CN1920927A

CN1920927A - 用于lcos的混合驱动方法和集成电路

Info

Publication number: CN1920927A
Application number: CN 200510093378
Authority: CN
Inventors: 樊斌; 邵剑心
Original assignee: JINGYING OPTICS CO Ltd
Current assignee: JINGYING OPTICS CO Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2025-08-23
Also published as: CN100440303C

Abstract

本发明公开了一种以混合驱动方式驱动硅基液晶显示器件的方法，包括：接收与像元相对应的亮度值信号；将亮度值信号与第一阈值进行比较；如果亮度值信号大于或等于第一阈值，则确定进入数字驱动方式，如果亮度值信号小于第一阈值，则确定进入模拟驱动方式，其中：数字驱动方式通过固定电压，改变脉宽的方式，驱动硅基液晶显示器件；模拟驱动方式通过固定脉宽，改变电压的方式，驱动硅基液晶显示器件。

Description

用于LCOS的混合驱动方法和集成电路

技术领域

本发明一般地涉及模数混合驱动集成电路。更具体地，本发明涉及用于LCOS(硅基液晶)中的模数混合驱动方法以及相应的电路。

背景技术

LCOS显示技术正成为下一代显示技术中越来越重要的一种。如图1所示，示出了传统的LCOS显示器件的简图。LCOS设备10包括硅衬底12、放置在其周围的键合垫14和位于衬底12中心部位的显示单元阵列16。在阵列16的底部和周围分布有电路区域18。玻璃盖片20经由密封胶22与显示阵列16相互密和，其间夹有液晶层。一般来说，硅衬底12的尺寸小于20毫米。LCOS设备10以反射方式工作。

目前，LCOS像素阵列的电路驱动方式主要有两种：模拟驱动方式和数字驱动方式。美国专利US 6,421,307和美国专利US 6,731,272中分别描述了这两种驱动方式的实现方法。这里将参考其中的全部技术内容。

在美国专利US 6,421,307中描述了LCOS像素阵列的模拟驱动方式的电路简图。如图2所示，每个驱动单元24包括存取晶体管T1a和电容器Cs。每个单元24驱动阵列中的一个像素。晶体管T1a的栅极连接到字线WL，源极连接到比特线BL，漏极连接到电容器Cs的一端，进而连接到镜像板26(对应于图1中液晶下方的电极)。电容器的另一端连接到地。在液晶层的上方形成有顶电极28。在模拟驱动方式中，利用电容器Cs的充放电来改变顶电极28和镜像板26之间的电压，从而改变电场分布，进而驱动液晶材料。而Cs充放电的特性由字线WL、比特线BL上的电压决定。因此，输入信号(要显示的数据)以模拟方式被显示。该方法电路结构简单，显示质量高。但是，由于工艺条件的限制，通常制作的微显示器件都不可避免地会带有一些缺陷。而在模拟驱动方式中，各个像素之间不一致(例如，液晶厚度不一致、缺陷的存在等)会显得较明显(为人眼所察觉)，尤其在亮场情况(驱动电压较高)下更为明显。因此，通常模拟驱动式的微显示器件的良品率会较低。而且，由于需要使用极低漏电率的电容器来维持放电电压，因此，对制造工艺要求很高。

在美国专利US 6,731,272中描述了数字驱动方式的一种实现电路，如图3所示。该电路在固定电压的情况下，以PWM(脉宽调制)方式对输入信号进行脉宽调制。PWM的主要特点是电压固定，脉宽变化。PWM数字驱动方式由于不是工作在电压敏感区域，因而可以有效地掩盖很大一部分缺陷。而且，由于不需使用大电容电容器来维持放电电压，所以制造工艺要求也没有模拟驱动电路那么苛刻。但是，PWM数字驱动方式也存在问题：其在显示一些低亮度(暗场)且相邻像素的灰阶较接近的图像时，会出现一些类似等高轮廓线样的人造缺陷(artifacts)。这一问题对于所有类型的PWM型数字驱动显示器都存在。并且已成为影响PWM型数字驱动显示器显示质量提高的瓶颈问题。对于这个问题，本领域技术人员一直还没有找到有效的解决办法。目前，为了解决该缺陷，大多数人采取了提高灰级的比特数的方法，而这又带来了数据率过高的问题，导致电路难以实现。

综上所述，在LCOS显示驱动电路的实现中，目前主要有模拟驱动方式和数字驱动方式两种。模拟驱动方式在暗场时显示质量较高，而在亮场时液晶器件的不一致和某些缺陷会较明显地表现出来；而数字驱动方式亮场时显示质量较高，暗场时则会在显示相邻像素的灰阶较接近的图像时，出现一些类似等高轮廓线样的人造缺陷。

发明内容

基于当前液晶产业面临的上述问题，本发明提出了一种将模拟驱动方式和数字驱动方式集成在一起的混合驱动方案。

根据本发明的第一方面，提出了一种以混合驱动方式驱动硅基液晶显示器件的方法，包括：接收与像元相对应的亮度值信号；将亮度值信号与第一阈值进行比较；如果亮度值信号大于或等于第一阈值，则确定进入数字驱动方式，如果亮度值信号小于第一阈值，则确定进入模拟驱动方式，其中：数字驱动方式通过固定电压，改变脉宽的方式，驱动硅基液晶显示器件；模拟驱动方式通过固定脉宽，改变电压的方式，驱动硅基液晶显示器件。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于驱动硅基液晶显示器件的混合驱动装置，包括：数字驱动部件，用于利用亮度值信号，通过固定电压，改变脉宽的方式，驱动硅基液晶显示器件；以及模拟驱动部件，用于利用亮度值信号，通过固定脉宽，改变电压的方式，驱动硅基液晶显示器件。该混合驱动装置还包括选通控制部件，选通控制部件接收与像元相对应的亮度值信号，并且将亮度值信号与第一阈值相比较，在亮度值信号大于或等于第一阈值时，将亮度值信号输入数字驱动部件；在亮度值信号小于第一阈值时，将亮度值信号输入模拟驱动部件。

利用本发明，当显示亮场时，使用数字驱动方式，这样就不存在模拟模式中因加高压而放大缺陷的问题，从而改进了亮场显示时的显示质量；并且当显示暗场时，使用模拟驱动方式，这样不会在显示相邻像素的灰阶较接近的图像时，出现类似数字模式中的等高轮廓线样的人造缺陷。从而，利用本发明，使液晶显示器在亮场与暗场都获得了更优的显示质量。

附图说明

图1是现有技术的LCOS显示器件的示图；

图2是现有技术的模拟驱动方式的电路简图；

图3是现有技术的数字驱动方式的电路简图；

图4是根据本发明实施例的混合驱动方法的示意框图；

图5是根据本发明实施例的实现选通控制的方法的示意框图；

图6是应用本发明的混合驱动电路100的示意框图；

图7是根据本发明实施例的混合驱动部件110的示意框图。

具体实施方式

参考图4，图4示出了根据本发明以混合驱动方式驱动像元的示意图。在图4中，首先在步骤401从光缆、电缆或有线电视线路等输入数字视频信号。在步骤402，对输入的数字视频信号进行缩放(scaling)处理，使之成为与显示器件相匹配的数字视频信号。例如，如果显示器件是1024×1024的具有百万像素级的显示器件(可从日立公司获得)，则当输入的视频信号是对应于768×768像素的信号时，对其进行放大处理，而当输入的视频信号对应于1280×1280像素时，对其进行压缩处理。经过缩放处理后，所获得的数字视频信号与显示器件的像元一一对应。这里，假定与第i行、第j列的像元(a_i，b_j)相对应的信号是B_ij。

在优选实施例中，B_ij是与灰度级相对应的数字化的亮度值。例如，在8比特灰度级的情形下(此时，共有2⁸＝256个灰度级)，B_ij是位于0和255之间的自然数。B_ij不同的值决定了在不同的像元点(a_i，b_j)处的不同的亮度。

然后在步骤403，将B_ij的值与预设值B_t相比较。B_t是某一预先设定的亮度阈值。理论上，B_t可以是灰度级范围内的任意值。但是，实际上B_t的设定范围要小于B_ij的范围。在以上的示例(256个灰度级)中，B_t的值应在25～100之间，优选地为60。如果B_ij的值大于或等于预设值B_t(步骤403中的“是”)，则进入步骤404。在步骤404，进入数字驱动方式。此时，输入的亮度值信号B_ij被转换为电压为恒定的V₀，脉宽在P_w～T₀之间的数字驱动信号。并且亮度值信号B_ij越大，脉宽越窄。但是最窄不会窄于P_w。其中，V₀是数字驱动时优选的液晶驱动信号电压，其与液晶的材料、几何参数以及工艺水平等有关，通常可设在2.5V～5V之间，优选为3V。T₀为帧刷新频率的周期，如果假定是60Hz的帧频，则T₀等于16.67ms。P_w则为预设的数字驱动方式的最低脉宽。P_w值可设在1.5ms～7ms之间，优选为4ms。然后在步骤406，以转换后的数字液晶驱动信号111来驱动与亮度值信号B_ij对应的像元(a_i，b_j)。

另外，如果B_ij的值小于预设值B_t(步骤403中的“否”)，则进入步骤405。在步骤405，进入模拟驱动方式。此时，输入的亮度值信号B_ij被转换为脉宽为恒定的P_w，电压在0～V₀之间的模拟驱动信号。并且亮度值信号B_ij越小，电压越小。但是最小不会低于0V。其中，V₀是模拟驱动时的最大液晶驱动信号电压，其与液晶的材料、几何参数以及工艺水平等有关，通常可设在2.5V～5V之间，优选为3V。P_w则为预设的模拟驱动方式的恒定脉宽。P_w值可设在1.5ms～7ms之间，优选为4ms。然后在步骤406，以转换后的模拟液晶驱动信号121来驱动与亮度值信号B_ij对应的像元(a_i，b_j)。

综上所述，在输入亮度值信号B_ij后，首先将信号B_ij与预设值B_t相比较，然后根据比较结果，选择进入数字驱动或模拟驱动方式。预设值B_t可以在制造时预先设定，也可以由用户在使用过程中自由设定。预设值B_t实际上是选择驱动方式时的“转换点”。优选地，在邻近B_t的范围内(如在以上示例中的55～65)，对输入的亮度值信号B_ij进行“平滑”处理，以使数字驱动与模拟驱动相匹配，从而使得在输入相邻近的两个值(如59、61)时，驱动获得的像元(a_i，b_j)的亮度不会出现大的跳跃。

在优选实施例中，在步骤401和402之间，还可以对输入的数字视频信号进行缓存。例如，可以将下一行、或下几行、或下一帧的数据先存入缓冲存储器中，待刷新到相应像元时，再将对应数据读入。

以上数字驱动方式和模拟驱动方式之间的选择可以通过多种方式实现。如图5所示，在一个优选实施例中，将比较结果输出作为开关控制信号，来分别控制两个开关S1(51)和S2(52)。在B_ij大于或等于B_t时，开关控制信号使得开关S1闭合，S2断开，而在B_ij小于B_t时，控制信号使得开关S2闭合，S1断开。另外，对开关S1和S2的控制也可以另一种方式实现，即在进入数字驱动方式时加校验码C＝1，在进入模拟驱动方式时加校验码C＝0，当C＝1时开关S1闭合，S2断开。而当C＝0时开关S2闭合，S1断开。在本发明中，所述开关S1、S2可以利用集成电路器件(例如，MOSFET)来实现，这已为本领域普通技术人员所熟知。

图6示出了应用本发明的混合驱动电路100的示意框图。混合驱动电路100包括接收数字视频信号的接收部件61、对接收的数字视频信号进行缩放处理的缩放部件62、以及与像元一一对应的混合驱动部件110。接收部件61接收从电缆、光纤等输入的数字视频信号。在一个优选实施例中，接收部件61还包括对输入的数字视频信号进行缓存的缓存部件。缓存部件可以缓存下一行、或下几行、或下一帧的数据。另外，缓存部件可以位于接收部件61内部，也可以位于接收部件61外部。缩放部件62连接到接收部件61，用于进行缩放处理。处理后的信号是与像元(a_i，b_j)相对应的数字视频信号B_ij。各个混合驱动部件110接收从缩放部件62输出的数字视频信号B_ij，并对其进行处理，然后输出信号驱动对应的像元(a_i，b_j)。

图7示出了混合驱动部件110的示意框图。混合驱动部件110包括数字驱动部件130、模拟驱动部件140以及在两者之间进行切换的选通控制部件120。与像元(a_i，b_j)对应的亮度值信号B_ij输入到选通控制部件120中，选通控制部件120将B_ij与预设阈值B_t相比较，如果B_ij大于或等于B_t，则使B_ij进入数字驱动部件130。如果B_ij小于B_t，则使B_ij进入模拟驱动部件140。如上所述，在256灰度级的示例中，B_t的值应在25～100之间，优选地为60。

在数字驱动部件130中，输入的亮度值信号B_ij被转换为电压为恒定的V₀，脉宽在P_w～T₀之间的数字驱动信号。并且亮度值信号B_ij越大，脉宽越窄。但是最窄不会窄于P_w。其中，V₀是数字驱动时优选的液晶驱动信号电压，其与液晶的材料、几何参数以及工艺水平等有关，通常可设在2.5V～5V之间，优选为3V。T₀为帧刷新频率的周期，如果假定帧频是60Hz，则T₀等于16.67ms。P_w则为预设的数字驱动方式的最低脉宽。P_w值可设在1.5ms～7ms之间，优选为4ms。

而在模拟驱动部件140中，输入的亮度值信号B_ij被转换为脉宽为恒定的P_w，电压在0～V₀之间的模拟驱动信号。并且亮度值信号B_ij越小，电压越小。但是最小不会低于0V。其中，V₀是模拟驱动时的最大液晶驱动信号电压，其与液晶的材料、几何参数以及工艺水平等有关，通常可设在2.5V～5V之间，优选为3V。P_w则为预设的模拟驱动方式的恒定脉宽。P_w值可设在1.5ms～7ms之间，优选为4ms。

在图7的混合驱动部件110中，选通控制部件120优选地可以包括用于缓存数字视频信号B_ij的缓存部件，如ROM、RAM等。当然，缓存部件也可以位于选通控制部件120外部。

在图7的混合驱动部件110中，选通控制部件120集成了比较和选通的功能。图7的选通控制部件120也可以以如图5所示的方式实现选通控制。即，在120内部有比较器和两个开关，根据比较器的输出分别控制两个开关的闭合和断开，从而控制信号是进入数字驱动部件还是模拟驱动部件。在一种优选实施方式中，也可以将比较器从选通控制部件120中独立出来，构成单独的比较部件。

上文参考附图和具体说明，描述了本发明的多个方法与装置实施例。本发明的混合驱动方案相比于现有技术中单纯的模拟驱动或数字驱动来说，具有明显优点。该方案克服了困扰本领域技术人员多年的技术问题(模拟驱动方式中的缺陷问题，以及数字驱动方式中的等高轮廓线现象)。用本发明的混合驱动方案驱动的液晶显示器与现有的模拟/数字液晶显示产品相比，无论是在亮场还是在暗场都表现出优良的显示性能。并且本方案所涉及的电路简单，其中数字驱动部分与模拟驱动部分都可以方便地利用现有的技术，使其易于实现和在工业上应用。

尽管上文参照具体实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其各个组成部分进行合并、分拆、替换、修改。

Claims

1.一种以混合驱动方式驱动硅基液晶显示器件的方法，包括：

接收与像元相对应的亮度值信号；

将所述亮度值信号与第一阈值进行比较；

如果所述亮度值信号大于或等于第一阈值，则确定进入数字驱动方式，如果所述亮度值信号小于第一阈值，则确定进入模拟驱动方式，其中：

所述数字驱动方式通过固定电压，改变脉宽的方式，驱动硅基液晶显示器件；

所述模拟驱动方式通过固定脉宽，改变电压的方式，驱动硅基液晶显示器件。

2.如权利要求1所述的方法，其中比较所述亮度值信号与第一阈值的步骤还包括：从存储器中读取第一阈值用于进行比较。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述亮度值信号是8比特灰度级下的亮度值信号。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一阈值在25～100之间。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一阈值是60。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述数字驱动方式的液晶驱动信号电压在2.5～5V之间。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述数字驱动方式的液晶驱动信号电压为3V。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述数字驱动方式的液晶驱动信号脉宽大于设定的脉宽，并且小于帧刷新频率的周期。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述设定的脉宽在1.5ms～7ms之间。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述设定的脉宽为4ms。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述模拟驱动方式的液晶驱动信号脉宽为设定的脉宽。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述设定的脉宽在1.5ms～7ms之间。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述设定的脉宽为4ms。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述模拟驱动方式的液晶驱动信号电压小于所述数字驱动方式的液晶驱动信号电压。

15.一种用于驱动硅基液晶显示器件的混合驱动装置，包括：

数字驱动部件，用于利用亮度值信号，通过固定电压，改变脉宽的方式，驱动硅基液晶显示器件；以及

模拟驱动部件，用于利用亮度值信号，通过固定脉宽，改变电压的方式，驱动硅基液晶显示器件；

所述混合驱动装置还包括选通控制部件，选通控制部件接收与像元相对应的亮度值信号，并且将所述亮度值信号与第一阈值相比较，在所述亮度值信号大于或等于第一阈值时，将所述亮度值信号输入所述数字驱动部件；在所述亮度值信号小于第一阈值时，将所述亮度值信号输入所述模拟驱动部件。

16.如权利要求15所述的装置，还包括存储所述第一阈值的存储部件。

17.如权利要求15所述的装置，其中所述亮度值信号是8比特灰度级下的亮度值信号。

18.如权利要求17所述的装置，其中所述第一阈值在25～100之间。

19.如权利要求18所述的装置，其中所述第一阈值是60。

20.如权利要求15所述的装置，其中所述数字驱动部件的液晶驱动信号电压在2.5～5V之间。

21.如权利要求20所述的装置，其中所述数字驱动部件的液晶驱动信号电压为3V。

22.如权利要求15所述的装置，其中所述数字驱动部件的液晶驱动信号脉宽大于设定的脉宽，并且小于帧刷新频率的周期。

23.如权利要求22所述的装置，其中所述设定的脉宽在1.5ms～7ms之间。

24.如权利要求23所述的装置，其中所述设定的脉宽为4ms。

25.如权利要求15所述的装置，其中所述模拟驱动部件的液晶驱动信号脉宽为设定的脉宽。

26.如权利要求25所述的装置，其中所述设定的脉宽在1.5ms～7ms之间。

27.如权利要求26所述的装置，其中所述设定的脉宽为4ms。

28.如权利要求15所述的装置，其中所述模拟驱动部件的液晶驱动信号电压小于所述数字驱动部件的液晶驱动信号电压。