非电学接触式QLED显示器非均匀脉宽灰度调制方法及装置

技术领域

本发明涉及显示器技术领域，具体涉及一种非电学接触式QLED显示器非均匀脉宽灰度调制方法及装置。

背景技术

量子点发光二极管 (Quantum dotlight-emitting diode,QLED)经过近十年的发展其外量子效率和稳定性逐步提高，量子点具有更好的色纯度、色彩饱和度、能效色温等优点，其性能与OLED相媲美。极致的窄半峰宽和可调的发光波长，使QLED能更好的复现自然色彩，随着像素向着微纳尺寸缩小，QLED有望成为超高分辨率显示领域的主流技术。微型化QLED器件虽然拥有广阔的应用前景，但是在器件微型化的过程中面临着巨大的挑战，比如由于制造工艺的限制，巨量转移、金属键合和像素级驱动技术，修复技术和成品良率低等，通过传统技术路线进一步将像素尺寸降低到亚微米级是很困难的，尤其是在微/纳结构下实现QLED发光器件与驱动电极之间的高质量连接是个具有挑战性的问题，而且在连接处不可避免的会产生寄生电阻，在发光的过程中产生焦耳热，会减少器件寿命。

因此非电学接触模式下交流驱动QLED发光的理论被提出，在无接触无注入型纳米LED模型中，驱动电极和发光元两端均用绝缘层隔开，通过施加交流驱动电压让载流子符合发光，无接触模式的提出解决了LED微型化过程中金属键合、巨量转移的问题，为改善QLED器件结构提供了指导意义，在此基础上进一步进行驱动电路以及灰度调制研究是必要的。在该模式下驱动信号为方波驱动信号，常用的灰度显示调制方法有电压幅值调制和频率调制，二者对器件的寿命影响很大，并且在实际的驱动过程中难以实现，基于方波驱动的占空比调制则更容易实现，只需要对输入图像数据进行PWM调制就能输出不同占空比的驱动信号。但是由于人眼对亮度的感知是非线性的，即人眼对暗处的亮度变化更加敏感，而对亮处的变化没那么敏感，把人眼的感知亮度均匀分配后，图片展现更多暗区细节，对比度更强，如果按照线性编码，人眼敏感的暗部区域信息被大量丢弃了，最终会导致显示的时候无法准确还原色彩，且非电学接触式QLED显示器的相对亮度和驱动方波占空比之间也是非线性的关系，若像传统的直流器件在脉宽调制中采用等间隔的增量的脉宽，则不会得到相同间隔的亮度增量，可能导致图像失真、灰度损失等问题，因此进行非线性矫正是迫切需要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非电学接触式QLED显示器非均匀脉宽灰度调制方法及装置，该方法及装置有利于使灰度显示更加精准，进而提高显示画质。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种非电学接触式QLED显示器非均匀脉宽灰度调制方法，根据方波驱动信号的占空比与非电学接触式QLED器件电光特性曲线，通过产生脉宽非均匀变化的交流驱动信号作用于列扫描驱动单元，与行扫描驱动单元共同驱动像素单元使其输出亮度非均匀变化，输入灰度数据通过非线性调制之后，输出的灰度数据经过非电学接触式QLED显示器显示并符合人眼视觉特性，从而达到灰度精准调制的效果。

进一步地，输入灰度数据通过非线性调制之后输出调制后的灰度数据，包括以下步骤：

步骤S1：根据人眼视觉特性曲线，即自然亮度与人眼视觉亮度关系划分灰度并确定所需灰度显示的总阶数G

步骤S2：获取非电学接触式QLED显示器的出射光子数与方波驱动信号占空比的关系曲线，归一化处理出射光子数的数据，最终得到相对亮度与方波驱动信号的L-D关系曲线，将步骤S1得到的自然亮度L

步骤S3：根据列灰度数据寄存单元数据的位数B，计算出输出方波驱动信号占空比的总阶数为2

步骤S4：将步骤S2得到的占空比D

步骤S5：将步骤S4进行非线性变换后的灰度数据输出到列灰度数据寄存单元，通过PWM调制单元输出对应占空比的方波驱动信号使得非电学接触式QLED显示器实现灰度精确显示。

进一步地，所述非电学接触式QLED显示器中每个QLED像元与驱动电极并没有直接的电气连接，而是由绝缘层隔开，通过在驱动电极两端施加交流信号使像元在交变电场中发光。

进一步地，所述非电学接触式QLED显示器的驱动信号为方波驱动信号，施加驱动信号的频率为10KHz至10MHz，电压峰值为20V至100V。

进一步地，所述出射光子数与方波驱动信号占空比的关系曲线由非电学接触式QLED器件在方波驱动电压和驱动频率不变而只改变信号占空比的条件下通过光电倍增管测得；

所述出射光子数的数据归一化处理通过以下公式求得：（当前出射光子数-最低出射光子数）/（最高出射光子数-最低出射光子数）。

进一步地，所述脉宽非均匀变化的交流驱动信号由阈值占空比到最大亮度所对应的占空比的差值和拟实现的目标灰阶数量共同决定。

本发明还提供了一种采用上述方法的非电学接触式QLED显示器非均匀脉宽灰度调制装置，包括：

电源单元，用于向其他各单元模块供电；

主控单元，用于产生时序信号并进行时序控制；

图像数据输入单元，用于接收带显示图像数据进行图像灰度输入控制；

灰度数据矫正单元，用于对输入图像原始灰度进行非线性调制转换成符合非电学接触式QLED显示器显示特性的图像灰度数据并用于PWM调制单元调制；

列灰度数据寄存单元，用于移位锁存每列待显示的非线性调制后得到灰度数据；

PWM调制单元，用于根据列灰度数据寄存单元的灰度数据进行PWM调制，将输入的直流驱动信号调制为不同占空比的方波驱动信号并输出；

行扫描驱动单元，用于产生非电学接触式QLED显示器行扫描显示所需要的驱动脉冲信号。

进一步地，所述电源单元由开关电源或者线性稳压电路构成，用于输出直流信号；

所述主控单元为微控制单元由FPGA、单片机或嵌入式系统构成，用于产生时序控制信号和数据传输信号。

进一步地，所述图像数据输入单元由具有缓存功能或者锁存功能的数字逻辑电路构成，用于接收和存储图像灰度数据；

所述灰度数据矫正单元由具有查找表功能的存储器件、FPGA、STM32单片机或者具备运算功能的集成电路构成，用于灰度数据矫正和变换；

所述列灰度数据寄存单元由位并行移位锁存器、FPGA模块或者具备相应功能的集成电路构成，用于寄存非线性变换后的灰度数据用于列扫描。

进一步地，所述PWM调制单元由移位寄存器、比较器、计数器构成，用于输出特定占空比的方波驱动信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过非线性的灰度调制，将一般图像灰度数据转换成符合非电学接触式QLED显示器显示特性的灰度数据，使得非电学接触式QLED显示器能更加生动的还原原始图像，灰度显示更加精准，有利于显示画质的提升，为非电学接触式QLED显示器灰度调制提供了新的驱动方法。

附图说明

图1是本发明实施例中人眼视觉特性曲线图；

图2是本发明实施例中灰度划分与自然亮度对应的关系图；

图3是本发明实施例中非电学接触式QLED显示器相对亮度与占空比的关系曲线图；

图4是本发明实施例中非线性灰阶划分与占空比对应的关系图；

图5是本发明实施例中非电学接触式QLED显示器非均匀脉宽灰度调制装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实施例提供了一种非电学接触式QLED显示器非均匀脉宽灰度调制方法，该方法根据方波驱动信号的占空比与非电学接触式QLED器件电光特性曲线，通过产生脉宽非均匀变化的交流驱动信号作用于列扫描驱动单元，与行扫描驱动单元共同驱动像素单元使其输出亮度非均匀变化，输入灰度数据通过非线性调制之后，输出的灰度数据经过非电学接触式QLED显示器显示并符合人眼视觉特性，从而达到灰度精准调制的效果。

在本实施例中，输入灰度数据通过非线性调制之后输出调制后的灰度数据，包括以下步骤：

步骤S1：根据人眼视觉特性曲线（自然亮度与人眼视觉亮度关系）划分灰度并确定所需灰度显示的总阶数G

步骤S2：获取非电学接触式QLED显示器的出射光子数与方波驱动信号占空比的关系曲线，归一化处理出射光子数的数据，最终得到相对亮度与方波驱动信号的L-D关系曲线，将步骤S1得到的自然亮度L

步骤S3：根据列灰度数据寄存单元数据的位数B，计算出输出方波驱动信号占空比的总阶数为2

步骤S4：将步骤S2得到的占空比D

步骤S5：将步骤S4进行非线性变换后的灰度数据输出到列灰度数据寄存单元，通过PWM调制单元输出对应占空比的方波驱动信号使得非电学接触式QLED显示器实现灰度精确显示。

所述非电学接触式QLED显示器中每个QLED像元与驱动电极并没有直接的电气连接，而是由绝缘层隔开，通过在驱动电极两端施加交流信号使像元在交变电场中发光。

所述非电学接触式QLED显示器的驱动信号为方波驱动信号，施加驱动信号的频率为10KHz至10MHz，电压峰值为20V至100V。

所述出射光子数与方波驱动信号占空比的关系曲线由非电学接触式QLED器件在方波驱动电压和驱动频率不变而只改变信号占空比的条件下通过光电倍增管测得。

所述出射光子数的数据归一化处理通过以下公式求得：（当前出射光子数-最低出射光子数）/（最高出射光子数-最低出射光子数）。

所述脉宽非均匀变化的交流驱动信号由阈值占空比到最大亮度所对应的占空比的差值和拟实现的目标灰阶数量共同决定。

在本实施例中，假定非电学接触式QLED显示器为矩阵式点阵单色屏或彩色屏，屏幕分辨率为32×32，图像灰度级划分为16级，驱动电压列电极为由正到0变化的方波信号，行电极为负。根据如图1所示的人眼视觉特性曲线将灰度均匀划分为G

表1

在本实施例中，测得的非电学接触式QLED显示器的相对亮度与方波驱动信号占空比的关系曲线如图3所示，原始灰度数据通过步骤S1~S4的非线性脉宽调制之后得到调制后的灰度数据，非线性灰阶划分与占空比关系图如图4所示。

在本实施例中，依据特性曲线进行灰度划分并确定所需灰度显示的总阶数G

表2

如图5所示，本实施例还提供了采用上述方法的非电学接触式QLED显示器非均匀脉宽灰度调制装置，包括：电源单元、主控单元、图像数据输入单元、灰度数据矫正单元、列灰度数据寄存单元、PWM调制单元和行扫描驱动单元。所述电源单元用于向其他各单元模块供电。所述主控单元用于产生时序信号并进行时序控制。所述图像数据输入单元用于接收带显示图像数据进行图像灰度输入控制。所述灰度数据矫正单元用于对输入图像原始灰度进行非线性调制转换成符合非电学接触式QLED显示器显示特性的图像灰度数据并用于PWM调制单元调制。所述列灰度数据寄存单元用于移位锁存每列待显示的非线性调制后得到灰度数据。所述PWM调制单元用于根据列灰度数据寄存单元的灰度数据进行PWM调制，将输入的直流驱动信号调制为不同占空比的方波驱动信号并输出。所述行扫描驱动单元用于产生非电学接触式QLED显示器行扫描显示所需要的驱动脉冲信号。

在本实施例中，主控单元为微控制单元由FPGA、单片机或嵌入式系统构成，用于产生时序控制信号和数据传输信号。我们选用Altera FPGA Cyclone V系列芯片EP4CE10F17C8，用于非电学接触式QLED显示器非均匀脉宽灰度调制的时序控制和编程控制等，采用Verilog语言编写查找表程序，用于实现原始4bits灰度数据到8bits目标灰度变换，查找表模块根据根据表1的4位二进制数据输入完成对应的8位二进制数据输出，如输入4位二进制数为“0110”则输出对应的8位二进制数为 “00001010”，输入4位二进制数为“0111”则输出对应的8位二进制数为“00001100”。输出的8位二进制数据输入PWM模块进行PWM调制输出相应占空比的方波驱动信号，我们选取HV632高压方波驱动芯片，控制其脉冲占空比，通过PWM产生不同占空比的方波脉冲来驱动像元进行发光，HV632可实现256灰阶的图像显示，实际上是将一个占空比的周期划分为255个子周期，因此我们只需要输入8位灰度数据内置的PWM模块输出相应占空比的方波信号，当输入8位灰度数据为“00001111”则经过PWM调制后的方波信号占空比为6.0%，由于非电学接触式QLED显示器共有32路列驱动电极，HV632正好具有32路输出满足驱动要求。行扫描驱动单元用于产生非电学接触式QLED显示器行扫描显示所需要的驱动脉冲信号，我们选用HV57908芯片，具有32路输出正好适用屏幕的32路行扫描电极。电源单元由开关电源或者线性稳压电路构成，用于输出直流信号，为电路各模块供电保证各模块正常工作。图像数据输入单元由具有缓存功能或者锁存功能的数字逻辑电路构成，用于接收和存储图像灰度数据。灰度数据矫正单元由具有查找表功能的存储器件、FPGA、STM32单片机或者具备运算功能的集成电路构成，用于灰度数据矫正和变换。经过非线性变换后的灰度数据，最相邻的两组灰度数据不一定是等间隔的，相邻间隔灰度数据的差值呈现非线性关系且与归一化亮度和占空比特性曲线的非线性关系一致。列灰度数据寄存单元由位并行移位锁存器、FPGA模块或者具备相应功能的集成电路构成，用于寄存非线性变换后的灰度数据用于列扫描。PWM调制单元由移位寄存器、比较器、计数器构成，用于输出特定占空比的方波驱动信号。

需要说明的是，本实施例中假定的非电学接触式QLED显示器为单色显示器，若所需驱动的非电学接触式QLED显示器为彩色显示器时，以上电路依然可以采用，对于彩色显示器驱动电路而言，若为三原色，则需再制作两套相同的列电极驱动电路，核心思想与单色驱动方案一致。

需要说明的是，本实施例中假定的非电学接触式QLED显示器分辨率为32×32，本发明方法同样适用于更低或更高的分辨率显示，更低分辨率时只需运用HV632芯片部分输出口，更高分辨率则相应增加芯片数量进行级联即可。当分辨率变得更高，对主控芯片则提出更高的要求，需要选用运算能力更优秀的芯片系统，不管采用何种方法，核心思想与本发明一致。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。