专利名称：针对显示驱动信号的伽玛校正的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于显示驱动电平的伽玛校正的方法和装置。
技术背景目前最常见的像素彩色显示器的形式是彩色液晶显示器 (LCD)。彩色LCD通常包含显示单元的二维阵列，每个单元均包 含采用相应的颜色过滤器的红(R)、绿(G)和蓝(B)子像素。显示单元被驱动成多个灰度级，采用颜色过滤器将特定颜色的 灰度级转换为亮度。采用数字格式的字例如6位的字来选择期望的灰 度级，然后由显示驱动器将灰度级转化成电压电平以应用于显示单 元。然而，在数字格式的字和模拟电压电平之间不存在线性映射。相 反，伽玛曲线在灰度级编码(数字格式字的值)和灰度级值(要应用 于显示单元的模拟电压)之间提供了映射函数。此函数能够将灰度级 编码的均匀步进映射为感觉输出亮度的均匀步进。因此，由液晶层的液体的伽玛函数与驱动器IC的伽玛校正函数 相乘产生每个RGB像素成分的灰度编码的单调非线性操作，这样人 眼可以感觉到每个RGB像素的校正亮度。此函数取决于显示介质(例如液晶材料)的特性或显示器的其 它特性。下面将结合有源矩阵LCD应用来说明本发明，不过本发明的应 用可以容易地扩展至其它需要伽玛曲线校正的应用，比如场致发光显 示器和等离子显示器。图1示出了一般的静态伽玛校正电路的典型结构，该电路提供 了 O...k号的模拟输出电平。k点的选择定义了静态伽玛校正曲线。图1的电路包括电阻阶梯10，电阻间的每个结点确定一个中间 电压。缓冲器装置12确保输出负载(显示列)拉走最小的电流(否则将产生失真电压)。针对图像处理的典型伽玛校正电路提供非线性分布的灰度级gi。使用所定义的电压电平(示为vsp或vsn (正/负电源电压)和vss)之 间的非线性电压阶梯，可以产生这些非线性电压步进。由图1的电路执行的从灰度编码到k+l灰度电压电平的非线性 转换在图2中示出。静态伽玛校正电路只能校正已知液晶材料的伽玛曲线，而不能 校正不同的液晶材料的伽玛曲线因为其具有不同的伽玛曲线。因此， 内置的IC伽玛校正电路除其设计用来校正的伽玛曲线之外不能校正 不同的伽玛曲线。己有提供可编程的伽玛校正电压发生器。这使得同一 IC可以应 用于不同的显示板设计。US2005/0057482A1公布了其中电阻阶梯具有可编程抽头点的 可编程伽玛校正电压发生器，基于针对特定伽玛校正曲线的值对所有 的抽头点进行选择。适用于不同的伽玛校正曲线的可编程伽玛校正电路需要具有高 精度的电压电平来获得温度补偿和减小功耗。已提出的可编程伽玛校 正电路不能实现这些目标。发明内容本发明提供了可编程伽玛校正电路，包括第一阶梯电阻装置，提供第一组模拟电压电平；多路复用器装置，以第一组电压作为输入并且提供第二组电压 作为输出，采用各个多路复用器提供第二组电压的每个电压，所述多 路复用器可被编程为使得第二组电压是可选择的；第一缓冲器装置，将第二组电压的每个电压提供至第一缓冲器 装置的各个缓冲器的输入端；第二阶梯电阻装置，限定在第一缓冲器装置的缓冲器的输出端 之间，其中第二阶梯电阻装置提供处于第二组电压的电压电平之间的 中间电压电平处的第三组模拟电压电平；以及第二缓冲器装置，将第三组模拟电压电平的每个电压提供至第二缓冲器装置的各个缓冲器的输入端。此装置使得能够以允许独立选择的方式对可编程电平进行选择 (形成第二电压组)。特别地，电压电平通过缓冲器送至第二电阻阶 梯。接着使用第二电阻阶梯提供中间电平。采用这种方式，可以将需 要编程的数据量限制到在伽玛函数间实现期望差值所需的最小值。第 二组中的电压不需要平均分布，并且在需要最佳地反映被驱动的可能 显示器的不同特性的情况下可以提供更多的伽玛曲线形状变化。每个多路复用器是优选独立可控的，这样第二组的每个电压可 以被独立地选择。可以提供温度控制单元来根据温度控制第二组电压的选择。例 如，每个多路复用器可以接收第一组的多个电压作为输入，并且基于 多路复用器的控制信号选择多个电压中的一个作为输出。通常，在不同伽玛曲线中最低和最高电压之间需要最大的变化。 在一个实施例中，第二组电压限定了多个输出电压区域，并且最低区 域和最高区域具有同样可编程的中间电压(第三组)。这为大量处于 电压范围的最大和最小端的相邻电压电平提供了可编程性。第二阶梯电阻装置可以具有与这些最低区域和最高区域相关联 的可编程电压选择部件，并具有与其他区域相关联的静态电压选择部 件。温度补偿可以通过以下操作实现-确定相对于参考温度的温度； 根据温度差值标定参考伽玛曲线；以及基于标定后的伽玛曲线确定第二组电压。这减少了执行温度补偿所需要的计算和存储。对参考伽玛曲线 来说，第二组电压对应于第二阶梯电阻装置的固定静态电压，从而使 第一缓冲器装置的缓冲器的输出端和第二阶梯电阻装置之间的电流最小化。相对于参考温度的温度可以基于与针对己选输出状态的参考驱 动电压相比较的已选输出状态所需的驱动电压来确定。本发明还提供了显示驱动器，包括提供应用于显示器像素的电压组的本发明的伽玛校正电路和用来根据像素驱动电平选择电压组 中的某个电压的电压选择电路。本发明还提供了包含显示板和本发明的显示驱动器的显示装置。本发明还提供了生成伽玛校正模拟电压的方法，包括-使用第一阶梯电阻装置来提供第一组模拟电压电平；通过对位于第一阶梯电阻装置的输出端的多路复用器装置进行编程来从第一组模拟电压电平选择第二组电压；将第二组电压的每个电压缓冲至第二阶梯电阻装置并且应用第二阶梯电阻装置来提供处于第二组电压电平之间的中间电压电平处的第三组模拟电压电平；以及缓冲第三组模拟电压电平的每个电压并且将第二和第三组的缓冲电压用作输出。
下面将参考以下附图仅以示例的形式来说明本发明的实施例，其中图1示出了己知的伽玛校正电路； 图2示出了由图1的电路所实现的函数； 图3示意性示出了本发明的伽玛校正电路的实例； 图4示出了由图3的电路实现的函数的范围； 图5更详细地示出了图3电路的可编程部分的第一实现方式； 图6更详细地示出了结合了对不可编程部分的改动的图3电路 的可编程部件的第二实现方式；图7示出了图6的电路可以实现的函数的范围；图8用来说明实现温度补偿的一种可能方式；图9用来说明根据本发明的实现温度补偿的方式；以及图IO示出了本发明的显示装置。
具体实施方式
本发明提供了使用两个阶梯电阻装置的可编程伽玛校正电路。 一个阶梯电阻装置为伽玛函数的电压子集提供可编程输出，另一个填 补间隙处的电平。在两个阶梯电阻装置间提供第一缓冲器装置，并在 第二阶梯电阻装置的输出端提供第二缓冲器装置。这种装置使得能够以允许独立选择的方式选择可编程电平。特 别地，通过缓冲器将电压电平送至第二电阻阶梯。可编程的电平的数 量可以限制在实现伽玛函数间的期望差值所需的最小数量。第二组中 的电压不需要均匀分布，并且在需要最佳地反映被驱动的可能显示器 的不同特性处可以提供更多的伽玛曲线形状变化。本发明的一个实现示于图3中，其中将可编程电路部件30增加到与图1所示类似的静态电阻阶梯电路32中。此电路包含两个电阻阶梯。 一个阶梯34用来产生灰度级并形成 可编程温度补偿电路30的一部分，另一个阶梯32产生所有其他的灰 度级。图4示出了可编程的不同伽玛校正曲线。图5示出了图3的电路的可编程部分30的可能实现方式。所示 电路控制用来产生伽玛校正曲线的k+l个电平的子集(m+l)个电压 电平。所示电路30生成电平g0、 gh、 gi、 gj和gk。如图所示，此电路具有电阻阶梯34和一组多路复用器36。每个 多路复用器的输出经过缓冲器38提供至静态电阻阶梯32。第一电阻阶梯34可以被认为利用提供至每个多路复用器36的 多个电平产生第一组电平。对每个多路复用器提供多个输入，这对所有多路复用器来说可 能是不同的。例如，可以使用64: 1的多路复用器(表示为带[5:0] 选择线的多路复用器)，于是具有64个电阻抽头点，同时多路复用 器使得这些电压抽头电平中的一个被提供为输出。采用相似的符号， [4:0]选择线用来表示32: l的多路复用器。因此，多路复用器是例如 16: 1、 32: l和/或64: l的多路复用器。具有较高分辨率的多路复用器将用于在不同的显示器和液晶成分间变化最大的伽玛曲线的部10件。所有多路复用器的输出一起限定第二组电压(X值)，这些电压 构成某些伽玛校正输出电压。这些可编程值仅构成伽玛校正输出值的 子集，其他值由静态电阻阶梯32生成。可编程电平由可编程电路驱动并且可以通过改变多路复用器36 的选择输入(bi)进行编程。第一电阻阶梯34将可能的输入提供至 多路复用器。共有(m+l)个多路复用器，每个多路复用器对应一个 可编程电平。可编程电路包括温度控制模块37。由于(m+l)个伽玛校正曲线点被编程，所以伽玛校正曲线将产 生m段。第二静态电阻阶梯32用来生成(m+l)个被编程的电平之 间的所有其他电平。所有由电阻阶梯32生成的电平也被缓冲，如缓冲器39所示。由第二电阻阶梯32得到的中间电平限定了第三组电压，与第二 组电压(x值) 一起生成全部伽玛校正电压序列(g值)。这些g值 中的某些值已经由第一电阻阶梯生成，其他值已经由第二电阻阶梯生 成。图5示出了用于可编程电路的一般电路。在典型的TFT应用中， k是63所以每个RGB编码的成分由64个灰度级(6位)表示。在这 种情况下，m+l的值可以是产生9个受控点的9。伽玛校正曲线产生 m (例如8)段。图5示意性地示出了平均分布在输出点之间的可编程点(第二 组电压电平x)。然而，伽玛校正曲线的最关键的部分是分别对应于 第一和第八段的顶部和底部部分。从而，如图6所示更优选对这两段 的所有点进行编程。在图6中以下点可以由电阻阶梯34 (共有m+l=9个点)编程 g0、 g3， g8、 g18、 g31、 g44、 g54、 g59和g63。于是顶部段由g0 和g3电平限定，类似地底部段由g59和g63电平限定。在图6中也为第二阶梯32提供了一定的可编程性，但只是关于 顶部和底部段。特别地，针对电平gl和g2以及电平g60、 g61和g62 具有一定的可编程性。这种可编程性仍是通过多路复用器40实现。于是，gl、 g2， g60、 g61、 g62电平可以通过选择相应多路复用器的选择器输入来独立的被编程。图6示出了针对g0的64:1多路复用器，针对g3、 g8、 g18和 g31的32:1多路复用器以及针对g44、 g54、 g59和g63的16:1多路复用器。所有由电阻阶梯32生成的电平被再次缓冲。由于液体的伽玛曲线随温度变化，所以必须对可编程的伽玛校 正曲线进行温度补偿，也就是说多路复用器36、 40的选择器必须由 温度控制器模块37进行适当地控制。在用于常规黑色显示的TFT应用中，对应g0电平的黑色电平对 温度是敏感的，而对应g63电平的白色电平保持常量。这被示于图7 中，图7示出了显示器的伽玛响应关于温度的变化。对常规的白色显 示，其按相反方向变化。从而为了保持伽玛校正曲线的单调性和形状 必须改变所有的灰度级。在上述装置中，只有64个灰度级中的9个必须可编程地控制， 这样必须针对温度重新编程的电平只有8个(g63是常量)。具有多种方法来实现液体的伽玛曲线的变化的温度补偿。最简 单的方法是针对每个温度范围具有不同的多路复用器选择值(b,)。若采用这种方法将使输入的数量很大。对每个温度范围(tl…tn) 将会有全组的b,值，如图8所示。为了避免产生过多的输入，优选具有作为黑色电平gO变化的函 数的自动的bi输入变化。这使得一个变量可以用来更新所有值。因 此，可选方案是针对温度仅根据g值中的一个值(例如对于常规地黑 色显示的gO值)的变化改变所有b,值。用这种方法定义了一个伽玛校正曲线作为基准，并且此曲线具 有最小的电流消耗。基于针对具体温度定义的参考伽玛校正曲线，定 义了 g0电平与所有其他可编程电平(不包括常量g63)之间的比值。 此比值定义为"c"值c3=g3/g0C8=g8/g0cl8=gl8/g0 c31=g31/gO c44=g44/g0 c54=g54/g0 c59=g59/gO接着计算实际的gO值与参考值的差值A gO=gO-gOref然后计算bi值(多路复用器控制信号)作为下列公式的结果b3[4:0]=b'3 [4:0]+c3X A gO b8[4:0]=b'8 [4:0]+c8*X △ gO b18[4:0]=b'18 [4:0]+cl8X A gO b31[4:0]=b'31 [4:0]+c31X A gO b44[4:0]=b'44 [4:0]+c44X A gO b54[4:0]=b'54 [4:0]+c54X A gO b59[4:0]=b'59 [4:0]+c59X △ gO b'值是针对参考伽玛校正曲线的值。由于上述公式的结果只依赖于参考伽玛校正曲线，所有可能的 结果是可预测的并且可以收集在查找表(LUT)中。于是实现了最小 的计算量。对LUT使用只读存储器(ROM)大大地降低了面积消耗。传感器用来测量温度，由其获得gO值。此传感器不是本发明系 统的独特部件，不过其信息是温度控制器模块的输入。下面将通过例子来说明温度补偿的操作。作为示例，可以有6个限定在-40至+80摄氏度的温度范围。温 度传感器指示设备当前操作所处的温度范围。作为由制造商确定的预置值，有6个不同的g0值，每个gO值 对应一个温度范围。制造商己经选定应用的液晶成分，从而能够针对 用于特定液晶材料的每个温度范围编程gO值。这些gO值的确定被预 先确定并且不需要重复确定。此操作因此不构成设备的操作部分。这些可能值中的一个是参考值gOw。在温度变化时，不同的gO值被选择同时获得不同的AgO值。此AgO值接着与参考多路复用器设置值(b'值)结合用作查询表的输入。 通过设计可以将功耗降到最低。为了实现此目标，必须基于以下方法设计两个电阻阶梯如图9所示定义参考伽玛校正曲线。基于被选择的参考曲线，选择电阻阶梯32的可编程抽头。 在选择了参考伽玛曲线后(通过选择bi输入值)，仅有的两个为电阻阶梯提供电流值的缓冲器是缓冲器gO和g63。所有与其他可编程电平相应的缓冲器将处于其输入(来自多路 复用器)对应其输出(由电阻阶梯产生)的状态。于是，在缓冲器输 出和电阻阶梯点间没有电流并且两个电阻阶梯处于有效地平衡状态。参考伽玛校正曲线如图9中所示的中间曲线。多路复用器和缓冲器的应用使得本发明系统所提供的电压电平 的精度非常高。电压电平的可能误差仅是由于缓冲器的偏移。 在对不同的伽玛校正曲线进行编程中具有非常高的灵活性。可编程节点(上例中9个)彼此独立。比如，如果对应于电压 电平g8的节点发生改变，则其它可编程节点(g0、 g3、 gl8等)不 会改变其电压电平。只有g3、 g8间和g8、 gl8间的中间电平发生改变。通过如上所述的设计可以实现功耗最小。为了使客户得到合适的针对所用显示器设计的伽玛校正曲线， 每个电压电平可以独立于其他电平变化。图10示出了本发明的显示设备，包括由行驱动器62和列驱动 器64驱动的像素阵列60。输入RGB数据信号被送至显示控制器66， 同时这些信号被映射到由映射单元68形成的所需子像素表中，其中 映射单元68包括本发明的可编程伽玛校正系统。列驱动器64用来基 于像素驱动电平选择伽玛校正组中的一个电压。本发明可以应用于LCD显示或其他显示技术，伽玛校正通常应 用于多种不同的显示类型以将数字驱动信号转换为线性均匀的模拟 输出序列。通过应用静态方法填补中间点，上述装置能够仅使伽玛曲线中最重要的点被编程。这降低了实现有效的伽玛校正方法的硬件和程序 需求。例如伽玛曲线中小于一半或更优选地小于四分之一的离散点是 可编程的。通过选择使阶梯装置平衡的参考/默认伽玛曲线降低了电流消 耗，并且对伽玛曲线的进一步调整提供了大致恒定的电流消耗。特别地，在vsp (或vsn)的值是常量时，由vsp (或vsn)提供 电源的第一电阻阶梯34将不会改变其电流消耗。如上所述，在设计阶段(比如基于制造商的某些初始信息)定 义了一个伽玛曲线基准。当选择此伽玛曲线时，两个电阻阶梯处于平 衡状态并且只有g0和g63缓冲器提供电流至第二电阻阶梯。理想参考伽玛曲线应位于所有可能的可编程伽玛曲线的中间。 在伽玛曲线最终由模块制造者编程时其将不同于参考曲线，但是与参 考曲线的距离将保持最小从而使得所有其它的缓冲器的电流消耗降 至最低。在对像素应用驱动信号前执行其它的图像处理步骤，例如针对 特定的子像素布局将子像素映射为图像处理数据。这些附加技术未在 上文中描述，因为本发明特别地涉及伽玛校正。然而，技术人员将意 识到所有其他已知的图像处理技术可以结合上述可编程伽玛校正系 统使用。应该注意到上述提及的实施例完全是以示例的方式提出的，本 领域的技术人员可以在保持本发明教导的同时实现各种修改和改变。
权利要求
1.一种可编程伽玛校正电路，包括第一阶梯电阻装置(34)，提供第一组模拟电压电平；多路复用器装置(36)，第一组电压提供给该多路复用器装置，该多路复用器装置提供第二组电压(x)作为输出，其中各个多路复用器(36)提供第二组电压(x)中的每个电压，所述各个多路复用器可被编程为使得第二组电压可选择；第一缓冲器装置(38)，第二组电压(x)的每个电压被提供至第一缓冲器装置的各个缓冲器(38)的输入端；第二阶梯电阻装置(32)，其被限定在第一缓冲器装置的缓冲器(38)的输出端之间，其中第二阶梯电阻装置(32)提供处于第二组电压的电压电平之间的中间电压电平处的第三组模拟电压电平；以及第二缓冲器装置(39)，将第三组模拟电压电平的每个电压提供至第二缓冲器装置的各个缓冲器(39)的输入端。
2. 如权利要求l所述的电路，其中每个多路复用器(36)是独 立可控的，于是第二组电压的每个电压(x)可以被独立地选择。
3. 如前述任一权利要求所述的电路，还包括温度控制单元(37)， 用来根据温度控制对第二组电压的选择。
4. 如前述任一权利要求所述的电路，其中每个多路复用器(36) 从第一组电压接收多个电压作为输入，并且基于多路复用器控制信号(b)选择多个电压中的一个作为输出。
5. 如前述任一权利要求所述的电路，其中第二组电压(x)限 定了多个输出电压区域，其中最低区域和最高区域具有可编程的第三 组模拟电压电平的中间电压。
6. 如权利要求5所述的电路，其中第二阶梯电阻装置(32)具有与所述最低区域和最髙区域相关联的可编程电压选择部件(40)， 并具有与其他区域相关联的静态电压选择部件。
7. 如权利要求6所述的电路，其中可编程电压选择部件包括多 路复用器。
8. 如前述任一权利要求所述的电路，还包括基于温度计算第二 组电压的装置，该装置适用于确定相对于参考温度的温度； 根据温度差值标定参考伽玛曲线；以及 基于标定的伽玛曲线确定第二组电压。
9. 如权利要求8所述的电路，其中对于参考伽玛曲线，第二组 电压对应于第二阶梯电阻装置的固定静态电压，从而使得第一缓冲器 装置的缓冲器的输出端和第二阶梯电阻装置之间的电流最小化。
10. 如权利要求8或9所述的电路，其中基于与针对已选输出 状态的参考驱动电压相比较的己选输出状态所需的驱动电压来确定 相对于参考温度的温度。
11. 一种显示驱动器(64、 66、 68)，包括如前述任一权利要求所述的伽玛校正电路，用来提供应用于显 示器像素的一组电压；以及电压选择电路(64)，用来基于像素驱动电平选择该组电压中 的一个。
12. —种显示装置，包括 显示板(60);和如权利要求11所述的显示驱动器(64、 66、 68)。
13. —种用于生成伽玛校正模拟电压的方法，包括 使用第一阶梯电阻装置(34)来提供第一组模拟电压电平； 通过对位于第一阶梯电阻装置(34)的输出端的多路复用器装置(36)进行编程来从第一组模拟电压电平中选择第二组电压(x);将第二组电压(x)的每个电压缓冲至第二阶梯电阻装置(32)并且使用第二阶梯电阻装置(32)来提供处于第二组电压(x)的电 压电平间的中间电压电平处的第三组模拟电压电平；以及缓冲第三组模拟电压电平的每个电压并且提供第二组电压和第 三组模拟电压电平的缓冲电压作为输出(g)。
14. 如权利要求13所述的方法，包括对多路复用器装置的多路 复用器(36)进行独立控制以使得第二组电压(x)的每个电压可以 被独立地选择。
15. 如权利要求13或14所述的方法，还包括根据温度控制对 第二组电压的选择。
16. 如权利要求13至15任一所述的方法，其中每个多路复用 器均接收来自第一组模拟电压电平的多个电压作为输入，并基于多路 复用器控制信号(b)选择第一组模拟电压电平中的一个作为输出。
17. 如权利要求13至16任一所述的方法，其中第二组电压限定了多个输出电压区域，其中所述方法还包括针对最低区域和最高区 域对第三组模拟电压电平的中间电压进行编程。
18. 如权利要求13至17任一所述的方法，还包括基于温度计 算第二组电压，通过如下步骤确定相对于参考温度的温度；根据温度差值标定参考伽玛曲线；以及 基于标定的伽玛曲线确定第二组电压。
19.如权利要求18所述的方法，其中基于与针对己选输出状态 的参考驱动电压相比较的已选输出状态所需的驱动电压来确定相对 于参考温度的温度。
全文摘要
用于生成伽玛校正模拟电压的方法和装置，使用第一阶梯电阻装置(34)提供第一组模拟电压电平。第二组电压(x)通过对位于第一阶梯电阻装置(34)的输出端的多路复用器装置(36)编程进行选择。第二阶梯电阻装置(32)用来提供位于第二组(x)电压电平之间的中间电压电平处的第三组模拟电压电平。输出(g)是第二和第三组的缓冲电压。此装置使得需要被编程以在伽玛函数间实现期望差值所需的数据量降至最低。第二组中的电压不需要均匀分布，在需要最好的反映被驱动的可能显示器的不同特性处可以在伽玛曲线的形状中提供更多的变化。
文档编号G09G3/20GK101595516SQ200880003528
公开日2009年12月2日 申请日期2008年1月28日 优先权日2007年1月31日
发明者弗里德贝特·里德尔, 罗伯托·曼库索 申请人:Nxp股份有限公司