模拟和数字混合驱动显示单元显示的方法、系统及驱动电路与流程

本发明涉及显示单元显示的方法、系统及驱动电路，具体涉及模拟和数字混合驱动显示单元显示的方法、系统及驱动电路。

背景技术：

传统的led、qled、oled、micro-led和micro-oled等主动显示设备，通常都是通过模拟的驱动方式，比如电压驱动或电流驱动实现对子像素的显示驱动。为了实现高灰阶、高对比度、高动态范围的图像显示，传统的驱动方式就要求驱动芯片必须在较小的驱动电压或驱动电流范围内，通过高精度的数模转换器切分出256级甚至更高的显示灰阶。这对驱动芯片、制造工艺和材料都提出了很高的要求，也直接影响了产品的良品率。同时，传统的使用电压驱动或电流驱动的模拟驱动方式，每个子像素的发光时间相同，即使是较低灰度的子像素也需要维持几乎一帧的发光时间，这大大增加了低灰阶图像的灰阶控制的难度，也造成了功耗的浪费，不利于led、oled、qled和micro-oled等主动发光显示器件或设备的功耗控制。

为此，期望寻求一种技术方案，以至少减轻上述问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种模拟和数字混合驱动显示单元显示的方法、系统及驱动电路，其能降低功耗，降低驱动芯片设计要求的同时，显著提高图像的灰阶、色阶表现能力，实现高对比度、高动态范围显示。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。

一种模拟和数字混合驱动显示单元显示的方法，所述显示单元为主动发光显示器件或设备的一个子像素、一个像素、一行像素、由任意多个像素组成的显示区域或所有像素，该方法包括：

模拟驱动量控制显示单元的发光亮度；

在该发光亮度下，数字驱动量控制该显示单元的发光时间。

在所述模拟驱动量和数字驱动量控制所述显示单元发光之前，还包括：

确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式。

所述确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式包括：

通过图像分析算法分析得到在一帧图像中的所有显示单元的亮度特性；

根据设计或测试得到的该显示单元的发光特性，确定该显示单元的至少一个亮度阈值；

根据所得到的亮度特性及所确定的亮度阈值确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式。

所述亮度特性为平均亮度特性、最高亮度特性、最低亮度特性或亮度分布特性其中一种。

根据所得到的亮度特性及所确定的亮度阈值确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式的具体方法为：

当该显示单元的亮度特性大于该显示单元的亮度阈值时，增大控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且减少控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间，或者减小控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且增大控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间；

或者，当该显示单元的亮度特性小于或等于该显示单元的亮度阈值时，减小控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且增大控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间，或者增大控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且减小控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间。

一种模拟和数字混合驱动显示单元的显示系统，所述显示单元为主动发光显示器件或设备的一个子像素、一个像素、一行像素、由任意多个像素组成的显示区域或所有像素，该系统包括：

模拟驱动单元，用于输出控制该显示单元的发光亮度的模拟驱动量；

数字驱动单元，用于输出在该发光亮度下控制该显示单元的发光时间的数字驱动量。

还包括图像数据分析处理单元，该图像数据分析处理单元用于在所述模拟驱动单元和数字驱动单元控制所述显示单元发光之前，确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式。

所述确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式包括：

通过图像分析算法分析得到在一帧图像中的所有显示单元的亮度特性；

根据设计或测试得到的该显示单元的发光特性，确定该显示单元的至少一个亮度阈值；

根据所得到的亮度特性及所确定的亮度阈值确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式。

所述亮度特性为平均亮度特性、最高亮度特性、最低亮度特性或亮度分布特性其中一种。

根据所得到的亮度特性及所确定的亮度阈值确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式的具体方法为：

当该显示单元的亮度特性大于该显示单元的亮度阈值时，增大控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且减少控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间，或者减小控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且增大控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间；

或者，当该显示单元的亮度特性小于或等于该显示单元的亮度阈值时，减小控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且增大控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间，或者增大控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且减小控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间。

一种模拟和数字混合驱动的驱动电路，包括：

驱动晶体管，其栅极用于输入数字驱动量，其漏极与显示单元的阳极电气连接，该显示单元的阴极与公共电压电气连接；

第一开关单元，其第一端用于输入模拟驱动量，其第二端用于输入扫描信号；

第二开关单元，其第一端与所述驱动晶体管的源极电气连接，其第二端与所述第一开关单元的第三端电气连接，其第三端与工作电压正极电气连接；

其中，第一开关单元的第二端控制第一开关单元的第一、三端连通或断开；第二开关单元的第二端控制第二开关单元的第一、三端连通或断开。

还包括跨接于所述第一开关单元的第三端与公共接地之间的电容。

本发明具有下述有益技术效果。

本发明利用模拟驱动量控制显示单元的发光亮度；同时，在该发光亮度下，利用数字驱动量控制显示单元的发光时间。通过发光亮度和发光时间的组合对显示单元发光进行控制，实现更丰富的灰阶和色彩，既解决了高频率数字驱动方式的拖尾问题，又解决了dac性能对高解析度模拟驱动的限制，显著提高图像的灰阶、色阶表现能力，实现高对比度、高动态范围显示，同时降低系统功耗及驱动芯片设计要求。

附图说明

图1为现有的一种oled模拟驱动电路。

图2为oled模拟驱动中电压/电流与灰度的对应关系示意图。

图3为oled模拟驱动与数模混合驱动中发光控制的比较示意图。

图4为本发明的一种模拟与数字混合驱动的驱动电路结构示意图。

图5为本发明的一种模拟和数字混合驱动显示单元显示的系统架构示意图。

图6为本发明中对任意一个oled子像素的混合驱动示意图。

图7为本发明中对任意一个oled像素单元的混合驱动示意图。

图8为本发明中对任意一行oled像素单元的混合驱动示意图。

图9为本发明中对由任意多个像素组成的显示区域的混合驱动示意图。

图10为本发明中对所有像素的混合驱动示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

除非特别说明，本文中术语“第一”、“第二”、“第三”不代表顺序，也不代表与之搭配的术语的重要性。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。

本发明可以适用于led、oled、qled、micro-led和micro-oled等主动发光显示器件或设备。

本发明中，oled等主动发光显示器件或设备由若干像素构成，每个像素又包含几个子像素。根据子像素的类别，可以将主动发光显示器件或设备分为rgb系统和rgbw系统，rgb系统的每个像素包含1个红色子像素、1个绿色子像素和1个蓝色子像素。近年来出现的rgbw系统则包含1个红色子像素、1个绿色子像素、1个蓝色子像素和1个白色子像素。

比如，oled是有机电致发光显示器件，驱动电路向oled子像素输入一个特定的电压或电流，经过oled子像素的补偿电路后，电流流经发光材料，oled子像素被点亮开始发光，如图1，为典型的2t1c结构的oled驱动电路。传统的oled显示驱动方式是向oled子像素施加电压或电流的模拟激励信号，如图1中的s101。通过控制输入到子像素的电压或电流模拟信号的强度，实现对oled子像素发光亮度的控制，如图2中的s201。在传统的模拟信号驱动方式中，每个oled子像素的点亮时间相同，如图3中的s301。

为了实现高灰阶、高对比度、高动态范围的图像显示，传统的驱动方式就要求驱动芯片必须在较小的驱动电压或驱动电流范围内，通过高精度的数模转换器切分出256级甚至更高的显示灰阶。这对驱动芯片、制造工艺和材料都提出了很高的要求，也直接影响产品的良品率。同时，传统的使用电压驱动或电流驱动的模拟驱动方式，比如，驱动oled子像素发光，每个oled子像素的发光时间相同，即使是较低灰度的oled子像素也需要维持几乎一帧的发光时间，这大大增加低灰阶图像的灰阶控制的难度，也造成功耗的浪费，不利于oled、qled和micro-oled等主动发光显示器件或设备的功耗控制。

本发明中，显示单元可以是led、oled、qled、micro-led和micro-oled等主动发光显示器件或设备的一个子像素、一个像素、一行像素、由任意多个像素组成的显示区域或所有像素。比如，显示单元可以为一个led子像素、一个oled子像素、一个qled子像素或一个micro-oled子像素，显示单元也可以为一行led子像素、一行oled像素、一行qled像素或一行micro-oled像素，等等，其他情况以此类推。

为改进传统驱动方式的不足，本发明提出后文技术方案。

本发明提出一种模拟和数字混合驱动显示单元显示的方法，该方法包括：模拟驱动量控制显示单元的发光亮度；在该发光亮度下，数字驱动量控制该显示单元的发光时间。

传统的led、oled、qled、micro-led和micro-oled等主动发光显示器件或设备驱动方法使用模拟驱动方式，比如电压驱动或电流驱动，通过控制电压或电流等模拟驱动量的强度，实现对显示单元的发光亮度的控制，从而实现不同的显示灰阶和色彩，如图2所示。在这种驱动方式下，led、oled、qled、micro-oled等主动发光显示器件或设备的每个显示单元的点亮时间相同，如图3中s301所示。本发明在现有显示单元的结构和驱动方式的基础上，通过引入数字驱动方式，如图4所示，在模拟驱动量所控制的显示单元l的发光亮度下，利用数字驱动量控制该显示单元的发光时间，使显示单元可以显示更多的灰阶，同时降低模拟驱动ic的设计难度。可见，本发明通过发光亮度和发光时间的组合，实现更丰富的灰阶和色彩，同时降低系统功耗及模拟驱动ic的设计难度。

数字驱动方式的原理是相同光辐射强度在人眼视网膜上的辐射强度与作用时间t的积分效应，使人眼产生亮度差异，形成不同的灰阶和色彩。

式(1)中，ψ(t)表示瞬时发光亮度。

数字驱动方式的实现，是在某一个确定的模拟驱动量的条件下，通过控制每个显示单元比如每个oled子像素或每行oled子像素的点亮时间，通过相同光辐射强度在人眼视网膜上的辐射强度与作用时间t的积分效应，以在相同的模拟驱动量下，实现不同显示单元之间的显示灰度。这时每个显示单元的瞬间发光亮度是相同的，因为点亮时间的不同，而产生亮度差异实现显示灰阶，如图3中s302、s303、s304所示。

可见，本发明采用模拟驱动和数字驱动混合方式控制显示单元发光，即通过模拟驱动量，如电流驱动或电压驱动，控制显示单元的亮度，以及通过数字驱动量，如pwm信号，控制显示单元的点亮时间。比如，对一个oled子像素(如图6中的s401)、一个oled像素(如图7中的s501)、一行oled像素(如图8中的s601)、由任意多个oled像素组成的显示区域(如图9中的s701)或所有oled像素(如图10中的s801)采用模拟驱动与数字驱动相混合的方式进行驱动，实现对一帧图像中的一个子像素、一个像素、一行像素、由任意多个像素组成的显示区域或所有像素的灰阶和色彩的精确控制，从而实现高对比度和高动态范围显示。

比如，模拟驱动方式下，划分出n个色阶，分别是a(0)、a(1)、a(2)……a(n)。数字驱动方式下，划分出m个色阶，分别是d(0)、d(1)、d(2)……d(m)。那么理论上每个显示单元的色阶g为：

g＝a(x)×d(y)，0≤x≤n，0≤y≤m，且x,y∈n；

考虑重复的灰阶，则模拟驱动与数字驱动可以覆盖的总灰阶数其中，表示排列数计算。

对于素数灰阶，不能直接模拟驱动和一次数字驱动实现，可以通过两次甚至多次数字驱动实现。比如，59灰阶(记为g59)的实现可以采用：g59＝g58+g1或g59＝g56+g3。首先在第一次点亮时实现58灰阶，然后二次点亮实现1灰阶，通过人眼积分效应实现等效于59灰阶的亮度，如图3中s304所示。

在模拟和数字混合驱动的显示系统中，对模拟驱动量和数字驱动量的选择至关重要。实际应用中，比如，可以设计一个专用的图像数据分析处理单元对图像数据进行分析处理，如图5所示。比如，在模拟驱动量和数字驱动量控制显示单元发光之前，确定控制该显示单元发光的模拟驱动量和数字驱动量的组合方式。

确定控制该显示单元发光的模拟驱动量和数字驱动量的组合方式包括：通过图像分析算法分析得到在一帧图像中的所有显示单元的亮度特性。该显示单元可以诸如该帧图像中的一个子像素、一个像素单元、一行像素、由任意多个像素组成的显示区域或所有像素。再根据设计或测试得到的该显示单元的发光特性，确定该显示单元的至少一个亮度阈值。然后根据所得到的亮度特性及所确定的亮度阈值确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式，以实现较佳的显示效果。

本发明中，亮度特性为平均亮度特性、最高亮度特性、最低亮度特性或亮度分布特性其中一种。

后文以亮度特性为平均亮度特性为例对如何确定控制该显示单元发光的模拟驱动量和数字驱动量的组合方式进行说明。

首先对每一帧图像中所有显示单元的亮度进行平均亮度统计，

apl为平均亮度，n为视频总行数，为视频总列数，pi,j为图像中第i行、第j列显示单元，比如前述oled子像素。

然后根据apl的不同取值，以及根据设计或测试得到的显示单元的发光特性而确定一个或多个平均亮度阈值，选取不同的模拟驱动量与数字驱动量的组合方式。关于数字驱动量与模拟驱动量的组合方式，为了更好的显示效果，每一帧图像都可以采用不同的组合方式。采用不同组合方式的依据是对这一帧图像中该显示单元的平均亮度的统计apl。

aplth为平均亮度阈值，由图像处理算法和发光显示器件或设备比如oled生产工艺等因素决定，在实践中aplth的取值需要根据样品测试结果确认，aplth可以是一个或多个。例如，可以根据显示屏的物理特性(每种屏/没批次的屏可能都不一样)确定一个或多个平均亮度阈值，当统计得到的这一帧图像的平均亮度落在不同的平均亮度阈值区间，可以采用对应的数字驱动量和模拟驱动量的组合方式。在不同的显示屏中，aplth的取值可以是一个或多个，对应两种或多种模拟驱动与数字驱动的组合方式。

例如，当取一个aplth时，模拟驱动量与数字驱动量的组合方式为：

其中，表示当平均亮度小于或等于aplth时，对每个显示单元的模拟驱动函数，用较小的模拟驱动电流或电压驱动。

ρ0(pi,j)表示当平均亮度小于或等于aplth时，对每个显示单元的数字驱动函数，增加数字驱动的开关次数和/或时间，使之能更好的表现低灰阶图像。

表示当平均亮度大于aplth时，对每个显示单元的模拟驱动函数，用较大的模拟驱动电流或电压驱动。

ρ1(pi,j)表示当平均亮度大于aplth时，对每个显示单元的数字驱动函数，减少数字驱动的开关次数和/或时间。

例如，当该显示单元的平均亮度大于该显示单元的aplth时，增大控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且减少控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间，或者减小控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且增大控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间。当该显示单元的平均亮度小于或等于该显示单元的aplth时，减小控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且增大控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间，或者增大控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且减小控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间。减小所述模拟驱动量，且增大数字驱动量的开关次数和/或时间，与增大所述模拟驱动量，且减小数字驱动量的开关次数和/或时间之间的区别在于数字驱动量和模拟驱动量组合方式中的比重不同。比如实现一个显示亮度100，组合1：模拟30，数字70；组合2：模拟70，数字30。本发明的核心是将现有单一的数字驱动或模拟驱动，变成数字驱动与模拟驱动的组合，克服了单一驱动方式的各种弊端。

本发明通过上述方法，实现了对led、oled、qled、micro-led和micro-oled等主动发光显示器件或设备的一个子像素、一个像素、一行像素、由任意多个像素组成的显示区域或所有像素的灰阶和色彩的精确控制，在简化led、oled、qled、micro-oled等主动发光显示器件或设备模拟驱动电路的同时，实现低功耗和高对比度、高动态范围显示效果。

图5为本发明的一种模拟和数字混合驱动显示单元显示的系统架构示意图。本发明的一种模拟和数字混合驱动显示单元显示的系统包括图像数据分析处理单元1、模拟驱动单元2及数字驱动单元3。

模拟驱动单元2用于输出控制该显示单元的发光亮度的模拟驱动量。

数字驱动单元3用于输出在该发光亮度下控制该显示单元的发光时间的数字驱动量。

图像数据分析处理单元1用于在模拟驱动单元2和数字驱动单元3控制显示单元发光之前，确定控制该显示单元发光的模拟驱动量和数字驱动量的组合方式。

在一些实施例中，确定控制该显示单元发光的模拟驱动量和数字驱动量的组合方式包括：

确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式。

在一些实施例中，确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式包括：

通过图像分析算法分析得到在一帧图像中的所有显示单元的亮度特性；

根据设计或测试得到的该显示单元的发光特性，确定该显示单元的至少一个亮度阈值；

根据所得到的亮度特性及所确定的亮度阈值确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式。

在一些实施例中，亮度特性为平均亮度特性、最高亮度特性、最低亮度特性或亮度分布特性其中一种。

在一些实施例中，根据所得到的亮度特性及所确定的亮度阈值确定控制该显示单元发光的所述模拟驱动量和数字驱动量的组合方式的具体方法为：

当该显示单元的亮度特性大于该显示单元的亮度阈值时，增大控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且减少控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间，或者减小控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且增大控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间；

或者，当该显示单元的亮度特性小于或等于该显示单元的亮度阈值时，减小控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且增大控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间，或者增大控制该显示单元发光的所述模拟驱动量，且减小控制该显示单元发光的数字驱动量的开关次数和/或时间。

上述显示单元可以为主动发光显示器件或设备的一个子像素、一个像素、一行像素、由任意多个像素组成的显示区域或所有像素。

图4为本发明的一种模拟与数字混合驱动的驱动电路结构示意图。本发明的一种模拟和数字混合驱动的驱动电路包括驱动晶体管t3、第一开关单元4、第二开关单元5。

驱动晶体管t3的栅极用于输入数字驱动量，其漏极与显示单元l的阳极电气连接，该显示单元l的阴极与公共电压vcom电气连接。

第一开关单元4的第一端41用于输入模拟驱动量，其第二端42用于输入扫描信号scan。

第二开关单元5的第一端51与驱动晶体管t3的源极电气连接，其第二端52与第一开关单元4的第三端43电气连接，其第三端53与工作电压正极vdd电气连接。

其中，第一开关单元4的第二端42控制第一开关单元4的第一、三端41、43连通或断开；第二开关单元5的第二端52控制第二开关单元5的第一、三端51、53连通或断开。

上述第一开关单元4包括n沟道mos管t1，其第一端41为该n沟道mos管的漏极，其第二端42为该n沟道mos管的栅极，其第三端为该n沟道mos管的源极。

上述第二关单元5包括p沟道mos管t2，其第一端51为该p沟道mos管的漏极，其第二端52为该p沟道mos管的栅极，其第三端为该p沟道mos管的源极。

上述驱动晶体管t3为p沟道mos管。

可能的实施例中，本发明的一种模拟和数字混合驱动的驱动电路还包括跨接于第一开关单元4的第三端43与公共接地gnd之间的电容c。

该模拟和数字混合驱动显示单元显示的系统可以用于执行本发明的方法，因此关于该模拟和数字混合驱动显示单元显示的系统中各功能单元所能够实现的功能，可参考本发明方法的实施例中的相应描述，不多赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质/单元包括：通用串行总线闪存盘(universalserialbusflashdisk)、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。