专利名称：对于动态箔片显示器的环境光适应的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学显示器，例如动态箔片显示器，并具体涉及使用子场驱动这种显示器。
背景技术：
光学显示器是一种每个像素都能独立调制从诸如背光、前光、照明光或者光导之类的光源所发出的光从而产生图像的显示器。
动态箔片显示器(Dynamic Foil Display，DFD)，通常包括具有用作有源板的光导板、无源板和夹在两板之间的活动箔片以及选择装置的显示板。该活动箔片设有透明电极，可向透明电极施加箔片电压。像素通常被设置成矩阵结构，每个像素位于设置在无源板上的水平扫描电极和设置在有源板上的垂直地址电极的交点上。根据在扫描、地址和箔片电极之间的电压设置，可以局部地产生静电力，迫使箔片朝向有源或无源板，导致像素分别被激活或不激活。这样，每个像素或者处于有效、光去耦状态，或者处于无效、光阻挡状态，没有介于中间的状态。如果像素被激活，则使活动箔片局部地同光导板接触，从而光从光导板去耦合，进入箔片中，在该箔片中光被散射到显示器外部，因而产生明亮的像素。像素保持在有效状态下直至其被去激活为止，即断开接触，反之亦然。
当活动箔片局部地与光导接触时，称像素处于ON状态，而当箔片局部地与无源板接触时，称其处于OFF状态。通常，一次一行地寻址显示器。当设计用于这种显示器的寻址方案时，其寻址或扫描一行的时间通常被称为一个时隙。这样，寻址一行中每个象素需要一个时隙。在这个时隙中，有些像素通常被激活处于ON状态，而其他像素仍为OFF状态。当然，时隙的持续时间与被激活像素的数量无关。同样，需要一个时隙来擦除一行，也就是说去激活这些像素。然而，用来擦除的时隙无需与寻址所需的时间具有相同的持续时间。
因为像素限制为处于ON状态或者处于OFF状态，所以不易形成灰度级。因而为了在像素中产生灰度级，将每个图像的帧时间分为一组子场。每个子场包括寻址间隔、有效间隔和擦除间隔，并且每个间隔都有预定的持续时间。如果像素在特定子场内是有效的，则它在激活间隔期间被激活，在有效间隔期间其去耦合光，在去激活间隔期间其被去激活。如果不激活像素，则其在激活间隔期间被去激活，从而在有效间隔期间其不去耦合光。根据有效间隔的持续时间，子场(在被激活时)可能为图像贡献一定量的亮度。通常，一组子场的有效间隔的持续期间有所不同，从而可能提供不同量的光。然而，对于每个子场来说，寻址与擦除间隔是相同的，从而与有效间隔的持续期间无关。
这种构造简单地通过在帧时间内选择以激活不同的子场组合，促进于在帧时间内显示出一大组灰度级。换句话说，通过在一个帧时间内连续地显示所有子场，有些子场是有效的，而有些是无效的，从而控制在一个像素中每帧时间内分离出的光的总时间部分，并且产生灰度级。当仅激活具有最短有效间隔的子场时，获得最暗的灰度级(但不是零)；而当激活所有子场时，获得最亮灰度级。
从WO99/28890可了解普通类型的DFD。
不过，经验证明使用子场来提供灰度级具有某些限制和缺陷。例如，它很难提供在阳光条件下使用的足够亮的图像。此外，当在黑暗环境条件下使用时，可获得的灰度级数量有限，不能提供所期望的图像质量。另外，严重的赝像可能影响图像的质量。所以有必要改进光学显示装置来减轻上述问题。
发明内容
为了实现本发明的目的，已经认识到当操作光学显示器时，在图像的亮度和质量之间必须作出折衷。进一步认识到一个关键的权衡因素是每帧时间被分成的子场的总数量。基本上，当使用少量的子场时，也就是说，当总寻址时间(一帧中所有子场的激活和去激活间隔的总和)小并且在有效间隔内可以将大部分帧时间用来产生光时，能够获得高亮度。不过，如果子场数量少，由于产生严重的运动赝像(动态假轮廓、模糊、双像)和/或有限数量的灰度级，致使图像的质量较差。当采用大量的子场时，能够增大灰度级数量，引入能产生良好图像质量的编码规则。为此，在本领域中，各种各样的编码规则可使用且是公知的。可是，较大部分帧时间用来寻址显示器，而仅有限部分帧时间被用来产生光。因此，最大的可获得亮度将会很低。
通过根据权利要求1所述的光学显示装置和根据权利要求7所述的方法，将大大减轻这些涉及到子场的问题。从属权利要求提供本发明的优选实施例。
因此，根据本发明的第一个方面，提供了一种光电信息显示装置，用来在帧时间内显示图像。该显示装置设置成按照至少两种操作模式中的任何一种工作，其中在第一种操作模式下，每帧时间分成第一数量的子场，而在第二种操作模式下，每帧时间分成第二数量的子场，第二数量大于第一数量。本发明的显示装置还包括用于在操作模式间切换的装置。
为了实现本发明的目的，认识到重要的是控制子场的数量，从而例如在亮度和其他图像质量因素之间寻找恰当平衡。因此，根据权利要求1，本发明提出了动态改变用于每帧时间的子场数量。因此，在装置操作期间可动态地改变子场的数量，而不是必须在装置制造时作出最终的折衷。可手动或自动地在不同操作模式之间进行切换。
根据一个优选实施例，该显示装置包括环境光检测装置，用于进行切换的装置对检测装置的输出作出响应，从而当检测器暴露在明亮的环境条件下时，使显示器工作于第一种操作模式，当检测器暴露在黑暗的环境条件下时，使显示器工作于第二种操作模式。
因此，本实施例根据环境光条件，有助于在不同的操作模式间的自动切换。从而，本发明对于环境光量自动改变子场数量。在明亮的环境下，取得最大的亮度最为重要，在较低灰度值处产生有限的灰度级损耗是可以接受的。可是，在黑暗的环境下，最低的灰度值也是很容易识别的，但会降低最大的亮度。人类的视觉系统已经适应了黑暗的环境，从而优选降低了的最大亮度。
根据另一实施例，可通过用户输入来控制切换的装置。这是有益的，是由于它提供了在不同操作模式之间的手动切换。从而用户能够单独地选择操作模式。也可以例如通过具有在使用时覆盖检测器信号的用户输入装置而将光检测功能与用户控制功能相结合。
根据另一实施例，第二种操作模式下提供的灰度级的数量比第一种操作模式下提供的灰度级的数量大。其优点在于第二种操作模式能够提供更高质量的图像。
根据另一实施例，第一种操作模式采用第一套编码规则，而第二种操作模式采用第二套编码规则。第一套和第二套编码规则彼此不同。因此，可针对例如环境光条件，动态地改变编码规则。其优点在于提供了改善的图像质量。例如，与第一种操作模式相比，当采用第二种操作模式时可减少运动赝像。
根据另一实施例，第一种操作模式提供了比第二操作模式更明亮的图像。其优点在于可在图像亮度和图像质量之间进行折衷。例如，在明亮的环境条件下可使用第一种操作模式以便提供明亮的图像，而使用第二种操作模式以便提供更大数量的灰度级和/或减少的运动赝像。可在装置操作期间动态地改变子场的数量，而非在制造装置时必须做出最终选择。
依照本发明的第二方面，提供了一种在帧时间内用于显示图像的光学显示装置的操作方法，包括以下步骤-从一组至少两种操作模式中选择一种操作模式，该组操作模式包括第一种操作模式，在这种操作模式中，每帧时间分成第一数量的子场；和第二种操作模式，在这种操作模式中每帧时间分成第二数量的子场，第二数量大于第一数量；-切换到选定的操作模式；并且-使用选定的操作模式驱动显示器(显示图像)。
因此本发明的方法对操作模式和每帧时间被分成的子场数量进行动态改变。该方法的优点在于能够对例如变化的驱动条件或用户输入作出响应，而改变操作模式。不同的子场数量有助于使用诸如不同的编码规则、不同数量的灰度级和不同亮度来显示图像。
根据一个实施例，该方法还包括下列步骤-确定环境光级，以及根据所确定的环境光级来执行选择操作模式的步骤。
优选的是，对于高环境光级，选择使用较少子场数量的操作模式；而对于低环境光级，选择使用较多子场数量的操作模式。可利用环境光检测器来确定环境光级，环境光检测器为显示器的驱动电路提供控制信号。其优点在于，可自动进行对于不同环境光级的改变。
根据一个实施例，选择操作模式的步骤取决于图像需要的亮度和图像的灰度级数量之间的折衷。如果大灰度级数量优先，就选择较大数量的子场；反之，如果高亮度优先，就选择较少数量的子场。
因此，本发明最基本的思想在于认识到，为了对不同驱动条件改变光学显示器，可动态改变子场的数量。优选的是，基于诸如在优先图像亮度、优先灰度级数量、优先编码规则等因素之间的折衷进行动态改变。特别地，减少了的子场数量有助于产生较亮的图像，而增加了的子场数量有助于产生增加的灰度级数量和/或提高编码规则的图像质量。
参照下面所述实施例，本发明的这些和其他方面是显而易见的。
图1表示了双稳态DFD像素的三个不同电压区域ON-区域、双稳区域和OFF-区域。
图2表示了典型DFD寻址方案的不同行(x轴)和列(y轴)电极电压电平。
图3、图4和图5表示了不同的DFD寻址方案。
图6表示了有效间隔的持续时间如何取决于子场的数量。
图7表示了闪光灯操作的寻址方案的不同有效间隔。
图8表示了寻址同时显示操作的寻址方案的不同有效间隔。
图9表示了子场的数量和环境光级之间存在的一个可能的关系。
图10所示的方框图表示了本发明的DFD驱动电路。
图11示意地表示了包括用于在操作模式间切换的装置的DFD的实施例。
图12所示的方框图表示了本发明方法的实施例。
具体实施例方式
图11示意地表示了本发明动态箔片显示器1100的实施例。该显示器1100包括用来驱动显示板1101的驱动电路1102、在操作模式间切换的装置1104和用来检测环境光级的检测器1103。切换装置1104与检测器1103和驱动电路1102互连。
动态箔片显示器的驱动依靠双稳性和迟滞性。利用施加给与像素有关的行电极和列电极的电压来寻址像素。施加给电极的电压，可以分成三个不同的区域，使像素处于其ON状态的ON区域，使像素处于其OFF-状态的OFF区域和像素保持当前状态的中间的双稳区域。图1示意表示了可施加给像素的相关电压。x轴对应于行电极电压(Vr)，y轴对应于列电极电压(Vc)，两轴的交点对应于0电压。还示出了箔片电压电平。箔片和各电极之间的电压差决定了箔片电极分别与行和列(有源和无源板)之间的静电力F，这是因为力F分别与电压差(dV)的平方成正比，与两个电极之间的距离d成反比F∝(Vr-Vfoil)2/d(Vc-Vfoil)2/d。力的平衡决定了箔片的位置对于施加给列和行的电压的某些组合，像素将置于ON状态(电压区域105，ON-区域)，也就是说，将迫使箔片与光导接触。在电压区域103，即OFF-区域，取而代之迫使箔片与另一、无源板接触，像素将因此置于OFF-状态。不过，在电压区域104，即双稳区域，电压在箔片上产生的力不足以切换箔片，像素保持在其当前的状态。这些区域间的边界线称为ON曲线101和OFF曲线102。
可根据两个不同的原理来驱动光学显示器。采用所谓的寻址-显示-分离或闪光原理，或者采用所谓的寻址-同时-显示原理。在使用寻址-同时-显示操作模式时，光导总是传送光，从而像素在处于其ON状态时总发射光。图3和图4表示了对于具有8行的显示器的寻址方案。图3表示依据所谓的LSB(最低有效位)的方案进行寻址的行，图4表示了依据所谓的紧凑平滑方案进行寻址的行。正方形301和401分别表示了寻址像素行时的时隙。通过扫描一行中的像素，并将相关的像素(如果有的话)转变到其ON-状态，来寻址该行。正方形302和402分别表示了行有效时，也就是当相关的像素(如果有的话)处于其ON状态时的时隙。正方形303和403分别表示了擦除行时，也就是迫使每个像素处于其OFF状态时的时隙。正方形304和404分别表示了行无效时，也就是每个像素处于其OFF-状态时的时隙。既然光导总是有效的，只要像素置于其ON状态，它就将发光并持续发光，直到它返回到其OFF状态为止。
如果使用寻址-显示-分离或闪光操作模式，光导在寻址间隔期间关闭而只在有效ON间隔期间接通。图5中示出了这种寻址方案，其中正方形501表示了寻址行时的时隙，正方形502表示了行有效时的时隙，正方形503表示了擦除行时的时隙。然而，在OFF间隔504期间光导是关闭的，因此像素不能发光。所以，存在时隙506，这时像素可能处于它的ON状态，可是仍然不发光。只有在ON间隔505期间，当光导接通时，像素才能发光。
现在将参照图2描述用于闪光操作模式的示例性寻址方案。首先，通过向列电极施加箔片电压，擦除所有像素，也就是说使像素处于其OFF状态。之后，每次一行地设置成ON选择电压(Vr(selON))，在该电压时，如果列电压置于Vc(selON)，则像素将切换到光导(也就是切换到ON状态)，当列电压为Vc(selOFF)时，则像素保持在其当前状态(也就是处于OFF状态)。其余的行保持在非选择电压(Vr(unsel))，一旦选择该电压，对应的像素就会保持在其当前状态(也就是处于OFF状态)，与施加给列电极的数据电压无关。因此，通过连续寻址列电极，寻址选定行中的像素，而其余的行不受影响。为了寻址所有像素，对于每行重复这个过程。
由二进制加权子场(BWS)的适当组合形成灰度级，或用具有不同权重的子场以获得改进的(运动)图像质量。将子场组织成一个寻址方案，此方案说明了依照什么顺序用ON或OFF寻址动作来寻址行。在每个寻址时隙，寻址一行而所有其他行保持在“未选择”(在这里它们停留在其当前状态)。在寻址-同时-显示方案中，光导里的光总是持续的，并且ON和OFF寻址对像素的光输出的影响是立即发生的。
图6表示了动态改变子场数量的一般思想。扇区601指擦除间隔、扇区602指寻址间隔、扇区603指有效间隔。序列604表示将一帧时间609分成5个子场并产生一定长度的总有效间隔610。序列605表示了将一帧时间609仅分成4个子场。从而，可以延长其余的有效间隔，导致与序列604相比总有效间隔610延长了间隔607。最后，序列606表示了将帧时间609分成6个子场。这样，有效间隔必须缩短间隔608，使总有效间隔610比对于序列604的情况下的短。
作为第一个例子，本发明可以在500线闪光操作的DFD上实施。这样，认为这种显示器需1.5毫秒(用0.25毫秒擦除，加上500行乘以每行寻址0.25微秒的时间)寻址一个子场。当在20毫秒视频场周期中使用10个子场时，需15毫秒寻址，而只剩下5毫秒产生光。在强环境光下，最低权重的子场与不(或几乎不)可见的亮度作用相应从而可丢弃这个子场而只用9个子场。于是需用13.5毫秒来寻址而用6.5毫秒产生光这样就使亮度增大30％。不过，在黑暗的环境下，优选11甚至12个子场，导致亮度分别降低了30％(3.5毫秒产生光)或60％(2毫秒产生光)，而最小的灰度级和灰度分辨率(步长)也分别降低了大约2或4倍。在图7中示意表示了该例子，其中将一帧时间分别分成3个或4个子场。当把帧时间分成4个帧时间时，则可用2+4+8+16＝30个时隙来产生光。当把帧时间仅分为3个子场时，则可利用的时隙为6+11+22＝39个。当然，可改变单独的有效间隔的持续时间，但它们的时隙的总量总是39个。
作为第二个例子，图8示出本发明可以在具有8行、2个时隙的二进制加权子场和最低加权子场的紧凑平滑寻址显示器上实现。对于4个子场，产生了与在2+4+8+16＝30个时隙期间产生的光相应的峰值亮度。当仅用3个子场时，总的光产生时间增加到8+16+32＝56个时隙，同时对于整个寻址方案而言具有(大约)相同的总时间。
如前所述，利用环境光检测器有助于自动、动态地改变子场的数量。图9表示了子场的数量如何随环境光级而定。图的最左端环境光最暗，而图的最右端环境光最强。曲线901表示了作为环境光级函数的子场数量。在这个具体例子中，在最暗的条件中用13个子场而在最亮的条件中只用9个子场。曲线902表示有效间隔的相对比值，也就是说，它是显示器最大可用亮度的度量。
在图10中，用方框图示意表示了DFD板1007的驱动。这样，通过视频存储器将视频数据1001施加给子场处理单元1003，子场处理单元将该数据转换为子场数据1012，子场数据通过子场存储器1004到达DFD板1007。对视频数据1001和子场数据1012分别进行视频测量1005和子场测量1006，并且将测量值发送给系统控制器1009。根据来自环境光测量1011的环境光级信号，系统控制器控制操作模式，即，所用的子场数量。另外(或者)，操作模式可以取决于控制信号1008，例如控制信号可能是用户输入信号。系统控制器1009向子场处理单元1003发送包含有关所使用的特定子场设置的信息的控制信号，并向DFD板1007发送定时和控制发生信号1010。因而控制信号有助于利用定时和控制发生信号1010来调整子场处理单元1003。通过子场存储单元1004，将这个已调整的子场存储信号施加给DFD板1007。
图12是表示本发明驱动方法实施例的方框图。首先，确定环境光级1201。其次选择操作模式1202(包括子场的数量)。第三，将显示器1203切换到所选择的操作模式。最后，利用选定的操作模式驱动显示器1204。不过，确定环境光级的第一步1201是可选的，也可省略。
本发明可以运用在基于二进制调制的各种类型的子场驱动显示器，特别是1.微机械光学系统，如数字反射镜装置(DMD，DLP)；-IRIDIGM数字纸状显示器；-其他用子场驱动的微机电系统(MEMS)，如光栅光阀显示器。
2.子场驱动的反射或透射LCD。
另外，可以在子场驱动显示器(例如使用脉冲宽度调制方案)上实现本发明，在这种情况下利用子场来寻址每一行，但一次只有一行被激活。
总之，本发明涉及驱动光学显示器，例如动态箔片显示器，并对这种显示器的帧时间分成的子场数量提供动态改变。可根据例如环境光条件和图像质量要求，改变子场的数量。特别地，较少的子场数量(605)有助于产生较亮的图像；反之，较大的子场数量(606)有助于增加灰度级数量和/或减小运动赝像。
权利要求
1.一种光电信息显示装置(1100)，用于在帧时间(609)内显示图像，其特征在于其被设置成按照至少两种操作模式中的任何一种工作，其中在第一种操作模式(605)中，每帧时间分成第一数量的子场，并且在第二种操作模式(606)中，每帧时间分成第二数量的子场，第二种操作模式(606)中子场的数量大于第一种操作模式(605)中子场的数量，并且所述光电信息显示装置(1100)包括用于在第一和第二操作模式之间切换的装置(1104)。
2.根据权利要求1所述的光学显示装置(1100)，还包括环境光检测(1103)装置，其中所述用于切换的装置(1104)对所述检测装置的输出作出响应，当检测器暴露在明亮环境条件时使显示器工作于第一种操作模式，当检测器暴露在黑暗环境条件时使显示器工作于第二种操作模式。
3.根据权利要求1所述的光学显示装置(1100)，其中可通过用户输入来控制所述用于切换的装置(1104)。
4.根据权利要求1所述的光学显示装置(1100)，其中第二种操作模式(606)比第一种操作模式(605)提供更大数量的灰度级。
5.根据权利要求1所述的光学显示装置(1100)，其中在第一种操作模式(605)下采用第一套编码规则，在第二种操作模式(606)下采用第二套编码规则，第一套编码规则与第二套编码规则彼此不同。
6.根据权利要求1所述的光学显示装置(1100)，第一种操作模式(605)比第二种操作模式(606)提供更亮的图像。
7.根据权利要求1所述光学显示装置(1100)，该光学显示装置是动态箔片显示器。
8.一种光学显示装置(1100)的操作方法，该显示装置用于在帧时间(609)期间显示图像，该方法包括以下步骤-从一组至少两种操作模式中选择(1202)一种操作模式，该组操作模式包括第一种操作模式(605)，其中每帧时间分成第一数量的子场，和第二种操作模式(606)，其中每帧时间分成第二数量的子场，第二种操作模式中的子场数量大于第一种操作模式中的子场数量；-切换(1203)到所选择的操作模式，并且-利用选择的操作模式驱动(1204)该显示器。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤-确定(1201)环境光级，并且，其中选择操作模式的步骤取决于所确定的环境光级。
10.根据权利要求8所述的方法，其中根据图像的亮度和图像的灰度级之间的权衡来执行操作模式的选择步骤(1202)。
11.根据权利要求8所述的方法，其中在第一种操作模式(605)中采用第一套编码规则，在第二种操作模式(606)中采用第二套编码规则，第一与第二套编码规则彼此不同。
12.根据权利要求8所述的方法，其中该显示装置(1100)是动态箔片显示器。
全文摘要
本发明涉及驱动光学显示器，例如动态箔片显示器，并对这个显示器的帧时间中分成的子场数量进行动态改变。从而能够根据例如环境光条件(1201)和图像质量要求来选择子场的数量(1202)。特别地，子场的数量较少有助于形成较亮的图像，反之，子场的数量较大有助于增加灰度级数量和/或降低运动赝像。
文档编号G09G3/34GK1732499SQ200380107911
公开日2006年2月8日 申请日期2003年12月4日 优先权日2002年12月30日
发明者R·范沃登伯格 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司