專利名稱：基于子行驅動技術場致發射顯示的低灰度增強方法
技術領域：
本發明涉及顯示器制造技術領域，特別是一種基于子行灰度調制驅動技術的場致 發射顯示系統的低灰度增強方法。
背景技術：
場致發射顯示器(FED)作為一種新型的平板顯示器，其既具有CRT的高畫質特性， 又具有IXD的輕薄低功耗特性，還具有當今時尚流行的POP廣告(pointofpurchase店前廣 告)的大面積等特性，FED還具有高分辨率、高對比度、寬視角、響應速度快，耐高低溫、抗震、 低輻射以及生產成本較低，易于實現數字化顯示等特點，具有廣闊市場應用前景。驅動電路 是FED顯示系統的重要組成部分，在很大程度上決定了 FED顯示器的性能。灰度調制電路 作為FED驅動電路的核心部分，由于目前資料和芯片的缺乏，成為了一個難點。隨著大尺寸高分辨率FED顯示的研發趨勢，目前現有的高壓芯片已經遠遠不能滿 足，因此只能最大限度的利用現有的高壓集成芯片來設計符合FED特性的電路。FED新型集 成灰度調制系統的研制，對不斷發展的高分辨率和高灰階的FED顯示具有很重要的作用。顯示器件的灰度等級是指圖像由黑色到白色之間的亮度層次。灰度等級越多，圖 像從黑到白的層次就越豐富，細節也就越清晰，圖像就越柔和。對于單色和彩色灰度級的實 現，兩者的區別在于彩色灰度級的實現，是將三基色像素各自以單色方式驅動，而后在屏 上合成即可。灰度級s與比特位數n的關系是S = 2n，紅、綠、藍三色各有S級灰度的話， 就能產生S3種顏色，如256級的RGB就可組合成1670萬色的真彩色。灰度在彩色圖像中 是顯示方面的性能指標，對于平板顯示器來說是一個非常重要的指標。由于各種顯示器由 于結構、工作原理的不同，實現灰度顯示的方案也不盡相同。目前，灰度調制主要有以下幾 種方法幅值調制法、空間灰度調制法和時間灰度調制法。目前常用的時間灰度調制法主要 有幀灰度調制法、子場灰度調制法和脈沖寬度調制法。而脈沖寬度灰度調制方法可以很容 易地通過數字電路控制將灰度信息攜帶在列信號脈沖上，是平板顯示器中常用的灰度實現 方案。申請號為200810071631. 7的中國專利公開了一種應用于大屏幕的場致發射顯示 器的圖像灰度調制方法及驅動電路，該專利采用意法半導體公司(STMicroelectronics)開 發的一款PDP專用的低成本、高耐壓數據尋址驅動芯片STV7620，提出一種新型的子行灰度 調制方法即將一行圖像數據按數據位權重劃分出若干子行時間脈沖寬度進行驅動的方法， 在盡量不影響圖像質量的基礎上引入誤差擴散法減少數據的bit位對圖像進行處理，并應 用到25英寸彩色600 X 3 X 800的FED中，突破傳統僅適用于PDP等具有存儲效應一類顯示 器的ADS方法顯示發光時間短、數據緩存器大的局限。但上述FED驅動電路系統中，由于器 件和顯示屏存在響應時間，而且不管是行驅動芯片還是列驅動芯片都有一定的響應時間， 由于行掃描脈沖存在上升沿和下降沿時間，在這段時間內會導致列驅動脈沖的無效(即列 驅動脈沖無法使屏發光)，這種情況會造成圖像信息特別是低灰度圖像信息的丟失，嚴重影 響圖像的顯示效果。
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本發明在基于上述子行灰度調制驅動技術場致發射顯示系統的基礎上，采取調整 子行顯示順序的方法，調整時序，采用了低灰度增強方法，消除了低灰度損失現象，改善了 圖像的顯示質量。
發明內容
為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于子行灰度調制驅動技 術場致發射顯示系統的低灰度增強調制方法，特別是一種可改善彩色視頻圖像顯示質量的 場致發射顯示器的低灰度增強調制方法。本發明采用的技術方案是一種基于子行驅動技術場致發射顯示的低灰度增強方 法，其特征在于在基于子行驅動技術的子行灰度調制法的基礎上對低灰度圖像信息的丟 失采用低灰度增強調制法消除低灰度損失現象，此外通過時間補償的方法對低灰度損失進 行校正，改善了圖像的顯示質量。所述的子行灰度調制法是針對一個行進行操作，根據數據的bit位分成多個子 行，然后將每一位數據按數據位權重進行顯示；每個子行由數據傳輸期與顯示期構成，數據 傳輸期將顯示數據送入移位寄存器，顯示期間將數據鎖存并傳送至高壓輸出，在前一個子 行顯示期間，后一個子行的數據傳輸就可以開始進行；子行灰度調制法的核心是數據傳輸 與顯示同時進行。所述的低灰度增強調制法是針對行掃描脈沖存在的上升沿和下降沿時間導致列 驅動脈沖無效使屏無法發光，造成低灰度圖像數據丟失影響圖像顯示效果，通過調整各子 行的顯示順序，調整時序，消除低灰度信息損失，改善圖像質量。下面將結合附圖對本發明用于實現基于子行驅動技術的FED顯示系統的低灰度 調制增強方法作進一步的詳細說明。
圖1是本發明的基于子行灰度調制驅動技術FED顯示系統的整體電路框圖。圖2是本發明的子行灰度調制驅動顯示原理圖。圖3是本發明的各子行時間分布示意圖。圖4是本發明的降低bit位后的子行分布示意圖。圖5是本發明的考慮脈沖上升沿和下降沿示意圖。圖6是本發明的上升沿和下降沿造成列驅動數據丟失示意圖。圖7是本發明的灰度值相同的兩種調制方法驅動波形示意圖。圖8是本發明的調整子行顯示順序后的示意圖。圖9是本發明的調整子行顯示順序后上升沿和下降沿對子行的影響示意圖。圖10是本發明的數據分割示意。圖11是本發明的數據重組示意圖。圖12是本發明的調整子行順序后對各子行進行傳輸顯示程序流程圖。圖13是本發明的調整子行順序后系統灰度_亮度測試示意圖。圖14是本發明的未調整子行順序系統灰度_亮度測試示意圖。
具體實施例方式基于子行灰度調制驅動技術場致發射顯示系統主要有兩級FPGA和后級高壓驅動 電路組成。如圖1所示，在兩級FPGA中，主FPGA主要完成接收前級視頻信號并進行一些相 應的圖像處理；從FPGA接收主FPGA處理后的數據和控制信號，負責完成復雜的子行灰度調 制。它的主要功能是將主FPGA傳過來數據進行分割和重組，控制數據的輸出方式，產生后 級驅動芯片STV7620所需的控制信號，使之能達到子行灰度調制的目的。因此，算法的關鍵 是對數據進行分配、重組等處理使之能適應后級驅動芯片STV7620的要求。子行灰度調制法是將數據按位輸出，然后根據每一位數據的權重進行顯示。如圖 2所示，子行灰度調制法針對一個行進行操作，即將每一行的數據分成多個子行，每個子行 由數據傳輸期與顯示期構成，數據傳輸期(圖中陰影部分)將顯示數據送入移位寄存器，顯 示期間(圖中白色部分)數據鎖存并傳送至高壓輸出。由于STV7620內部具有輸出鎖存器， 在輸出狀態穩定的同時移位寄存器可以進行下一周期數據的傳送。在第1個子行的顯示期 間，第2個子行的數據傳輸就可以開始進行。子行灰度調制法的核心是數據傳輸與顯示同 時進行，這樣可以最大程度地減少屏幕的不發光時間。如圖3所示，目前FED顯示屏的分辨率為800X3X600，場頻60Hz，因此每一行選 通時間約為27. 7us，為了實現256級灰度，在一行的時間內，如果將數據分8個子行送出，則 每個子行按權重時間之比為1 :2 4 8 16 32 64 :128，因此，最小子行即子行1的時間約 為 100ns，以此類推，8 個子行時間分別為 100ns、200ns、400ns、800ns、l. 6us、3. 2us、6. 4us、 12. 8us。由于STV7620高壓移位鎖存驅動器芯片的寄存器長度是16位，而芯片的最快移位 時鐘是40M，傳輸是按位進行，所以完成一個子行數據傳輸的時間需要400ns，如果像素數 據采用8bit，即將一行的時間分為8個子行，則最小2個子行的顯示時間分別為100ns和 200ns都小于數據傳輸時間400ns，所以如果繼續采用8bit數據進行灰度顯示的話，會使最 小2子行的數據由于傳輸時間的不足而造成低灰階圖像信息的丟失。并且如果低灰度分配 的時間過短(最低灰度100ns)，由于器件和顯示屏存在響應時間會影響圖像低灰度部分的 顯示，這樣也將嚴重影響圖像的顯示質量。如圖4所示，引入誤差擴散法將子行1和子行2作為誤差因素擴散到其他子行， 采用6bit位數進行顯示，在一定程度上改善了低灰階部分數據丟失造成的圖像質量問題， 但是如圖5、圖6所示，由于后級行掃描驅動脈沖存在上升沿和下降沿時間，根據測試，后級 行掃描驅動脈沖相應的上升沿和下降沿時間為300ns。因為FED顯示屏要發光，必須相應 的行、列信號同時有效，在掃描脈沖邊沿這段時間內會導致列驅動脈沖的無效(即列驅動脈 沖無法使屏發光)，造成圖像信息特別是低灰度圖像信息的丟失，將嚴重影響圖像的顯示效 果，因此僅僅靠引入誤差擴散法減少數據比特位數的方法改善圖像質量還遠遠達不到高保 真清晰的視頻圖像。從理想的角度來說(即不考慮輸出脈沖的上升沿和下降沿時間)，PWM調制法和子 行灰度調制法驅動效果是一樣的，因為不管是PWM還是子行灰度調制法，其實質都是在一 行的時間周期內，通過脈沖持續的時間長短來體現圖像的灰度。所不同的只是在時間軸上 出現的位置不一樣。如圖7所示灰度值為110000時，兩種驅動方法的脈沖寬度都占行周 期的3/4。但是事實是不管是行驅動芯片還是列驅動芯片都有一定的響應時間，因此對子行灰度調制法性能以及存在的問題進行分析必須考慮輸出脈沖的上升沿和下降沿時間的影 響。對于因為行掃描脈沖的上升沿和下降沿時間導致的低灰度損失情況，本設計采取 調整子行顯示順序的方法即將6個子行的顯示順序不再按照數據位從低到高進行顯示，如 圖8所示，將權重最高的第5和第6兩子行在行有效周期的開始和結尾進行顯示，將權重最 低的第1和第2子行在行有效周期的中間顯示。圖9所示，這樣調整雖然不能避免整體發光時間的減少，但是由于權重高的第5和 第6子行對應的發光時間分別為6. 4和12. 8us，相比行掃描脈沖的上升沿和下降沿時間長 了很多，因此對整體顯示圖像質量的影響不大，不會造成低灰階圖像信息的損失。
電路實現
首先將輸入的原始數據進行分割，經過誤差擴散處理后，每一個像素的灰度信息是 6bit，一行有800列數據。由于采用的每片STV7620高壓移位鎖存驅動器具有96輸出，因 此，需要9片高壓移位鎖存驅動器。我們采用并行傳輸方式，需要將800列數據分割成9部 分，分別對應一片高壓移位鎖存驅動器，所以數據處理的第一步是分割，下面針對9部分中 的一個部分進行詳細說明，如圖10所示(其中regl—reg6代表6個寄存器，d(i, j) [k]表 示第i組第j個寄存器中存放數據的第k位)，按照位置的相鄰關系每6個字節即每6個像 素編為一組，分別對應該組中regl—reg6的6個寄存器，一個寄存器存放一個像素的6位 bit，其余8個部分按同樣的方法進行分割，在數據穩定時，依次將各字節中的6個數據位寫 入其對應的移位寄存器中。其次進行數據重組，構造兩個移位寄存器組A和B，每個組中都包含6個長度為 6bit的位移寄存器，由于每片STV7620高壓移位鎖存驅動器具有96輸出，因此緩存1中存 96個像素點的數據，共要分成16組，將分割的數據按照圖11所示(其中Ai(j)表示寄存器 組A中第i組第j個寄存器，Bi (j)表示寄存器組B中第i組第j個寄存器，d (i, j) [k]表 示重組前的第i組第j個寄存器中存放數據的第k位)的數據格式進行重組，將每6個相鄰 的輸入數據編為一組，并將這6個字節中相同的位依次提取出來，組成新的6個字節，即將 每一組中的6個寄存器中的最低Obit位重組于各組中的第一個寄存器regl中，每組的次 低lbit位重組于各組中的第2個寄存器reg2中，以此類推，直至每組的最高6bit位重組 于各組中的第6個寄存器reg6中。這樣，每個新字節中的數據就與某個子行相對應。當一 組中的6個字節全部被寫入A組移位寄存器后，下一組的6字節數據將寫入另一 B組移位 寄存器。最后再將這些重組好的字節一次存入緩存，這樣，每顯示一個子行，就只需從緩存 中讀取對應于該子場的那些數據而不用遍歷所有的數據。經過數據分割和數據重組后，通過控制數據輸出可以調整子行灰度顯示的數據。 可以運用有限狀態機的設計方法，來讀取想要的子行數據進行傳輸顯示。具體操作可以設 定一個狀態寄存器分別寄存6個子行對應的6個狀態001、010、011、100、101、110，設定一個 計數寄存器count，寄存各個子行對應的時鐘個數，例如各個子行按照6-4-2-1-3-5的順序 進行傳輸顯示，各個子行對應的顯示時間各為12. 8us、l. 6us、800ns、400ns、l. 2us、2us，各 對應的時鐘周期個數為512、128、32、16、64、256，程序流程圖如圖12所示。對于由屏的響應時間造成的低灰度損失，我們通過時間補償的方法來對低灰度損失進行校正。本設計的場頻是60Hz，分辨率是800X600，所以每一行的選通時間為27. 7us。 本系統采用40M時鐘，因此每行選通時間包含1108個時鐘周期。通過誤差擴散法處理，像 素數據寬度是6位，每個子行所占時間比重為1 :2 4 8 16 :32。最低子行是400ns，因此等 效各子行長度取16，32，64，128，256，512(時鐘周期)。各子行所占有的總時間為1024個時 鐘周期，所以每一行會多出84個時鐘周期，FED屏的響應時間約為2us，等效于80個時鐘周 期。所以時間補償算法的實質是將一行選通時間分為兩部分，一部分是用于正常的灰度顯 示，另一部分是用于補償顯示。驅動電路正常工作后，對FED顯示屏連接后對圖像的灰度進行測試。測試方法是 在固定STV7620的驅動電壓，改變顯示圖片逐級增加灰度值，通過亮度計測量屏的亮度，測 得灰度一亮度曲線如圖13所示。圖14為原系統灰階測試圖，從上面兩圖的對比可以看出，子行灰度調制系統在低 灰階方面，由于采用了低灰度增強算法，消除了低灰度損失現象，且亮度比原來系統的亮度 要高，改善了圖像的顯示質量。以上是本發明的較佳實施例，凡依本發明技術方案所作的改變，所產生的功能作 用未超出本發明技術方案的范圍時，均屬于本發明的保護范圍。
權利要求
一種基于子行驅動技術場致發射顯示的低灰度增強方法，其特征在于在基于子行驅動技術的子行灰度調制法的基礎上對低灰度圖像信息的丟失采用低灰度增強調制法消除低灰度損失現象，此外通過時間補償的方法對低灰度損失進行校正，改善了圖像的顯示質量。
2.根據權利要求1所述的基于子行驅動技術場致發射顯示的低灰度增強方法，其特征 在于子行灰度調制法是針對一個行進行操作，根據數據的bit位分成多個子行，然后將每 一位數據按數據位權重進行顯示；每個子行由數據傳輸期與顯示期構成，數據傳輸期將顯 示數據送入移位寄存器，顯示期間將數據鎖存并傳送至高壓輸出，在前一個子行顯示期間， 后一個子行的數據傳輸就可以開始進行；子行灰度調制法的核心是數據傳輸與顯示同時進 行。
3.根據權利要求1所述的基于子行驅動技術場致發射顯示的低灰度增強方法，其特征 在于低灰度增強調制法是針對行掃描脈沖存在的上升沿和下降沿時間導致列驅動脈沖無 效使屏無法發光，造成低灰度圖像數據丟失影響圖像顯示效果，通過調整各子行的顯示順 序，調整時序，消除低灰度信息損失，改善圖像質量。
4.根據權利要求3所述的基于子行驅動技術場致發射顯示的低灰度增強方法，其特征 在于當子行數是6個時，按照1-2-3-4-5-6的顯示順序進行顯示，由于低子行的顯示時間 短，造成數據丟失，調整6個子行順序按照6-4-2-1-3-5或者6-4-1-2-3-5的順序，可以避 免低灰度信息的丟失，從而達到改善圖像的顯示質量。
5.根據權利要求1所述的基于子行驅動技術場致發射顯示的低灰度增強方法，其特征 在于由于顯示屏存在響應時間造成的低灰度損失，通過時間補償的方法來對低灰度損失 進行校正，改善了圖像的顯示質量。
6.根據權利要求5所述的基于子行驅動技術場致發射顯示的低灰度增強算法，其特征 在于所述的時間補償方法是將一行選通時間分為兩部分，一部分適用于正常的灰度顯示， 另一部分是用于補償顯示。
全文摘要
本發明涉及顯示器制造技術領域，特別是一種基于子行驅動(SRD)灰度調制驅動技術的場致發射顯示系統的低灰度增強方法，其特征在于是在基于子行驅動技術的子行灰度調制法的基礎上對低灰度圖像信息的丟失采用低灰度增強調制法消除低灰度損失現象，此外通過時間補償的方法對低灰度損失進行校正，改善了圖像的顯示質量。
文檔編號G09G3/22GK101800022SQ20101012611
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月17日 優先權日2010年3月17日
發明者于麗麗, 張永愛, 徐勝, 林志賢, 郭太良 申請人:福州大學