通或关断状态。在480行并且具有100Hz帧频的情况下，行选择时间(线时间或线周期)大约是20μs。

根据本发明，光源23受灯驱动器20控制，根据预先定义的曲线调制光源强度。

作为光源23，可以使用多个LED灯。通过调整驱动器20以照亮不同数目的LED，可以得到可变的光源强度。为了这个目的LED可以被尽可能快地开关，但是这样相对来说价格比较贵。在原理上，也可以使用能提供足够快的磷光体的荧光灯。

图4示出了本发明的第二实施例，其示出了显示器31，其中光导组在寻址时作为有效部分。显示器进一步包括一组电极33，其设置为与光导32垂直并且由行驱动器37控制。像素34被定义在光导32和电极33之间的交叉处。每个光导32设置为将来自于光源35的光直接引导到像素34的一列(或行)。为了得到灰度级再现，光导32进一步通过列驱动器38单独地进行脉宽调制。当通过相应电极33上的电压脉冲36选择一行(或列)时，光导内的所有光都被耦合到该行并且发光。

上述显示器的一个例子是光纤-光学显示器，其中列光导32包括光学光纤。

根据本发明，每个光源35进一步设置为利用灯驱动器39进行振幅调制。如上面介绍的，这可以通过将多个LED应用到每个光源35上实现。

结果是由振幅调制和PWM结合形成了一组被削平了的光脉冲36，其中光脉冲36被引导到显示器的列内，并且在被选择的行内发光。

在上面的说明书中，已经假定光源强度在所有线时间内具有相同的振幅曲线(逐渐增加的斜坡)。然而，这并不是必要条件。如果被认为是优点的话，连续的线时间可以具有不同的振幅曲线。例如，信号的最大值可以不同(图5a)或者振幅曲线的斜率可以改变(图5b)。在线时间内逐渐减小振幅的情况下，脉宽调制应该在当像素被接通时进行调节，并且可以在线时间的结尾处关断像素。

同样如果被认为是优点的话，对于连续帧来讲光源强度可以是不同的。上述帧改变可以与线时间改变结合，如图5c所示。上述振幅调制可以使线抖动，结果是具有附加的灰度级。

在彩色连续驱动的情况下，每条线被分成三段，一段对应一种颜色，并且光源强度调制可以是图6中所示的情况。在这种情况下，没有必要使得每段具有相同的光源强度调制或者具有相同的时间周期。

图7是本发明的寻址显示分离(ADS)的寻址方法的例子，此处包括18行。在寻址周期41内通过一次一行连续选择并开关所需的像素为ON对所有行进行寻址。在ON扫描结束后，在显示周期42内激活光源，并且在寻址周期内被开关为ON的像素将发光。然后，在第三周期43内，开关所有像素为OFF。在图中示出的情况下，在所有像素上同时执行OFF动作。根据本发明，不同强度的光应用到不同的显示周期，因此能得到显示周期的权重。在图中示出的例子中，所有显示周期具有相同的长度，并且光强度在不同的二进制级44(1、2、4、8等等)之间改变。适当的显示周期的选择在此处表示脉宽调制，而不同的振幅表示振幅调制。

在没有脱离权利要求定义的本发明概念的情况下，对于此处实施例进行进一步修改对于本领域的普通技术人员来说是可能的。尤其是，根据特定要求，不同的装置可以用于提供脉宽调制寻址。

Claims (12)

1、一种显示装置包括：

多个像素(26；34)，

一个光源(23；35)，和

寻址装置(24，25；32，33)，用于将所选择的像素耦合到所述光源上从而发光，

所述寻址装置(24，25；32，33)设置为利用脉宽调制(PWM)来寻址每个像素，其特征在于：

用于对所述光源(23；35)的强度进行振幅调制的装置(20；39)。

2、根据权利要求1所述的显示装置，其中所述寻址装置(24，25；32，33)在线时间内每个像素被接通和/或每个像素被关断时进行调节。

3、根据权利要求1或2所述的显示装置，其中光导(22)将来自于光源(23)的光引导到所有像素(26)内，并且其中所述寻址装置包括第一组和第二组正交的电极(24，25)，所述像素(26)被定义在所述电极的交叉处，并且其中通过提供电压脉冲(27，28)到电极上将来自于光导的光耦合到像素内。

4、根据权利要求3所述的显示装置，其中将所述第一组(25)设置为接收恒定选择信号，并且将所述第二组(24)设置为接收脉宽调制选择信号。

5、根据权利要求1或2所述的显示装置，其中所述寻址装置包括：一组光导(32)，每组光导将来自于光源(35)的光引导到一列像素(34)内；和一组电极(33)，每个电极设置为提供电压到一行像素(34)内，因此将所述行耦合到光导(32)。

6、根据权利要求5所述的显示装置，进一步包括对所述光导(32)进行脉宽调制的装置(39)。

7、一种驱动显示装置的方法，该显示装置包括多个像素(26；34)；一个光源(23；35)；和寻址装置(24，25；32，33)，用于将所选择的像素耦合到所述光源上从而发光，包括步骤：

对所述寻址装置进行脉宽调制，其特征在于

对所述光源进行振幅调制。

8、根据权利要求7所述的方法，其中所述光源强度在线周期内从阈值增加到最大值(图5a)。

9、根据权利要求7所述的方法，其中所述光源强度的振幅曲线在连续的线周期之间被改变(图5b)。

10、根据权利要求9所述的方法，其中所述光源强度在一个线周期内从阈值增加到最大值，并且在接下来的连续线周期内从所述最大值减小到所述阈值(图5b)。

11、根据权利要求7-10的任一权利要求所述的方法，其中所述光源强度的振幅曲线在连续的帧之间改变(图5c)。

12、根据权利要求7-11的任一权利要求所述的方法，其中所述脉宽调制包括在一个线时间内当每个像素被接通和/或当每个像素被关断时进行的调制。

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