CN1763831A - 显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿方法及电路，是根据显示器上电极线的导线长度、线电流与电压降的关以建立一模型，根据该模型取得电极线任意长度处的电压降关系值，再与一预设参考值进行补偿运算以改变输入至该任意长度处所对应发光单元的亮度信号数据，通过使位于电极线不同长度处的不同发光单元在显示相同影像数据时具有相同的亮度，以达均匀性补偿的目的。

Description

显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿方法及电路

技术领域

本发明是涉及影像数据处理领域，特别是涉及一种显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿方法及电路。

背景技术

阴极射线管具有画质优异与价格低廉的特点，因而一直是电视机与计算机显示器的主流，但随着薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)、等离子体显示器(PDP)等各种平面显示器(FPD)的相继问世，在市场上已现疲态而优势不再。由于各种平面显示器的积极商品化，相关业者莫不投入大量人力物力寻求技术突破，或提升生产效率、或提高产品品质，亦或降低成本等等，以期在市场上占有一席之地。所述的平面显示器，多半是由多数个的发光单元(cell)以密集的矩阵形式排列而构成显示画面，但对于需要正负极性回路的发光单元而言，为具有较大的开口率以提升发光量，在连接各个发光单元的电极线方面多半采用阻值较高的透明电极，或将电极线作为细长线状，但细长的导线其电阻值越高，其线电阻的提高，将造成电极线的负载不一的现象更为明显，从而出现负载量不一的二条显示线上不同的发光单元在显示相同的影像数据时，其亮度不一致的状况为人眼所能辨识。以下谨以等离子体显示器的工作原理进一步说明所述的亮度不均匀缺陷：

如图7所示，公开有一等离子体显示器的基本架构，主要是于一后玻璃基板70上形成有多数个的数据电极线71(其在后玻璃基板70上的分布状况请配合参阅图8B所示A₁-A_n)，并在其上方覆设有一介电层72，该介电层72上形成有多数个的阻隔壁73，而在相邻阻隔壁73的相对侧壁及对应的介电层72表面分别涂布有不同成分的萤光层74，其可在吸收紫外线UV后发出不同波长的色光，图中所示者适为单一个像素的结构示意图，意即相邻阻隔壁73间的三道萤光层74在吸收紫外线后分别产生红绿蓝的三原色以构成一像素。

所述等离子体显示器进一步包含一前玻璃基板80，该前玻璃基板80的下表面依序形成有成对的透明电极81(Transparent Electrode)、金属电极线X，Y；其中，金属电极线Y是作扫描线使用，而为了只让特定的发光单元发光，需使连接该发光单元的横向金属电极线Y在扫描期间被扫描到时，该发光单元在后玻璃基板70上所连接的纵向数据电极71要有对应使之与金属电极线Y产生放电的数据信号，以使X、Y电极线下的一介电层82能够累积适当的正负电荷，因此在后续时间宽度较长的发光维持期间，金属电极线X、Y上的维持电压加上正负电荷形成的电压值大到足以使惰性气体放电而发光。反之，在扫描期间，若数据电极71上没有使之与金属电极线Y产生放电的数据信号，则在发光维持期间的维持电压值并不足以使惰性气体放电而不会发光。又使用透明电极81是为增加开口率与亮度，但其本身为高阻抗，故在其下方设以辅助用的金属电极线X，Y，以降低电极线电阻，辅助透明电极81引发放电。另为避免造成发光的阻碍及亮度降低，金属电极线X，Y应尽可能纤细，其在前玻璃基板80上的分布状况请配合参阅图8A所示，该金属电极线X₁-X_m， Y₁-Y_m的信号输入端分别位于相对的两端上，且二者在显示范围内是以适当距离作平行交迭。而在所述透明电极81及金属电极线X，Y的相对外层则依序为一介电层82及一保护层83。

当前/后玻璃基板80/70相对结合后，即在相对的前/后玻璃基板80/70间充填有惰性气体。其工作发光原理则与日光灯非常相似，当一发光单元所对应的两金属电极线X，Y之间形成足够大的电压差，则会使充填的惰性气体放电而产生紫外线，而紫外线则为涂布在相邻阻隔壁73上的萤光层74所吸收以产生特定波长的色光。

由上述可看出等离子体显示器的基本工作原理，而此处欲加以探讨的是前玻璃基板80的金属电极线X，Y为扩大发光单元的开口率而制作成细长状，但也因而产生较高的线电阻，并衍生许多不良的作用：

1.由于电极线电阻将使其产生电压降，而使位于面板中央区域的发光单元的输入电压比靠近端点处的发光单元低；

2.对于负载大小不一的电极线而言，负载重者所连接发光单元的输入电压将比负载轻者低。

由于发光单元的发光强度一般是与其输入电压成正比，所述两种状况所呈现的负载效应将对亮度大小相等的输入信号产生下列影响：

1.两端区域比中央区域亮；

2.负载不一的二条显示线在显示相同的影像数据时，会出现亮度不一致的状况。

解决上述问题固然可由降低电极线电阻或减少消耗电流等方式着手，但当所述二种方式均不可行时，仍须找出可行的解决方案。

发明内容

本发明解决的技术问题是：本发明是采用影像处理方法对具有相同影像数据的发光单元进行亮度补偿，以解决其因压降损耗所造成的亮度不均匀现象。

为达成解决上述技术问题：本发明提供一种可有效改善显示器因电极线线电阻引发各发光单元驱动电压不一而衍生亮度不均匀的补偿方法。主要是先计算电极线电阻对于各个发光单元所产生的电压降，再以影像处理方式补偿发光单元的发光量，其具体步骤包括：

根据电极线的导线长度、线电阻与电流的关系建立一电压降分布模型，运算取得电极线任意长度处的压降关系值；

所述压降值关系值与一预设参考值进行补偿运算，以改变输入至该任意长度处所对应发光单元(cell)的亮度信号数据。

另外，本发明还提供一种显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿电路，包括：

一缓冲器，其输入端是连接亮度信号数据Pi，其输出端则用以产生未做亮度补偿前输入至电极线上任一点k处发光单元的亮度信号数据P_k；

一压降运算单元，其输入端分别与所述亮度信号数据Pi/P_k连接，并据以运算产生一关系值T_dk；以及

一亮度补偿运算单元，其输入端分别连接所述亮度信号数据Pi、压降运算单元的输出端及一参考发光单元的关系值T_dref，其输出端则用以产生一经过补偿而送至电极线上任一发光单元的亮度信号数据P_k’。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用影像处理方法对具有相同影像数据的发光单元进行亮度补偿，并且利用所述方法可使电极线不同长度处所对应的不同发光单元在显示相同影像数据时具有相同的亮度，以达到其因压降损耗所造成的亮度不均匀现象的均匀性补偿的目的。

附图说明

图1：是电极线X，Y上各发光单元消耗相同电流时的特性曲线图。

图2：是电极线X，Y各发光单元的电压降分布曲线图。

图3：是电极线X，Y与各连接发光单元的电路分布模型示意图。

图4：是本发明的亮度均匀性补偿电路方块图。

图5：是本发明亮度均匀性补偿电路中的压降运算单元方块图。

图6：是本发明亮度均匀性补偿电路中的亮度补偿运算单元方块图。

图7：是公知等离子体显示器单一像素的构造示意图。

图8A：是公知等离子体显示器面板上的X，Y金属电极线分布示意图。

图8B：是公知等离子体显示器面板上的数据电极线分布示意图。

图号说明

10、缓冲器                20、压降运算单元

21、下数计数器            22、23、缓存器

24、25、选择器            26、27、乘法器

30、亮度补偿运算单元      31、对照表

32、乘法器                33、34、减法器

70、后玻璃基板            71、数据电极线

72、介电层             73、阻隔层

74、萤光层             80、前玻璃基板

81、透明电极           82、介电层

83、保护层

具体实施方式

首先为了了解因电极线压降产生的负载效应，以下仍以等离子体显示器说明其产生机制：

由于等离子体显示器的发光是因施加至前玻璃基板上金属电极线X，Y的维持驱动波形(Sustain Pulse)而动作，因此就该电极线X，Y的回路说明负载效应的发生。

为简化推导以了解负载效应的形成，故先作以下假设：

1.电极线X，Y的线电阻为均匀分布。

2.在电极线X，Y放电区间，电流沿着电极线呈连续性变化。

依上述假设，若电极线的输入电流为I_b，而电极线X，Y平行交迭的长度为L，则请配合参阅图1所示：

电极线X上的电流Ix(l)＝I_b×(1-l/L)；

电极线Y上的电流Iy(l)＝I_b×(l/L)；

电极线电阻R(l)＝ρ×l/A；其中，ρ为电极线的电阻系数，A为电极线截面积，l则为电极线长度，则一极小段的线电阻为dR＝ρ/A×dl，因此，对于电极线上任一点k处的发光单元而言，其到电极线X，Y两端点在电极线上因线电阻所产生的电压降则为

$V_d={\∫}_0^k\mathrm{IxdR}+{\∫}_k^L\mathrm{IydR}$

$=\mathrm{\ρ}/A\×I_b\×(k-k^2/L+L/2)$

由上式可知，电极线上电压降最大值是发生在k＝L/2其值为V_d，max＝ρ/A×I_b×L×3/4电压降的最小值则发生k＝0及k＝L处

其值为V_d，min＝ρ/A×I_b×L/2

假设电极线X，Y两端点的输入电压Vs，则在电极线X，Y重迭线段任意点k处所对应放电区的电压差即为

V_X，Y(k)＝Vs-Vd

而由图2即可看出整个电极线上的电压降分布状况。

在了解电极线上存在的电压降状况后，再采用影像处理方法对于在发光单元上产生的压降损耗进行补偿，所谓的影像处理方法，是透过改变输入至发光单元的亮度信号数据，以补偿因压降所产生的亮度差，欲达成要解决的技术问题的具体作法，首先必须进一步了解电极线上的电压降分布状况。

为此，本发明将电极线X，Y重迭线段与发光单元连接的线路模型化(如图3所示)，其中n为面板在水平方向上的发光单元总数，由该模型可以得到电极线X，Y上任一点k处所连接发光单元到电极线两端点X₀，Y₀因线电阻所产生的电压降

$\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dk}}=[\underset{i=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii\ΔR}+\underset{i=3}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii\ΔR}+\·\·\·+\underset{i=k}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii\ΔR}]+[\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii\ΔR}+\underset{i=1}{\overset{k+1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii\ΔR}+\·\·\·+\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii\ΔR}]\\ =[\underset{j=2}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii\ΔR}+\underset{j=k}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii\ΔR}]\end{array}$

其中Ii表示流过第i个发光单元的电流，ΔR为发光单元的间所对应电极线上的线电阻，而 $\mathrm{\ΔR}=\frac{\mathrm{Rx}}{(n-1)}$

经整理上式可得

$V_{d1}=\underset{j=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\mathrm{\ΔR}$

V_d2＝V_d1-I₁ΔR+(I_b-I₁)ΔR＝V_d1+(I_b-2I₁)ΔR

   ＝V_d1+S₁·ΔR

V_d3＝V_d2-(I₁+I₂)ΔR+(I_b-I₁-I₂)ΔR＝V_d2+(I_b-2I₁-2I₂)ΔR

＝V_d2+S₂·ΔR

·

·

·

V_dk＝V_d(k-1)+S_k-1·ΔR

其中S_k＝S_k-1-2I_k，当k1

  ＝I_b      ，当k＝0

而任意点k与端点X₀因线电阻上所造成的压降差为

ΔV_dk＝V_dk-V_dl

$=\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_i\mathrm{\&Delta;R},1<k<n$

根据上述模型，可取得单一显示线上所有发光单元的压降，而如公开所述，本发明是利用改变亮度信号数据以补偿因压降损耗所造成的亮度差，而亮度信号数据又与流过发光单元的电流成正比，故令每条电极线上第k个发光单元的压降损耗，与亮度信号数据Pi求出一成正比的关系值T_dk，其中T_dk＝a×V_dk，而a为一常数，将上式乘上a即为：

a×V_dk＝a×V_d(k-1)+a×S_k-1×ΔR

T_dk＝T_d(k-1)+U_k-1 当k＞1

$=a\&times;V_{d1}=\underset{j=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}a\&times;\mathrm{Ii\&Delta;R}=\underset{j=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi},$ 当k＝1，其中

U_k＝a×S_k×ΔR

  ＝a×(S_k-1-2×I_k)×ΔR

  ＝U_k-1-a×2×I_k×ΔR

＝U_k-1-2P_k  k≥1

$=a{S}_0\mathrm{\&Delta;R}=a\&times;I_b\&times;\mathrm{\&Delta;R}=P_b=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi}----k=0$

由上式的推导可知，a×ΔR×I_i＝P_i，即

a＝ΔR×I_i＝P_i/I_i，由于亮度信号P_i与流过发光单元i的电流I_i成线性比例，且ΔR为一常数，从而a亦为一常数。

而利用所述关系值T_dk可补偿因负载效应所引起的亮度差。

又为使相同显示数据的不同发光单元具有一致的亮度，故预设一参考发光单元，并令该参考发光单元的线电阻压降为V_dref，对应的关系值为T_dref，其中T_dref＝a×V_dref。

根据所述的模型与关系式即可据以对发光单元因压降损耗所造成的亮度差进行补偿，如图4所示，是本发明的一电路方块图，其包括有：

一缓冲器10，于本实施例中由一内存构成，其输入端连接亮度信号数据Pi，其输出端则为亮度信号数据延迟一个水平周期后的输出P_k；

一压降运算单元20，其输入端分别与所述亮度信号数据Pi/P_k连接，并据以运算产生上述的关系值T_dk；

一亮度补偿运算单元30，其输入端分别连接所述亮度信号数据P_k、压降运算单元20的输出端及参考发光单元的关系值T_dref，其输出端则用以产生一经过补偿而送至电极线上任一发光单元的亮度信号数据P_k’；其中：

该压降运算单元20进一步的电路组成如图5所示，由一下数计数器21、两缓存器22，23、两选择器24，25、两乘法器26，27、一减法器及数个加法器所组成，其执行的表达式是如下列：

T_dk＝T_d(k-1)+U_k-1，k＞1

$=\underset{j=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i,k=1$

U_k＝U_k-1-2×P_k,k≥1

$=P_b=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i,k=0$

根据上式以运算出电极线上任一点k处其亮度信号数据P_k与压降V_dk的关系值T_dk。

又所述亮度补偿运算单元30的具体架构请参阅图6所示，包括一对照表(Look Up Table)31、一乘法器32及两减法器33、34等，用以执行下列表达式：

P_k’＝P_k-α(P_k)×(T_dref-T_dk)

其中α(P_k)是可通过面板实验量测取得，其储存于对照表31内，作为补偿运算的用。

由上述说明可看出本发明进行亮度均匀补偿的具体技术内容，举例而言，如送至同一显示线上各发光单元的亮度信号数据均为100个灰阶单位，因受压降损耗影响，位于中央的发光单元其灰阶单位可能只有80或90，而运用所述方法将该发光单元的灰阶单位提高至110，如此即可使显示相同影像数据的不同发光单元具有相同亮度，而达成亮度均匀性补偿的目的。

又就实施例中所提的等离子体显示器而言，由于每个发光单元在其子框(SF，Sub Frame)期间只能显示一个位的数据，故无法如上式般再进行运算处理(因有效位处不足将导致运算的误差变大)。但整体而言，等离子体显示器的影像数据在分割成各个单一位的数据显像之前，其负载效应仍具有近似于上式的关系，故仍可利用本发明以改善等离子体显示器的负载效应。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (8)

1.一种显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿方法，其特征在于，包括下列步骤：

根据电极线的导线长度、线电阻与电流的关系建立一电压降分布模型，据以取得电极线任意长度处的压降；以及

利用所述压降值与一输入至电极线上所设发光单元的亮度信号数据的正比关系，据以改变输入至该任意长度处所对应发光单元的亮度信号数据。

2.根据权利要求1所述显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿方法，其特征在于，电极线任意长度处的压降是与输入至该任意长度处所对应发光单元的亮度信号数据是以正比关系产生一关系值，据以一预设的参考关系值进行补偿运算。

3.根据权利要求2所述显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿方法，其特征在于，该参考关系值是预设一参考发光单元，并定出其线电阻压降后所产生。

4.一种显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿电路，其特征在于，包括：

一缓冲器，其输入端是连接亮度信号数据Pi，其输出端则用以产生未做亮度补偿前输入至电极线上任一点k处发光单元的亮度信号数据P_k；

一压降运算单元，其输入端分别与所述亮度信号数据Pi/P_k连接，并据以运算产生一关系值T_dk；以及

一亮度补偿运算单元，其输入端分别连接所述亮度信号数据Pi、压降运算单元的输出端及一参考发光单元的关系值T_dref，其输出端则用以产生一经过补偿而送至电极线上任一发光单元的亮度信号数据P_k’。

5.根据权利要求4所述显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿电路，其特征在于，该压降运算单元执行的表达式是如下列：

$T_{\mathrm{dk}}=T_{d(k-1)}+U_{k-1},k>1$

$=\underset{j=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi},k=1$

$U_k=U_{k-1}-2\&times;P_k,k\&GreaterEqual;1$

$=P_b=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi},k=0$

利用前式供运算出电极线上任一点k处其亮度信号数据P_k与压降V_dk的关系值T_dk。

6.根据权利要求4所述显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿电路，其特征在于，该亮度补偿运算单元是用以执行下列表达式：

P_k’＝P_k-α(P_k)×(T_dref-T_dk)

7.根据权利要求4或5项所述显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿电路，其特征在于，该α(P_k)值是储存于一对照表内，作为补偿运算的用。

8.根据权利要求7所述显示器画面负载效应的亮度均匀性补偿电路，其特征在于，该α(P_k)值是通过面板实验量测取得。

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