DE3788401T2

DE3788401T2 - Anzeigegerät.

Info

Publication number: DE3788401T2
Application number: DE3788401T
Authority: DE
Inventors: Brian Jason Humphries; Colin Martin Waters
Original assignee: Thorn EMI PLC
Current assignee: Central Research Laboratories Ltd
Priority date: 1986-09-20
Filing date: 1987-09-18
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2007-09-19
Also published as: GB8622717D0; DE3788401D1; EP0261901A2; CA1295063C; JPS63226178A; ATE98394T1; JP2853998B2; EP0261901A3; EP0261901B1; ES2046986T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung und ein Verfahren, und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf eine Graustufen-Fernsehanzeigevorrichtung, die bistabile Elemente verwendet, beispielsweise aus ferroelektrischem Flüssigkristallmaterial.
GB-A-1 594 151 offenbart eine Anzeigevorrichtung, bei der jedes Pixel durch eine lichtemittierende Diode gebildet wird, die für eine Periode angesteuert wird, die proportional zu dem Wert des binären Videosignals ist. Um jedoch ein adäquates Videobild zu erzeugen, ist es erforderlich, zu einer Zeit mehr als eine Pixelreihe zu adressieren, was nicht beilichtdurchlässigen Anzeigevorrichtungen möglich sein kann, wo Anschlüsse nur an den Rändern der Anzeigevorrichtung vorgenommen werden können, z. B. bei Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen.
EP-A-193 728 offenbart eine Anzeigevorrichtung, bei der ein binäres Signal, das einen Helligkeitspegel für jedes Pixel darstellt, zunächst in ein Signal umgewandelt werden muß, das einen Impuls pro Graustufe hat, so daß die Anzahl von benötigten Schaltintervallen gleich der Anzahl der Graustufen ist.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die zur Erzeugung einer gegebenen Grauskala benötigte Adressierungszeit zu vermindern.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Anzeigevorrichtung vor umfassend:
ein Gitter von Pixeln, von denen jedes wahlweise in bistabiler Weise in Abhängigkeit von einem Datenwort eines empfangenen Datensignals einstellbar ist, das ein Bild für die Anzeige darstellt, wobei das Datenwort eine Vielzahl von Abschnitten umfaßt und einen Helligkeitspegel für das Pixel darstellt, und Mittel zur Bewirkung einer Zeit-Multiplex-Adressierung von Pixelreihen gemäß einer vorgegebenen Reihenfolge, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Adressierung einer Reihe die Pixel der Reihe jeweils mit einem Abschnitt des entsprechenden Datenwortes adressiert werden, wobei die Abschnitte dieselbe Bedeutsamkeit haben, und daß im Verlauf der Reihenfolge die Pixel jeder Reihe mit jedem Abschnitt der entsprechenden Worte adressiert werden, wobei die vorgegebene Reihenfolge so ist, daß irgendeine gegebene Adressierung einer Reihe einen zeitlichen Abstand in der Reihenfolge von ihrer nächsten Adressierung hat, die proportional zu der Bedeutsamkeit der der gegebenen Adressierung entsprechenden Abschnitte ist.
Vorzugsweise enthalten die Adressierungsmittel: Mittel zum Einstellen aller Pixel einer Reihe gemäß einem Abschnitt der entsprechenden Datenworte mit einer Bedeutsamkeit und danach in der Adressierungs-Reihenfolge zum Einstellen aller Pixel einer anderen Reihe gemäß einem Abschnitt der entsprechenden Datenworte mit einer anderen Bedeutsamkeit. Vorteilhafterweise wird jede Reihe von einer Gruppe aus n Reihen, wobei n gleich der Anzahl der Abschnitte in jedem Datenwort ist, gemäß einem Abschnitt der entsprechenden Datenworte eingestellt, der sich von den anderen in der Gruppe unterscheidet, wobei die Elemente der Gruppe in der Adressierungs-Reihenfolge benachbart sind.
Nach der Adressierung bleiben die Pixel eingestellt oder werden eingestellt gehalten, bis die nächste Adressierung auftritt. Somit hängt die eingestellte Zeitdauer jedes Pixels von dem zeitlichen Abstand in der Adressierungs-Reihenfolge zwischen den relavanten Pixeln ab, wobei dieser Abstand von der Bedeutsamkeit des Abschnitts des Datenwortes abhängt, mit dem das Pixel adressiert worden ist. Somit stellen die Adressierungsmittel eine Reihe für ein erstes vorgegebenes Zeitintervall in einer Adressierung für ein gegebenes Bild ein, und dann stellen sie die Reihe für ein zweites vorgegebenes Zeitintervall bei einer anderen Adressierung für das Bild ein, wodurch unterschiedliche Einstellzeiten für eine unterschiedliche Adressierung einer Reihe für ein gegebenes Bild vorgesehen werden.
Vorzugsweise enthält die Anzeigevorrichtung Mittel zur Erzeugung eines Wertes für den mittleren Helligkeitspegel für das Bild und Mittel zur Bewirkung einer Skalierung der Datenworte für ein nächstes Bild gemäß dem erzeugten mittleren Helligkeitswert für das Bild.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Anzeigevorrichtung mit einem Gitter von Pixeln vor, von denen jedes wahlweise in bistabiler Weise einstellbar ist, wobei das Verfahren umfaßt:
Empfangen eines Datensignals, das ein Bild für die Anzeige darstellt, wobei das Signal eine Vielzahl von binären Datenworten umfaßt, von denen jedes einen Helligkeitspegel für ein entsprechendes Pixel darstellt, und wobei jedes Datenwort eine Vielzahl von Abschnitten enthält und die Pixelreihen eine Vielzahl von Malen für das Bild im Zeit-Multiplex adressiert werden; gekennzeichnet durch Adressieren der Pixel jeder Reihe mit einem Abschnitt des entsprechenden Datenwortes, wobei die Abschnitte dieselbe Bedeutsamkeit haben, in einer Reihenfolge, in deren Verlauf die Pixel jeder Reihe jeweils mit jedem Abschnitt des entsprechenden Wortes adressiert werden, und wobei eine gegebene Adressierung einer Reihe einen zeitlichen Abstand in der Adressierungs-Reihenfolge von ihrer nächsten Adressierung hat, der proportional zu der Bedeutsamkeit der der gegebenen Adressierung entsprechenden Abschnitte ist.
Vorzugsweise schließt der Adressierungsschritt ein: Einstellen aller Pixel einer Reihe gemäß einem Abschnitt der entsprechenden Datenworte mit einer Bedeutsamkeit und danach in der Adressier-Reihenfolge Einstellen aller Pixel einer anderen Reihe gemäß einem anderen Abschnitt der entsprechenden Datenworte mit einer anderen Bedeutsamkeit.
Vorteilhafterweise wird jede Reihe einer Gruppe von vier Reihen gemäß einem Abschnitt der entsprechenden Datenworte eingestellt, der sich von den anderen in der Gruppe unterscheidet, wobei die Elemente in der Gruppe in der Adressierungs-Reihenfolge benachbart sind.
Vorzugsweise sieht das Verfahren die Erzeugung eines Wertes für den mittleren Helligkeitspegel für das Bild und das Bewirken einer Skalierung der Abschnitte der Datenworte für ein nächstes Bild entsprechend dem erzeugten mittleren Helligkeitswert für das Bild vor.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die wirksame Adressierung eines Gitters von bistabilen einstellbaren Pixeln, ohne daß zusätzliche Zeilen oder eine extrem schnelle Schaltzeit benötigt werden.
Vorzugsweise umfaßt ein Pixel eine oder mehrere Flüssigkristallzellen.
Die vorliegende Erfindung ist für Farbanzeigevorrichtungen und für monochrome Anzeigevorrichtungen verwendbar.
Die Erfindung wird nachfolgend zum besseren Verständnis nur beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Anzeigevorrichtung;
Fig. 2 eine Darstellung eines Teils eines digitalen Videosignals für die Verwendung bei der in Fig. 1 dargestellten Anzeigevorrichtung;
Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Teils der Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;
Fig. 4 die Adressierungs-Reihenfolge der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;
Fig. 5 eine Verarbeitungsstufe in einer anderen, die vorliegende Erfindung verkörpernden Anzeigevorrichtung;
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Teils einer Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 5, und
Fig. 7 bis 11 eine andere Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1 enthält die allgemein mit 1 bezeichnete Anzeigevorrichtung einen Videosignalempfänger 2 und einen Speicher 3 mit einer Kapazität, um eine angemessene Menge des Videosignals zu speichern, damit ein vollständiges Bild wiedergegeben werden kann, d. h. ein Bild des Videosignals. Es sind ferner vier Reihen- Ausgangsvorrichtungen 4, 5, 6 und 7 vorgesehen, von denen jede die Entnahme der Videoinformation für eine Reihe von Pixeln aus einem Bildspeicher 3 ermöglicht. Jede dieser Vorrichtungen hat einen Bit-Extraktor 8, 9, 10 bzw. 11, um ein Bit der Information für jedes Pixel der entsprechenden Reihe herauszutrennen, wobei das resultierende Signal Pixel-Ansteuerstufen 12, 13, 14 bzw. 15 zugeführt wird, die ein Gitter 16 aus 600 Reihen von je 50 bistabilen, oberflächenstabilisierten ferroelektrischen Flüssigkristall-Pixelelementen ansteuern.
Fig. 2 zeigt eine verkürzte Form eines Videosignals, das für die Verwendung bei der Anzeigevorrichtung 1 geeignet ist und in seiner Länge einem Bild entspricht. Dieses Signal hat einen Flag-Impuls 20 zur Anzeige des Starts des Signals für ein Bild und dann eine Anzahl von Teilen (von denen nur einer mit 21 bezeichnet ist), wobei jeder Teil die Anzeigedaten für ein bestimmtes Pixel aufweist (was durch die in Klammern gesetzten Koordinaten in Fig. 2 angezeigt wird, wobei sich X/Y auf das Pixel in Reihe X, Spalte Y bezieht). Genauer gesagt hat jeder Teil 21 vier Bits, von denen jeder den Einstellwert zur Verwendung in einer der adressierenden Stufen darstellt, was nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 und 4 beschrieben wird.
Fig. 3 zeigt die Folge der Operationen der Reihen-Ausgänge, der Bit-Extraktoren und der Pixel-Ansteuerstufen während einer Zeilenperiode, während Fig. 4 die Art der Adressierung zeigt, die für bestimmte Reihen während einer Bildperiode durchgeführt wird.
Fig. 4 zeigt die Anzeigevorrichtung 1 in dem Stadium, bei dem die Reihen 281, 441, 521 und 561 in einer gegebenen Zeilenperiode adressiert werden. Somit wird jedes Pixelelement in der Reihe 561 des Gitters, das als sein erstes Bit (d. h. das am wenigsten bedeutsame Bit) eine 111 aufweist, eingeschaltet, während alle anderen Pixelelemente ausgeschaltet werden; wenn man demzufolge das in Fig. 2 dargestellte Videosignal nimmt, würden die Pixel 561/1 und 561/2 eingeschaltet und die Pixel 561/3 und 561/4 ausgeschaltet sein. In gleicher Weise wird jedes Pixelelement in Reihe 521, das als sein zweites Bit eine "1" hat, eingeschaltet, jedes Pixelelement der Zeile 441, das eine "1" als sein drittes Bit hat, eingeschaltet, und jedes Pixelelement der Zeile 281, das sein viertes Bit hat (d. h. das bedeutsamste Bit) eingeschaltet. Alle diese Pixel werden der Reihe nach innerhalb einer Zeilenperiode adressiert.
Bei der nächsten Zeilenperiode werden die Zeilen 282, 442, 522 und 562 in genau der gleichen Weise adressiert wie die Zeilen 281, 441, 521 und 561 in der vorangegangenen Zeilenperiode. In gleicher Weise erfolgt die Adressierung in der nächsten und den folgenden Zeilenperioden. In der 41sten Zeilenperiode sind die adressierten Zeilen jedoch 321, 481, 561 und 1 (wobei die letztere tatsächlich die Zeile 601 ist). Daher wird die Zeile 561 , die von dem ersten Bit der Anzeigedaten in der ersten Zeilenperiode adressiert wurde, von dem zweiten Bit der Anzeigedaten adressiert; das Intervall zwischen den beiden Adressen beträgt 40 Zeilenperioden, so daß das erste Bit der Anzeigedaten die relevanten Pixel während eines Zeitintervalls ansteuert, das 1/16 einer Bildperiode ist und einer Graustufe entspricht. Die dritte Adressierung der Zeile 561 durch das dritte Bit der Anzeigedaten tritt nach weiteren 80 Zeilenperioden auf, so daß das zweite Bit der Anzeigedaten für ein weiteres 2/16 einer Bildperiode verwendet wird und daher zwei Graustufen entspricht; die nächste Adressierung erfolgt durch das vierte Bit nach weiteren 160 Zeilenperioden, und so wird das dritte Bit der Anzeigedaten für dieses Zeitintervall verwendet, das vier Graustufen entspricht. Die nächste Adressierung erfolgt durch das erste Bit nach weiteren 320 Zeilenperioden, was 8 Graustufen entspricht. Das menschliche Sehsystem hat ein Ansprechverhalten, das diese individuellen Graustufen integriert.
In der gleichen Weise wird jede Zeile in dem Bild viermal während einer Bildperiode mit Intervallen von 40, 80, 160 und 320 Zeilenperioden adressiert, und jedes Pixelelement kann während eines oder mehrerer dieser Intervalle je nach Bedarf eingeschaltet werden. Somit definiert ein Datenteil aus vier Bits eine von 16 Graustufen. Wenn man die in Fig. 2 gezeigten Anzeigedaten nimmt, so hat 1/1 die Stufe 8 von 16 Graustufen, 1/2 die Stufe 3, 561/1 die Stufe 13, 561/2 die Stufe 1, 561/3 die Stufe 8, 561/4 die Stufe 10 und 600/50 die Stufe 0.
Bei irgendeinem anderen Bild kann es nur möglich sein, 16 Graustufen zu unterscheiden; dies kann jedoch nicht ausreichen, um den vollen Dymamikbereich der Helligkeitspegel in aufeinanderfolgenden Bildern anzuzeigen, da sehr helle oder sehr dunkle Bilder an Kontrast verlieren und verblassen. Als Alternative zur Verminderung der Zeilen-Adressierzeit auf 20 us zur Anzeige von 250 Zeilen/Halbbild mit einer vollen 8-Bit-Auflösung kann ein adaptives Grauskalaschema verwendet werden, bei dem der mittlere Helligkeitspegel des vorhergehenden Halbbildes die Bezugsspannung eines 4-Bit-A/D-Konverters einstellt. Das analoge Signal wird von dem A/D-Konverter so umgewandelt, daß die 4-Bits den Helligkeitsbereich in dem vorhergehenden Bild skalieren und sicherstellen, daß in jedem Bild immer 16 Graustufen aufgelöst werden können. Fig. 5 zeigt die Quantisierung von 4-Bit-Pegeln für Szenen mit unterschiedlichen Kontrastpegeln. Dies wird durch Feststellung einiger definierter mittlerer Helligkeitspegel des vorhergehenden Vollbildes erreicht. Der Pegel wird mit dem 100%- Helligkeitspegel in einem Stufen-Komparator verglichen, der dann eine veränderbare Bezugsspannung liefert, um die Helligkeitspegel zu skalieren. Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer Anordnung, mit der die adaptive Skalierung erreicht werden kann.
Um den Helligkeitspegel auf der Anzeigevorrichtung entsprechend der adaptiven Skalierung zu ändern, werden die Reihen in einer Gruppe über einem Bruchteil der Adressenzeile skaliert. Adressenzeilen außerhalb der Gruppe werden durch einen Austast- Impuls ausgetastet, der in Form eines zusätzlichen Informations- Bits am Ende der das bedeutsamste Bit anzeigenden Periode zugeführt wird. Hierdurch wird die verfügbare Zeilen-Schreibzeit von 67 us auf 53 us vermindert. Die Reihen in der Gruppe werden komprimiert, bis die Periode für das am wenigsten bedeutsame Bit nur eine Zeilen-Adressen-Zeit ist. Wenn jedes Halbbild in zwei Hälften parallel adressiert wird, könnte eine Gruppe ein Maximum von 150 Zeilen (100% Helligkeit) oder ein Minimum von 15 Zeilen (10% Helligkeit) mit insgesamt 10 erreichbaren Helligkeitspegeln skalieren. Einige oder alle dieser Helligkeitspegel werden verwendet, um die veränderbaren Bezugsspannungen zu definieren, die dem A/D-Konverter zugeführt werden, wodurch sichergestellt wird, daß der Helligkeitspegel in jeder Szene wahrheitsgetreu wiedergegeben wird. Um Kontureffekte zu vermindern, kann das Bezugsspannungs- Signal tatsächlich in einer willkürlichen Weise einem "Dither"- Vorgang in einem Maß unterzogen werden, das gleich dem am wenigsten bedeutsamen Bit ist, um eine 5-Bit-Auflösung zu realisieren. Dieses adaptive Merkmal erzeugt im wesentlichen eine automatische Kontrast- und Helligkeitseinstellung, so daß wenigstens 16 Graupegel immer innerhalb einer Szene unabhängig von der Helligkeit aufgelöst werden können.
Eine Anzeigevorrichtung, die gemäß der in Fig. 7, 10 und 11 dargestellten Technik arbeitet, unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen zunächst dadurch, daß auf Daten in dem Bildspeicher 7 zugegriffen wird, wobei jedes bedeutsame Bit dann in einem von vier RAMs 71 in Abhängigkeit von der Bedeutsamkeit jedes Bits in Bytes von 8 Bits gespeichert wird. Ferner werden Daten in Blöcken von Bytes in einer Weise wiedergewonnen, die geeignet ist, ein Bit mit einer bestimmten Bedeutsamkeit in eine Gruppe von x Zeilen der Anzeigevorrichtung in einer Operation zu schreiben. Das ursprünglich vorgeschlagene Schema hat nur Zugriff zu einer Datenzeile bei jeder Operation, so daß die Anzahl der Operationen nun um einen Faktor x reduziert ist.
Bei der zuvor beschriebenen Anordnung wurde vorgeschlagen, daß die Anzahl der abgetasteten Zeilen
m = 2n-1 · p
sein könnte, wobei n die Zahl der Bits und p eine ganze Zahl ist. Wenn die Bits jedoch in einer einfachen Reihenfolge mit zunehmender Bedeutsamkeit geschrieben werden, wie in Fig. 8 dargestellt, entsteht ein Fehler, wenn die Zeit zum Schreiben jeder Zeile bedeutsam ist im Vergleich zu der Zeit des am wenigsten bedeutsamen Bits. Wenn daher - wie in Fig. 8 gezeigt - die minimale Anzahl von Zeilen abgetastet wird (15 Zeilen für ein 4-Bit-Schema) verzerrt der Fehler der Zeilen-Schreibzeit die Zeitaufteilung der vier Bits, so daß ein Verhältnis von 0,75 : 1,75 : 3,75 : 8,75 gegeben ist.
Der oben beschriebene Datenverarbeitungsprozeß kann beträchtliche Fehler bei Halbtonpegeln erzeugen, wenn die Adressier-Reihenfolge von Fig. 1 bis 6 verwendet wird. Die Adressier- Reihenfolge kann jedoch modifiziert werden, um diesen Fehler - wie in Fig. 9 gezeigt ist - zu beseitigen. Die Adressierungs- Reihenfolge wird so geändert, daß jedes Bit entsprechend seiner Bedeutsamkeit in der Reihenfolge 1, -, 3, 4, 2 adressiert wird, wobei "-" eine Zeilenperiode darstellt, in der keine Zeile adressiert wird (leere Zeilenperiode). Es gibt drei Konsequenzen dieser Adressierungs-Reihenfolge, nämlich die binäre Zeitaufteilung ist fehlerfrei in dem Verhältnis 1 : 2 : 4 : 8; die Zahl der abgetasteten Zeilen wird nun 12 oder ein Vielfaches dieser Zahl; die verfügbare Zeit zum Schreiben jeder Zeile wird um 20% vermindert.
Die Verminderung der Wirksamkeit der Zeilen-Schreibzeit kann wiederhergestellt werden, indem das Schema ausgedehnt und die leere Zeilenperiode benutzt wird, um das letzte ½-Bit des drittbedeutsamsten Bits - wie in Fig. 10 dargestellt - zu schalten. Dies kann auf zweierlei Weise erfolgen: Vorsehen von Mitteln zur Ausführung eines ½-Bit-Fehler-Ausbreitungsalgorithmus; Vorsehen eines reduzierten 5-Bit-Schemas.
In diesem Fall wird das ½-Bit das am wenigsten bedeutsame Bit (m = 1) und muß von dem viertbedeutsamsten Bit subtrahiert werden; die binäre Standard-Logiktabelle muß daher entsprechend der in Fig. 11 dargestellten Tabelle modifiziert werden. Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß von 32 Halbtonpegeln in dem reduzierten 5-Bit-Schema nur zu den Pegeln 15 und 31 kein Zugriff besteht.
Dieses Schema ist für die Verwendung bei einer optischen Vorrichtung mit zwei Zuständen geeignet, z. B. einer oberflächenstabilisierten ferroelektrischen Flüssigkristall-Vorrichtung (SSFLCD). Es sind jedoch manchmal bestimmte "Zwei-Halbbild"- Adressierungsschemata notwendig, um eine SSFLCD anzusteuern, wobei die "Ein"- und "Aus-Daten in sequentiellen Halbbildern geschrieben werden, was mit der Adressierungs-Reihenfolge von Fig. 1 bis 6 nicht kompatibel wäre. Wenn jedoch die modifizierte Reihenfolge von Fig. 7, 10 und 11 verwendet wird, kann die Gruppe von mit derselben Bit-Bedeutsamkeit (wobei die Zahl der Zeilen in der Gruppe gleich der Gesamtzahl von Zeilen -: 12 ist) adressierten Zeilen betrachtet werden, als bilde sie ein "Mini-Halbbild". Dieses "Mini-Halbbild" kann zuerst mit dem "Ein"-Taktimpuls und Daten, und unmittelbar danach mit dem "Aus"-Taktimpuls abgetastet werden, wobei in den Halbtonpegel nur ein sehr kleiner Fehler (≤ ¼ Bit) eingeführt wird.
Bei der Adressier-Reihenfolge von Fig. 7, 10 und 11 wird das "1"-Bit in N/15 aufeinanderfolgenden Reihen geschrieben, dann das "2"-Bit in N/15 aufeinanderfolgenden Reihen usw., d. h. allen Reihen der mit "1" binär adressierten Gruppe (BAG) folgt ½ der Reihen der mit "2" adresierten BAG, ¼ der Reihen der mit "3" adressierten BAG und 1/8 der Reihen der mit "4" adressierten BAG. Der Bildspeicher kann daher in Blöcken von N/15 Reihen anstelle von einzelnen Reihen adressiert werden, da die Reihen des Blocks stets aufeinander folgen, so daß die Anzahl der Adressier-Operationen durch einen Faktor von N/15 reduziert wird.
Diese modifizierte Reihenfolge kann jedoch Fehler in der Anzeigeperiode jeder Ziffer und demzufolge in der Grauskala erzeugen. Bei einer 60-Zeilen-Anzeigevorrichtung wäre die Anzahl der Reihen in einem Block 4, und die Bits würden in den Reihen wie folgt geschrieben: (4) 57, 58, 59, 60, (1) 1, 2, 3, 4, (2) 9, 10, 11, 12, (3) 25, 26, 27, 28, (4) 1, 2, 3, 4, (1) 5, 6, 7, 8, (2) 13, 14, 15, 16, (3) 29, 30, 31, 32, (4) 5, 6, 7, 8 etc. Man sieht, daß das "1"-Bit in den Reihen 1, 2, 3, 4 während 3 Zeilen- Perioden angezeigt wird (unter der Annahme, daß 4 Reihen pro Zeilen-Periode geschrieben werden), bevor ein erneutes Schreiben durch das "4"-Bit erfolgt, während die Anzeige 4 Zeilen-Perioden sein sollte. In gleicher Weise wird das "2"-Bit während 7 anstatt von 8 Zeilen-Perioden, das "3"-Bit während 15 anstatt von 16 und das "4"-Bit während 35 anstatt 32 angezeigt. Um dies zu überwinden, wird eine weitere Modifikation für die Schreib-Reihenfolge vorgeschlagen (in Fig. 9). Anstatt die Bits in der Reihenfolge 1, 2, 3, 4 zu schreiben, werden sie in der Reihenfolge 1, 0, 3, 4, 2 geschrieben, wobei 0 Anzeigt, daß keine Reihe geschrieben wird. Statt dessen kann ein "½"-Bit während der "0"-Periode in derselben Reihe geschrieben werden wie das "4"-Bit. Das "½-Bit ist tatsächlich das am wenigsten bedeutsame Bit einer 5-Bit- Binärzahl und erhöht die Zahl der Graustufen von 16 auf 30.
Bei einer anderen Variante besteht die Anzeigevorrichtung aus n Zeilen von getrennt adressierbaren SSFLCD-Licht-Toren, wobei ein typischer Wert für die Verwendung beim Fernsehen 575 sein könnte. Jede Zeile enthält etwa 1,7 n Licht-Tore für ein Fernsehbild mit einem Bildseiten-Verhältnis von 9 : 16. Jedes Licht-Tor (Pixel) wird in wenigstens zwei Unter-Pixel unterteilt, die offene Bereiche a, b haben, die im Verhältnis von etwa 1 : 2,5 sein könnten.
Durch geeignete logische Schaltungen in dem binär kodierten Video-Eingang werden diese Unter-Pixel - wenn p - q = 2 ist - als a, b oder a + b adressiert, so daß sie Licht-Ausgänge im Verhältnis 1 : 2,5 : 3,5 geben. Weitere logische Schaltungen werden gleichzeitig verwendet, um ein 2-Bit-BAG-Schema auszuführen, um so eine ähnliche Gruppe von Belichtungszeiten in dem Verhältnis 1 : 2 : 3 zu erhalten. Somit sind durch einfache paarweise Kombination die verfügbaren Halbtöne wie in Tabelle I dargestellt. Tabelle I: Halbtöne mit 2-Bit + 2-Bit, einfache Verarbeitung (Schwarzpegel = 1; Zeit-Verhältnis 2 : 1) Unter-Pixel Zeit Gesamt
Der Abstand zwischen den verschiedenen verfügbaren Pegeln muß bei diesem Schema mit dem minimal wahrnehmbaren Kontrastunterschied unter durchschnittlichen Betrachtungsbedingungen von 3 dB verglichen werden. Dies zeigt, daß die 2-Bit-räumliche und die 2-Bit-zeitliche Unterteilung für die Halbtonbildung ausreichend sein sollte, bis das maximale Kontrastverhältnis, das durch die Anzeigefeld-Konstruktion (z. B. Ausrichtung) festgelegt ist, verbessert wird oder bis das Kontrastverhältnis besser als etwa 24 dB (16 : 1) ist.
Wenn das räumlich unterteilte Unter-Pixel mit einem bestimmten Bit in der zeitlichen Gruppe kombiniert wird, können weitere Halbtöne bis hinauf zu einem Maximum von m = p + q Bits erhalten werden. Somit können auf diese Weise von einem 2-Bitunterteilten Pixel und einer 2-Bit-Zeitaufteilung 15 Pegel gewonnen werden. Tabelle II zeigt wie 15 getrennte Halbtöne aus (2+2) erhalten werden können, wobei das Verhältnis der Zeitschlitze 4 : 1 ist. Tabelle II Halbtöne mit 2-Bit + 2-Bit, kompliziertere Verarbeitung (Schwarzpegel = 1; Zeitverhältnis 4 : 1) Unter-Pixel Zeit Gesamt (beide Halbbilder) (1. Halbbild) (2. Halbbild)
Die nächste Stufe ist die Verwendung von mehr Bits in entweder der räumlichen oder der zeitlichen Aufteilung oder bei beiden.
Bei Verwendung von Kombinationen wären 31 Graustufen vorhanden; dies ist mehr als auf der Basis von dem gerechtfertigt wäre, was das Auge gerade sehen kann, außer im Falle einiger bestimmter nicht willkürlicher Bilder wie Linien, Gitter, regelmäßige geometrischen Formen usw.
Normalerweise ist ein Gesamt-Gamma von 2 erwünscht, weil das gesendete Videosignal üblicherweise komprimiert ist. Es wurde gezeigt, daß ein angemessenes Fernsehbild mit einem 4-Bit- Signal erzeugt werden kann, das auf einer Kathodenstrahlröhre mit einem Gamma von etwa 2 wiedergegeben wird, wobei eine Konturbildung durch "Fehlerdiffusion" beseitigt wird. Die SSFLCD kann so ausgebildet werden, daß sie ein Gamma von 2 hat, wenn ein m-Bitunterteiltes Unter-Pixel gleichzeitig durch ein m-Bit-BAG oder ein gepulstes Hintergrund-Beleuchtungs-Schema adressiert wird, so daß dasselbe Bit in dem Video-Byte für beides verwendet wird.
Es werden nun verschiedene Schemata zum Adressieren beschrieben, nämlich:
(a) Monochrom: kein BAG: Grauskala durch unterteiltes Pixel:
Wenn das Pixel durch eine binäre Reihenfolge in d Aufteilungen geteilt wird, sind etwa 2d-Halbtöbne vorhanden, und die verfügbare Zeit zum Schreiben einer Zeile ist unverändert, jedoch ist die Zahl der Spalten-Leiter um einen Faktor d erhöht.
(b) Monochrom: BAG: nicht unterteiltes Pixel:
Bei Verwendung von Zeit-Multiplex werden g Graustufen gewonnen, indem jede Zeile mit g unterschiedlichen Zeitschlitzen geschrieben wird. Bei dem BAG-Schema erfordert dies, daß jede Zeile n mal geschrieben wird, wobei
n = log(g)/log(2)
ist.
(c) Farbfilter: BAG: Pixel aufgeteilt:
Wenn eine Grauskala von P Stufen durch Aufteilung des Pixels und von Q durch ein BAG-Schema erreicht wird, kann eine Grauskala von G = P mal Q gewonnen werden. Die pro Zeile verfügbare Zeit ist m mal kürzer als eine einfache Abtastung, worin
m = log(g)/log(2)
ist. Wenn Farbe durch Farbfilterpunkte hinzugefügt wird, wird (3)
m(c) = c log(g)/log²
worin c zwischen 2 und 3 konstant ist.
(d) Schreiben von oben und unten:
Wenn die Anzeige in zwei Hälften geschrieben wird, können diese gleichzeitig adressiert (geschrieben) werden, und das Schreiben einer Zeile dauert zweimal so lange wie in (a) - (c).
(e) Quad Multiplex:
Bei diesem Schema erfolgt der Zugriff zu den Pixeln für ihre "Zeilen"-Elektrode sowohl von oben als von den Seiten unter Verwendung einer Art von interdigitalisierter Struktur. Dies verbessert die verfügbare Zeilenzeit gegenüber (a) - (c) um einen Faktor 4.
(f) Vollbild sequentielle Hintergrundbeleuchtung - volle Farbe: Für eine m-Bit-Grauskala durch Zeitaufteilung muß die Anzeige etwa 2m mal geschrieben werden, und die Hintergrundbeleuchtung muß m mal in einer binären Reihenfolge von einer integrierten Lichtintensität gepulst eingeschaltet werden. Wenn die Pixel bereits unterteilt sind, dann ist es für drei Farben möglich, mit vier Schreibimpulsen das dreifarbige Vollbild mit zwei Grün-Halbbildern mit voller Auflösung und je einem roten und blauen Halbbild mit halber Auflösung zu schreiben. Löschimpulse sind zwischen aufeinanderfolgenden Schreibprozessen nicht notwendig, wenn das gesamte Halbbild jedesmal geschrieben wird, wenn es geändert wird.
Da dieselbe Auflösung bei dem blauen und roten Halbbild im Vergleich zum grünen Halbbild nicht erforderlich ist, ergeben 575 Zeilen 4-Bit-Grün + 288 Zeilen 2-Bit-Blau + 288 Zeilen 2-Bit- Rot ein visuell akzeptables Unterhaltungs-Fernsehbild. Dies bedeutet, daß die Pixel unterteilt und die Hintergrund-Beleuchtung zweimal pro 15 ms für Grün und einmal für jeweils Rot und Blau eingeschaltet werden sollten.
(g) Sequentielle Vollbild-Hintergrundbeleuchtung - 7 Farben:
Bei gepulster Hintergrundbeleuchtung und keinen Halbtönen sind nur 7 Farben verfügbar (wie beim Teletext). Hierdurch steht zum Schreiben mehr Zeit pro Zeile zur Verfügung.
Tabelle III zeigt Einzelheiten der verschiedenen Optionen.

Tabelle III: Einzelheiten von drei Fernseh-Feldern

Alle drei Felder beruhen auf einer Fernsehanzeige mit einer Bildfrequenz von 65 Hz und einem Seitenverhältnis von 16 : 9. Es sind 575 aktive Zeilen vorhanden und kein Zeilensprung. Unter-Pixel Halbtöne Zeit/Zeile 1. gepulste Hintergrundbeleuchtung unterteiltes Pixel, quad. Multiplex, Auflösung G = 575 · 1022 R = 288 · 511 B = 288 · 511 (1 ms für die Lampen erlaubt) 2. Farbpunkt unterteiltes Pixel gemäß dem Farbfilter-Muster BAG (4,4,4) quad Multiplex beschrieben unter (c) und (e) 3. Farbpunkt, unterteiltes Pixel, Pixel weiter unterteilt gemäß dem Farbfilter-Muster 2-Bit-BAG
Es sei bemerkt, daß die in Tabelle III in Klammern gesetzten Zahlen sich auf Halbtöne beziehen, die durch die kompliziertere Signalverarbeitung der in Tabelle II gezeigten Art verfügbar sind. Das Auge mag nicht in der Lage sein, so viele Halbtöne zu unterscheiden, und es ist nicht notwendigerweise ein Vorteil, auf diese Längen zu gehen. Es können jedoch geeignete logische Schaltungen verwendet werden, um nur diejenigen Kombinationen zu behalten, die nützlich sein würden, und insbesondere in der Nähe von Schwarz könnten zusätzliche Pegel durch willkürliches Abwechseln zwischen zwei der quantisierten Pegel zugefügt werden.
Durch gleichzeitige Verwendung von Zeitaufteilung und unterteilten Pixel-Systemen werden die folgenden Vorteile erzielt: Der Abstand zwischen den verfügbaren Halbtonpegeln ist bei einfacher Signalverarbeitung (Tabelle I) gleichmäßiger; die Begrenzungen hinsichtlich der verfügbaren Photolithographie, des verfügbaren Raums für leitende Zeilen und der Schaltgeschwindigkeit des Flüssigkristalls oder der Hintergrund-Beleuchtung können alle berücksichtigt werden, so daß nur eine von diesen allein nicht die verfügbare Anzahl von Halbtönen begrenzt; ein 2-Bit- BAG-Schema und eine in zwei unterteilte Pixelstruktur sollte für viele ebene SSFLC-Anzeigefelder für das Unterhaltungs-Fernsehen angemessen sein; eine große Anzahl von Halbtönen könnte bei derselben Anzeigefeldkonstruktion verwendet werden, indem eine kompliziertere Ansteuer-Elektronik oder statt dessen eine sehr einfache Ansteuer-Elektronik bei einem komplizierteren Anzeigefeld verwendet werden, um zum gleichen Ergebnis zu kommen; wie dargestellt, kann ein sehr einfaches Schema in einem sequentiellen Vollbildsystem durch Anwendung gepulster farbiger Hintergrund- Beleuchtung verwendet werden; das Verfahren ist auf Zeit- oder Raumelemente ausdehnbar, die nicht genau in einer binären Reihenfolge sind, wofür Beispiele vorhanden sind, wenn der Dynamikbereich durch Verwendung pseudo-binärer Folgen von 1 : 2,5 : 3,5 und 1 4 : 5 erweitert wurde, wobei das Gamma der Anzeigevorrichtung durch Verwendung desselben Bits in dem Video-Byte für sowohl zeitliche als auch räumliche Aufteilung gleich 2 gemacht werden kann.

Claims

1. Anzeigevorrichtung umfassend:

ein Gitter (16) von Pixeln, von denen jedes wahlweise in bistabiler Weise in Abhängigkeit von einem binären Datenwort einstellbar ist, das ein Bild für die Anzeige darstellt, wobei das Datenwort eine Vielzahl von Abschnitten umfaßt und einen Helligkeitspegel für das Pixel darstellt, und Mittel zur Bewirkung einer Zeit-Multiplex-Adressierung von Pixelreihen in einer vorgegebenen Reihenfolge, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Adressierung einer Reihe die Pixel der Reihe jeweils mit einem Abschnitt des entsprechenden Datenwortes adressiert werden, wobei die Abschnitte dieselbe Bedeutsamkeit haben, und daß im Verlauf der Reihenfolge die Pixel jeder Reihe mit jedem Abschnitt der entsprechenden Worte adressiert werden, wobei die vorgegebene Reihenfolge so ist, daß irgendeine gegebene Adressierung einer Reihe einen zeitlichen Abstand in der Reihenfolge von ihrer nächsten Adressierung hat, die proportional zu der Bedeutsamkeit der der gegebenen Adressierung entsprechenden Abschnitte ist.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressierungsmittel enthalten: Mittel zum Einstellen aller Pixel einer Reihe gemäß einem Abschnitt der entsprechenden Datenworte mit einer Bedeutsamkeit und danach in der Adressierungs-Reihenfolge zum Einstellen aller Pixel einer anderen Reihe gemäß einem Abschnitt der entsprechenden Datenworte mit einer anderen Bedeutsamkeit.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Reihe von einer Gruppe aus n Reihen, wobei n gleich der Anzahl der Abschnitte in jedem Datenwort ist, gemäß einem Abschnitt der entsprechenden Datenworte eingestellt wird, der sich von den anderen in der Gruppe unterscheidet, wobei die Elemente der Gruppe in der Adressierungs-Reihenfolge benachbart sind.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung eines Wertes für den mittleren Helligkeitspegel des Bildes, und Mittel zur Skalierung der Abschnitte des Datenwortes für ein nächstes Bild gemäß dem erzeugten mittleren Helligkeitswert für das Bild.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter durch eine Vielzahl von Flüssigkristallzellen gebildet wird.

6. Verfahren zum Betrieb einer Anzeigevorrichtung mit einem Gitter (16) von Pixeln, von denen jedes wahlweise in bistabiler Weise einstellbar ist, wobei das Verfahren umfaßt:

Empfangen eines Datensignals, das ein Bild für die Anzeige darstellt, wobei das Signal eine Vielzahl von binären Datenworten umfaßt, von denen jedes einen Helligkeitspegel für ein entsprechendes Pixel darstellt, und wobei jedes Datenwort eine Vielzahl von Abschnitten enthält und die Pixel-Reihen eine Vielzahl von Malen für das Bild im Zeit-Multiplex adressiert werden;

gekennzeichnet durch Adressieren der Pixel jeder Reihe mit einem Abschnitt des entsprechenden Datenwortes, wobei die Abschnitte dieselbe Bedeutsamkeit haben, in einer Reihenfolge, in deren Verlauf die Pixel jeder Reihe jeweils mit jedem Abschnitt des entsprechenden Wortes adressiert werden, und wobei eine gegebene Adressierung einer Reihe einen zeitlichen Abstand in der Adressierungs-Reihenfolge von ihrer nächsten Adressierung hat, der proportional zu der Bedeutsamkeit der der gegebenen Adressierung entsprechenden Abschnitte ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressierung einschließt: Einstellen aller Pixel einer Reihe gemäß einem Abschnitt der entsprechenden Datenworte mit einer Bedeutsamkeit und danach in der Adressierungs-Reihenfolge Einstellen aller Pixel einer anderen Reihe gemäß einem anderen Abschnitt des entsprechenden Datenwortes mit einer anderen Bedeutsamkeit.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Reihe von einer Gruppe von n Reihen, wobei n gleich der Anzahl von Abschnitten in jedem Datenwort ist, gemäß einem Abschnitt des entsprechenden Datenwortes eingestellt wird, der sich von den anderen in der Gruppe unterscheidet, wobei die Elemente in der adressierten Gruppe unmittelbar aufeinander folgen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch Erzeugung eines Wertes für den mittleren Helligkeitspegel des Bildes, und durch Bewirken einer Skalierung der Abschnitte der Datenworte für ein nächstes Bild entsprechend dem erzeugten mittleren Helligkeitswert für das Bild.