一種硅基微顯示器片上灰度級擴(kuò)展電路及實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微型顯示技術(shù)、頭盔顯示技術(shù)和視頻眼鏡等領(lǐng)域，特別涉及到硅基液晶微顯示器件、硅基有機(jī)發(fā)光微顯示器件的集成片上結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅基微顯示技術(shù)包括硅基液晶LCoS和硅基有機(jī)發(fā)光器件OLEDoS等，是利用大規(guī)模集成電路工藝在硅片上制備的微尺寸高分辨率顯示器，在可穿戴電子設(shè)備、虛擬現(xiàn)實、視頻眼鏡、微投影顯示器等便攜移動信息顯示領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。
[0003]硅基微顯示器的一種重要應(yīng)用是近眼顯示器，就是像帶眼鏡一樣把顯示器放在眼睛的旁邊，這就要求顯示器件的體積很小，一般小于0.3英寸。為了提高顯示分辨率，節(jié)省微顯示芯片的片上布線資源，微顯示器內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線寬度要在6位及以下，這樣就會導(dǎo)致圖像的亮度和顏色的層次感下降，灰度級降低，顯像質(zhì)量差。特別是用于頭戴式醫(yī)用3D顯示器時，亮度和灰度級不能滿足顯示的要求。現(xiàn)有技術(shù)是在顯示器的外部電路中，利用圖像增強(qiáng)技術(shù)對8位視頻信號進(jìn)行截位和平滑處理，改善圖像的層次感，而在微顯示器的內(nèi)部，圖像的灰度級仍然是6位，不能真實的顯示原始圖像的細(xì)節(jié)。
[0004]本發(fā)明提出的硅基微顯示器片上灰度級擴(kuò)展電路，能夠在顯示芯片內(nèi)部擴(kuò)展視頻數(shù)據(jù)的位寬，使低位寬數(shù)據(jù)接口的微顯示器芯片能夠顯示高灰度級的圖像，既節(jié)省了片上布線資源，又能提高顯示器的顯像質(zhì)量，應(yīng)用于3D視頻眼鏡，醫(yī)用3D腹腔鏡和便攜式可穿戴視頻顯示器，具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是解決低位寬(6位以下)微顯示芯片顯示灰度級不高，圖像亮度和顏色層次感下降問題。提供一種微顯示芯片的片上灰度級擴(kuò)展電路及實現(xiàn)方法。這種片上灰度級擴(kuò)展電路，采用片上視頻數(shù)據(jù)鎖存機(jī)制，能夠?qū)⒕哂蠱位視頻數(shù)據(jù)輸入線的硅基微顯示器的灰度級擴(kuò)展到2M位，這對于設(shè)計更小體積的微顯示器，最大限度節(jié)省硅基微顯示器的片上布線資源，實現(xiàn)高灰度級的微顯示器，特別是用于醫(yī)用3D視頻內(nèi)窺鏡等的高灰度級可穿戴顯示器，將具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明提供的硅基微顯示器片上灰度級擴(kuò)展電路，由掃描時序控制電路、移位寄存器電路、可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模擬信號輸出緩沖電路組成。
[0007]所述的掃描時序控制電路有兩個輸入端，分別與外部的行同步信號和像素時鐘信號相連，其輸出端有四個，分別與移位寄存器電路的兩個輸入端和可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路的兩個輸入端相連；所述的移位寄存器電路的兩個輸入端與掃描時序控制電路的兩個輸出端相連，其N路控制線輸出端與可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路的N路控制線輸入端相連(N根據(jù)顯示器分辨率確定，對于1920x1080分辨率的顯示器，N取1920);所述的可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路的輸入端有五個，其中一個輸入端為N路控制線與移位寄存器電路的N路控制線輸出端相連，一個輸入端為M位視頻數(shù)據(jù)輸入端連到外部，其余三個輸入端分別與時序掃描控制電路的兩個輸出端和外部灰度級控制信號輸入相連，可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路的輸出端是N路2M位數(shù)據(jù)線，與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的N路2M位數(shù)據(jù)輸入端相連；所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端有兩組，分別與外部的8路模擬臺階電源和可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路的N路2M位數(shù)據(jù)輸出端相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與模擬信號輸出緩沖電路的N路模擬信號輸入端相連；所述的模擬信號輸出緩沖電路的輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的N路模擬信號輸出端相連，其輸出端與外部相連。
[0008]所述的掃描時序控制電路包括單脈沖發(fā)生器、行計數(shù)器、高低字位判斷電路和脈沖同步電路；單脈沖發(fā)生器的輸入端與外部行同步信號相連，輸出端與脈沖同步電路的一個輸入端相連；行計數(shù)器的輸入端與外部像素時鐘信號相連，行計數(shù)器的輸出端有三個，分別與脈沖同步電路的一個輸入端、高低字位判斷電路的輸入端和可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路的一個輸入端相連；脈沖同步電路的兩個輸出端與移位寄存器電路的兩個輸入端相連；高低字位判斷電路的輸出端與可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路的一個輸入端相連。
[0009]所述的可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路包括N個單元電路和N個單元第二級鎖存器；所述的N個單元電路的一個輸入端Cl都連在一起并與掃描時序控制電路的一個輸出端相連，第二個輸入端C3都連在一起并與外部灰度級控制信號輸入相連，N個單元電路的M位視頻數(shù)據(jù)線輸入端連到外部，N個單元電路的2M位視頻數(shù)據(jù)線輸出端與N個單元第二級鎖存器各單元電路的2M位視頻數(shù)據(jù)線輸入端相連；所述的N個單元第二級鎖存器的一個輸入端C2都連在一起并與掃描時序控制電路的一個輸出端相連，2M位視頻數(shù)據(jù)線輸入端與N個單元電路的2M位視頻數(shù)據(jù)線輸出端相連，N個單元第二級鎖存器的2M位視頻數(shù)據(jù)線輸出端與圖1所示的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的N路2M位數(shù)據(jù)線輸入端相連。
[0010]所述的可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路的單元電路，包括M位單刀雙擲開關(guān)、M位門控開關(guān)和2M位數(shù)據(jù)鎖存器舊位單刀雙擲開關(guān)中的一組公共端亦即M位數(shù)據(jù)輸入端與外部M位數(shù)據(jù)線相連，M位單刀雙擲開關(guān)的常閉點分別與2M位數(shù)據(jù)鎖存器的低M位各輸入端相連，M位單刀雙擲開關(guān)的常開點分別與M位門控開關(guān)的M位各輸入端相連；M位單刀雙擲開關(guān)的控制端與掃描時序控制電路的一個輸出端Cl相連;M位門控開關(guān)的M位輸出端分別與2M位數(shù)據(jù)鎖存器的高M(jìn)位各輸入端相連…位門控開關(guān)的另一個輸入端與外部灰度級控制信號輸入C3相連；2M位數(shù)據(jù)鎖存器的2M位輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的N路輸入端其中一路2M位數(shù)據(jù)線相連。
[0011]本發(fā)明提供的硅基微顯示器片上灰度級擴(kuò)展電路功能的實現(xiàn)方法，依次經(jīng)過下述步驟:
[0012]第一、設(shè)置外部灰度級控制信號，C3 = O為低灰度級模式，C3 = I為高灰度級模式；當(dāng)C3 = O時，在Cl信號的高電平期間，M位門控開關(guān)關(guān)閉，每個2M位數(shù)據(jù)鎖存器的高M(jìn)位不能寫入數(shù)據(jù)，是M位低灰度級模式；當(dāng)C3 = I時，在Cl信號的高電平期間，M位門控開關(guān)打開，2M位數(shù)據(jù)鎖存器高M(jìn)位和低M位均可以寫入數(shù)據(jù)，是2M位高灰度級模式，利用M位數(shù)據(jù)線實現(xiàn)2M位高灰度級；
[0013]第二、掃描時序控制電路在外部行同步和像素時鐘信號的控制下，產(chǎn)生移位寄存器電路的移位啟動信號HS、移位時鐘CLK和可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路寫入控制信號Cl，移位時鐘CLK和控制信號Cl是外部像素時鐘信號的二分頻；移位寄存器電路在移位時鐘的作用下，輸出N路控制信號，并且從I到N依次輸出一個高電平；
[0014]第三、可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路在移位寄存器電路的輸出信號控制下，每個CLK周期分兩次鎖存一個2M位數(shù)字視頻信號，在Cl信號的低電平期間將M位視頻數(shù)據(jù)寫入每個2M位數(shù)據(jù)鎖存器的低M位，在Cl信號的高電平期間將下一個M位視頻數(shù)據(jù)通過M位門控開關(guān)寫入每個2M位數(shù)據(jù)鎖存器的高M(jìn)位；
[0015]第四、在移位寄存器電路的輸出信號控制下，從I到N，可擴(kuò)展數(shù)據(jù)寄存器電路的第一單元到第N單元的2M位數(shù)據(jù)鎖存器完成對一行視頻信號的鎖存以后，掃描時序控制電路輸出信號C2產(chǎn)生一個高脈沖信號，使所有單元的數(shù)據(jù)送到N個2M位第二級鎖存器；
[0016]第五、送到N個2M位第二級鎖存器中的數(shù)據(jù)直接輸出到N路2M位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，利用外部輸入的多路模擬臺階電源對每一路2M位視頻數(shù)據(jù)同時進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出N路模擬電壓；再經(jīng)過模擬信號輸出緩沖電路處理后輸出到后端電路，完成一行視頻信號的掃描和輸出；
[0017]第六、等待下一個行同步信號到來，重復(fù)操作。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果
[0019]本發(fā)明提供的硅基微顯示器片上灰度級擴(kuò)展電路能夠解決低位寬(6位以下)硅基微顯示芯片顯示灰度級不高，圖像亮度和顏色層次感下降的問題?？纱┐黠@示設(shè)備是要求體積很小的微顯示器件，為了提高集成度，節(jié)省片上布線資源，硅基微顯示器多采用低位寬視頻數(shù)據(jù)，使得顯像質(zhì)量下降。本發(fā)明通過設(shè)計硅基微顯示器片上灰度級擴(kuò)展電路，通過片上視頻數(shù)據(jù)鎖存電路，將視頻數(shù)據(jù)的位寬擴(kuò)展一