液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法及液晶显示器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法，包括：读取一帧显示数据中的低a-2位数据，并写入显示芯片的缓存中；将低a-2位数据根据单脉宽调制灰度的方法，转换为一个1位的脉宽数据，并输出相应脉宽的像素电压至像素阵列进行显示；读取第a-1位数据并写入缓存中；根据第a-1位数据输出相应脉宽的像素电压至像素阵列进行显示，若为0则关闭脉冲宽度为2a-2的脉冲，若为1则打开脉冲宽度为2a-2的脉冲；读取第a位数据并写入所述缓存中；根据第a位数据输出相应脉宽的像素电压至所述像素阵列进行显示，若为0则关闭脉冲宽度为2a-1的脉冲，若为1则打开脉冲宽度为2a-1的脉冲。本发明还涉及一种液晶显示器。本发明能够兼顾液晶响应速度和芯片存储空间的需求。
【专利说明】液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法及液晶显示器
【技术领域】
[0001]本发明涉及液晶显示技术，特别是涉及一种液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法，还涉及一种液晶显示器。
【背景技术】
[0002]在彩色时序娃基液晶(Liquid Crystal on Silicon, LC0S)的灰度显示方面,有两种实现的方法，一种是模拟电压调制灰度的方法，另一种是数字脉宽调制灰度的方法。数字脉宽调制灰度的方法能够使得整个显示区域同时开关进行显示，而模拟电压调制灰度的方法只能在显示区域全部扫描完后再进行显示，因此数字脉宽调制灰度的方法比模拟电压调制灰度的方法的开灯占空比更高，在同样的条件下能够实现更高的亮度。
[0003]常规的数字脉宽调制灰度的方法可采用多脉宽调制灰度的方法和单脉宽调制灰度的方法。多脉宽调制灰度的方法能够降低存储空间的要求，但是对LCOS显示屏的液晶响应速度要求很高，一般需要达到微秒级的响应速度，普通的液晶模式无法达到(除了难以量产的FLC铁电液晶外)。单脉宽调制灰度的方法能够使得液晶分子在一场的显示时间内只发生一次翻转，从而降低了对液晶响应速度的要求，但是其至少需要在LCOS显示芯片内部存储一帧图像信息，对存储的要求比较大。在显示分辨率要求越高的LCOS显示芯片设计中，存储要求就越高，高的存储要求基于存储容量、芯片面积、功耗等问题，设计难以实现。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要提供一种能够兼顾液晶响应速度和芯片存储要求的液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法。
[0005]一种液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法，所述液晶显示器的分辨率为M*N，数据位为a位，所述方法包括下列步骤:读取一帧显示数据中的低a-2位数据，并写入显示芯片的缓存中；将所述低a-2位数据根据单脉宽调制灰度的方法，转换为一个I位的脉宽数据，所述I位的脉宽数据的最大脉冲宽度为2°+2i+22+……+2a_3 ;根据所述I位的脉宽数据输出相应脉宽的像素电压至像素阵列；根据所述像素电压进行显示；读取所述一帧显示数据中的第a-Ι位数据并写入所述缓存中；根据所述缓存中的第a-Ι位数据输出相应脉宽的像素电压至所述像素阵列，若所述第a-Ι位数据为O则关闭脉冲宽度为2a_2的脉冲，若所述第a-Ι位数据为I则打开脉冲宽度为2a_2的脉冲；根据所述第a-Ι位数据相应脉宽的像素电压进行显示；读取所述一帧显示数据中的第a位数据并写入所述缓存中；根据所述缓存中的第a位数据输出相应脉宽的像素电压至所述像素阵列，若所述第a位数据为O则关闭脉冲宽度为23—1的脉冲，若所述第a位数据为I则打开脉冲宽度为23—1的脉冲；根据所述第a位数据相应脉宽的像素电压进行显示。
[0006]在其中一个实施例中，所述液晶显示器为硅基液晶显示器。
[0007]在其中一个实施例中，所述液晶显示器的公共电极电压的每个周期包括一个正场和一个反场，所述像素电压在所述公共电极电压翻转时也翻转。[0008]在其中一个实施例中，所述显示芯片的缓存的存储容量为M*N* (a-2)。
[0009]在其中一个实施例中，所述根据所述像素电压进行显示的步骤，与所述读取所述一帧显示数据中的第a-Ι位数据并写入所述缓存中的步骤为同时进行；所述根据所述第a-Ι位数据相应脉宽的像素电压进行显示的步骤，与所述读取所述一帧显示数据中的第a位数据并写入所述缓存中的步骤为同时进行。
[0010]在其中一个实施例中，所述将所述低a-2位数据根据单脉宽调制灰度的方法转换为一个I位的脉宽数据的步骤是通过所述显示芯片的比较器模块进行转换。
[0011]还有必要提供一种液晶显示器。
[0012]一种液晶显示器，包括外围驱动电路、读写控制模块、显示芯片及像素阵列，所述显示芯片包括缓存、第一比较器模块和第二比较器模块，所述像素阵列用于根据第一比较器模块和第二比较器模块输出的像素电压进行显示，所述液晶显示器的分辨率为M*N，数据位为a位；所述读写控制模块用于从所述外围驱动电路中读取一帧显示数据中的低a-2位数据，并写入所述缓存中；所述第一比较器模块用于将所述a-2位数据根据单脉宽调制灰度的方法，转换为一个I位的脉宽数据，并根据所述I位的脉宽数据输出相应脉宽的像素电压至像素阵列；所述I位的脉宽数据的最大脉冲宽度为2°+2i+22+……+2a_3 ;所述读写控制模块还用于在I位脉宽的像素电压输出至像素阵列后，将所述一帧显示数据中的第a-Ι位数据和第a位数据先后写入所述缓存中；所述第二比较器模块用于先根据所述缓存中的第a-Ι位数据输出相应脉宽的像素电压至所述像素阵列，再根据所述缓存中的第a位数据输出相应脉宽的像素电压至所述像素阵列；若所述第a-Ι位数据为O则关闭脉冲宽度为2a_2的脉冲，若所述第a-Ι位 数据为I则打开脉冲宽度为2a_2的脉冲，若所述第a位数据为O则关闭脉冲宽度为23—1的脉冲，若所述第a位数据为I则打开脉冲宽度为23—1的脉冲。
[0013]在其中一个实施例中，所述液晶显示器为硅基液晶显示器。
[0014]在其中一个实施例中，所述显示芯片的缓存的存储容量为M*N* (a-2)。
[0015]上述液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法，液晶在一个正场/反场的时间内翻转3次，按照刷新频率为180Hz，则对液晶的响应时间要求小于1.83ms，常规的液晶模式可以很容易达到这样的响应时间要求。而相对于单脉宽调制方式，降低了对存储空间的需求，更容易在设计中实现，降低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是单脉宽调制灰度的方法实现八级灰度的时序图；
[0017]图2是多脉宽调制灰度的方法在显示数据为5位时的时序图；
[0018]图3是一实施例中液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法的流程图；
[0019]图4是显示数据为5位的实施例中液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法的时序图；
[0020]图5是一实施例中液晶显示器的部分模块的框图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。[0022]根据人眼视觉残留特性，可以在较短的时间内，通过点亮时间长短不一的方式来实现不同的灰度，即驱动电路采用开和关两个数字控制方式来实现灰度显示。
[0023]单脉宽调制灰度的实现方式，具体是在一帧的时间内将点亮像素点的时间分为长短不一的脉宽，使得在同样的帧时间内显示时间长短不一，在人眼中实现不同灰度的显示。图1示出了单脉宽实现八级灰度(3位数据，23=8)的实现方式。
[0024]从图1可以看出，液晶在一帧时间内只发生了一次翻转，液晶响应时间要求较低，最低要求是小于一帧的时间，如按照刷新频率为180Hz计算，则每帧时间为5.5ms，则液晶响应时间小于5.5ms即可满足要求。
[0025]而在电路设计方面，若要在一帧时间只能够进行一次电压翻转，则需要存储一帧数据量。例如，要实现SVGA (800X600) 6bit的显示，则所需存储的数据量为800X600X6bit=2.75M bit，所需存储容量较大。
[0026]多脉宽调制灰度的方法则是对一帧数据中的每一位数据所赋予不同的脉宽长度。例如对于一个5位的数据:10101，按顺序从bit[0]-bit[4]显示。那么bit[0]对应的是0，就是I (2°)帧的暗态，bit [I]对应的是I，就是2 (21)帧的亮态，bit [2]对应的是0，就是4 (22)帧的暗态，bit[3]对应的是1，就是8 (23)帧的亮态，bit[4]对应的是0，就是16
(24)帧的暗态，如图2所示。
[0027]多脉宽调制灰度的方法优点在于芯片内部所需存储空间较小，按照上述SVGA(800X600) 6bit的显示计算，所需的存储空间为800X600Xlbit=468.75K bit,比较容易在芯片集成中实现。
[0028]但是，若两个相邻且脉宽很短的脉冲(例如图2所示的BO和BI)在短时间内翻转，那么液晶也就需要相应地 快速发生变化，此时要求液晶响应时间小于5.5ms +(1+2+4+8+16) μ 8=177 μ s (按照刷新频率为180Hz计算，每帧的时间为5.5ms)。这样的液晶响应速度在微秒级，普通液晶无法达到，需采用铁电液晶，而铁电液晶生产较为困难，成本较高，目前国内并没有量产的能力。
[0029]故本发明提出一种能够兼顾液晶响应速度和芯片存储要求的液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法，如图3所示，包括下列步骤:
[0030]S110，读取一帧显示数据中的低a-2位数据，并写入显示芯片的缓存中。
[0031]显示数据存储于外围驱动电路的缓存中，低a-2位数据是指一帧显示数据中的
bit [O] ,bit [I] ,bit [2],......，bit[a_3]。本实施例中显示数据是5位,那么就是低位的3
位数据，即 bit[0]，bit[l]，bit[2]。
[0032]S120，将缓存中的数据根据单脉宽调制灰度的方法，转换为一个I位的脉宽数据。
[0033]将存储的数据按照脉冲宽度W=2b°+2bl+2b2……，即单脉宽调制灰度的方法，转换为一个I位的脉宽数据。其中b0表示第I位数据(O或1)，bl表示第2位数据，一直加到第
a-2位数据。因此该I位的脉宽数据的最大脉冲宽度为2°+2k22+......+2a_3，在本实施例中
即为f+〗1+〗2=?。在本实施例中，本步骤的数据转换是通过显示芯片的比较器模块进行。
[0034]S130，根据该I位的脉宽数据输出相应脉宽的像素电压至像素阵列。
[0035]S140，根据像素电压进行显示。
[0036]S150，读取一帧显示数据中的第a-Ι位数据并写入显示芯片的缓存中。
[0037]在本实施例中，可以利用液晶的响应时间，将步骤S150和步骤S140同时进行。[0038]S160，根据第a-Ι位数据输出相应脉宽的像素电压至像素阵列。
[0039]若此位数据为O则关闭脉冲宽度为2a_2的脉冲(即输出一个宽度为2a_2的低电平信号)，若为I则打开脉冲宽度为2a_2的脉冲，即第a-Ι位数据是采用多脉宽调制灰度的方法进行显示。在本实施例中就是第4位数据采用多脉宽调制灰度的方法进行显示，相应显示脉冲宽度为8的亮态或暗态。
[0040]S170，根据第a-Ι位数据相应脉宽的像素电压进行显示。
[0041]S180，读取一帧显示数据中的第a位数据并写入显示芯片的缓存中。
[0042]在本实施例中，可以利用液晶的响应时间，将步骤S170和步骤S180同时进行。
[0043]S190，根据第a位数据输出相应脉宽的像素电压至像素阵列。
[0044]若此位数据为O则关闭脉冲宽度为23—1的脉冲，若为I则打开脉冲宽度为23—1的脉冲，即第a位数据也是采用多脉宽调制灰度的方法进行显示。在本实施例中就是第5位数据采用多脉宽调制灰度的方法进行显示，相应显示脉冲宽度为16的亮态或暗态。
[0045]S200，根据第a位数据相应脉宽的像素电压进行显示。
[0046]如此一来，一帧显示数据的显示就完成了，每一帧均按照上述方法进行驱动。
[0047]上述液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法尤其适用于硅基液晶(LCOS)显示器。图4是本实施例中液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法的时序图，公共电极电压的每个周期包括一个正场 和一个反场，像素电压在所述公共电极电压翻转时也翻转。其中BO~2为I位的脉宽数据对应的像素电压，B3为第a-Ι位(即第4位)数据对应的像素电压，B4为第a位(即第5位)数据对应的像素电压。LED灯的点亮控制(开灯时间)按照脉宽调制的最大宽度进行打开，并根据液晶的响应时间进行一定时间的延时设计处理。可以看到，在本实施例中，液晶在一个正场/反场的时间内翻转了 3次，按照刷新频率为180Hz，则对液晶的响应时间要求小于5.5ms + 3=l.83ms，常规的液晶模式可以很容易达到这样的要求。另一方面，在存储要求上，对于分辨率为M*N的液晶显示器，显示芯片的缓存的存储容量可以设计为M*N* (a-2)，以SVGA (800X600) 5bit的显示为例，需要的存储空间为800X600X3bit=l.37Mbit (低3位数据根据单脉宽调制灰度的方法，转换为一个I位的脉宽数据，第4和第5位数据采用多脉宽调制灰度的方法)，相对于单脉宽调制方式的存储空间得到了降低，更容易在设计中实现，降低了成本。
[0048]本发明还提供一种液晶显示器，如图5所示，包括外围驱动电路10、读写控制模块20、显示芯片30以及像素阵列40，液晶显示器的分辨率为M*N，数据位为a位。显示芯片30具体包括缓存310、第一比较器模块322和第二比较器模块324。外围驱动电路10与读写控制模块20电性连接，读写控制模块20与缓存310电性连接，缓存310与第一比较器模块322和第二比较器模块324电性连接，第一比较器模块322和第二比较器模块324与像素阵列40电性连接。
[0049]读写控制模块20用于从外围驱动电路10中读取一帧显示数据中的低a-2位数据，并写入缓存310中。在本实施例中，缓存310的存储容量为M*N* (a-2)。
[0050]第一比较器模块322用于将低a-2位数据根据单脉宽调制灰度的方法，转换为一个I位的脉宽数据，即转换后的脉冲宽度W=2b°+2bl+2b2……其中b0表示第I位数据(O或1)，bl表示第2位数据，一直加到第a-2位数据。转换完成后根据该I位的脉宽数据输出相应脉宽的像素电压至像素阵列。所述I位的脉宽数据的最大脉冲宽度为2°+2k22+......+2a_3。输出像素电压至像素阵列40后，液晶就会相应地受控并进行翻转/显示。
[0051]在I位的脉宽数据对应的像素电压输出至像素阵列后，需要给液晶预留一个响应时间，在本实施例中，读写控制模块20利用这一响应时间将一帧显示数据中的第a-Ι位数据写入缓存310中。
[0052]第二比较器模块324根据缓存310中的第a_l位数据，按照多脉宽调制灰度的方法输出相应脉宽的像素电压至像素阵列40进行显示。具体的，若第a-Ι位数据为O则关闭脉冲宽度为2a_2的脉冲，若第a-Ι位数据为I则打开脉冲宽度为2a_2的脉冲。
[0053]第a-Ι位数据对应的像素电压输出至像素阵列后，同样需要给液晶留一个响应时间，在本实施例中，读写控制模块20利用这一响应时间将一帧显示数据中的第a位数据写入缓存310中。
[0054]第二比较器模块324根据缓存310中的第a位数据，按照多脉宽调制灰度的方法输出相应脉宽的像素电压至像素阵列40进行显示。具体的，若第a位数据为O则关闭脉冲宽度为23—1的脉冲，若所述第a位数据为I则打开脉冲宽度为23—1的脉冲。
[0055]在优选的实施例中，液晶显示器为LCOS显示器。
[0056]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法，所述液晶显示器的分辨率为M*N，数据位为a位，所述方法包括下列步骤:读取一帧显示数据中的低a-2位数据，并写入显示芯片的缓存中；将所述低a-2位数据根据单脉宽调制灰度的方法，转换为一个I位的脉宽数据，所述I位的脉宽数据的最大脉冲宽度为2°+2i+22+……+2a_3 ；根据所述I位的脉宽数据输出相应脉宽的像素电压至像素阵列；根据所述像素电压进行显示；读取所述一帧显示数据中的第a-Ι位数据并写入所述缓存中；根据所述缓存中的第a-Ι位数据输出相应脉宽的像素电压至所述像素阵列，若所述第a-Ι位数据为O则关闭脉冲宽度为2a_2的脉冲，若所述第a_l位数据为I则打开脉冲宽度为2a_2的脉冲；根据所述第a-Ι位数据相应脉宽的像素电压进行显示；读取所述一帧显示数据中的第a位数据并写入所述缓存中；根据所述缓存中的第a位数据输出相应脉宽的像素电压至所述像素阵列，若所述第a位数据为O则关闭脉冲宽度为23—1的脉冲，若所述第a位数据为I则打开脉冲宽度为23—1的脉冲；根据所述第a位数据相应脉宽的像素电压进行显示。`
2.根据权利要求1所述的液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法，其特征在于，所述液晶显示器为硅基液晶显示器。
3.根据权利要求1所述的液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法，其特征在于，所述液晶显示器的公共电极电压的每个周期包括一个正场和一个反场，所述像素电压在所述公共电极电压翻转时也翻转。
4.根据权利要求1所述的液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法，其特征在于，所述显示芯片的缓存的存储容量为M*N* (a-2)。
5.根据权利要求1所述的液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法，其特征在于，所述根据所述像素电压进行显示的步骤，与所述读取所述一帧显示数据中的第a-Ι位数据并写入所述缓存中的步骤为同时进行；所述根据所述第a-Ι位数据相应脉宽的像素电压进行显示的步骤，与所述读取所述一帧显示数据中的第a位数据并写入所述缓存中的步骤为同时进行。
6.根据权利要求1所述的液晶显示器的数字脉宽调制灰度的方法，其特征在于，所述将所述低a-2位数据根据单脉宽调制灰度的方法转换为一个I位的脉宽数据的步骤是通过所述显示芯片的比较器模块进行转换。
7.一种液晶显示器，包括外围驱动电路、读写控制模块、显示芯片及像素阵列，所述显示芯片包括缓存、第一比较器模块和第二比较器模块，所述像素阵列用于根据第一比较器模块和第二比较器模块输出的像素电压进行显示，所述液晶显示器的分辨率为M*N，数据位为a位；其特征在于，所述读写控制模块用于从所述外围驱动电路中读取一帧显示数据中的低a-2位数据，并写入所述缓存中；所述第一比较器模块用于将所述a-2位数据根据单脉宽调制灰度的方法，转换为一个I位的脉宽数据，并根据所述I位的脉宽数据输出相应脉宽的像素电压至像素阵列；所述I位的脉宽数据的最大脉冲宽度为2°+2i+22+……+2a_3 ；所述读写控制模块还用于在I位脉宽的像素电压输出至像素阵列后，将所述一帧显示数据中的第a-Ι位数据和第a位数据先后写入所述缓存中；所述第二比较器模块用于先根据所述缓存中的第a-Ι位数据输出相应脉宽的像素电压至所述像素阵列，再根据所述缓存中的第a位数据输出相应脉宽的像素电压至所述像素阵列；若所述第a-Ι位数据为O则关闭脉冲宽度为2a_2的脉冲，若所述第a-Ι位数据为I则打开脉冲宽度为2a_2的脉冲，若所述第a位数据为O则关闭脉冲宽度为23—1的脉冲，若所述第a位数据为I则打开脉冲宽度为23—1的脉冲。
8.根据权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器为硅基液晶显示器。
9.根据权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于，所述显示芯片的缓存的存储容量为 M*N* ( a-2)ο
【文档编号】G09G3/36GK103606362SQ201310636747
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】代永平, 范伟, 陈翠莹 申请人:深圳市长江力伟股份有限公司