专利名称：：有源矩阵有机发光显示器中灰度再现的方法
技术领域：
：本发明涉及一种有源矩阵(activematrix)OLED(有机发光显示器)中灰度再现(rendition)的方法，其中通过关联几个薄膜晶体管(TFT)来控制该显示器的每个单元(cell)。该方法特别是为视频应用开发的，但不是视频应用所独有的。
背景技术：
：有源矩阵OLED或者AM-OLED的结构是众所周知的。其包括-有源矩阵，其包含对于每个单元，与连接于OLED材料的电容器相关的几个TFT;电容器作为存储器组件而存储部分视频帧期间内的值，这个值表示在下一视频帧或视频帧的下一部分期间内要由单元显示的视频信息；TFT作为开关使得能够选择单元、在电容器中存储数据并且通过该单元显示与所存储的数据对应的视频信息；-行或者门驱动器，其逐行选择矩阵的单元以便刷新它们的内容；-数据或者源驱动器，其提供要存储在当前所选4奪的行的每个单元中的数据；这个组件接收用于每个单元的视频信息；以及-数字处理元件，其应用所需要的视频和信号处理步骤并且其将所需要的控制信号提供到行和数据驱动器。实际上，存在两种方式来驱动OLED单元。在第一种方式中，通过数据驱动器将由数字处理元件发送的数字视频信息转换为电流，其幅值与视频信息成比例。将该电流提供给矩阵的合适的单元。在第二种方式中，通过数据驱动器将由数字处理元件发送的数字视频信息转换为电压，其幅值与视频信息成比例。将该电流或电压提供给矩阵的合适的单元。从以上可以推导出行驱动器具有非常简单的功能，因为其仅仅必须逐行地施加选择。其大致为移位寄存器。数据驱动器表示真正的有源部件并且可以被认为是高级数模转换器。以下是采用诸如AM-OLED的结构的视频信息的显示。将输入信号发送到数字处理元件，其在内部处理后，提供用于行选择的时序信号给行驱动器，这与发送给数据驱动器的数据同步。发送给数据驱动器的数据是并行的或串行的。另外，数据驱动器处理由分离的参考信令装置提供的参考信令。该组件在电压驱动电路的情形下提供一组参考电压或者在电流驱动电路的情形下提供一组参考电流。通常最高的参考用于白色而最低的用于最小的灰度级。然后，数据驱动器将与由矩阵的单元要显示的数据对应的电压或电流幅度施加到矩阵的单元。与为单元所选取的驱动概念(电流驱动或电压驱动)无关，通过在帧期间内在单元的电容器中存储模拟值而定义灰度级(grayscalelevel)。单元保持这个值直到随下一帧而来的下一刷新。在这种情形下，视频信息以完全模拟的方式再现并且在整个帧期间内保持稳定。这种灰度再现不同于以脉冲工作的CRT显示器中的灰度再现。图1图示了在CRT和AM-OLED情形下的灰度级再现。图1示出在CRT显示器的情形下(图1的左侧部分)，所选择的像素接收来自光束(beam)并且在屏幕的焚光粉上产生光的峰值的脉沖，该光的峰值依赖于荧光粉的持久性(persistence)而快速地减小。一个帧之后(例如，对50Hz而言20ms之后，对60Hz而言16.67ms之后)产生新的峰值。在这个例子中，在帧N期间显示级LI而在帧N+l期间显示较低的级L2。在AMOLED的情形下(图1的右侧部分)，在整个帧周期期间当前像素的亮度(luminance)是恒定的。在每个帧的开始处更新像素的值。在帧N和N+l期间内也显示视频级L1和L2。如果使用同样的功率管理系统，对于级Ll和L2的照度表面(illuminationsurface)，如图中的阴影部分所示，在CRT设备和AM-OLED设备之间是相等的。所有的幅度以模拟的方式控制。AM-OLED中灰度的再现引入了一些伪像(artifact)。它们中的一个是关于低灰度再现的再现。图2示出了在8比特AM-OLED上两种极端的灰度级的显示。该图示出在通过使用数据信号C,所产生的最小灰度级与通过使用数据信号(3255所产生的最高灰度级(用于显示白色)之间的不同。很明显的是数据信号C!必须比C255小得多。C,应当通常是C255的255分之一。因此，d非常小。然而，这样小的值的存储可能由于系统的惯性而很困难。而且，该值的设定中的误差(漂移)对于最低级而言比对于最高级而言具有对最终的级更大的影响。当显示移动的图像时，AM-OLED出现另一个问题。该问题由于人眼的反射的机制引起的，称之为视运动性眼球震颤(optokineticnystagmus)。这种机制驱动眼睛追随景象中移动的物体以保持视网膜上静止的图像。运动图像胶片是离散的静止的图像带，其产生连续移动的视觉印象。表面上的运动(apparentmovement)、被称为视觉phi现象，依赖于刺激(在此是图像)的持久性。图3图示了显示黑色背景上白色盘移动的情形下眼睛的移动。该盘从帧N到帧N+1向左移动。大脑将盘的移动识别为向左的连续移动并且创建连续移动的视觉感知。不像CRT显示器，AM-OLED中的运动再现与这个现象有矛盾。在图4中图示出当显示图3的帧N和N+1时用CRT和AM-OLED所感知的移动。在CRT显示器的情形下，脉冲显示非常适合于视觉phi现象。实际上，大脑将CRT信息识别为连续的移动没有问题。然而，在AM-OLED图像再现的情形下，物体在跳转到下一帧中的新的位置之前看上去在整个帧期间内保持静止。由大脑来理解这样的移动是非常困难的，这导致了被模糊的图像或者振动的图像(不稳定(judder))。DeutscheThomson-BrandtGmbh名下的国际专利申请WO05/104074公开了一种用于在显示低灰度级和/或当显示移动图像时改进AM-OLED中灰度再现的方法。该构思是将每个帧分为多个子帧(sub-frame),其中信号的幅度可以适配于符合CRT显示器的视觉响应。在该专利申请中，施加到单元的数据信号的幅度在视频帧期间内是可变的。例如，减小该幅度。为此，将视频帧划分为多个子帧SFi并且将一般施加到单元的数据信号转换为多个独立的基本数据信号，在子帧期间将这些基本数据信号的每一个施加到单元。不同子帧的持续时间Di也可以变化。子帧的数量大于2并且依赖于可以在AMOLED中使用的刷新率。与等离子显示面板中的子场(sub-field)的不同在于在该情形下子帧是模拟的(可变的幅度)。图5示出原始视频帧划分成持续时间分别为Dq到Ds的6个子帧SFq到SF5。六个独立的基本数据信号C(SFo)、C(SF,)、C(SF2)、C(SF3)、C(SF4)和C(SF5)用于分别在子帧SFo、SF,、SF2、SF3、SF4和SF5期间显示视频级。每个基本数据信号C(SFi)的幅度是Cb^k或者高于Cmin。Cb^k指明要施加到单元用于禁止(disable)发光的基本数据信号的幅度，而Qnin是表示一信号幅度值的阈值，在该阈值之上，单元的工作被认为是良好的(快速写、良好的稳定性...)。Cbkk低于cmin。在这个图中，基本数据信号的幅度从第一子帧到第六子帧减小。由于基本数据信号是基于参考电压或者参考电流的，因此这种减小可以通过减小用于这些基本信号的参考电压或者电流而执行。
发明内容本发明的目的是提出具有增加的比特深度(bitdepth)的显示设备。通过子帧编码元件将输入图像的视频数据转换为N个子帧数据，然后将每个子帧数据转换为基本数据信号。根据本发明，像素的至少一个子帧数据不同于该像素的视频数据。本发明涉及一种用于在视频帧期间显示输入图像序列的输入图像的设备，该视频帧由N个连续的子帧组成，N^2，该设备包括-有源矩阵，其包括多个发光单元；-编码装置，用于对要显示的输入图像的每个像素的视频数据进行编码并且提供N个子帧数据，每个子帧数据在子帧期间显示；以及-驱动元件，用于逐行选择所述有源矩阵的单元，将由所述编码装置提供的子帧数据逐个子帧地(sub-framebysub-frame)转换成要施加到所选4奪的矩阵单元上的信号。根据本发明，为一像素所生成的N个子帧数据中的至少一个不同于该像素的视频数据。其他特征在所附的从属权利要求中限定。在附图中对本发明的示范性实施例进行图示并且在以下描述中进行更详细地J兌明。图中图1示出在CRT和AM-OLED的情形下帧期间的照度；图2示出用于以典型的方式显示两种极端灰度级而施加到AM-OLED的单元的数据信号；图3图示了在图像序列中移动物体的情形下眼睛的移动；图4图示了在CRT和AM-OLED情形下所感知的图3的移动物体的移动；图5示出了包括6个子帧的视频帧；图6示出了包括4个子帧的简化的视频帧；图7示出了包括提供子帧数据的子帧编码元件的第一显示设备；图8示出了第二显示设备，其中对子帧数据进行运动补偿；7图9图示了图8的显示设备中用于视频帧的不同子帧的内插的图像的生成；图10到图13图示了将输入图像和内插的图像与视频帧的子帧进行相关的不同方式，以及图14图示了图8的显示设备中内插和子帧编码的操作。具体实施例方式为了简化说明书，我们以使用电压驱动系统的由4个模拟子帧SFo到SF3构建的视频帧为例子，这四个模拟子帧具有同样的持续时间DQ=D,=D2差。这意味着，在每个子帧处(每5ms)根据对给定子帧的单元的刷新而更新参考电压。在此所给出的所有值和数量仅仅是例子。通过图6来图示这些假定。在实践中，子帧的数量，它们的尺寸和幅度的差别完全是灵活的并且可以依赖于应用根据每种情形而调整。将在电压驱动系统的情形下解释本发明。在该情形下，在输入视频(输入)和由单元为所述输入视频生成的亮度之间的关系是n的幂，其中n接近于2。在电流驱动系统的情形下，在输入视频(输入)和由单元为所述输入视频生成的亮度之间的关系是线性的。其等效于n-1。因此，在电压驱动系统的情形下，对于这个例子，由单元生成的亮度(输出)(9",+(A)2+*x(0.7x《)2+^x(0.49xX2)2+*x(0.343x义3)2其中X。、A、X2和X3是用于四个子帧SF。、S《、S《和SF3的子帧数据(与视频值相联系的8比特信息)。在电流驱动系统的情形下，亮度是CW+(Z。)+*x(0.7xX1)+^x(0.49xj^)+(x(0.343"3)该系统使得能够处理更多比特，如下面的例子所说明的。*对于^=255、Z,=255、义2=255和义3=255获得最大亮度，这导致输出亮度值CW-丄x(255)2十丄x(0.7x255)2+丄x(0.49x255)2+丄x(0.343x255)24444=30037,47画'"对于X。-0、《=0、义2=0和13=1获得最小亮度(不使用限制(^")，这导致输出亮度值OW=丄x(O)2+丄x(0.7x0)2+丄x(0.49x0)2+丄x(0.343xl)24444使用具有同样最大亮度的、没有模拟子帧(或子场)的标准显示器，最小亮度将等于f丄tx30037.47,其中N表示比特深度。这样，、幻1x30037.47=0.46應'&,-对于8比特模式，最小亮度值是广i、2对于9比特模式，最小亮度值是丄x30037.47=0.1hmto，以及-对于10比特模式，最小亮度值是1U024512.、2x30037.47=0.03聽."这示出了在与同一^见观戮循和天的丁T贝邻时，使用模拟子帧而简单地基于8比特数据驱动器就能够生成增加的比特深度。然而，必须小心地进行视频数据到子帧数据的转换。实际上，在标准系统中(没有模拟子帧或子场)，由于在电压驱动^f式中输入/输出关系遵循二次曲线，因此输入幅度的一半对应输出幅度的四分之一。当使用模拟子场概念时这也必须遵循。换句话说，如果输入视频值是可得到的最大值的一半，输出值必须是用X。^255、Z,=255、义2=255和13=255所获得的四分之一。这不是能够简单地用Z。-128、^=128、X,128和X,128实现的。实际上，0^=丄><(128)2十丄x(0.7x128)2+lx(0.49xl28)2十丄x(0.343x128)24444=7568.38其不是30037.47/4=7509.37。这是由于这样的事实(a+6+c+(i)2"2++c2+d2。结果，使用特定的子帧编码以便输入/输出关系遵循n的幂，n的值依赖于显示器的特征。在输入值128的例子中，子帧数据应当是1。=141、《=114、,2=107和A=94。实际上，Owf^丄x(141)2+ix(0.7xll4)2+丄><(0.49xl07)2十丄x(0.343x94)24、'4、4、4=7509.37其精确地等于30037.47/4。为每个可能的输入4见频级进行这样的优化。通过显示设备内的查找表(LUT)来实现该特定的编码。该LUT的输入的数量依赖于要再现的比特深度。在8比特的情形下，LUT具有255个输入级并且对每个输入级，在LUT中存储四个8比特输出级(每个子帧一个)。在10比特的情形下，LUT具有1024个输入级并且对每个输入级有四个8比特输出(每个子帧一个)。现在，让我们假定我们想要能够再现10比特素材的显示器。在这种情形下，输出级应对应于lx30037.47,其中X是从1到1024以步长1增长的10比特级。下面，你将发现在我们的例子中可以接受的用于再现10比特的编码表的例子。这仅仅是例子并且依赖于显示器的特征可以进一步进行优化。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表1表1示出了基于以上假定的10比特编码的例子。对该编码表的生成可以使用几个选项但最好遵循这些规则中的至少一项-使等待的能量和所显示的能量之间的误差最小化-最重要的子帧(具有最高值Cmax(SFi))的数字值Xi随输入值增长-试图尽可能保持能量&xC隨(W)>Z+1xC画)-如果Xw和xi+1不同于零则试图避免具有x尸o-当视频值改变时试图尽可能减少每个子帧的能量变化图7图示了其中将视频数据编码为子帧数据的显示设备。要显示的图像的输入视频数据是例如3x8比特数据(8比特用于红色，8比特用于绿色，8比特用于蓝色)，首先由标准OLED处理元件20进行处理，其用于例如给视频数据施加去伽马函数(de-gammaflmction)。在该元件中可以进行其他处理操作。为了清楚起见，我们将仅仅考虑一种颜色分量的数据。由处理元件输出的数据是例如10比特数据。这些数据通过子帧编码元件30转换为子帧数据。元件30是例如包括表1的数据的查找表(LUT)或者3个LUT(每种颜色分量一个)。它为每个输入数据提供N个子帧，N是视频帧中的子帧的数量。如果如图6所图示的，视频帧包括4个子帧，则将每个IO比特视频数据转换成如表1所定义的四个8比特子帧数据。每个8比特子帧数据与子帧相关。然后在子帧存储器40中存储每个像素的n个子帧数据，将存储器中的特定区域分配给每个子帧。优选的，子帧存储器能够存储用于两个图^^的子帧^:据。在存储器中可以写一个图像的数据同时读另一个图像的数据。然后逐子帧地读出子帧数据并且将其发送到子帧驱动元件50。该元件控制有源矩阵10的行驱动器U和数据驱动器12,并且将子帧数据发送给数据驱动器12。数据驱动器12基于参考电压或电流将子帧数据转换成子帧信号。在表2中给出了基于参考信号将子帧数据Xj转换成子帧信号的例子子帧数据Xi基于参考电压的子帧信号0V71V7+(V6-V7)x9/11752V7+(V6-V7)x32/11753V7+(V6-V7)x76/11754V7+(V6-V7)x141/11755V7+(V6-V7)x224/U756V7+(V6-V7)x321/11757V7+(V6-V7)x425/11758V7+(V6-V7)x529/11759V7+(V6-V7)x630/117510V7+(V6-V7)x727/117511V7+(V6-V7)x820/117512V7+(V6-V7)x，117513V7+(V6-V7)x998/117514V7+(V6-V7)x薩/117515V616V6+(V5-V6)x8,9717V6+(V5-V6)xl73/簡18V6+(V5-V6)x250/109719V6+(V5-V6)x320/109720V6+(V5-V6)x386簡721V6+(V5-V6)x451膽71222V6+(V5-V6)x517/1097250Vl+(V0-Vl)x2278/3029251Vl+(V0-Vl)x2411/3029252Vl+(V0-Vl)x2549/3029253Vl+(V0-Vl)x2694/3029254Vl+(V0-Vl)x2851/3029255VO表2然后通过数据驱动器12将这些子帧信号转换成电压或电流信号以施加到由行驱动器11所选择的有源矩阵10的单元。在参考信令元件13中定义将由数据驱动器12所使用的参考电压或电流。在电压驱动设备的情形下，元件13提供参考电压，而在电流驱动设备的情形下，其^t是供参考电流。通过表3给出参考电压的例子参考电压电压(伏特)vo3VI2.6V22.2V31.4V40.6V50.3V60.16V70表3图6所图示的从第一子帧SFo到第四子帧SF3的子帧数据的最大幅度的降低是通过以下获得与用于子帧SFw的那些参考电压的幅度相比较，降低用于子帧SFj的参考电压的幅度。例如，在参考信令元件13中定义四组参考电压S1、S2、S3和S4，并且在视频帧的每个子帧处改变由数据驱动器12所使用的参考电压组。由子帧驱动元件50来控制参考电压组的改变。优选的，对在子帧存储器中所存储的子帧数据进行运动补偿以减少伪像13(运动模糊、假轮廓等等)。因此通过图8图示了第二显示设备，其中对子帧数据进行了运动补偿。除了图7的元件之外，它还包括放置在OLED处理元件20之前的运动估算器60,连接到运动估算器的图^象存储器70，其用于存储至少一个图像，以及放置在OLED处理元件20和子帧编码元件30之间的图像内插元件21。该原理是将每个输入图像转换为图像的序列，每一个图像对应于视频帧的给定子帧的时间周期。在该情形下(4个子帧)，通过图像内插元件21将每个输入图像转换为4个图像，例如第一个是原始的图像而其他三个是从输入图像以及运动矢量借助于本领域的技术人员众所周知的手段内插的。图9示出了50Hz的对进行了运动补偿的子帧数据的一种基本原理。在这个例子中，对于给定的像素，通过运动估算器60计算在第一输入图像(帧T)和第二输入图像(帧T+1)之间的运动矢量。在这个矢量上，内插了三个新的像素表示在中间的时间周期处给定像素的中间的视频级。以这种方式可以生成三个内插的图像。然后输入图像和内插的图像用于确定子帧数据。输入图像用于生成子帧数据Xo，第一内插的图像用于生成子帧数据X,,第二内插的图像用于生成子帧数据X2而第三内插的输入图像用于生成子帧数据X3。可以在不同于子帧SF0的子帧期间显示输入图像。有利地，输入图像对应于最亮的子帧(即，具有最高持续时间和/或最高最大幅度的子帧)。实际上，通常内插的图像遭受与所选择的上转换(up-conversion)算法相联系的伪像。没有伪像的上转换是不太可能的。因此，通过对亮度差一些的子帧使用内插的图像以减'J、这样的伪像则是很重要的。图10到13图示了将输入图像与内插的图像关联到视频帧的子帧的不同的可能性。该输入总是关联到最亮的子帧。图14图示了内插和子帧编码操作。该输入图像是由OLED处理元件20输出的10比特图像。将这个10比特输入图像转换为n个10比特内插的图像(或子图像)，其中n表示子帧的数量。在当前的情形下，将输入图像转换为4个子图像，第一个是输入图像而三个是内插的图像。将每个子图像发送到分离的编码查找表LUTi,其为每个子图像提供适当的子帧数据Xi。每个编码LUTj对应于表1的列Xj。在当前的情形下，LUTo用于第一子图像(输入图像)并且提供子帧数据Xo(与子帧SFo关联)，LUT!用于第二子图像(第一内插的图像)并且提供子帧数据X！(与子帧SF,关联)，LUT2用于第三子图14像(第二内插的图像)并且提供子帧数据X2(与子帧SF2关联)，以及LUT3用于第四子图像(第三内插的图像)并且提供子帧数据X3(与子帧SF3关联)。将由多个LUT提供的子帧数据以8比特编码并且每个LUT提供用于三种颜色分量的数据。1权利要求1.一种用于在视频帧期间显示输入图像序列的输入图像的设备，该视频帧由N个连续的子帧组成，N≥2，该设备包括-有源矩阵(10)，其包括多个发光单元；-编码装置(30、40)，用于对要显示的输入图像的每个像素的视频数据进行编码并且提供N个子帧数据，在子帧期间显示每个子帧数据；以及-驱动元件(50、11、12、13)，用于逐行选择所述有源矩阵(10)的单元，将由所述编码装置提供的子帧数据逐个子帧地转换成要施加到所选择的矩阵单元上的信号。其特征在于，为一像素所生成的N个子帧数据中的至少一个不同于该像素的视频数据。2.根据权利要求l的设备，其中，为n比特视频数据生成的子帧数据是k比特数据，k<n。3.根据前述任一项权利要求的设备，其中，编码装置(30)包括至少一个查找表，用于将每个像素的视频数据编码为N个子帧数据；以及子帧存储器(40)，用于存储所述子帧数据。4.根据权利要求3的设备，其中，驱动元件包括-行驱动器(11),用于逐行选择有源矩阵(10)的单元，-子帧驱动元件(50)，用于逐个子帧地读出在子帧存储器中存储的子帧数据并且控制行驱动器(11)，以及-数据驱动器(12),用于将由子帧驱动元件(50)读出的子帧数据转换为子帧信号，并且将所述子帧信号施加到由行驱动器(11)选择的矩阵单元。5.根据权利要求4的设备，其中，驱动元件还包括参考信令元件(13),其向数据驱动器(12)提供要施加到单元的子帧信号所基于的参考信号。6.根据权利要求5的设备，其中，在视频帧内的每个子帧处改变参考信7.根据权利要求6的设备，其中，在视频帧内从第一子帧到最后的子帧减小参考信号。8.根据权利要求6的设备，其中，在视频帧内从第一子帧到最后的子帧增加参考信号。9.才艮据权利要求6的设备，其中，在视频帧内，从第一子帧到中间的子帧增加参考信号而从所述中间的子帧到最后的子帧减小参考信号，所述中间的子帧不同于第一子帧和最后的子帧。10.根据权利要求6的设备，其中，在视频帧内，从第一子帧到中间的子帧减小参考信号而从所述中间的子帧到最后的子帧增加参考信号，所述中间的子帧不同于第一子帧和最后的子帧。11.根据权利要求1到10的任一项的设备，其中该设备还包括-运动估算器(60)，用于为在当前视频帧期间内要显示的输入图像的每个像素计算运动矢量，所述运动矢量表示在当前视频帧和下一视频帧之间所述像素的运动，-内插元件(80),用于基于为每个输入图像计算的运动矢量为该输入图像计算N-1个内插的图像，以及其中由编码装置(40)将所述输入图像和内插的图像的每个像素的视频数据编码为N个子帧数据，每个子帧数据是从所述输入图像和内插的图像中的一个所导出的。全文摘要本发明涉及一种用于在视频帧期间显示输入图像序列的输入图像的设备，该视频帧由N个连续的子帧组成，N≥2，该设备包括有源矩阵(10)，其包括多个发光单元；编码装置(30、40)，用于对要显示的输入图像的每个像素的视频数据进行编码并且提供N个子帧数据，每个子帧数据在子帧期间显示；驱动元件(50、11、12、13)，用于逐行选择所述有源矩阵(10)的单元并且将由所述编码装置提供的子帧数据逐个子帧地转换成要施加到所选择的矩阵单元上的信号。根据本发明，为一像素所生成的N个子帧数据中的至少一个不同于该像素的视频数据。文档编号G09G3/32GK101484929SQ200780024940公开日2009年7月15日申请日期2007年6月26日优先权日2006年6月30日发明者卡洛斯·科雷亚,塞巴斯蒂安·韦特布鲁克,锡德里克·西鲍尔特申请人:汤姆森特许公司