TWI435305B - 脈寛調變方法、光學寫閥及電腦程式產品 - Google Patents

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Description

脈寛調變方法、光學寫閥及電腦程式產品
本發明提供一種調變寫光之方法、裝置及電腦程式，尤其為了光學寫閥的電光層的複數像素位置及橫過每個複數連序框架提供一種包括橫過框架的第一與第二脈寬週期調變一組像素資料位元之方法，同時提供一種備有電光層、形成電光層的像素位置之底板、光源，及連結於記憶體的控制器之光學寫閥。
投影顯示系統中之液晶顯示器的極化旋轉特性(即淨光透射)之習知的調變方法為使用整合於顯示器之電子線路直接控制像素上的電壓。在這些微顯示器中向列液晶，即最常用之LC(液晶)，回應該像素電壓之RMS值(均方根值)。為了實現這些顯示器之灰階控制，需要調變各個像素的電壓，一般常用之壓縮調變方法為類比或數位調變法。
類比調變法通常用於早期的微顯示器。但該等方法由於像素太小及難儲存正確的類比電壓，因此不適用於極高密度之顯示器。此種困難常導致低裝置產率及像素的不均勻。由於這原因，使微顯示產業快速採用數位調變法。
數位調變法通常採取PWM(脈寬調變)或DFM(負載因數調變)的方式。PWM方案需要在LCD(液晶顯示器)上使用具有固定振幅與可變脈寬之電壓脈衝，而典型之脈寬範圍是從0到整個框架週期，相當於灰階的從0到滿刻度。PWM方案可產生優異的灰階結果且其固有的單調特性以及不受LC的啟動與關閉時間所控制。然而，在實際的顯示系統中實施該方案，不僅需要眾多數量的具有非常高資料速率的系統記憶體，並且用於色彩順序操作時像素上需要有大量的資料閂(data latches)，因此是非常複雜的。以替代方法實現PWM可降低像素電路的複雜性但代價是需極高之資料速率。實際上，在微顯示器上使用PWM方案通常是非常困難或昂貴因而不被普遍採用。
DFM方案是在LC數位調變法中最廣泛被用之方法。在DFM中，是於LC上對每個灰階位元使用固定振幅之電壓脈衝。根據所顯示之特定灰階，在訊框傳輸期間通常有數個電壓脈衝來驅動一個像素。由於個別脈衝的脈寬相當於個別位元的二元權重(binary weights)，最多可有脈衝數量一半的灰階位元。顧名思義，在DFM方案中是用脈衝歷時的相加總數除以框架時間總數來決定電壓之負載因數。此方案之問題為不將LC的有限升降時間納入考慮，尤其不考慮各LC間的升降時間常常不相同之事實。此導致實際的RMS電壓和單獨由電壓計算出來之理論上的負載因數不相同。更嚴格地說，此錯誤係視有多少組之正緣與負緣而定，從而亦視有多少徹底地改變成為所需要灰階之函數之脈衝而定。故其結果為DFM方案在一些灰階上通常是非單調的，這是一個嚴重的問題。目前已經發展出一些試圖更正此非單調行為之方案。然這些方案中沒有一個是令人完全滿意的，因需大大的增加成本、複雜性及資料速率。
本申請人之另一申請案擬併入本案供作參考，其名稱為“光學定址式灰階累積電荷之空間光調變器”(美國臨時專利申請案60/803,747)，其中有提出數個DFM方法。然而，需要非常快速的LC切換速度及脈衝光照。在許多顯示系統中，非常快速的LC切換速度及脈衝光照是不可能的。故需要一個較PWM不複雜但可克服大多數DFM驅動方法中非單調行為並且不要求極快速LC回應時間之LC驅動方法。
依本發明之一個實施例是為了光學寫閥的電光層的複數像素位置及橫過每個複數連序框架提供一種包括橫過框架的第一與第二脈寬週期調變一組像素資料位元之方法。此方法中，第一與第二脈寬週期及順序框架的相鄰脈寬週期，係藉由至少相同於電光層的回應時間的脈衝中斷週期互相分開，在該期間沒有位元被調變。再者，此方法中，在每個框架中分別地根據框架中之已調變的像素資料位元，從每個複數像素位置處輸出寫光(write light)。
依本發明之另一個實施例是一種包括電光層、形成電光層的像素位置之底板、光源，及連結於記憶體的控制器之光學寫閥。光源是用於與電光層光通訊。控制器是適應每個像素位置及橫過每個複數連序框架，與光源光照同步施加電壓以橫過框架的第一與第二脈寬週期調變一組像素資料位元，其中第一與第二脈寬週期及順序框架的相鄰脈寬週期，係藉由至少相同於電光層的回應時間的脈衝中斷週期互相分開，在該中斷期間沒有位元被調變。電光層是適用於在每個框架中分別地根據框架中之已調變的像素資料位元，從每個複數像素位置處輸出寫光。
依本發明之另一個實施例是一個附載在記憶體上並可被電腦讀取以實行輸出寫光動作之電腦程式。在實施例中，該動作是為了光學寫閥的電光層的複數像素位置及橫過每個複數連序框架，而該動作包括橫過框架的第一與第二脈寬週期調變一組像素資料位元，其中第一與第二脈寬週期及順序框架的相鄰脈寬週期，係藉由至少相同於電光層的回應時間的脈衝中斷週期互相分開，在該期間沒有位元被調變。此外，該動作還包括在每個框架中分別地根據框架中之已調變的像素資料位元，從每個複數像素位置處輸出寫光。
茲參照附圖，詳細說明本發明之特點。
在許多顯示系統中數位驅動方法正逐步取代類比驅動方法。一種新揭露的數位驅動方法是特別地適合於使用LC(液晶)技術的數位啟動矩陣顯示系統。該新數位驅動方法將像素資料編碼成為2個或更多個脈寬調變脈衝。這些脈衝係適時地被電子地分離成可關閉LC。即使在LC上升與LC下降回應時間有極大差異之場合，脈衝分割可提供較簡單之DFM(負載因數調變；duty factor modulation)驅動方法所不能提供之單調電光性能。與單PWM(脈寬調變；pulse width modulation)系統相較，MPWM(多脈寬調變；multiple pulse－width modulation)可使顯示系統電子電路的資料速率大幅度地降低。為了進一步降低資料頻寬，較低位準的光照可與驅動脈衝之較低加權部份一起使用，而非與驅動脈衝之較高加權部份一起使用。入射光照位準之變動可藉使用可變脈寬之脈衝光照，或藉適時變更振幅，或藉結合上述兩種方法而達成。
在數位光閥調變方法中，單脈寬調變可產生最佳結果但實行上通常太複雜。負載因數調變較簡單但是在其先前技術所實行的結果不佳。於下將詳述脈寬調變上的變動，其運作幾乎與單脈寬調變相同但困難度較高。本發明最重要的一個基本概念為以二個可變脈寬取代一個可變脈寬(例如單脈寬調變)來調變寫閥。只要2個脈衝是以至少LC回應時間適時予以分離，即可獲得等同之單PWM的好結果，但最多只需要大約1/4的邏輯與頻寬。本發明之實施例包含數個也涉及適時及/或振幅調變寫光之技術，此技術可更加簡化操作與增進效能。由後述將可知，在複數之脈衝(下面係以使用2個脈衝為例)之間如何分割灰階資訊的位元(下面係以10位元為例)及如何處理光照，是有一群可能的選擇。
假如LC回應時間較框架週期短很多，則可將框架時間的某些部份在不有幅降低顯示器之亮度下分配予LC之開啟與關閉。在此場合，可利用該時間來分割2個(或更多個)脈寬調變脈衝，使在這些脈衝之間完全關閉LC。在這些脈衝之間完全關閉LC可保證脈衝的上升與下降特性不會互相重疊，並因而不會互相干擾。此復可保證其對細胞(行動電話)調變上之影響是完全互相獨立，此為單調灰階調變之一個必須條件。因恒常有至少1對及至多2對正/負緣(以2個脈衝及灰階大於零之場合)，上述調變模式亦可使由正緣與負緣所引起之負載循環錯誤得以更加容易補償。此係與最少可有1對及最多有10對正/負緣之10個脈衝之場合相較。與單脈衝PWM相較，將框架之總PWM分割為2個(或更多個)脈寬調變脈衝可大幅地降低顯示系統之記憶儲存速率及資料傳輸速率。
假設在一個需要10位元灰階驅動的範例中，為了MPWM使用10灰階位元，將資料分割成各5位元之第一群組及第二群組並在2個群組間有一個共同起始基準時間位置。在框架週期中每個5位元群組可被解碼成為31位元及相關的時間，故被解碼之位元總數為62。然而，分割該10位元資料成為2個分離的5位元資料脈衝以及分割5位元資料脈衝成為2個分別為2個與3個脈衝起始/結束時間的群組，可使被解碼之脈衝起始/結束時間數減低至22；即每個5位元資料脈衝11時間點(time－points)。此可使顯示系統之記憶體之需求及顯示控制器與顯示器間之資料頻寬或資料傳輸速率得以減低，在此範例中可減低大約3倍。
藉由使用多脈寬調變脈衝，可減低記憶體資料傳輸速率、系統記憶體的數量及像素上的電路資料閂數目。所需要之像素電路資料閂數目係為資料編碼、顯示控制器與顯示器間的頻寬、顯示格式以及其他數個系統需求之函數。在實現一個經濟的顯示系統，減低3倍是非常重要的。
另外應知，10位元資料文字可被分割為4位元脈衝與6位元脈衝。記憶體之數量是與2個5位元脈衝相同；即22個解碼脈衝起始/結束時間。10位元資料文字可被分割為2個3位元脈衝與1個用於更加少資料的(17脈衝起始/結束時間)4位元脈衝。然而，此卻需要較快速之LC回應或需要減低總脈衝時間及對應之光照。同樣地，10位元資料文字可被分割為2個3位元脈衝與2個用於16脈衝起始/結束時間的2位元脈衝。此外，10位元資料文字可被分割為5個只用於15脈衝起始/結束時間的2位元脈衝，上述並非多脈衝組合之完整清單，也可能有其他的脈衝組合。
由於在每一個框架有2或3個脈寬調變脈衝，LC回應並不需要像單調的DFM驅動方法所要求般的快速。由於脈衝數的減低，較慢之LC回應即可適合的。
由於需要單調的行為，故脈寬調變脈衝需要被分割以使LC得以關閉。由於有2個脈寬調變脈衝，因而有2組影響灰階回應的升降時間。儘管回應可能不是線性的，假如升降時間不同時其回應是單調的。
圖1之時序圖100顯示在一個顯示框架週期內有2個脈衝之MPWM。光照假設是固定的。顯示框架週期101是由第一脈寬週期102、第二脈寬週期103、第一脈衝中斷週期104以及第二脈衝中斷週期105組成。上述第一脈寬週期102及第二脈寬週期103係各由5個分別被編碼於第一脈寬中心106與第二脈寬中心107周圍之像素資料位元組成。在脈寬中心之前與後，分別有被解碼的資料時間週期的第一子群組及第二子群組。此處所謂資料加權(data weights)係指加減於二進位加權位元全長之具有數字之LSB(最不重要位元；least significant bit)至MSB(最重要位元；most significant bit)。相對位元加權值表示於如下左右括弧內。
由於MSB位元與LSB位元間之範圍為512：1，因此在時序圖100中不可能描寫二進位加權資料時間之時間加權。LSB(1)時間108、MSB(512)時間117、LSB＋3(8)時間111、LSB＋4(16)時間112及MSB－4(32)時間113為相當於第一脈寬中心106之二進位加權時間。同樣地，LSB＋1(2)時間109、MSB－1(256)時間116、LSB＋2(4)時間110、MSB－3(64)時間114及MSB－2(128)時間115為相當於第二脈寬中心107之二進位加權時間。
在第一脈寬週期102之第一子群組中，第一脈衝在第一脈寬週期102的起始或LSB(1)時間108或MSB(512)時間117或脈寬中央106是設定為高的。假如LSB(1)位元與MSB(512)兩者都是高的，則第一脈寬週期102的起始是高的。在第一脈寬週期102之第二子群組中，脈寬中樞106或LSB＋3(8)時間111或LSB＋4(16)時間112或MSB－4(32)時間113是設定為低的。假如LSB＋3位元、LSB＋4位元及MSB－4位元都是高的，則第一脈寬週期102之終點為第一脈衝設定為低的一個時間。在第二子群組中之其他未標明之週期則相當於LSB＋3位元、LSB＋4位元及MSB－4位元之其他3個帶位元(on－bit)之組合。
在第二脈寬週期103之第一子群組中，第二脈衝在第二脈寬週期103的起始或LSB＋1(2)時間109或MSB－1(256)時間116或脈寬中央107是可設定為高的。假如LSB(1)位元與MSB(512)兩者都是高的，則第二脈寬週期103的起始是設定為高的。第二脈寬週期103之第二子群組在脈寬中央107或LSB＋2(4)時間110或MSB－3(64)時間114或MSB－2(128)時間115是設定為低的。假如LSB＋2位元、MSB－3位元及MSB－2位元都是高的，則第二脈寬週期103之終點為第二脈衝設定為低的一個時間。在第二子群組中之其他未標明之週期則相當於LSB＋2位元、MSB－3位元及MSB－2位元之其他3個帶位元之組合。
圖1所示之編碼後的位元加權時序位置是經選擇以降低對像素陣列之平均資料速率。但仍有其他許多位元加權時序位置可供安排。
圖2係顯示持續光照顯示系統之列電極時序(row electrode timing)，其中新的像素電極資料是每次更新一列。時序圖200顯示以第一框的第一列時序201、第一框的第二列時序202、第一框的最後列時序203、第二框的第一列時序204及第二框的第二列時序205之順序重覆之時序圖100。第一框的第二列時序202及第二框的第二列時序205係分別地比第一框的第一列時序201及第二框的第一列時序204稍微延遲。這些列相當於像素陣列中的第一列、第二列及最後列。第一框的最後列時序203對第一框的第一列時序201之延遲係稍微延遲的顯示於第一框的第二列時序202之後。
藉隨機列存取的列驅動可使第一框的最後列時序203對框架起點之延遲相當於整個框時。該框時以框週期206顯示。此種延遲可導致第一框的最後列時序實質地與第二框的第一列時序204重疊。這種極端的延遲由框速率言並不可取。
使用固定光照及10位元灰階資料，可使MSB及LSB部之曝光時間差為512到1。此意指在呈現下一個位元脈衝增加資料之前只有非常少的時間可供呈現LSB脈衝的增加。一般而言，此意味仍需要非常高的資料速率或頻寬。這些需求可藉由後述之技術稍微降低。
使用固定光照之非彩色順序系統，可使資料依序提供至陣列像素電極，如圖2所示般地從頂部列至底部列實行掃描。但應知，隨機存取列定址是有助於一降低對顯示器像素陣列之陣列資料速率。
另外，假如像素電路包含二個資料儲存節點，像素資料可同時地呈現於所有之陣列像素電極，即習知之總體更新。在色彩順序操作或振幅變更光照或脈衝光照上，此特點通常是必須的。脈衝或振幅變更光照亦有助於降低對陣列資料頻寬之要求。
儘管光照是典型地固定，但使用一具有很快速的LC回應之脈衝加權光照，則仍可額外的實現顯示控制器及顯示基板之簡單化。圖3之時序圖300係顯示使用脈衝光照之10位元雙脈衝LC驅動方法。顯示框週期301是由第一脈寬週期302、第二脈寬週期303、第一脈衝中斷週期304以及第二脈衝中斷週期305組成。第一脈寬週期302及第二脈寬週期303是各由5資料位元組成，而該5資料位元被解碼成為具有10個同期間時間位置之10資料位元。LSB(1)及LSB＋1(2)資料位元係以資料時間週期308之起點，即第一脈寬中心為基準被解碼成為資料時間週期306、307、308。LSB＋2(4)、LSB＋3(8)及LSB＋4(16)位元係以資料時間週期309之終點，即第一脈寬中心為基準被解碼成為資料時間週期309、310、311、312、313、314、315。MSB－4(32)及MSB－3(64)位元係以資料時間週期318之起點，即第二脈寬中心為基準被解碼成為資料時間週期316、317、318。MSB－2(128)、MSB－1(256)及MSB(512)位元係以資料時間週期319之終點，即第二脈寬中心為基準被解碼成為資料時間週期319、320、321、322、323、324、325。資料時間週期之同等長度降低顯示資料速率。
脈衝光照時序330是由331、332、333及334等4個具有不同脈寬之脈衝群組所組成。光照水平331、332、333及334分別地具有128、32、4及1的相對脈寬。光照水平331以時間計係相當於被解碼成為資料時間週期319、320、321、322、323、324及325之MSB(512)、MSB－1(256)及MSB－2(128)。光照等級332相當於被解碼成為資料時間週期316、317及318之MSB－3(64)及MSB－4(32)。光照水平332延伸到第二脈衝中斷週期305。光照水平333相當於被解碼成為資料時間週期309、310、311、312、313、314及315之LSB＋2(4)、LSB＋3(8)及LSB＋4(16)。光照水平334相當於被解碼成為資料時間週期306、307及308之LSB(1)及LSB＋1(2)。光照水平334延伸到下個框架週期之第一脈衝中斷週期304，未顯示於圖中。
由於在時序圖300中不像時序圖100或200使用時間加權而是使用光照加權，故可在整個框週期將資料位元更加均勻地展開，因此顯著地降低顯示控制器與顯示器間之資料頻寬。每個資料位元是以大約框週期之1/22呈現，其時間較示意圖100中所顯現之LSB位元(框週期之1/1024)更加的長。
在時序圖300中所示之頻寬降低是因其比時序圖100及200要求更快速之LC回應而獲得。在時序圖300中，該回應時間必需少於框週期之1/22。在時序圖100及200中，由於供LC回應之小數框週期時間是顯示控制器與顯示器間之妥協資料頻寬；於是LC回應時間必須遠少於框週期之1/2。
資料解碼及光照計時順序不需要如時序圖300中所示之先後順序。對於2個5位元解碼脈衝之選擇，是有很多不同資料解碼及光照計時以及加權安排之可能。
雖然時序圖300顯示固定或均等歷時的資料時間週期，但資料時間週期306到325，即最不重要的位元資料時間可縮短光照不需要的時間，使最重要位元資料時間週期得有更多的時間。此外，可允許之位元加權光照錯誤是位元重量倒數的約1/2。故較低的位元可使用較少的LC回應時間及較高位階的位元可使用較多的LC回應時間。這些技術可允許有較慢之LC回應。
光照時序330中之脈衝亮度範圍是從128到1。在光照時序330中若使用積分週期從第一脈衝起始端開始之OASLM(光學定址式空間光調變器)，脈衝亮度範圍即可從128：1降低到約25：1。由於OASLM的積分屬性加權於呈現在讀取閥框架週期之早期的資料上，因此減小需要的脈衝亮度範圍。由於OASLM的積分作用，20個光照脈衝各自可有不同的脈寬或振幅。
光照順序330係顯示LSB的光照脈衝期間是較短而MSB的光照脈衝期間是較長。和加權脈衝期間不同，光照的振幅是可以變更的。圖4之時序圖400係顯示使用振幅變更光照之10位元雙脈衝LC驅動方法。顯示框週期401是由第一脈寬週期402、第二脈寬週期403、第一脈衝中斷週期404以及第二脈衝中斷週期405組成。第一脈寬週期402及第二脈寬週期403是各由5資料位元組成，而該5資料位元被解碼成為10位元的資料及10個等期間之時間位置。LSB(1)及LSB＋1(2)資料位元係以資料時間週期408之起點，即第一脈寬中心為基準被解碼成為資料時間週期406、407、408。LSB＋2(4)、LSB＋3(8)及LSB＋4(16)位元係以資料時間週期409之終點，即第一脈寬中心為基準被解碼成為資料時間週期409、410、411、412、413、414、415。MSB－4(32)及MSB－3(64)位元係以資料時間週期418之起點，即第二脈寬中心為基準被解碼成為資料時間週期416、417、418。
MSB－2(128)、MSB－1(256)及MSB(512)位元係以資料時間週期419之終點，即第二脈寬中樞心為基準被解碼成為資料時間週期419、420、421、422、423、424、425。資料時間週期之等長度降低顯示資料頻寬。
脈衝光照時序430是由4個不同光照振幅位準431、432、433及434組成。該等光照位準431、432、433及434分別地具有128、32、4及1的相對振幅。光照位準431相當於被解碼成為資料時間週期419、420、421、422、423、424及425之MSB(512)、MSB－1(256)及MSB－2(128)。光照位準432相當於被解碼成為資料時間週期416、417及418之MSB－3(64)及MSB－4(32)。光照位準432延伸到第二脈衝中斷週期405。光照位準433相當於被解碼成為資料時間週期409、410、411、412、413、414及415之LSB＋2(4)、LSB＋3(8)及LSB＋4(16)。光照位準334相當於被解碼成為資料時間週期406、407及408之LSB(1)及LSB＋1(2)。光照位準434延伸到下個框週期之第一脈衝中斷週期304，未顯示於圖中。
一個使用振幅變更光照的明顯優點為其LC回應時間可不需要像使用脈衝光照般快速。然而，其LC回應時間可能需要較使用固定的光照快速。同時，使用此種驅動方法之陣列資料傳送速率是越低越好。
假如顯示驅動程式係用以經由額外的外部信號同時地關閉陣列上的像素，則位於二個脈寬調變脈衝之間之LC關閉用資料可在解碼過程中被消除。此特點可使陣列上的記憶體及平均資料速率額外的降低10%。
本發明之實施例可適用於其他在開啟時間與關閉時間有差異的顯示裝置，諸如OLEDs(有機發光二極體)或DMDs(數位微型反射鏡元件)。對於印表機系統來說，除顯示外，資料傳送速率及記憶體系統簡單化也是重要的。MPWM在其他應用上也可能是有用的。
如前所述，於此所詳述之方法是特別有用於OASLM之定址。圖5係一種現在使用並詳述於美國臨時專利申請第60/803,747號，發明名稱為“光學定址式灰階累積電荷之空間光調變器”之反射型OASLM 10之示意圖。OASLM 10包括一個光電材料(例如，液晶)層12及一個通常由半導體材料構成之光導層14。此實施例中之半導體材料是由各種其可見波長範圍在400nm－700nm之吸收光材料，(例如非晶矽、非晶矽碳化物、單晶體Bi12 SiO20 、矽、GaAs(砷化鎵)、ZnS(硫化鋅)及CdS(硫化鎘)等)選用。液晶層12與光敏層14是配置於分別支持在基片20與22上之光學透明電極16與18之間。可見輸出光(讀光)是由電介質鏡24反射出去。在傳輸模式中，寫光與讀光兩者皆通過基片20，由於沒有電介質鏡24，因而光敏層14必須吸收寫光並讓讀光通過。
調變成訊框之像素資料及上面已詳述之脈寬週期可作為寫光使用，如此可將調變後之灰階影像寫到OASLM 10，然後由讀光讀出。
圖6顯示在整個系統中使用訊框及脈寬週期之一個更具體實施例的系統圖，該整個系統詳述於美國臨時專利申請第60/803,747號中。此圖為實施數位調變法獲得一種以實質單調灰階回應為特徵之光輸出之OASLM系統600的方塊示意圖。OASLM系統600定義一條寫光路602及一條讀光路604。寫光路602是由一個傳送影像形成光束之路段所構成。UV LED 605提供脈衝化UV寫光束源。此脈衝化UV光束從UV LED 605發射後通過隧道積分器606、中繼透鏡群組608及極化分光器610傳送，以提供均勻直角光照，使其匹配LCOS微顯示裝置612之影像寛高比。p－極化光照通過極化分光器610而s－極化光照則由極化分光器610反射至LCOS裝置612上。控制器614提供光控制信號給UV LED 605。
LCOS裝置612回應控制器614傳送來之影像資料，提供UV寫光圖樣作為原色(RGB)的特選彩色成分。從LCOS裝置612反射回來之調變光照傳回至極化分光器610。P－極化之反射調變光照通過極化分光器610後由影像透鏡640成像，同時從傾斜的分色鏡642反射而入射至OASLM 644上。OASLM 644之型式最好如圖5所示者或與其類似者，亦可為PCT/US2005/018305之圖1－3、4A及4B之所示者。入射於OASLM 644之光電導層上之調變光，會產生橫過其液晶層之電壓。該電壓會產生相當於相聯入射UV寫光光束之累積強度之導向場定位(director field orientation)。控制器614提供電壓信號至OASLM 644使其能夠在與UV寫光之入射關聯之適當時機產生液晶電壓。
讀光路604上設有一個隨機地發射極化白光之弧光燈646。白光通過作為蠅眼小透鏡陣列650與652裝置的一個主要部分之極化轉換器648傳送，之後再通過聚焦透鏡654及線性偏光板656以均勻直角光照形式提供線性偏光，使其匹配讀閥OASLM 644之影像寛高比。傾斜的雙色向面鏡642將白光分光成為特選的原色光成分，然後將其通過場鏡(未顯示於圖中)導至讀閥OASLM 644。依據UV寫光光束定義之影像，將色光成分傳送通過或由位於鄰近讀閥OASLM 644之分析器658吸收，引起對應彩色影像內容之色度調變。色度調變後之光束被導至投影鏡片660而產生彩色影像供投影於顯示螢幕(未顯示於圖中)上。
控制器614依據影像平面資料、從UV LED 605發射之脈衝光時序以及讀閥OASLM 644之類比調變控制，協調LCOS裝置612依影像平面之數位調變，產生具有實質地單調灰階回應之清晰的類比調變輸出光照。在此‘實質地單調’一詞係用以表示有或幾乎有單調灰階回應。在數位驅動方法中，可在查表上使用8位元像素資料以產生10位元資料。額外的2位元資料乃被用來說明各種的非線性，例如液晶的非線性光電性質。舉例而言，8個最重要位元之10個位元資料轉換功能需要單調是視覺上可以接受的。然而，那些10位元像素資料被取得後，如上詳述般的被映射及調變於顯示框中。
在OASLM中，橫過光感受器/液晶配件之電壓在每個框末端附近反轉極性。當發生電壓極性反轉，在液晶上累積的電荷即被中和，從而消除橫過液晶層之先前光感應電壓。因此，液晶電壓之累積在每個框起始點從零重新開始。所以在光感受器上藉電荷之累積而產生之電壓只能影響液晶層，即從其產生時開始到框末端。在框中早期產生之電壓是較那些接近框末端產生之電壓更重且有效地被加權。
現將前所詳述之脈寬/振幅驅動方法結合於OASLM的LC上之積分。內部有調變位元之框結構並不會改變OASLM的LC上之連續積分之位元權重。該框結構的一重要優點為在LCOS/寫閥之光電層上設定上升及下降時間，便可從寫閥獲取更精確的回應。脈寬/振幅驅動框結構並不一定需要和藉框時間加權之位元一起使用；此只是一個特殊的相乘性實施例而己。
圖7顯示框結構方法之概要，該方法是應用每個像素位置及適用於視訊之每個多重連序框或其他數位更新顯示器。在區塊702中，如圖1所示，將第一脈衝中斷週期設於框架中。在第一脈寬週期中為了找出實際的脈衝起始與結束時間，將一組的某些像素位元解碼(前述之例是5個特選位元，將該5個位元調變成一個框之二個脈寬週期之每一個)，然後在區塊704中這些被解碼的位元被調變成同框架之第一脈寬週期，其中第一脈寬週期在時間上是鄰接於第一脈衝中斷週期。在區塊706中第二脈衝中斷週期被設置於第一脈寬週期之附近，而在區塊708中一如在區塊704，該組的其他像素位元被調變成第二脈寬週期。第二脈寬週期終止於框之末端。非常清楚地，資料調變之週期可被移進框中，使框由資料週期間始及由脈衝中斷週期結束。另外，超過二個以上的此種週期(資料週期及脈衝中斷週期)可被設置；為清楚起見在此以2個週期為例說明，但並不以此作為限制。
值得注意的是區塊702及704之脈衝中斷週期不需要藉由將施加於LCOS之電光(LC)層之像素位置的電壓歸零而設定，而是在脈衝中斷週期將該處之電壓降下至剛好低於該電光層的臨界接通電壓之一非零值，使LC層比實際電壓歸零能更高速回應，同時可提供足夠的電壓擺動於LC驅動電子線路中以供適當的操作。
隨後橫過框的二脈寬週期調變該LCOS的像素位置整組的像素資料，及使用同樣調變的光源同步地光照LCOS的電光層之後，在區塊710輸出寫光至該閥的光學回應層(例如OASLM之LC)的像素位置。由於寫光係於位元調變後被輸出，同時LCOS係被光源光照，故區塊710是持續的橫過區塊704與708並非在該等後述兩區塊完成之後分批輸出。然後在區塊712中讀出讀閥(也是持續的橫過框)，同時相當於讀閥的像素位置之顯示螢幕像素展示原在寫閥由像素資料位元調變之灰階回應。OASLM讀閥或微顯示器本身如上述，在框之間反轉極性(短暫地‘被關閉’)，但通常這不在OASLM之LC之典型的回應時間內(OASLM主要顯示平均光水準)。在框內之脈衝中斷週期期間，顯示螢幕保持電壓因此在第一脈寬週期期間達到調變值。因此在單框期間，顯示螢幕被光照而變更灰階度，但是對觀察者來說從一個框轉換到另一個是不明顯的。
如前所詳述，每個框週期之位元可進一步的被分割成為位元群組，其中各個位元群組中的每一個位元，如相同位元群組中之每隔一個位元，皆以相同的脈寬或光照水準調變。這些以虛線箭頭顯示在區塊714與716，且這是一種技術可將範例中的10位元調變為只4個脈寬(圖3)或光照水準(圖4)。再者，如配這些圖所作之詳細說明，在框之一週期的不同位元群組中可能有不同數目之位元(例如2與3)，但是仍然有相同數目之位元(例如5)可被調變成為2個不同的框架週期。如圖1所示，整個框的MSB與LSB兩者可位於框的相同脈寬週期的相同子群組/位元群組內。或亦可如圖3，圖4所示，第一週期之所有位元可較在第二週期之任何位元更為重要。每一個位元可被調變成為框架的時續時間，此時間對所有位元是一定的，即使是使用PWM以致某些調變位元較其他較不重要位元佔據更多的持續時間。
本發明之實施例可藉由例如由控制器614等資料處理器執行的電腦軟體、硬體電路系統、或軟體與硬體電路的組合而實施。進一步關於這點，應知圖7之邏輯流程圖之許多區塊可代表程式步驟，或互相連接的邏輯電路，區塊與功能，或程式步驟及邏輯電路及區塊與功能之組合，以實行所定之任務。
顯然地，這些概括性的教導應解為包含根據此概念之合理的變化，包括依據此處所教示之一般概念依各種不同方法分割框，及分配位元到框的不同分割區之各種方法。在文中已揭露數個變化，但此並非意指本發明之範圍而是對熟悉此項技術的人揭露本發明的概念。這些變化為在框中調變不同數目之灰階位元、在框中脈寬週期之不同分割區、同一個框架中不同長度之脈衝中斷週期、在脈寬週期中不同之加權水準/子群組、及其他未於此處藉由實例詳述但屬於這些教導範圍內之各種變化。因此在不背離本發明精神及下列申請專利範圍界定之範圍內仍可作諸多變更及修飾。
10、644．．．光學定址式空間光調變器
12．．．液晶層
14．．．光導層
16、18．．．電極
20、22．．．基片
24．．．電介質鏡
102、302、402．．．第一脈寬週期
103、303、403．．．第二脈寬週期
104、304、404．．．第一脈衝中斷週期
105、305、405．．．第二脈衝中斷週期
106．．．第一脈寬中心
107．．．第二脈寬中心
108．．．LSB(1)時間
109．．．LSB＋1(2)時間
110．．．LSB＋2(4)時間
111．．．LSB＋3(8)時間
112．．．LSB＋4(16)時間
113．．．MSB－4(32)時間
114．．．MSB－3(64)時間
115．．．MSB－2(128)時間
116．．．MSB－1(256)時間
117．．．MSB(512)時間
201．．．第一框的第一列時序
202．．．第一框的第二列時序
203．．．第一框的最後列時序
204．．．第二框的第一列時序
205．．．第二框的第二列時序
206．．．框架週期
301、401．．．顯示框週期
306~325、406~425．．．資料時間週期
600．．．OASLM系統
602．．．寫光路
604．．．讀光路
605．．．UV LED
606．．．隧道積分器
608．．．中繼透鏡群組
610．．．極化分光器
612．．．LCOS裝置
614．．．控制器
642．．．雙色向面鏡
646．．．弧光燈
648．．．極化轉換器
650．．．蠅眼小透鏡陣列
654．．．聚焦透鏡
656．．．線性偏光板
658．．．分析器
660．．．投影鏡片
圖1係顯示當顯示器的液晶層被關閉電源時，位於框起點且具有脈衝中斷週期於其間之2個脈寬週期之時序圖；圖2係與圖1類似之時序圖，但顯示在第一與第二框中一次上傳一列像素電極資料之時序。
圖3係與圖1類似之時序圖，但額外地顯示藉由脈寬調變之光照脈衝，其被強迫地只用4個獨特的脈寬但卻能達成512：1之灰階。
圖4係與圖3類似之時序圖，但顯示另一個藉由光照水準/振幅而調變之光照脈衝。
圖5係一種先前技術之光學定址式空間光調變器之示意圖，其包括一個光電材料層及一個光感半導體材料層。
圖6係一種光學定址式空間光調變器系統之方塊示意圖，其中實行數位調變獲得一種實質上單調灰階回應為特徵之光輸出。
圖7為本發明方法之實施例之步驟流程圖。

Claims (32)

  1. 一種調變方法，該方法包括：對於一光學寫閥(write valve)的一電光層的複數像素位置以及橫跨複數連續訊框之每一者，執行以下步驟：橫越一訊框的一第一與一第二脈寬週期而調變一組像素資料位元，其中該第一與該第二脈寬週期及其後的訊框(sequential frames)的相鄰脈寬週期係藉一脈衝中斷週期予以互相分離，而該脈衝中斷週期至少與該電光層的一回應時間相等且在該回應時間期間沒有位元被調變；及分別地在每一個訊框內根據該訊框內經調變的像素資料位元而從該複數像素位置之每一者輸出寫光(write light)。
  2. 如請求項1之調變方法，其中調變該組像素資料位元包括：與一光源之光照同步地施加一電壓。
  3. 如請求項2之調變方法，其中與該光源之光照同步地施加該電壓係包括：為每一個像素資料位元施加一電壓至該電光層的一底板上之一像素位置，且當施加該電壓時以該光源光照該像素位置，該光源之光照之時間與振幅之至少一者被調變。
  4. 如請求項3之調變方法，其中施加至該像素位置之該電壓係在該等脈衝中斷週期的期間被調整至低於該電光層的一臨界接通電壓的一值。
  5. 如請求項1之調變方法，其中該回應時間不包括施加至 該電光層的複數脈衝之電壓下降及上升時間之間的任何重疊。
  6. 如請求項1之調變方法，其中該訊框的該第一與該第二脈寬週期之長度不相等。
  7. 如請求項1之調變方法，其中對於每一個訊框，將該組像素資料位元之每一者調變成為該第一與該第二脈寬週期的離散的(discrete)位置，使得：該第一脈寬週期的至少2個離散的位置代表一第一位元加權值；該第一脈寬週期的至少其他2個離散的位置代表小於該第一位元加權值之一第二位元加權值；該第二脈寬週期的至少2個離散的位置代表小於該第二位元加權值之一第三位元加權值；及該第二脈寬週期的至少其他2個離散的位置代表小於該第三位元加權值之一第四位元加權值。
  8. 如請求項1之調變方法，其中對於每一個訊框，該第一與該第二脈寬週期之每一者被分割成為相同持續期間之資料時間週期，在該期間該等像素位元之一者被調變。
  9. 如請求項1之調變方法，其中對於每一個訊框，經調變至該第一脈寬週期之每個像素資料位元相較於經調變至該訊框的該第二脈寬週期之任何像素資料位元皆代表一更重要的位元(a more significant bit)。
  10. 如請求項1之調變方法，其中對於每一個訊框，該組像素資料位元包括一組灰階位元，且該輸出寫光係為一單 調灰階回應。
  11. 如請求項1之調變方法，其中該輸出寫光之步驟進一步包括：導引該輸出寫光至一光學讀閥之一光學回應層，並且藉同時地且總體地更新一顯示螢幕之像素而讀出該光學回應層至該顯示螢幕。
  12. 一種光學寫閥，包括：一電光層；一底板，其界定該電光層的像素位置；一光源，其經配置與該電光層進行光通訊；一控制器，其耦接於一記憶體且經調適以對於每個像素位置且橫跨複數連續訊框之每一者而與該光源之光照同步地施加一電壓，以便橫跨一訊框的一第一與一第二脈寬週期而調變一組像素資料位元，其中該第一與該第二脈寬週期及其後的訊框的相鄰脈衝週期係藉一脈衝中斷週期予以互相分離，該脈衝中斷週期至少與該電光層的一回應時間相等且在該回應時間期間沒有位元被調變，其中該電光層經調適以分別地在每一個訊框內根據該訊框內經調變的像素資料位元而從該複數像素位置之每一者輸出寫光。
  13. 如請求項12之光學寫閥，其中該控制器經調適以與該光源之光照同步地施加該電壓，其係藉由以下步驟達成：對每一個像素資料位元施加一電壓至該電光層的一底板上之一像素位置，且當在施加該電壓時以該光源光照該 像素位置，該光源之光照之時間與振幅之至少一者被調變。
  14. 如請求項13之光學寫閥，其中該控制器經調適以在該脈衝中斷週期的期間將施加於該像素位置之該電壓調整至低於該電光層的一臨界接通電壓的一值。
  15. 如請求項12之光學寫閥，其中該回應時間不包括施加至該電光層的複數脈衝之電壓下降及上升時間之間的任何重疊。
  16. 如請求項12之光學寫閥，其中該訊框的該第一與該第二脈寬週期之長度不相等。
  17. 如請求項12之光學寫閥，其中對於每一個訊框，該組像素資料位元之每一者被調變成為該第一與該第二脈寬週期的離散的位置，使：該第一脈寬週期的至少2個離散的位置代表一第一位元加權值；該第一脈寬週期的至少其他2個離散的位置代表小於該第一位元加權值之一第二位元加權值；該第二脈寬週期的至少2個離散的位置代表小於該第二位元加權值之一第三位元加權值；及該第二脈寬週期的至少其他2個離散的位置代表小於該第三位元加權值之一第四位元加權值。
  18. 如請求項12之光學寫閥，其中對於每一個訊框，將該第一與該第二脈寬週期之每一者分割成為相同持續期間之資料時間週期，在該期間該等像素位元之一者被調變。
  19. 如請求項12之光學寫閥，其中對於每一個訊框，經調變至該第一脈寬週期之每個像素資料位元相較於經調變至該框的該第二脈寬週期之任何像素資料位元皆代表一更重要的位元。
  20. 如請求項12之光學寫閥，其中對於每一個訊框，該組像素資料位元包括一組灰階位元，且該輸出寫光係為一單調灰階回應。
  21. 如請求項12之光學寫閥，進一步包括一光學讀閥之一光學回應層，該光學讀閥與該輸出寫光進行光通訊，以及一光學地耦接於該光學回應層之顯示螢幕，其經調適以同時地且總體地更新該顯示螢幕之像素。
  22. 一種附載於一記憶體上且可被一電腦讀取以實行針對輸出寫光之複數個動作之電腦程式產品，該等動作係針對一光學寫閥的一電光層的複數像素位置及橫跨複數連續訊框之每一者，該等動作包含：橫跨訊框的一第一與一第二脈寬週期而調變一組像素資料位元，其中該第一與該第二脈寬週期及其後的訊框的相鄰脈寬週期係藉由至少相同於該電光層的一回應時間的一脈衝中斷週期而互相分離，在該回應時間期間沒有位元被調變；及分別地在每個訊框中根據該訊框中已調變的像素資料位元，從該複數像素位置之每一者輸出寫光。
  23. 如請求項22之電腦程式產品，其中調變該組像素資料位元包括：與一光源之光照同步地施加一電壓。
  24. 如請求項23之電腦程式產品，其中與該光源之光照同步地施加該電壓係包括：為每一個像素資料位元施加一電壓至該電光層的一底板上之一像素位置，且當施加該電壓時以該光源光照該像素位置，該光源之光照之時間與振幅之至少一者被調變。
  25. 如請求項24之電腦程式產品，其中施加至該像素位置之該電壓係在該等脈衝中斷週期的期間被調整至低於該電光層的一臨界接通電壓的一值。
  26. 如請求項22之電腦程式產品，其中該回應時間不包括施加至該電光層的複數脈衝之電壓下降及上升時間之間的任何重疊。
  27. 如請求項22之電腦程式產品，其中訊框的該第一與該第二脈寬週期之長度不相等。
  28. 如請求項22之電腦程式產品，其中對於每一個訊框，該組像素資料位元之每一者被調變成為該第一與該第二脈寬週期的離散的位置，使：該第一脈寬週期的至少2個離散的位置代表一第一位元加權值；該第一脈寬週期的至少其他2個離散的位置代表小於該第一位元加權值之一第二位元加權值；該第二脈寬週期的至少2個離散的位置代表小於該第二位元加權值之一第三位元加權值；及該第二脈寬週期的至少其他2個離散的位置代表小於該第三位元加權值之一第四位元加權值。
  29. 如請求項22之電腦程式產品，其中對於每一個訊框，該第一與該第二脈寬週期之每一者被分割成為相同持續期間之資料時間週期，在該期間該等像素位元之一者被調變。
  30. 如請求項22之電腦程式產品，其中對於每一個訊框，經調變成該第一脈寬週期之每個像素資料位元相較於經調變成為該框的該第二脈寬週期之任何像素資料位元皆代表一更重要的位元。
  31. 如請求項22之電腦程式產品，其中對於每一個訊框，該組像素資料位元包括一組灰階位元，且該輸出寫光係為一單調灰階回應。
  32. 如請求項22之電腦程式產品，其中該輸出寫光之步驟進一步包括：導引該輸出寫光至一光學讀閥之一光學回應層，並且藉同時地且總體地更新一顯示螢幕之像素而讀出該光學回應層至該顯示螢幕。
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