DE69635374T2 - Vorrichtung und verfahren zur anzeige von binären bildern - Google Patents

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    • G09G3/3406—Control of illumination source

Description

  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Verbessern von Bildqualität und insbesondere eine Vorrichtung, in der Pixeldaten in Speichermitteln gespeichert und dann zu den Steuermitteln übertragen werden.
  • 2. ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Es ist bekannt, dass, wenn eine Person eine schnell durchlaufende Sequenz von binären Bildern betrachtet, die Person, wenn die Bild-Übertragungsgeschwindigkeit und – Dauer passend ist, zeitlich dermaßen integrieren kann, dass diese Bildsequenz von binären Bildern wiederum Graustufenbilder zu sein scheinen. Dieses Integrationsphänomen ist von speziellem Interesse seit dem Aufkommen von binären Hochgeschwindigkeits-Anzeigevorrichtungen. Solche Vorrichtungen werden zum Beispiel in Projektions-Anzeigesystemen, Head-Up-Displays und Head-Mounted-Displays verwendet. Es gibt kleine schnelle Hochauflösungs-Anzeigevorrichtungen, die ihrer Natur nach im Wesentlichen binär sind, wie zum Beispiel das Digital Mirror Device (DMD) von Texas Instruments, die Aktivmatrix-Elektrolumineszenz(AMEL) Feldemissions-(FED) Anzeigevorrichtung sowie aktiv adressierte ferroelektrische Flüssigkristall-Vorrichtungen. Diese Technologien sind in der Lage, viele Tausende von binären Bildern pro Sekunde zu erzeugen, abhängig von der Anzahl der Pixel pro Datenübertragungsblock usw. ...
  • 1A zeigt eine Reihe von binären Bildern 105, die von einer Person in der oben beschriebenen Weise betrachtet werden könnten. Jeder Datenübertragungsblock F1–Fm besteht aus einer Reihe von Bits, die entweder 1 (EIN) oder 0 (AUS) sind. Das heißt, die Reihe F1–Fm von Datenübertragungsblöcken sowie jeder einzelne Datenübertragungsblock ist eigentlich eine Reihe von Bits, die letztendlich angezeigt werden müssen, damit es für die Person, welche die binären Bilder betrachtet, möglich wird, die oben genannte Integration durchzuführen. 1A zeigt des Weiteren Pixel Pj im Allgemeinen und P1–P4 im Besonderen als typische Pixel. Wenn jeder Datenübertragungsblock F1–Fm für eine Zeit t angezeigt wird, sind einige der Pixel Pj eine logische 1 und einige sind eine logische 0. Damit eine Person Bilder betrachten kann, die von den Datenübertragungsblöcken F1–Fm erzeugt werden, ist eine Anzeigevorrichtung erforderlich.
  • Ein Problem bei dem oben genannten Ansatz besteht darin, dass eine Anzeigevorrichtung, welche die Gruppe von binären Bildern 105 anzeigt, in der Lage sein muss, in der Zeit t, (die sich auf die Bildfolge 1/t) bezieht), anzusprechen. Dies stellt eine Einschränkung bezüglich der Anzeigevorrichtungen dar, die verwendet werden können. Es können nämlich nur diejenigen Anzeigevorrichtungen verwendet werden, die eine Ansprechgeschwindigkeit besitzen, die wenigstens so groß wie 1/t Hz oder Datenübertragungsblöcke pro Sekunde ist. Der Integrationsprozess erfordert jedoch, das t klein ist, andernfalls würde es scheinen, als flackerte die Anzeige und würde nicht aussehen, als ob eine Graustufe bereitgestellt würde.
  • Derzeit gibt es eine Reihe von Anzeigevorrichtungen, die zum Ausgeben der oben genannten untergeordneten Datenübertragungsblöcke verwendet werden könnten. Flüssigkristall auf Silizium- (LCOS) Vorrichtungen, die als Anzeigevorrichtungen (oder räumliche Lichtmodulatoren) konzipiert wurden, haben Pixel-Auslegungen verwendet, die als "dynamisch" oder "statisch" kategorisiert werden können.
  • Eine statische Pixel-Auslegung weist bei jedem Pixel ein Speicherelement auf, das die Pixeldaten unbegrenzt speichern kann, ohne periodische Auffrischungszyklen zu erfordern. Dies entspricht dem SRAM (static random access memory/statischer Direktzugriffsspeicher) beim Computer speicher. Ein dynamisches Pixel speichert Daten kapazitiv und erfordert ein periodisches Auffrischen zum Ausgleichen des Verlusts der gespeicherten Ladung, entsprechend dem DRAM (dynamic random access memory/dynamischer Direktzugriffsspeicher).
  • Beide dieser Anzeigevorrichtungs-Arten haben die Eigenschaft gemeinsam, dass, wenn die Matrix von Pixeln in Sequenzen zeilenweise adressiert wird, der Flüssigkristall unmittelbar, nachdem die Zeile adressiert worden ist, damit beginnt, die neuen Daten zu aktualisieren. Es kommt vor, dass bei einigermaßen hochauflösenden Anzeigevorrichtungen, wie beispielsweise 1024 mal 1024 Pixeln, die elektronische Auffrischzeit vergleichbar oder länger als die Flüssigkristall-Schaltzeit ist. Wenn beispielsweise der Anzeigevorrichtung Daten zugeführt werden über 32 Datenleitungen mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 50 Mb/s, braucht eine solche Pixel-Matrix zum Aktualisieren ungefähr 690 Mikrosekunden. Der Flüssigkristall schaltet in ungefähr 100 Mikrosekunden. Es ist daher zutreffend, die Anzeigevorrichtung so zu betrachten, als würde sie in einer ihre Fläche überstreichenden Bewegung aktualisiert.
  • Bei einigen Anwendungen wäre es von Vorteil, wenn die Daten auf der gesamten Anzeigevorrichtung gleichzeitig gültig wären, bevor sie in verwendbarer Weise betrachtet werden kann. Beispiele für solche Anwendungen umfassen die meisten kohärenten Anwendungen, wie beispielsweise optische Korrelatoren, optische Strahlen-Lenkvorrichtungen usw. ...., und Anzeigevorrichtungs-Anwendungen, bei denen die präzise Synchronisation mit anderen Teilen des Systems, beispielsweise einer Leuchtquelle, erforderlich ist.
  • Derzeitige Pixel-Auslegungen unter Verwendung von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen oder Mikro-Anzeigevorrichtungen fallen unter zwei Hauptkategorien, nämlich Einzeltransistor-Pixel-Systeme und statische Pixel-Systeme.
  • Es gibt eine Reihe von Variationen dieser Auslegungsarten, doch beziehen sich alle im Allgemeinen auf einen dieser zwei Ansätze.
  • 1B zeigt eine schematische Darstellung einer Einzeltransistor-Pixel-Schaltung 701, die Bestandteil eines herkömmlichen Einzeltransistor-Pixelmatrixsystems ist. Solche Systeme werden in den so genannten Aktivmatrix-Computerbildschirmen sowie in einigen Mikro-Anzeigevorrichtungen mit Siliziumrückwandplatinen verwendet, die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen verwenden. Die gesamte Pixel-Matrix wird so ausgebildet, dass alle der Pixel-Schaltungen 701 in einer Zeile der Anzeigevorrichtung eine Steueranschluss-Leitung 705 gemeinsam nutzen, und alle der Pixel-Schaltungen in einer Spalte eine Datenleitung 710 gemeinsam nutzen (oder umgekehrt). Jedes Pixel 701 weist einen Transistor 714 und einen Pixel-Spiegel bzw. eine Fensterelektrode 718 auf.
  • Anzeigevorrichtungen, welche die Schaltung 701 verwenden, werden zeilenweise aktualisiert. Insbesondere wird die Steueranschluss-Leitung 705 aktiviert, wodurch alle Transistoren 714 auf einer einzelnen Pixel-Zeile auf der Anzeigevorrichtung aktiviert werden. Nach dem Aktivieren der Steueranschluss-Leitung 705 fließt eine Ladung durch den Transistor 714, wodurch der Pixel-Spiegel 718 auf die gleiche Spannung gebracht wird wie die Datenleitung 710. Die Vorrichtung 718 kann ein Pixel-Spiegel, eine Fensterelektrode oder eine Pixel-Elektrode sein, und daher werden diese durchgehend durch diese Spezifikation austauschbar verwendet. Die Steueranschluss-Leitung 705 wird dann deaktiviert, wodurch die Ladung und damit die Spannung an dem Pixel-Spiegel 718 gefangen wird. Die Spannung am Pixel-Spiegel 718 schaltet dann den (nicht gezeigten) Flüssigkristall. Mit dem Pixel-Spiegel 718 ist eine Kapazitanz verbunden, und die Details der Auslegung eines solchen Pixels betreffen oft die Maximierung dieser Kapazitanz zum Verbessern der Ladungsspeicherung.
  • Die Pixel-Schaltung 701 kann entweder als ein analoges Pixel verwendet werden, wenn die Spannungen auf den Datenleitungen 710 auf Zwischenwerte angesteuert werden, oder als binäres Pixel, wenn diese Leitungen auf nur zwei Werte angesteuert werden, typischerweise 0 V und 5 V. Es ist jedoch anzumerken, dass dieser Ansatz der Pixel-Anzeigevorrichtung kein Datenübertragungsblockpuffer-Pixel ist. Das heißt, die Pixel-Spiegel 718 werden zeilenweise aktualisiert.
  • Der andere Typ von Pixel-Auslegung, der verwendet wird, sind die so genannten statischen Pixel-Anzeigevorrichtungen. Statische Pixel-Anzeigevorrichtungen verwenden Pixel, die einen Daten-Signalspeicher und unter Umständen weitere Schaltkreise enthalten. Dieser Ansatz wurde zum Beispiel von einer Forschungsgruppe an der Universität von Edinburgh in Schottland verwendet. 1C zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltung 721 von statischen Pixeln, die als ein SRAM-Pixel bezeichnet wird. Die Pixel-Schaltung 721 weist einen Daten-Signalspeicher 732 auf, der mit der Matrix-Steueranschluss-Leitung 705 und der Datenleitung 710 verbunden ist. Die Pixel-Schaltung 721 weist auch einen Pixel-Spiegel bzw. ein Elektrodenfenster 718 auf. (Es ist zu beachten, dass die Steueranschluss-Leitung 705 und die Datenleitung 710 in 1C die gleichen Bezugszeichen aufweisen wie vorher in 1B.) Hier liest jedoch der Daten-Signalspeicher 732 den logischen Pegel auf der Datenleitung 710 unter der Steuerung der Steueranschluss-Leitung 705. Ein Datenbit wird in dem Daten-Signalspeicher 732 in der herkömmlichen Weise gespeichert, in der statische Signalspeicher Daten speichern, und daher werden die Daten unbegrenzt ohne Auffrischen gespeichert. Der Ausgang 740 des Daten-Signalspeichers 732 kann direkt mit dem Pixel-Spiegel 718 verbunden werden oder mit einem exklusiven ODER-(XOR) 750 (wie gezeigt) oder einem (nicht gezeigten) exklusiven NICHT-ODER-(XNOR) Steueranschluss verbunden werden. Der exklusive ODER-Steueranschluss 750 (oder der XNOR-Steueranschluss) steuern einen (nicht gezeigten) Pixel-Taktgeber entweder phasengleich oder gegenphasig zu einer globalen Taktleitung 755 von einem globalen Taktgeber.
  • XOR 750 arbeitet in Übereinstimmung mit dem Signalausgang 740 von dem Daten-Signalspeicher 732 und arbeitet demzufolge in Übereinstimmung mit dem im Signalspeicher 732 gespeicherten Datenbit. Beispielsweise nehmen alle Pixel in der statischen Anzeigevorrichtung, für die eine "1" im Signalspeicher 732 gespeichert ist, den entgegengesetzten logischen Wert des globalen Taktgebersignals 755 an, wogegen alle Pixel in der statischen Anzeigevorrichtung, für die eine "0" in dem Signalspeicher 732 gespeichert ist, den gleichen logischen Wert annehmen wie das globale Taktgebersignal 755. Dies geschah ursprünglich, um den Gleichstromausgleich von nematischen Flüssigkristallen zu erleichtern, die in früheren Flüssigkristall auf Silizium-Vorrichtungen verwendet wurden. Dies wurde von der Edinburgh-Gruppe in einigen von ihren schnellen ferroelektrischen Vorrichtungen zur Unterstützung bei der Datenübertragungsblock-Umkehrung beibehalten, die eine andere Form des Gleichstromausgleichs ist, die bei FLC-basierten Vorrichtungen verwendet wird. Sobald daher diese Anzeigevorrichtungen einen Datenübertragungsblock von Daten laden, steht ihnen die Umkehrung dieses Datenübertragungsblocks an den Pixel-Spiegeln zur Verfügung, indem einfach der globale Taktgeber umgeschaltet wird.
  • Dieser Ansatz für die Pixel-Anzeigevorrichtung ist also kein Datenübertragungsblockpuffer-Pixel. Das heißt, obwohl die Bilddaten auf der Pixel-Matrix gespeichert werden, werden die Pixel-Signalspeicher 732 (und damit die Pixel-Spiegel 718) zeilenweise aktualisiert, genau wie in dem oben erläuterten Einzeltransistor-Fall. Es ist zu beachten, dass dieser Ansatz für die Pixel-Anzeigevorrichtung binär ist, da der Signalspeicher 732 eine Umspeicherungslogik verwendet, um alle Knoten in der Schaltung entweder auf eine logische "1" oder eine logische "0" zu ziehen, wie dies durch den XOR-Steueranschluss 750 erfolgt.
  • EP 0 586 144 offenbart eine Fotoemissions-Vorrichtung mit den Merkmalen, die im Oberbegriff von Anspruch 1 dargelegt sind.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Bildqualität von binären Anzeigevorrichtungen zu verbessern.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Reduzieren der Datenübertragungsgeschwindigkeits-Anforderung zum Generieren von zeitlich aufeinander folgenden Graustufenbildern auf einer Anzeigevorrichtung bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Anzeigen von untergeordneten Datenübertragungsblöcken bereitzustellen, um es einer Person zu ermöglichen, eine zeitliche Integration des Bilderstroms durchzuführen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung bereitzustellen, die eine verbesserte Bildqualität von binären oder analogen Anzeigevorrichtungen bereitstellen kann, indem Bilder jeweils pro Datenübertragungsblock aktualisiert werden.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung bereitzustellen, die ganze Datenübertragungsblöcke von Daten zusammen integrieren kann, bevor diese Daten angezeigt werden.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Erhalten von Graustufenbildern bereitzustellen, die unter Verwendung von binären Anzeigevorrichtungen erzeugt werden.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit einem oder mehreren Datenspeicherplätzen an jeder Pixel-Speicherstelle bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, dass sie Pixel-Schaltkreise enthält, die in einem kleinen Bereich um das Pixel angeordnet werden können.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, ein binäres Signal an jedem Pixel bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum dynamischen Anzeigen eines Bilds oder eine Vorrichtung zum statischen Anzeigen eines Bilds bereitzustellen.
  • Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie es ermöglicht, Graustufenbilder unter Verwendung einer binären Anzeigevorrichtung zu betrachten.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie zum Erzeugen von farbigen Graustufenbildern verwendet werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen einsetzen kann.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie das Zeitintervall, während welchem die angezeigten Daten sich ändern, reduziert, indem das zeilenweise Aktualisieren der Pixel vermieden wird.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie nur durch die Schaltzeit der Pixel eingeschränkt wird.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie es ermöglicht, Graustufenbilder unter Verwendung einer binären Anzeigevorrichtung zu betrachten.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie das Zeitintervall, während welchem die angezeigten Daten sich ändern, reduziert, indem das zeilenweise Aktualisieren der Pixel vermieden wird.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie zum Erzeugen von farbigen Graustufenbildern verwendet werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen einsetzen kann.
  • Ein Merkmal der Erfindung ist, dass sie Graustufenbilder bereitstellt, indem eine Sequenz von binären Bildern oder untergeordneten Datenübertragungsblöcken schnell durchlaufen wird.
  • Ein weiteres Merkmal von einer Ausführungsform der Erfindung ist, dass sie Umkehrschaltungen einsetzt, um Pixel-Elektroden in einer Ausführungsform anzusteuern.
  • Ein weiteres Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung ist, dass sie Kondensatoren zum Speichern von Informationen einsetzt.
  • Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass sie die Pixel-Elektroden mit einer analogen oder binären Spannung ansteuern kann.
  • Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass sie Pixel-Puffer oder einen Datenübertragungsblock-/Bild-Puffer einsetzen kann.
  • Diese und andere Vorteile und Merkmale werden durch das Bereitstellen einer Vorrichtung erreicht, die umfasst: ein Substrat mit einer ersten Oberfläche; eine Vielzahl von Steuerelektroden, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet sind; und eine Vielzahl von Mitteln, die auf dem Substrat angeordnet und jeweils mit der Vielzahl von Steuerelektroden gekoppelt sind, um Bilddaten zu empfangen und zu speichern, die aus einer Reihe von untergeordneten Datenübertragungsblöcken bestehen, und um die Vielzahl von Steuerelektroden gleichzeitig synchron mit einem Schaltsignal zu steuern, wobei das Schaltsignal angibt, dass alle Bilddaten eines Datenübertragungsblocks in der Vielzahl von Mitteln gespeichert worden sind, wobei jedes der Vielzahl von Mitteln umfasst: einen ersten Schalter, der mit einem Steueranschluss-Signal und einer Datenleitung gekoppelt ist, um ein Pixeldatum der Bilddaten zu empfangen und das Pixeldatum in Übereinstimmung mit dem Steueranschluss-Signal auszugeben; Speichermittel, die mit dem ersten Schalter gekoppelt sind, um das Pixeldatum zu empfangen und zu speichern; einen zweiten Schalter, der mit dem Schaltsignal und den Speichermitteln gekoppelt ist; und eine Umkehrschaltung, die mit dem zweiten Schalter und einer entsprechenden einen der Vielzahl von Steuerelektroden gekoppelt ist, wobei das Pixeldatum von den Speichermitteln zu der Umkehrschaltung synchron mit dem Schaltsignal übertragen wird, und das Pixeldatum an die entsprechende eine der Vielzahl von Steuerelektroden ausgegeben wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A zeigt eine Reihe von binären Bildern, die von einer Person in der oben beschriebenen Weise betrachtet werden könnten. 1B zeigt eine schematische Darstellung einer Einzeltransistor-Pixel-Schaltung 701, die Bestandteil eines herkömmlichen Einzeltransistor-Pixelmatrixsystems ist und nicht in den Umfang der Ansprüche fällt. 1C zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltung 721 von statischen Pixeln, die als SRAM-Pixel bezeichnet wird, die ebenfalls nicht in den Umfang der Ansprüche fällt. 1D zeigt schematisch die gleiche Folge von binären Bildern, wie in 1A gezeigt, wenn sie in eine binäre Anzeigevorrichtung eingegeben werden. 1E zeigt eine Reihe von Gruppen von m Datenübertragungsblöcken. 1F stellt eine kurze Demonstration des Integrationsprozesses bereit. 1G zeigt ein Beispiel dafür, wie eine Reihe von binären Bildern, die in untergeordneten binären "Bit-Ebenen"-Datenübertragungsblöcken angeordnet werden, wiederum angezeigt werden können, um für einen Betrachter so zu erscheinen, als sei es ein Pixelbild mit einer 4-Bit-Graustufe.
  • 2A zeigt, wie untergeordnete Datenübertragungsblöcke, (wie beispielsweise untergeordnete binäre Bit-Ebenen-Datenübertragungsblöcke), in unterschiedlicher Reihenfolge innerhalb einer Gruppe von untergeordneten Datenübertragungsblöcken angezeigt werden können, wobei einige im Vergleich zu anderen in verschiedenen Situationen vorteilhaft sein können. 2B zeigt, wie die höchstwertigen Bit-Datenübertragungsblöcke über die gesamte Gruppe von Datenübertragungsblöcken verteilt oder verstreut werden können.
  • 3A, 3B und 3C zeigen einen Ansatz zur Neu-Anordnung der Datenübertragungsblöcke, so dass das Anzeigesystem nicht mit einer Geschwindigkeit von 1/t laufen muss, um den Datenübertragungsblock mit dem niedrigstwertigen Bit (LSB) anzuzeigen. 3D zeigt die Schritte, die erforderlich sind, um den in 3A–3C gezeigten Prozess zu erhalten.
  • 4A, 4B und 4C zeigen einen weiteren Ansatz, um einen Graustufeneffekt in dem Fall zu erzielen, in dem m' = 2 (entsprechend 3C) mit einer Datenübertragungsblock-Geschwindigkeit von ungefähr 1/(4t) ist. 4D zeigt ein Verfahren zum Anzeigen eines Graustufenbilds auf einer Anzeigeeinheit mit einer Vielzahl von Pixeln.
  • 5A zeigt, wie 8-Bit-Graustufenbilder (oder 3 × 8-Bit-Farbbilder) unter Verwendung einer binären Anzeigevorrichtung angezeigt werden können, wie beispielsweise der Vorrichtung von 1F, die nicht im Umfang der Ansprüche liegt. 5B zeigt, wie analoge Bildsignale sowie digitale Daten, (wie beispielsweise die Bilder von 5A), zu binären untergeordneten Datenübertragungsblöcken führen können, die wiederum über die Verfahren der 3A–3D und 4A–4D angezeigt werden können.
  • 6A zeigt eine Anzeigevorrichtung, die als die Anzeigevorrichtung 115 dienen kann, und 6B zeigt eine Großansicht von irgendeinem von Pixeln Hj.
  • 7A zeigt eine erste Ausführungsform einer Datenübertragungsblockpuffer-Pixel-Anzeigevorrichtung, die eine CMOS-Version einer doppelten Umkehrschaltung (entsprechend der Pufferschaltung in 6B) zur Signal-Speicherung und -Regenerierung verwendet. 7B zeigt eine zweite Ausführungsform einer Datenübertragungsblockpuffer-Pixel-Anzeigevorrichtung, die eine CMOS-Version einer doppelten Umkehrschaltung mit zusätzlichen Transistoren zur Signal-Speicherung und -Regenerierung verwendet.
  • 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Datenübertragungsblockpuffer-Pixel-Anzeigevorrichtung, die eine einzelne Umkehrschaltung verwendet.
  • 9A zeigt eine analoge Datenübertragungsblockpuffer-Pixel-Schaltung 901, die nicht in den Umfang der Erfindung fällt. 9B zeigt eine schematische Ansicht einer analogen Datenübertragungsblockpuffer-Pixel-Schaltung 951, die nur n-FETs verwendet und einen Transistor und zwei Adressleitungen pro Pixel weniger erfordert, und die ebenfalls nicht in den Umfang der Erfindung fällt.
  • 10 zeigt eine schematische Ansicht einer Zwei-Speicherstellen-Version des in 9A gezeigten analogen Datenübertragungsblockpuffer-Pixels, das nicht in den Umfang der Erfindung fällt.
  • 11 zeigt eine derartige komplexere Pixel-Schaltung, die ebenfalls nicht in den Umfang der Erfindung fällt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es werden mehrere Ausführungsformen von Datenübertragungsblockpuffer-Vorrichtungen erläutert. Zuerst werden jedoch Verfahren und Vorrichtungen zum Anzeigen von Graustufen- oder Farbbildern unter Verwendung solcher Datenübertragungsblockpuffer-Vorrichtungen unter Bezugnahme auf 1–5 erläutert. Dann wird eine allgemeine Puffer-Anzeigevorrichtung in 6A und 6B vorgestellt, welche die unter Bezugnahme auf 1–5 erläuterten Integrationsverfahren nutzt. Spezielle Ausführungsformen und Beispiele für binäre und analoge gepufferte Anzeigevorrichtungen werden dann in 7 bis 9 vorgestellt, von denen einige dynamische (aktive) Anzeigevorrichtungen sind, und von denen einige statische Anzeigevorrichtungen sind.
  • 1D zeigt schematisch die gleiche Folge von binären Bildern 105, wie in 1A gezeigt, wenn sie in eine binäre Anzeigevorrichtung 115 eingegeben werden, die Hardware-Pixel Hj aufweist, die entweder ein oder aus (hell oder dunkel) sind entsprechend den jeweiligen Werten Pj in den Datenübertragungsblöcken F1–Fm. Es ist zu beachten, dass, obwohl eine 4 mal 4-Pixel-Anzeigevorrichtung und – Bilder dargestellt sind, die folgende Darlegung für jede Anzeigevorrichtungs- und Datenübertragungsblock-Größe gilt.
  • Angenommen, P1 ist 1 (EIN) für jeden Datenübertragungsblock F1 bis Fm, P2 ist 1 (EIN) für die Datenübertragungsblöcke F1 bis Fm-1 und ist 0 (AUS) für den Datenübertragungsblock Fm, P3 ist 1 (EIN) nur für die Datenübertragungsblöcke F1 und F2 und 0 (AUS) für die Datenübertragungsblöcke F3–Fm, und P4 ist 1 (EIN) nur für Datenübertragungsblock F1 und 0 (AUS) für die Datenübertragungsblöcke F2 – Fm.
  • Die Geschwindigkeit, mit der die Datenübertragungsblöcke von der Anzeigevorrichtung 115 angezeigt werden, beträgt 1/t Hz, wobei t die Zeit zwischen zwei beliebigen aufeinander folgenden Datenübertragungsblöcken Fj und Fj+1 beträgt. Da P1 für alle Datenübertragungsblöcke EIN ist, bleibt das Pixel H1 für eine Zeit mt EIN. Da P2 für die Datenübertragungsblöcke F1 bis (Fm-1) EIN ist, ist H2 für eine Zeit (m-1)t EIN. Da P3 nur für die Datenübertragungsblöcke F1 und F2 EIN ist, ist H3 für eine Zeit 2t EIN. Da P4 nur für den Datenübertragungsblock F1 EIN ist, ist H4 nur für eine Zeit t EIN. Die Integration wird wie folgt erzielt. Wenn die Anzeigevorrichtung 115 eine ausreichend schnelle Ansprechgeschwindigkeit aufweist, bemerkt eine Person, die sie betrachtet, dass das Pixel H4 geringfügig heller als diejenigen Pixel ist, die überhaupt nicht EIN waren, d.h. alle Pixel Pj, ausgenommen P1 bis P4. In ähnlicher Weise erscheint das Pixel H3 geringfügig heller als Pixel H4, da es für 2t statt t EIN ist. In ähnlicher Weise erscheint H1 heller als H2, da es für eine Zeit mt EIN ist, wogegen H2 für eine kürzere Zeit (m-1)t EIN ist.
  • Bei allen vorherigen Feststellungen wurde angenommen, dass die Zeit t kurz genug ist, dass eine Person nicht wirklich sehen oder bemerken würde, dass H4 für die Zeit t EIN ist und dann für den Rest der Zeit (m-1) t AUS ist, wogegen H1 für die gesamte Zeit t EIN ist. Stattdessen würde der Betrachter die Bilder zusammen integrieren, was bedeutet, dass für den Betrachter sowohl H1 als auch H4 EIN zu sein scheinen, doch ist H1 viel heller als H4. 1E zeigt eine Reihe von Gruppen 105 von m untergeordneten Datenübertragungsblöcken. Hier beträgt die Gesamtanzahl von betrachteten untergeordneten Datenübertragungsblöcken N, und wiederum ist die Geschwindigkeit, mit der jeder Datenübertragungsblock aktualisiert wird, 1/t, wobei t die Zeit zwischen Datenübertragungsblöcken ist. Jede Gruppe 105 wird durch das menschliche Auge des Betrachters, der die Anzeigevorrichtung 115 betrachtet, so integriert, dass sie als eine Reihe 155 von Graustufenbildern 105' erscheint, wobei jedes der Gruppe von Bildern 105 nach der Integration entspricht. Hier sind m untergeordnete Datenübertragungsblöcke erforderlich, um ein einzelnes Graustufen- (oder Farb-) Bild auszubilden, oder ein Datenübertragungsblock und N untergeordnete Datenübertragungsblöcke bilden ein Folge von Graustufen- (oder Farb-) Bildern aus.
  • 1F stellt eine kurze Demonstration des Integrationsphänomens bereit. Insbesondere zeigt 1F den Intensitätsausgang von H1–H4 von I(P1), I(P2), I(P3) und I(P4) in Bezug auf die Zeit für vier Punkte P1–P4 in einer hypothetischen Situation. Die Anzahl der untergeordneten Datenübertragungsblöcke ist m. Die folgende Erläuterung bezieht sich auf die erste Gruppe 105 von untergeordneten Datenübertragungsblöcken. Pixel H1 ist EIN für die gesamten m untergeordneten Datenübertragungsblöcke, H2 ist EIN während des dritten untergeordneten Datenübertragungsblocks und AUS für die restlichen untergeordneten Datenübertragungsblöcke, H3 ist EIN für den ersten und den zweiten untergeordneten Datenübertragungsblock und AUS für die restlichen untergeordneten Datenübertragungsblöcke, und H4 ist EIN für den 5. untergeordneten Datenübertragungsblock und AUS für die restlichen untergeordneten Datenüber tragungsblöcke. Wenn die Geschwindigkeit 1/t ausreichend ist, so dass in der Wahrnehmung des Betrachters eine solche Integration auftritt, dann würde sich die Intensität (I(Pj) wie folgt darstellen (Intensitäten sind relative Intensitäten). I(P1) = (1, 1, ..., 1) → m, I(P2) = (0, 0, 1, 0..., 1) → 1, I(P3) = (1, 1, ..., 0, 0) → 2 und I(P4) = (0, 0, 0, 0, 1, ..., 0, 0) → 1. Es ist zu beachten, dass die Spitzenintensität durch die Zeitabfolge (1, 1 ..., 1) dargestellt wird, (die niedrigste Intensität ist (0, ..., 0)). Es ist des Weiteren zu beachten, dass die Intensität am Punkt P2, (wenn sie richtig integriert wird), so erscheint, als wäre sie die gleiche wie die Intensität an Punkt P4, und die Reihenfolge ihres Auftretens ist nicht wahrnehmbar. Demzufolge können die untergeordneten Datenübertragungsblöcke innerhalb einer Gruppe 105 untereinander vertauscht werden und für einen Betrachter das gleiche Graustufenbild bereitstellen, wenn sie durch den Betrachter richtig integriert werden, und tatsächlich kann die korrekte Verteilung von untergeordneten Datenübertragungsblöcken den Integrationsprozess unterstützen.
  • 1G zeigt ein Beispiel dafür, wie eine Reihe von 4 × 4-Binärbildern, die in untergeordneten binären "Bit-Ebenen"-Datenübertragungsblöcken angeordnet werden, wiederum angezeigt werden kann, um für einen Betrachter so zu erscheinen, als sei es ein 4 × 4-Pixelbild mit einer 4-Bit-Graustufe. Es ist zu beachten, dass, obwohl 1G 4 × 4-Pixelbilder zeigt, die Querdimensionen der Bilder alle beliebigen zwei ganzen Zahlen sein können. Des Weiteren sind diese Querdimensionen nur zufällig die gleichen wie die Anzahl von Graustufen-Bits, die ebenfalls jede ganze Zahl aufweisen können. Das heißt, eine 4-Bit-Graustufe wird nur zu Erläuterungs- und Demonstrationszwecken gezeigt.
  • Die in 1G gezeigte Gruppe 105 von untergeordneten Datenübertragungsblöcken sind binäre untergeordnete Datenübertragungsblöcke, wobei EIN-Pixel durch 1 dargestellt werden, und AUS-Pixel durch 0 dargestellt werden. Eine Gesamtanzahl von 24 – 1 = 15 derartiger binärer untergeordneter Datenübertragungsblöcke 105 ist in der Gruppe 105 für 4-Bit-Graustufenbilder enthalten. Da es sich des Weiteren um eine 4-Bit-Graustufe handelt, müssen nur 4 Bit-Ebenen-Datenübertragungsblöcke vorhanden sein (diese Anzahl kann erhöht werden, falls gewünscht). Der untergeordnete Datenübertragungsblock mit dem höchstwertigen Bit (MSB) zeigt ein Bild mit allen Pixeln, die EIN oder 1 sind, für wenigstens 8 untergeordnete Datenübertragungsblöcke in Gruppe 105. Wie zu sehen ist, sind nur Pixel (2, 4), (welche (2, 4) in allen untergeordneten Datenübertragungsblöcken in Gruppe 105 EIN sind), und alle Pixel auf der Zeile y = 1, d.h. (1, 1), (2, 1), (3, 1) und (4, 1), (was 8 mal wiederholt wird), EIN. Das nächste höchstwertige Bit, das (23 = 4) oder dritte Bit wird in 4 Gruppen von untergeordneten Bit-Ebenen-Datenübertragungsblöcken neu angeordnet. Nur die Pixel (2, 4) sind in diesem Beispiel für alle dieser Bit-Ebenen-Datenübertragungsblöcke EIN. Der vor dem niedrigstwertigen liegende untergeordnete Datenübertragungsblock weist zwei Pixel auf, die EIN sind, nämlich (2, 4), die für alle der oben erläuterten untergeordneten Datenübertragungsblöcke EIN sind, und (3, 1), die für die 8 identischen untergeordneten Datenübertragungsblöcke und für 2 zusätzliche untergeordnete Datenübertragungsblöcke in der Gruppe 105 EIN sind.
  • Der Prozess der Neuanordnung von untergeordneten Datenübertragungsblöcken von der Gruppe 105 in die so genannten untergeordneten Bit-Ebenen-Datenübertragungsblöcke kann in einer großen Bandbreite von Möglichkeiten erfolgen und wird hier als "Bit-Slicing" bezeichnet. Ein Ansatz dazu ist wie folgt. Die binären Daten, die den Strom von binären Bildern darstellen, könnten in einem Computerspeicher gespeichert werden, beispielsweise in einem Format, in dem ein 8-Bit-Byte die Graustufe darstellt, die durch ein bestimmtes Pixel nach der Integration (in einer bestimmten Farbe) an gezeigt werden soll. Eine Art zum Generieren von untergeordneten Datenübertragungsblöcken aus einer derartigen Darstellung besteht darin, einfach einen binären untergeordneten Bit-Ebenen-Datenübertragungsblock von 1 Bit aus jedem der Bits des 8-Bit-Bytes auszubilden. Dies würde in einer Software erfolgen, indem eine logische UND-Operation zwischen dem Byte, das die Pixel-Graustufe darstellt, und einem Byte, das alle der "0"-Werte mit Ausnahme einer einzelnen "1" an der richtigen Position enthält, durchgeführt wird, um den gewünschten untergeordneten Datenübertragungsblock zu extrahieren. Eine Hardware-Implementierung könnte sein, das gewünschte Bit für den Bit-Ebenen-Datenübertragungsblock direkt aus dem gespeicherten Byte auszulesen, indem die Speicher-Hardware so ausgelegt wird, dass sie auswählbare Bit-Leseoperationen statt Byte-Leseoperationen erleichtert.
  • Eine Schwierigkeit bzw. ein potenzielles Problem bei dem oben genannten Ansatz besteht darin, dass die Anzeigevorrichtung 115 in der Lage sein muss, auf die Zeit t anzusprechen, (die sich auf die Datenübertragungsblock-Geschwindigkeit 1/t bezieht). Dies stellt eine Einschränkung hinsichtlich der Anzeigevorrichtungen dar, die verwendet werden können. Es können nämlich nur diejenigen Anzeigevorrichtungen verwendet werden, die Ansprechzeiten aufweisen, die wenigstens so groß wie 1/t Hz oder Datenübertragungsblöcke pro Sekunde sind.
  • Die unter Bezugnahme auf 1A, 1C–1F erläuterte Situation kann verwendet werden, um Farbbilder mit Graustufen in rot, grün und blau wie folgt zu erzeugen. Angenommen, dass m = 100, N = 10.000 und t = 0,1 Millisekunden ist. Diese Zahlen würden in einer Sekunde 100 Datenübertragungsblöcke oder Bilder ermöglichen, von denen jedes aus 100 binären untergeordneten Datenübertragungsblöcken besteht, (die den Datenübertragungsblöcken 105 in 1A, 1D und 1E entsprechen), um ein Graustufenbild für eine Farbe zu erzeugen. Wenn ein vollständiges Farbbild gewünscht wird, dann wären drei Graustufenbilder, (jeweils eines für rot, grün und blau) erforderlich. In diesem Fall wären ungefähr 32 untergeordnete Datenübertragungsblöcke für jedes Rot-, Grün- und Blau-Bild verfügbar, wenn 100 Farbbilder angezeigt werden sollen. Diese 32 untergeordneten Datenübertragungsblöcke können verwendet werden, um 33 gleichmäßig beabstandete Graustufen zu erzeugen, was (ungefähr) 5 Bits von Graustufe für jedes von Rot, Grün und Blau entspricht. Dies wird im Folgenden ausführlicher erläutert.
  • Das oben genannte Phänomen ermöglicht es, dass die untergeordneten Datenübertragungsblöcke in jeder Reihenfolge in einer Gruppe 105 angezeigt werden können. Außerdem können einige Anzeige-Reihenfolgen von untergeordneten Datenübertragungsblöcken in Bezug auf andere vorteilhaft sein, wie im Folgenden erläutert wird. Unter Bezugnahme auf 1D–1F werden die untergeordneten Datenübertragungsblöcke mit dem niedrigstwertigen Bit (LSB) und die Datenübertragungsblöcke mit dem höchstwertigen Bit (MSB) wie folgt definiert. Ein untergeordneter Datenübertragungsblock mit dem niedrigstwertigen Bit (LSB) wird als der untergeordnete Datenübertragungsblock definiert, in dem Pixel für nur eine Zeit t in der Gruppe 105 von untergeordneten Datenübertragungsblöcken EIN sein können, wodurch das niedrigstwertige Bit einer binären Darstellung eines Graustufenbilds ausgebildet wird, und ein untergeordneter Datenübertragungsblock mit dem höchstwertigen Bit (MSB) wird definiert als diejenige Gruppe von 2p-1 untergeordneten Datenübertragungsblöcken, in denen einige oder alle Pixel in der Gruppe 105 von untergeordneten Datenübertragungsblöcken EIN sind, wobei p als die ganze Zahl definiert ist, für die das Folgende gilt: 2p-1 + 2p-2 + ... + 20 = (2p-1) = m, siehe 1F. Daher ist der untergeordnete LSB-Datenübertragungsblock derjenige einzelne untergeordnete Datenübertragungsblock, in dem die Intensität EIN sein kann, um zu der Intensität beizutragen, die dem LSB eines Graustufenbilds entspricht, und der untergeordnete MSB-Datenübertragungsblock ist diejenige Gruppe von 2p-1, für welche die Intensität eines Pixels EIN sein kann, um zu der Intensität beizutragen, die dem MSB eines Graustufenbilds entspricht.
  • Da nämlich alle der untergeordneten Datenübertragungsblöcke in jeder Gruppe zusammen integriert werden, kann jede der 5-Bit-Ebenen angezeigt werden, d.h. Bit 0 (das niedrigstwertige Bit oder LSB), Bit 1, Bit 2, Bit 3 und Bit 4 (das höchstwertige Bit oder MSB), wie in 2A gezeigt. In diesem Schema wird der untergeordnete Datenübertragungsblock mit dem niedrigstwertigen Bit (Bit 0) für einen Datenübertragungsblock oder eine Zeitdauer t angezeigt, das nächste Bit (Bit-Datenübertragungsblock) für zwei Datenübertragungsblöcke oder eine Zeit 2t, und das höchstwertige Bit (in diesem Fall für 2p-1t), wobei p = 5) für 16 Datenübertragungsblöcke oder 16t.
  • In der Praxis, wenn sich die Datenübertragungsblock-Geschwindigkeiten den unteren Grenzen für zeitliche Integration nähern, ist es von Vorteil, das MSB über den Datenübertragungsblock, welcher der Gruppe 105 entspricht, zu streuen, um konturierende Artefakte zu beseitigen, was in dem Fachgebiet bekannt ist. 2B zeigt einen Weg, wie dies erfolgen könnte. Wenn 2A mit 2B verglichen wird, ist ersichtlich, dass diejenigen Pixel, die für 16 untergeordnete Datenübertragungsblöcke EIN sind, d.h. für eine Gesamtzeit 16t, was dem MSB oder Bit 4 entspricht, für die Hälfte dieser Zeit bzw. 8t auf EIN gesetzt werden können, gefolgt von Pixeln, bei denen Bit 3 für 8t EIN ist, und dann die MSB-Pixel wieder für die restliche Zeit 8t auf EIN gesetzt werden, so dass sie für die erforderliche Zeit 16t angezeigt worden sind.
  • Es ist offenkundig aus 2A und 2B, dass die Generierung von 24-Bit-Zeitabfolge-Graustufen- (oder Farb-) Bildern auf diese Weise eine Anzeigevorrichtung mit sehr hoher Geschwindigkeit und/oder eine Reduzierung der Bildgeschwindigkeit erfordert, (24-Bit bezieht sich auf eine 8-Bit-Graustufe für jede der drei verwendeten Farben, was 255 untergeordnete Datenübertragungsblöcke für jede Farbe erfordern würde). Das Anzeigesystem 115 muss nämlich schnell genug arbeiten, um den niedrigstwertigen Datenübertragungsblock anzuzeigen, d.h. den Datenübertragungsblock, der das LSB anzeigt.
  • 3A entspricht 2A, und 3B und 3C zeigen ein Verfahren zur Neuanordnung der Datenübertragungsblöcke, so dass das Anzeigesystem 115 nicht mit einer Geschwindigkeit von 1/t arbeiten muss, um das LSB anzuzeigen. Es ist zu beachten, dass 3A alle Pixel zeigt, welche die gleiche Intensität Io anzeigen, und es ist nur die Zeitdauer, für die ein bestimmtes Pixel angezeigt wird, die zu dem Graustufeneffekt führt. Die untergeordneten MSB-Datenübertragungsblöcke sind diejenigen identischen untergeordneten Datenübertragungsblöcke, die Pixel enthalten, die EIN sind, um das höchstwertige Bit anzuzeigen. Der untergeordnete LSB-Datenübertragungsblock ist der untergeordnete Datenübertragungsblock, der Pixel enthält, die EIN sind, um das niedrigstwertige Bit anzuzeigen.
  • 3B zeigt, wie die Gruppe 105 kombiniert wird, um eine 5-Bit-Graustufe (für jedes von Rot, Grün und Blau) zu bewirken, ohne dass die Anzeigevorrichtung 115 zu Geschwindigkeiten von 1/t fähig sein muss. Wie zu sehen ist, wird die Geschwindigkeitsanforderung für die Anzeigevorrichtung 115 von 1/t auf 1/(2t) reduziert. Um die zusätzliche Zeit t auszugleichen, in der die LSB-Datenübertragungsblöcke EIN sind, wird die Intensität der Pixel in diesem Datenübertragungsblock um die Hälfte von Io auf Io/2 vermindert. Der Buchstabe m' wird verwendet, um die Anzahl der Bits anzugeben, die in einer Gruppe zusammengefasst sind, um die LSB-Zeit zu ergeben. Daher ist unter Bezug nahme auf 3A m' = 0, und daher wird kein zusätzliches Bit mit dem LSB zu einer Gruppe zusammengefasst, und daher wird keine Verminderung der erforderlichen Leistungsgeschwindigkeit der Anzeigevorrichtung 115 erzielt. Wenn jedoch m' = 1, werden die untergeordneten Datenübertragungsblöcke des ersten Bits und der untergeordnete Datenübertragungsblock des 0. Bits in einer Gruppe zusammengefasst, wie in 3B gezeigt, und daher wird die Geschwindigkeitsanforderung der Anzeigevorrichtung 155 um die Hälfte auf ungefähr 1/(t) reduziert. Diese Reduzierung geht jedoch mit einer neuen Anforderung einher, dass die Anzeigevorrichtung 115 in der Lage sein muss, drei verschiedene Intensitätspegel ausgeben zu können, nämlich Io, Io/2 und 0 statt die zwei Intensitäten Io und 0 für den Fall m' = 0. Für eine binäre Anzeigevorrichtung kann dies erreicht werden, indem das Beleuchtungslicht zum entsprechenden Zeitpunkt moduliert wird, oder indem der optische Ausgang aus der Anzeigevorrichtung zum entsprechenden Zeitpunkt moduliert wird.
  • 3C führt den Prozess einen Schritt weiter. Hier werden die LSB-Datenübertragungsblöcke, die Datenübertragungsblöcke des ersten Bits, (Datenübertragungsblöcke, die Bits in der Position vor dem niedrigstwertigen Bit anzeigen), und die Datenübertragungsblöcke des zweiten Bits in einer Gruppe zusammengefasst. In diesem Fall wird die Geschwindigkeitsanforderung für die Anzeigevorrichtung 115 um ungefähr 75% von 1/t auf ungefähr 1/(4t) reduziert. In diesem Fall, da das Bit (Bit 1) vor dem niedrigstwertigen nur so lange EIN ist wie die Datenübertragungsblöcke von Bit 2 EIN sind, wird ihre Intensität um die Hälfte auf Io/2 reduziert. In ähnlicher Weise, da der Datenübertragungsblock mit dem LSB-Bit nur so lange EIN ist wie der LSB-Datenübertragungsblock, wird die Intensität des LSB-Datenübertragungsblocks um die Hälfte von Io/2 wie in 3B auf Io/4 reduziert. Daher wird diesem Fall die Geschwindigkeit, mit der die Anzeigevorrichtung 115 arbeiten können muss, um ungefähr 75% von 1/t auf ungefähr 1/(4t) reduziert. Für das in 2A und 2B gezeigte Beispiel bedeutet dies, dass die Datenübertragungsblock-Geschwindigkeit von 10 kHz auf 2,5 kHz reduziert wird.
  • Der unter Bezugnahme auf 3A–3C erläuterte Ansatz kann wie folgt verallgemeinert werden. 3D zeigt Schritte, die zum Verallgemeinern des Prozesses erforderlich sind, der unter Bezugnahme auf 3A–3C gezeigt ist. Insbesondere zeigt 3D Schritt 310 zum Empfangen einer Reihe von N Datenübertragungsblöcken von binären Bildern, (von denen jedes ursprünglich mit einer Geschwindigkeit von 1/t angezeigt werden sollte), wobei N eine ganze Zahl ist. Wenn alternativ Graustufen- oder Farbbilder statt binärer Bilder empfangen werden, dann wird Schritt 310 durch die Schritte 310a und 310b ersetzt. Schritt 310a umfasst nämlich das Empfangen einer Reihe von Graustufen- (oder Farb-) Bilder, und Schritt 310b umfasst das Ausbilden von binären untergeordneten Datenübertragungsblöcken, die diese Graustufen- (oder Farb-) Bilder darstellen.
  • Nachdem entweder Schritt 310 oder die Schritte 310a und 310b durchgeführt worden sind, wird Schritt 320 durchgeführt. Schritt 320 umfasst das Anordnen der Reihe von N Datenübertragungsblöcken von binären Bildern in n Gruppen von m binären untergeordneten Datenübertragungsblöcken, wobei m kleiner oder gleich N ist. Schritt 330 umfasst das Dämpfen der niedrigstwertigen ungedämpften untergeordneten Datenübertragungsblöcke in jeder Gruppe von m untergeordneten Datenübertragungsblöcken sowie von vorher gedämpften untergeordneten Datenübertragungsblöcken (sofern vorhanden) um einen Faktor von ungefähr 2. Schritt 340 umfasst die paarweise Zusammenfassung der ungedämpften Datenübertragungsblöcke, um ungefähr halb so viele wie ungedämpfte untergeordnete Datenübertragungsblöcke zu erhalten und dadurch die Dauer der gedämpften unterge ordneten Datenübertragungsblöcke ungefähr zu verdoppeln. Dabei ist jedoch zu beachten, dass mit ungefähr 1/2 gemeint ist, dass die Dämpfung irgendeinen Wert zwischen einigen Prozent bis 20 Prozent oder mehr als die Hälfte betragen kann. Der exakte Betrag der Dämpfung (oder Veränderung der Intensität) könnte ermittelt werden, indem der Dämpfungsprozess einfach für verschiedene Dämpfungsbeträge implementiert wird, und Betrachter gefragt werden, welcher Dämpfungsbetrag am wirkungsvollsten ist. Es ist zu beachten, dass m' um 1 erhöht wird, sobald Schritt 340 abgeschlossen ist. Schritt 350 gestattet es, die letzten zwei Schritte 330 und 340 zu wiederholen, bis die gewünschte Datenübertragungsblock-Geschwindigkeit erreicht ist.
  • Der oben genannte Prozess kann fortgesetzt und m' erhöht werden. Für den Fall von 8 Bits, (d.h. m aus 1A, 1D und 1E ist 255), kann m' aus 3A–3C im Bereich von 0 bis 7 liegen. Die Anzahl der untergeordneten Datenübertragungsblöcke für m = 255 ist: 255 für m' = 0, 128 für m' = 1, 65 für m' = 2, 33 für m' = 3, 19 für m' = 4, 12 für m' = 5, 9 für m' = 6, 8 für m' = 7. Der Parameter m' ist die Anzahl von Bits, deren Beleuchtung gedämpft ist.
  • Der oben genannte Ansatz führt zu einem effektiven Verlust von optischem Durchsatz, das heißt, es liegt ein Datenübertragungsgeschwindigkeit/Durchsatz-Ausgleich vor, der in Tabelle 1 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf den linken Teil von Tabelle 1 (m' = 1, 2) ist zu beachten, dass der optische Durchsatz leicht reduziert ist bei einer signifikanten Reduzierung der Datenübertragungsblock-Geschwindigkeit, die für eine vorgegebene Bildgeschwindigkeit erforderlich ist.
  • Es ist auch zu beachten, dass die relative Datenübertragungsgeschwindigkeit für zwei verschiedene Situationen gezeigt wird. Die erste Berechnung entspricht dem Zeitab lauf, der zur Verdeutlichung in 3A–3C dargestellt ist. In diesem Fall wird die Zeit, die zum Anzeigen eines vollständigen Graustufenbilds notwendig ist, geringfügig um m' erhöht. Dies ist ersichtlich, wenn 3A mit 3B oder 3C verglichen wird, in denen deutlich zu sehen ist, dass sich die Datenübertragungs-Gesamtgeschwindigkeit verringert. Das heißt, die gedämpften untergeordneten Datenübertragungsblöcke erstrecken sich in 3B und 3C weiter nach rechts als in 3A. Demzufolge kann in der Praxis eine zweite Berechnung vorgenommen werden, um die Datenübertragungsgeschwindigkeit durch Verkürzen der Datenübertragungsblock-Dauern von 2t (3B) oder 4t (3C) auf geringfügig weniger als den Betrag anzupassen, um die Datenübertragungsgeschwindigkeit zur Wahrnehmung der gleichen Bildgeschwindigkeit erhalten. Der ungefähre Anpassungsbetrag kann wie folgt berechnet werden. Wenn Bm' die Anzahl der untergeordneten Datenübertragungsblöcke für einen vorgegebenen Wert m' ist, und wenn m die Anzahl der untergeordneten Datenübertragungsblöcke ist, wenn m' = 0, dann sollten sie, wenn untergeordnete Datenübertragungsblöcke paarweise zusammengefasst werden, um von 3A zu 3B zu 3C reichen, um einen Bruchteil von etwa (mt)/[(Bm' 2m)t] = m/[(Bm' 2m)] verkürzt werden, wobei mt die Dauer des untergeordneten Datenübertragungsblocks 105 mit m' = 0 ist, und (Bm' 2m)t die Dauer des untergeordneten Datenübertragungsblocks 105 ist, wenn für m' nicht gleich 0 gilt.
  • TABELLE 1 (Graustufenebene = 256)
    Figure 00260001
  • Die obige Tabelle wird unter Verwendung der Schritte in 3D berechnet, was wie folgt zusammengefasst werden kann. Beginnend mit den ungedämpften untergeordneten Datenübertragungsblöcken wird der niedrigstwertige davon entfernt und auf die Hälfte seines Werts gedämpft und seine Dauer um einen Faktor 2 erhöht (zusammen mit anderen bereits gedämpften Datenübertragungsblöcken). Dann können die restlichen ungedämpften Datenübertragungsblöcke zu halb so vielen wie ungedämpften Datenübertragungsblöcken kombiniert werden. Um zum Beispiel von m' = 2 zu m' = 3 zu gelangen, ist der Prozess wie folgt. Bei m' = 2 sind 63 ungedämpfte und 2 gedämpfte untergeordnete Datenübertragungsblöcke vorhanden. Der niedrigstwertige ungedämpfte Datenübertragungsblock wird um einen Faktor von zwei gedämpft (ebenso werden die zwei gedämpften Datenübertragungsblöcke um einen weiteren Faktor von zwei gedämpft). Jetzt liegen 3 gedämpfte untergeordnete Datenübertragungsblöcke und 62 ungedämpfte untergeordnete Datenübertragungsblöcke vor, die in 31 ungedämpfte Datenübertragungsblöcke von doppelter Dauer umgewandelt werden. Daraus ergeben sich 34 untergeordnete Datenübertragungsblöcke.
  • Diese effektive Dämpfung der Beleuchtung kann auf verschiedene Arten erreicht werden. Ein Ansatz besteht darin, die Intensität der auf die gesamte Anzeigevorrichtung 115 angewendete Beleuchtung zum entsprechenden Zeitpunkt zu modulieren. Ein weiterer Ansatz besteht darin, die Übertragung eines Elements zwischen der Anzeigevorrichtung und dem Betrachter zu modulieren. Ein weiterer Ansatz besteht darin, eine Impulsmodulierung für die Beleuchtungsquelle durchzuführen, welche die Anzeigevorrichtung zum entsprechenden Zeitpunkt beleuchtet, um die gedämpften untergeordneten Datenübertragungsblöcke für eine kürzere Zeit zu beleuchten. Ein weiterer Ansatz besteht darin, eine Anzeigevorrichtung zu verwenden, die fähig ist, das gleichzeitige Laden von untergeordneten Datenübertragungsblock-Daten mit den oben beschriebenen Geschwindigkeiten sowie anschließend deren Anzeige für eine kürzere Zeit zu gestatten, ähnlich dem oben beschriebenen Fall der impulsmodulierten Beleuchtung. Die Beleuchtungsquellen sind in einigen solcher Vorrichtungen einfacher anzupassen als andere.
  • 4A, 4B und 4C zeigen diese zwei Ansätze für den oben erläuterten Fall einer Beleuchtungsmodulation entsprechend 3C (M' = 2) mit einer Datenübertragungsblock-Geschwindigkeit von 1/(4t). Insbesondere 4B zeigt die Intensitätsmodulation wie oben erläutert. 4C zeigt jedoch einen Intensitätsausgang, mit dem das gleiche oder fast das gleiche Ergebnis erzielt wird. Wiederum gelten die Intensitätsprofile für die Quelle, welche die Anzeigevorrichtung 115 beleuchtet. Hier bleibt die Intensität aller Bits die gleiche, und es ist ihre Dauer, die verändert wird. Zum Beispiel beträgt die Dauer, für welche die Pixelquelle für das LSB EIN ist, die Zeit t0, die geringer ist als die Zeit 4t, die in 4A und 4B gezeigt wird. Das vorletzte Bit oder Bit 1 ist EIN für eine Zeit t1, die größer als t0, aber kleiner als 4t ist, (andernfalls würde es genauso hell erscheinen wie ein Pixel mit Bit 2 auf EIN). Insbesondere werden die Längen t0 und t1 in einer Weise angepasst, die der Intensitätsanpassung dadurch ähnlich ist, dass t1 ungefähr die Hälfte der Gesamtzeit 4t beträgt, d.h. t1 ist ungefähr 2t. In ähnlicher Weise ist t2 ungefähr die Hälfte von t1 und daher ungefähr ein Viertel von 4t oder einfach t.
  • 4D zeigt ein Verfahren zum Anzeigen eines Graustufenbilds auf einer Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Pixeln. Schritt 410 umfasst das Empfangen einer Reihe von N Datenübertragungsblöcken von binären Bildern, von denen jedes mit einer Geschwindigkeit von 1/t übertragen werden soll, wobei N eine ganze Zahl ist. Wenn alternativ Graustufen- oder Farbbilder statt binärer Bilder empfangen werden, dann wird Schritt 410 durch die Schritte 410a und 410b ersetzt. Schritt 410a umfasst nämlich das Empfangen einer Reihe von Graustufen- (oder Farb-) Bildern, und Schritt 410b umfasst das Ausbilden von binären untergeordneten Datenübertragungsblöcken, die diese Graustufen-(oder Farb-) Bilder darstellen. Schritt 420 umfasst dann das Anordnen der Reihe von N Datenübertragungsblöcken von binären Bildern in n Gruppen von m binären untergeordneten Datenübertragungsblöcken, wobei m kleiner oder gleich N ist. Schritt 430 umfasst das Verkürzen der Dauer der Ausgabe der niedrigstwertigen untergeordneten Datenübertragungsblöcke in jeder Gruppe von m untergeordneten Datenübertragungsblöcken sowie allen vorher verkürzten untergeordneten Datenübertragungsblöcken um einen Faktor von ungefähr 1/2. Dabei ist jedoch zu beachten, dass mit "ungefähr" 1/2 gemeint ist, dass die Verkürzung irgendeinen Wert zwischen 50% + oder – 20% oder möglicherweise mehr betragen kann. Dies kann ermittelt werden, indem der Verkürzungsprozess einfach für verschiedene Verkürzungsbeträge implementiert und beobachtet wird, welcher Verkürzungsbetrag am wirkungsvollsten ist. Es ist zu beachten, dass m' tatsächlich um 1 erhöht wird, sobald Schritt 440 abgeschlossen ist. Schritt 450 gestattet es, die letzten zwei Schritte 430 und 440 zu wiederholen, bis die gewünschte Datenübertragungsblock-Geschwindigkeit erreicht ist.
  • Die Anzeigevorrichtung 115 kann jede Zeitabfolge-(Graustufen-) Anzeigevorrichtung umfassen, gleichgültig ob Flüssigkristall auf Silizium, DMDs usw. Selbst wenn der Lichtmodulationsmechanismus eigentlich zu sehr hohen Datenübertragungsblock-Geschwindigkeiten fähig ist, sollten die Datenübertragungsgeschwindigkeiten von der Anzeigevorrichtungs-Steuerelektronik sowie der Anzeigevorrichtung selbst aus Kostengründen und aus Gründen einer einfachen Verkabelung reduziert werden.
  • Die gesamte vorherige Erläuterung kann auf Farb-Anzeigevorrichtungen angewendet werden, die vorher kurz erläutert wurden. Hier kann die Farb-Lichtquelle zum Beispiel aus 3 getrennten Lichtquellen bestehen, nämlich einer roten Lichtquelle, einer grünen Lichtquelle und einer blauen Lichtquelle. Diese Farb-Lichtquellen können zum Beispiel jeweils eine rote Leuchtdiode, eine grüne Diode und eine blaue Diode oder eine weiße Lichtquelle, die nacheinander gefiltert wird, um rot, grün oder blau zu erscheinen, oder ein Filter zwischen der Anzeigevorrichtung und dem Betrachter sein, der nacheinander umgeschaltet wird, um Rot, Grün oder Blau zu übertragen. Jede dieser Lichtquellen wird analog zu der oben genannten Lichtquelle für Graustufen behandelt. In jeder dieser Situationen wird die Ausgangsintensität nicht in der Intensität gedämpft oder in der Dauer verkürzt. Farb-"Graustufen" können jedoch erhalten werden, indem entweder die Schritte von 3D zur Dämpfung oder die Schritte von 4D zur Verkürzung der Dauer angewendet werden. Dies kann für beide der Lichtquellen erreicht werden. Das heißt, jede der roten, grünen und blauen Lichtquellen kann durch einen Betrachter wie oben erläutert integriert werden. Wenn zum Beispiel die rote Lichtquelle Datenübertragungsblöcke wie in 3A mit m' = 0 ausgibt, dann kann die Ausgabegeschwindigkeit auf ungefähr 1/2 dieser Geschwindigkeit reduziert werden, indem die Intensität der roten Lichtquelle an den Pixeln in dem niedrigstwertigen Datenübertragungsblock auf ungefähr 1/2 gedämpft wird, (d.h. von Io auf ungefähr Io/2), und dann die ungedämpften Datenübertragungsblöcke in paarweisen Zusammenfassungen mit einer Dauer von 2t kombiniert werden, und die Dauer des niedrigstwertigen Datenübertragungsblocks von 1 auf 2t verdoppelt wird auf die gleiche Art, wie in den 3A–3D erläutert und insbesondere in den Schritten 330 und 340. Dieser Prozess kann wiederholt werden (siehe Schritt 350 in 3D). Dieses Verfahren kann für jede der roten Lichtquelle, der grünen Lichtquelle und der blauen Lichtquelle ausgeführt werden.
  • Ein weiteres Beispiel umfasst das Anwenden des Verfahrens der 4A–4D auf jeder der roten, grünen und blauen Lichtquellen. Wenn zum Beispiel gewünscht wird, dass die rote Lichtquelle Datenübertragungsblöcke wie in 4A ausgibt, (was m' = 2 entspricht), dann wird, statt die niedrigstwertigen Datenübertragungsblöcke mit Pixelausgaben der roten Lichtquelle mit Io/4 auszugeben, die Dauer der Beleuchtung oder Dämpfung dieser Pixel um 4 von 4t auf t reduziert. In ähnlicher Weise wird, statt die vor dem niedrigstwertigen liegenden Datenübertragungsblöcke mit Pixelausgaben der roten Lichtquelle mit Io/2 auszugeben, die Dauer dieser Pixel um ungefähr 2 von 4t auf 2t reduziert, wie in 4C gezeigt. Dieses Verfahren kann für jede der roten Lichtquelle, der grünen Lichtquelle und der blauen Lichtquelle ausgeführt werden. Es ist zu beachten, dass es vorteilhaft sein kann, rote, grüne und blaue Datenübertragungsblöcke zu vermischen, um den Integrationsprozess zu unterstützen.
  • In der Praxis werden Farbanzeigen normalerweise unter Verwendung einer RGB-Quelle erzielt, wobei R einem untergeordneten Datenübertragungsblock von Pixeln entspricht, die Rot anzeigen, G einem untergeordneten Datenübertragungsblock von Pixeln entspricht, die Grün anzeigen und B einem untergeordneten Datenübertragungsblock von Pixeln entspricht, die Blau anzeigen. Dann wird die Lichtquelle verwendet, um die folgenden untergeordneten Datenübertragungsblöcke auszugeben. Angenommen, unter Bezugnahme auf 3A, die entsprechenden Reihen von roten untergeordneten Datenübertragungsblöcken, grünen untergeordneten Datenübertragungsblöcken und blauen untergeordneten Datenübertragungsblöcken sind wie folgt angeordnet:
    RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG GGBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB..., wobei jeder Großbuchstabe einem Datenübertragungsblock in 3A und diesem Beispiel m = 31 entspricht (es sei daran erinnert, dass m die Gesamtanzahl von untergeordneten Datenübertragungsblöcken ist).
  • Wenn jede der roten, grünen und blauen Quellen dem Prozess von 3B über die Implementierung der Schritte 310–340 einmal unterzogen wird, (so dass m' = 1), dann kann der (zu dämpfende) niedrigstwertige Datenübertragungsblock jeweils durch Kleinbuchstaben r, g, b für rot, grün und blau dargestellt werden. Unter Verwendung der oben genannten Nomenklatur würde die Ausgabe während der Beleuchtung durch die roten, grünen und blauen Quellen lauten:
    Figure 00310001
    wobei hier nur ein Leerraum dargestellt ist, um zu verdeutlichen, dass zwei der ungedämpften Datenübertragungsblöcke kombiniert werden, wobei klar ist, dass die Leerräume den vertikalen Linien entsprechen, welche die Datenübertragungsblöcke in 3B trennen. Normalerweise gibt die RGB-Quelle Datenübertragungsblöcke in der Sequenz RGBRGBRGB ... aus. Daher könnte Obiges als RR GG BB RR GG BB ...rr gg bb ausgegeben werden. Wie vorher erläutert, kann die Reihenfolge der Datenübertragungsblöcke jedoch geändert werden, um den Integrationsprozess zu unter stützen. Schließlich könnte die oben genannte Reihe von Datenübertragungsblöcken auch eine verkürzte Dauer, (wie in 4a–4CD erläutert), des niedrigstwertigen Datenübertragungsblocks aufweisen, was wie folgt dargestellt werden kann:
    Figure 00320001
    wobei ein einzelner Buchstabe R, G oder B bedeutet, dass die Zeitdauer, für welche das Pixel EIN ist, ungefähr halb so lang ist, wie die der anderen Pixel, aber die Intensität dieser Pixel ist nicht gedämpft. Auch hier kann die Reihenfolge der Datenübertragungsblöcke wieder geändert werden und für einen Betrachter dennoch gleich aussehen.
  • Für m' = 2 kann Obiges wie folgt kombiniert werden:
    Figure 00320002
    wobei ein Leerraum den vertikalen Linien in 3C entspricht, und s, h und c jeweils die Hälfte der Intensität von r, g und b und ein Viertel der Intensitäten von R, G und B sind.
  • Wiederum kann es von Nutzen sein, die Reihenfolge in der Gruppe von m Datenübertragungsblöcken zu ändern, Obiges könnte in verschiedener Weise ausgegeben werden, einschließlich RRRR gggg BBBB rrrr GGGG bbbb RRRR GGGG BBBB BBBB .... RRRR hhhh BBBB ssss GGGG cccc. Wiederum könnte die oben genannte Reihe von Datenübertragungsblöcken eine verkürzte Zeitdauer, wie oben unter Bezugnahme auf 4A–4D erläutert, wie folgt aufweisen:
    Figure 00330001
    wobei doppelte Buchstaben RR, GG und BB bedeuten, dass die Dauer der Datenübertragungsblöcke ungefähr halb so lang ist wie jeweils für die Datenübertragungsblöcke RRRR, GGGG und BBBB, (doch ist die Intensität die gleiche). In ähnlicher Weise besitzen die einzelnen Buchstaben R, G und B Zeitdauern, die halb so lang sind wie die der Datenübertragungsblöcke RR, GG und BB und ein Viertel der Länge der Datenübertragungsblöcke RRRR, GGGG und BBBB aufweisen. Hier kann wiederum die Reihenfolge der Datenübertragungsblöcke geändert werden und für einen Betrachter immer noch gleich erscheinen. Es sollte wiederum klar sein, dass alle Dämpfungen und Verkürzungen ungefähr so sind wie oben erläutert.
  • 5A zeigt, wie 8-Bit-Graustufenbilder (oder 3 × 8-Bit-Farbbilder) unter Verwendung einer binären Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise der Vorrichtung 115, von 1F angezeigt werden können. Obwohl untergeordnete Datenübertragungsblöcke mit 8 Bits gezeigt sind, sollte klar sein, dass jede Anzahl von Graustufen verwendet werden kann, wenn die Anwendung eine höhere oder geringere Genauigkeit erfordert. Eine Möglichkeit, dies umzusetzen, besteht darin, die Abfolge von untergeordneten Datenübertragungsblöcken aus Bit-Datenübertragungsblöcken zu generieren, die aus analogen Signalen abgeleitet wurden. Zu diesem Zweck könnte das analoge Signal, (oder die Signale, falls R, G und B getrennt worden sind), welches die Helligkeit des Bilds auf einer Reihe von Abtastzeilen darstellt, mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) abgetastet werden. Die Ausgaben von dem ADC werden dann die binären Werte für die Bit-Datenübertragungsblöcke, die dem Wert der jeweiligen ADC-Ausgaben entsprechen. Wenn das analoge Signal wiederholt abgetastet wird, werden den Pixeln in den Bit- Datenübertragungsblöcken Werte in einer Abfolge zugewiesen, die dem Raster-Abtastmuster entspricht, das in der Analogsignal-Darstellung verwendet wird.
  • 5B zeigt, wie analoge Bildsignale sowie digitale Daten, (wie beispielsweise die Bilder von 5A), zu binären untergeordneten Datenübertragungsblöcken führen können, die wiederum über die Verfahren der 3A–3D und 4A–4D angezeigt werden können. In dem in 5B gezeigten Beispiel wird eine 8-Bit-Graustufe oder 3 × 8-Bit-Pixelfarbe erläutert, wobei klar ist, dass jede Anzahl von Bits verwendet werden könnte. 5B umfasst entweder: 1) Empfangen von Bildern in analoger Form in Schritt 553 und Umwandeln dieser Bilder in digitale Bilddaten; oder 2) direktes Empfangen der digitalen Bilder. Sobald sie empfangen wurden, werden diese digitalen Bilder in Schritt 567 in untergeordnete Bit-Ebenen-Datenübertragungsblöcke neu angeordnet. Wiederum, wie oben unter Bezugnahme auf 5A erläutert, wenn es sich bei den digitalen Bildern um Graustufenbilder oder Farb-Graustufenbilder handelt, umfasst Schritt 567 dann Bit-Slicing, wie in 5A gezeigt. Wenn die digitalen Bilder alternativ binäre untergeordnete Datenübertragungsblöcke sind, dann umfasst Schritt 567 Bit-Slicing wie in 1G gezeigt. Schließlich umfasst Schritt 577 (falls gewünscht) die Neuanordnung der sich daraus ergebenden untergeordneten Bit-Ebenen-Datenübertragungsblöcke und das Anzeigen dieser untergeordneten Bit-Ebenen-Datenübertragungsblöcke mit der richtigen Anzahl von Wiederholungen in Übereinstimmung mit der Bit-Speicherstelle dieser Bit-Ebenen-Graustufe. Das heißt, wie oben erläutert, wenn eine 8-Bit-Graustufe gewünscht wird, dass der untergeordnete MSB-Datenübertragungsblock 27 = 128 mal angezeigt wird, der nächste vor dem untergeordneten MSB-Datenübertragungsblock 26 = 64 mal angezeigt wird usw., bis zu dem untergeordneten LSB-Datenübertragungsblock, der einmal angezeigt wird. Es sei daran erinnert, dass es Vorteile haben kann, nicht alle Bit- Datenübertragungsblöcke (insbesondere für das MSB) zusammen oder aufeinander folgend anzuzeigen. Das heißt, das MSB und andere Bilder können manchmal aufgeteilt und intermittierend angezeigt werden, um Flackern zu vermeiden.
  • 6A zeigt eine Anzeigevorrichtung 505, die als Anzeigevorrichtung 115 dienen kann, und 6B zeigt eine Großansicht von irgendeinem von Pixeln Hj. Flüssigkristall auf Silizium- (LCOS) Anzeigevorrichtungen oder räumliche Lichtmodulatoren könnten als Anzeigevorrichtungen 115 dienen. Insbesondere, unter Bezugnahme auf 6A, umfasst eine LCOS-Anzeigevorrichtung 505 eine dünne Schicht von Flüssigkristall 509 auf einem Siliziumsubstrat 511, das von einem Glasfenster 515 bedeckt ist. Das Substrat 511 umfasst eine integrierte Schaltung 520 mit Pixeln Hj. Die integrierte Schaltung 520 wird verwendet, um ein elektrisches Feld über der Flüssigkristallschicht 509 anzulegen, um den Flüssigkristall neu auszurichten und dadurch einen Lichtstrahl zu modulieren, der von dem Substrat 511 reflektiert wird, wie in 5 oder in speziellen Prozessen gezeigt, der durch das Substrat 511 übertragen wird.
  • An diesem Punkt sollte angemerkt werden, dass es von Vorteil ist, alle Pixel gleichzeitig zu aktualisieren für und in Situationen, wie beispielsweise Ansteuerungssystemen, die eine elektrische Modulation der Elektrodenspannung des transparenten Abdeckglases verwenden, wodurch der Gleichstromausgleich erleichtert werden kann. Änderungen in den elektrischen Daten, die den Pixel-Elektroden zugeführt werden, können mit Änderungen an der Farbglas-Spannung synchronisiert werden, wodurch die Effizienz des Ansteuerungssystems maximiert wird. Es ist von Vorteil, wenn die integrierte Schaltung 520 eine Fläche verwendet, die vergleichbar mit oder kleiner als diejenige ist, die durch die vorhandenen statischen Pixel-Auslegungen verwendet wird. Eine standardmäßige 1,2-Mikrometer-CMOS-Auslegung kann verwendet werden, da sie für zu ergebende vorhandene statische Pixel-Auslegungen eine ungefähr 20 Mikrometer mal 20 Mikrometer große Fläche aufweist.
  • 6B zeigt eine Großansicht einer Gruppe von drei Pixeln Hj, wie beispielsweise die drei Pixel 521, sowie einiges der damit verbundenen Elektronik. Es ist zu beachten, dass 6B nur eine schematische Darstellung von mehreren Pixeln zusammen mit ihrer dazugehörigen Elektronik ist. Insbesondere ist eine Reihe von Pixel-Puffern 525 jeweils mit Flüssigkristall-Ansteuerelektroden 529 von Pixeln Hj mit integrierter Elektronik 520 gekoppelt. Die gesamte Gruppe von Pixel-Puffern 525 umfasst einen Bildpuffer 535. Ein Dateneingang 538 empfängt Bilddaten, die schließlich angezeigt werden sollen.
  • Die Anzeigevorrichtung 505 arbeitet wie folgt. Neue Bilddaten werden über den Eingang 538 durch die integrierte Schaltung 520 empfangen und in dem Datenübertragungsblock-Puffer 535 gespeichert, aber noch nicht an die Flüssigkristallschicht 509 angelegt. Damit wird gestattet, dass das vorherige Bild betrachtet werden kann, ohne dass es allmählich durch die neuen Daten ersetzt wird. Sobald der Datenübertragungsblock-Puffer 535 vollständig mit den neuen Daten gefüllt worden ist, werden diese neuen Daten gleichzeitig von den Pixel-Speicherelementen 525 zu den Flüssigkristall-Ansteuerelektroden 529 übertragen.
  • Es ist zu beachten, dass das oben genannte Szenario es ermöglicht, das Zeitintervall, während dem die angezeigten Daten sich ändern, beträchtlich reduziert werden kann. Beispielsweise angenommen, es wird eine standardmäßige LCOS-Vorrichtung verwendet, die 1024 mal 1024 Pixel aufweist, die Pixel adressiert und beginnt, Pixel zeilenweise zu aktualisieren. Für ein solches Standardsystem, das 32 Datenleitungen mit einer Geschwindigkeit von 50 Mbit/s aufweist, werden die angezeigten Daten in ungefähr 655 Mikrosekunden aktualisiert. Das Anzeigesystem 505 jedoch, das die alten Bilddaten durch die neuen Bilddaten ersetzt, ist auf die Schaltzeit der Pixel und insbesondere der Flüssigkristall-Vorrichtung begrenzt, die ungefähr 100 Mikrosekunden beträgt. Es ist zu beachten, dass die Pixel Hj nicht unbedingt statisch sind, und an diesem Punkt ein Ansatz mit dynamischen Pixeln vorzuziehen sein könnte.
  • Die folgende Erläuterung behandelt Beispiele des in 6A und 6B gezeigten Systems, (doch sind die Schaltungen nicht auf eine solche Anzeigevorrichtung beschränkt), und in diesen Figuren gezeigte Elemente weisen die Bezugszeichen aus 6A und 6B in Klammern auf. Die Erläuterung gilt ebenfalls für Anzeigevorrichtungen und/oder räumliche Lichtmodulatoren. Das heißt, alle Pixel-Spiegel oder Pixel-Elektroden sollten als Elemente zum Ansteuern von Anzeigevorrichtungen wie beispielsweise Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtungen, verformbare Spiegel-Anzeigevorrichtungen oder als Ansteuerelemente von räumlichen Lichtmodulatoren oder für jede andere Pixel-Anzeigevorrichtung in Betracht gezogen werden.
  • 7A zeigt eine erste Ausführungsform einer Datenübertragungsblockpuffer-Pixel-Anzeigevorrichtung, die eine CMOS-Version einer doppelten Umkehrschaltung 761 (entsprechend der Pufferschaltung 525 in 6B) zur Signal-Speicherung und -Regenerierung verwendet. Diese Version ist binär, weil sie Umkehrschaltungen verwendet, von denen vernünftigerweise nur erwartet werden kann, dass sie 0 V oder Vdd (oft 5 V) ansteuern. Es ist auch ein dynamisches Pixel-System, weil es eine periodische Auffrischung erfordert, um Daten beizubehalten, die kapazitiv gespeichert sind. Es ist zu beachten, dass 7A gestrichelte Linien enthält, die eine alternative Version der doppelten Umkehrschaltung 761 darstellen, die unter Bezugnahme auf 7B erläutert wird. Die gestrichelten Linien werden nicht als Bestandteil der Schaltung 761 in 7A betrachtet, sondern wurden nur zu Referenzzwecken aufgenommen.
  • Unter folgender Bezugnahme auf 7A arbeitet die doppelte Umkehrschaltung 761 wie folgt. Ein (nicht gezeigter) globaler Taktgeber stellt ein globales Taktsignal auf der Leitung 765 zu einem Transistor 766 bereit. Wenn das globale Taktsignal auf der Leitung 765 inaktiv ist, isoliert es den Eingang 767 der Umkehrschaltung 768 vom Ausgang 771 der Umkehrschaltung 776. Ein Datenübertragungsblock von neuen Daten auf den Datenleitungen 778, (es ist zu beachten, dass die Datenleitung 778 der Leitung 538 in 6B entspricht, und es ist auch zu beachten, dass nur eine Leitung 778 pro Pixel-Schaltung 761 vorhanden ist, weshalb nur eine in 7A gezeigt ist, und somit nur ein Pixeldatum auf jeder derartigen Leitung 778 vorhanden wäre), wird in die Umkehrschaltungen 776 über den Transistor 781 und den Eingang 782 der Umkehrschaltung 776 des zeilenweisen Pixel-Anzeigesystems geladen, das demjenigen ähnlich ist, das in 1B und 1C erläutert wurde. Eine einzelne Steueranschluss-Leitung 779 wird aktiviert, die eine Reihe von Umkehrschaltungen 776 auf den neuen Datenwert setzt. Wenn die Steueranschluss-Leitungen 779 deaktiviert werden, werden die Daten in der Eingangskapazitanz des Eingangs 782 der Umkehrschaltung 776 gespeichert.
  • In der oben genannten Weise werden Zeilen von Pixeln der Reihe nach adressiert, bis alle der Pixel der Anzeigevorrichtung neue Daten auf ihren Umkehrschaltungen 776 aufweisen. Der globale Taktgeber wird dann aktiviert und veranlasst den Transistor 766, die Übertragung von Daten vom Ausgang 771 der Umkehrschaltung 776 zum Eingang 767 der Umkehrschaltung 769 zu gestatten. Diese wiederum überträgt die Daten zum Ausgang 783 der Umkehrschaltung 769, die an die Pixel-Elektrode 718 angeschlossen ist, (welche den Elektroden 529 in 6B entspricht). Dann wird das globale Taktsignal auf der Leitung 765 deaktiviert, und das Pixeldatum wird sicher auf dem Eingang 767 der Umkehrschaltung 769 gespeichert. Ein nächster Datenübertragungsblock von Daten wird auf die Umkehrschaltungen 776 über die Datenleitungen 778 und die Transistoren 781 geladen.
  • Der Pixel-Spiegel/Elektrodenspiegel 718 versorgt (nicht gezeigtes) Flüssigkristall der Anzeigevorrichtung mit Ladung über den Schaltprozess des Flüssigkristalls an jedem Pixel. Die ist von Vorteil, weil es zu schnellerem Schalten und vollständigerem Schalten führt. Dies ist insbesondere der Fall in Materialien mit hochspontaner Polarisierung.
  • Es ist anzumerken, dass die Schaltung 761 einzelne Transistoren 766 und 781 verwendet, um jeweils die Umkehrschaltungen 769 und 776 anzusteuern, und daher kann ein möglicher Schwellenwertabfall eintreten. Demzufolge wird eine alternative Ausführung bereitgestellt, die zwei weitere Adressleitungen und zwei weitere Transistoren verwendet, um zu ermöglichen, dass die volle Spannung durch die Durchlass-Steueranschlüsse zu den Umkehrschaltungs-Eingängen schwingt. Dieses alternative Beispiel ist in 7B gezeigt.
  • 7B zeigt eine zweite Ausführung einer Datenübertragungsblockpuffer-Pixel-Anzeigevorrichtung, die eine CMOS-Version einer doppelten Umkehrschaltung 791 mit zusätzlichen Transistoren zur Signal-Speicherung und -Regenerierung verwendet. Diese Version ist ebenfalls binär, weil sie Umkehrschaltungen verwendet, von denen vernünftigerweise nur erwartet werden kann, dass sie 0 V oder Vdd (oft 5 V) ansteuern. Es ist ebenfalls ein dynamisches Pixel-System, weil es eine periodische Auffrischung erfordert, um Daten beizubehalten, die kapazitiv gespeichert sind.
  • Unter Bezugnahme auf 7B arbeitet die doppelte Umkehrschaltung 791 in einer ähnlichen Weise wie in 7A. Ein (nicht gezeigter) globaler Taktgeber stellt nämlich ein globales Taktsignal auf der Leitung 765 zu dem Transistor 766 bereit. Jedoch empfängt ein zweiter invertierter Transistor 766' ein logisch umgekehrtes globales Taktsignal auf der Leitung 765', (d.h. die logische Umkehrung des Taktsignals auf der Leitung 765). Wenn die globalen Taktsignale auf den Leitungen 765 und 765' inaktiv sind, isolieren sie den Eingang 767 der Umkehrschaltung 769 vom Ausgang 771 der Umkehrschaltung 776. Ein Datenübertragungsblock von neuen Daten auf der Datenleitung 778 wird über die Transistoren 781 und 781' jeweils in Übereinstimmung mit den Steueranschluss-Leitungen 779 und 779' in die Umkehrschaltungen 776 geladen. Der Eingang 782 der Umkehrschaltung der Pixel-Schaltung wird zeilenweise in dem System angezeigt. Die Steueranschluss-Leitungen 779 und 779' werden aktiviert, wodurch eine Reihe von Umkehrschaltungen 776 auf den neuen Datenwert gesetzt wird. Wenn die Steueranschluss-Leitungen 779 und 779' deaktiviert werden, werden die Daten auf der Eingangskapazitanz des Eingangs 782 der Umkehrschaltung 776 gespeichert.
  • Die Pixel werden nacheinander zeilenweise in der oben genannten Weise adressiert, bis alle der Pixel der Anzeigevorrichtung neue Daten auf ihren Umkehrschaltungen 776 aufweisen. Der globale Taktgeber wird dann aktiviert und veranlasst die Transistoren 766 und 766', die Übertragung von Daten vom Ausgang 771 der Umkehrschaltung 776 zum Eingang 767 der Umkehrschaltung 769 zu gestatten. Diese wiederum überträgt die Daten zum Ausgang 783 der Umkehrschaltung 769, die an die Pixel-Elektrode 718 angeschlossen ist. Dann werden das globale Taktsignal auf der Leitung 765 und das umgekehrte Taktsignal auf der Leitung 765' deaktiviert, und das Pixeldatum wird sicher auf dem Eingang 767 der Umkehrschaltung 769 gespeichert. Ein nächster Datenübertragungsblock von Daten wird auf die Umkehrschaltungen 776 über die Datenleitungen 778 und die Transistoren 781 und 781' geladen.
  • Die in 7B gezeigte oben genannte Ausführungsform weist den Vorteil auf, den möglichen Schwellenwertabfall zu vermeiden, erfordert aber mehr Fläche pro Pixel als diejenige von 7A. Die nächste in 8 gezeigte Ausführungsform ist sogar noch kompakter als die Ausführungsform von 7A.
  • 8 zeigt eine einzelne Pixel-Umkehrschaltung 801. Pixel-Spiegel/-Elektrode 718, Umkehrschaltung 769, Steueranschluss-Leitung 779 und anderen Elementen wurden, soweit möglich, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, wie denjenigen, die in 7A und 7B angegeben sind. Es ist zu beachten, dass die Umkehrschaltung 776 in diesen Figuren durch einen Kondensator 805 ersetzt worden ist, der Daten speichert, während die Anordnung adressiert wird. Es handelt sich dabei um den gleichen Ansatz wie denjenigen, der oben unter Bezugnahme auf 7A und 7B beschrieben wurde. Allerdings weist die Schaltung 801 keinen Puffer zum Ansteuern des Eingangs 767 der Umkehrschaltung 769 auf. Demzufolge sollte der Kondensator 805 so groß wie möglich sein. Der einzige Nachteil dabei, den Kondensator so groß wie möglich auszulegen, ist die Fläche auf dem Chip, die er einnimmt. Der Kondensator 805 verlangsamt den Betrieb der Schaltung 801 nicht, weil normalerweise die Kapazitanz der Datenleitung 778 relativ gesehen so groß ist, dass sie die Kapazitanz des Kondensators 805 (die Pixel-Kapazitanz) vom Standpunkt der Ansteuerlast aus unbedeutend macht. Die Kapazitanz des Kondensators 805 hängt von einer Reihe von Parametern der Schaltung 801 ab, wie beispielsweise der gewünschten Frequenz der Datenübertragungsblock-Schreib-(oder Auffrischungs-) Abläufe, der Geschwindigkeit des Ladungsverlusts vom Pixel-Kondensator 805, (z.B möglicher optisch herbeigeführter Verlust), der Schwellenspannung der Transistoren in der Schaltung 801 und dem Betrag für die Fläche für jedes Pixel, die dem Kondensator 805 zugewiesen werden kann.
  • Unter Bezugsnahme auf 8 arbeitet die Schaltung in einer zu den doppelten Umkehrschaltungen 761 analogen Weise, wie erläutert wird. Wie vorher stellt ein (nicht gezeigter) globaler Taktgeber ein globales Taktsignal auf der Leitung 765 zu dem Transistor 766 bereit. Wenn das globale Taktsignal auf der Leitung 765 inaktiv ist, isoliert es den Eingang 767 der Umkehrschaltung 769 vom Ausgang 771 der Umkehrschaltung 776. Ein Datenübertragungsblock von neuen Daten auf den Datenleitungen 778 wird über die Transistoren 781 des Pixels zeilenweise, in ähnlicher Weise wie oben erläutert, auf den Kondensatoren 805 gespeichert. Die einzelne Steueranschluss-Leitung 779 wird aktiviert, wodurch eine Reihe von Kondensatoren 805 auf den neuen Datenwert geladen wird.
  • Zeilen von Pixeln werden in der oben genannten Weise der Reihe nach adressiert, bis für alle der Pixel der Anzeigevorrichtung die neuen Daten auf ihren Kondensatoren 805 gespeichert sind. Dann wird der globale Taktgeber aktiviert, der die Transistoren 766 veranlasst, die Übertragung der Spannung zu gestatten, und damit wird ein gesamter Datenübertragungsblock von Daten von dem Kondensator 805 zum Eingang 767 der Umkehrschaltung 769 übertragen. Diese überträgt die Daten wiederum datenübertragungsblockweise zum Ausgang 783 der Umkehrschaltung 769, der an die Pixel-Elektrode 718 angeschlossen ist. Dann wird das globale Taktsignal auf der Leitung 765 deaktiviert, und die Pixeldaten werden sicher auf dem Eingang 767 der Umkehrschaltungen 769 gespeichert, während der nächste Datenübertragungsblock von Daten die Kondensatoren 805 über die Datenleitungen 778 und die Transistoren 781 lädt. Die Daten, die am Pixel-Spiegel 718 auftreten, weisen die entgegengesetzte Polarität der Daten auf den Datenleitungen 778 auf.
  • Die oben erläuterten Schaltungen waren Auslegungen von Pixel-Schaltungen, welche die Pixel-Elektroden 718 auf binäre Werte ansteuern. Die folgende Erläuterung behandelt Schaltungen, die Pixel-Elektroden 718 auf analoge Spannungen ansteuern.
  • 9A zeigt eine analoge Datenübertragungsblockpuffer-Pixel-Schaltung 901, die nicht in den Umfang der Erfindung fällt. Es ist zu beachten, dass der Prozess des Integrierens von untergeordneten Datenübertragungsblöcken für eine analoge Pixel-Schaltung nicht erforderlich ist, da per Definition eine analoge Schaltung Graustufenbilder ausgeben kann. Wenn allerdings, wie vorher erläutert, ein Betrachter drei getrennte Graustufenbilder von Rot, Grün und Blau der Reihe nach (statt gleichzeitig) sieht, wird er bzw. sie diese Bilder zusammen integrieren, (vorausgesetzt, sie treten in ausreichend hohen Geschwindigkeiten auf, so dass die Integration eintritt). Dies geschieht normalerweise bei Datenübertragungsblock-Geschwindigkeiten ab ungefähr 180 Hz (3 mal 60 Hz), in einem Muster RGBRGB ..., was den Wechsel eines Flüssigkristall-Farbfilters von rot (R) zu grün (G) zu blau (B) oder das Drehen eines Farbrads oder die aufeinander folgende Aktivierung von roten, grünen und blauen Lichtquellen, wie beispielsweise Leuchtdioden darstellt. In jedem Fall stellen die Pixel-Schaltungen, die in 9A und 9B dargestellt sind, die Fähigkeit bereit, Datenübertragungsblöcke von analogen Daten jeweils datenübertragungsblockweise zu schalten, indem jeweils ein gesamter Datenübertragungsblock erfasst wird, bevor dieser Datenübertragungsblock angezeigt wird. Dies ermöglicht die präzise Synchronisierung der Umschaltung von einem R-Datenübertragungsblock zu einem G-Datenübertragungsblock zu einem B-Datenübertragungsblock statt zu versuchen, die zeilenweise Aktualisierung der Anzeigevorrichtungen des bisherigen Stands der Technik oder von räumlichen Lichtmodulatoren zu synchronisieren.
  • Des Weiteren erleichtern diese Pixel-Schaltungen die rasche Anzeige von mehrfachem Rot, Grün und Blau innerhalb der Dauer eines einzelnen Bilds, was eine Reihe zusätzlicher Vorteile bereitstellen kann. Zum Beispiel werden in dem oben genannten Beispiel ein untergeordneter Rot-, ein untergeordneter Grün- und ein untergeordneter Blau-Datenübertragungsblock verwendet, um ein einzelnes Farbbild auszubilden, das in diesem Beispiel eine sechzigstel Sekunde dauert. Es ist von Vorteil, mehrere untergeordnete Datenübertragungsblöcke über die Zeit zu verteilen, die für das einzelne Farbbild zugewiesen wird. Zum Beispiel könnten sechs analoge untergeordnete Datenübertragungsblöcke (statt drei) innerhalb der Zeitdauer von 1/60 Sekunde verwendet werden, und sie könnten in der Reihenfolge RGBRGB dargestellt werden, oder neun analoge untergeordnete Datenübertragungsblöcke RGBRGBRGB oder zwölf analoge untergeordnete Datenübertragungsblöcke RGBRGBRGBRGB usw.... Dieser Prozess kann durch wiederholtes Anzeigen von RGB-Gruppen innerhalb der Zeitdauer verlängert werden, in der ein einzelnes Farbbild angezeigt werden würde, um eine visuell gleichmäßige Bewegung zu erzielen (d.h. 1/60 Sekunde). Bei diesem Ansatz könnten alle untergeordneten Rot-Datenübertragungsblöcke identisch sein, alle untergeordneten Grün-Datenübertragungsblöcke könnten identisch sein, und alle untergeordneten Blau-Datenübertragungsblöcke könnten identisch sein. Die obige Erläuterung gilt für jede Anzeige-Reihenfolge von untergeordneten Rot-, Grün- und Blau-Datenübertragungsblöcken, und sie müssen nicht als Rot gefolgt von Grün gefolgt von Blau angezeigt werden.
  • Bei diesem Ansatz liegen die Geschwindigkeiten, mit der diese untergeordneten Datenübertragungsblöcke angezeigt werden, über denjenigen von normalen Anzeige-Geschwindigkeiten. Die Vorteile der Verteilung von mehreren untergeordneten Datenübertragungsblöcken über die für ein einzelnes Farbbild zugewiesene Zeit sind eine Reduzierung des Bildflackerns und eine Reduzierung der Farbenzerlegung bei Bewegtbildern. Der Begriff "Farbenzerlegung" bezieht sich auf ein Phänomen, bei dem das menschliche Sehsystem Farbränder um die Kanten von sich bewegenden Objekten wahrnimmt. Es wurde ebenfalls beobachtet, dass eine Verteilung des Rot, Grün und Blau wesentlich effektiver ist bei der Reduzierung von Bildflackern und Farbenzerlegung im Gegensatz zur Anzeige von Gruppen von untergeordneten Rot-Datenübertragungsblöcken gefolgt von untergeordneten Grün-Datenübertragungsblöcken gefolgt von untergeordneten Blau-Datenübertragungsblöcken. Wiederum stellen die oben und im Folgenden erläuterten Pixel-Schaltungen Hardware bereit, die fähig ist, solche hohen Anzeige-Geschwindigkeiten zu erzielen.
  • Der Pixel-Spiegel 718 wird auf den Datenspannungspegel über Pull-up- und Pull-down-Transistoren angesteuert, die wie im Folgenden erläutert getaktet werden. Der Schaltkreis 901 wird unter der Voraussetzung beschrieben, dass ein vorheriges Bild bereits kapazitiv auf den Pixel-Spiegeln 718 gespeichert ist. Wiederum werden die Zeilen der Anzeige der Reihe nach adressiert, indem die Steueranschluss-Leitungen 779 und 779' aktiviert werden, (d.h. die Leitung 779 wird höherwertig und die Leitung 779' wird niederwertig). Die Datenleitungen laden dann den kapazitiven Eingang 905, welcher der Steueranschluss des Spannungsbegrenzer-MOSFET 909 für die analoge Spannung auf diesen Datenleitungen 778 ist. Dies erfolgt für jede Zeile der Anzeige.
  • Die Pixel-Spiegel 718 werden durch einen HOCH-Wert auf der globalen Pull-down-Leitung 915 von dem Pull-down-Transistor 917 gleichzeitig zurückgesetzt (auf Null Volt gesetzt). Diese globale Pull-down-Leitung 915 kann für eine ausreichende Zeit auf dem HOCH-Wert gehalten werden, um gewisse Flüssigkristall-Materialien zu schalten, wenn sie beispielsweise eine hohe spontane Polarisierung aufweisen. Ein Beispiel für ein solches Flüssigkristall-Material ist BDH 764E, das zum vollständigen Schalten ungefähr 40 Mikrosekunden benötigt. Während des Schaltens neutralisiert die Neuausrichtung der molekularen elektrischen Dipole die Ladung auf der Pixel-Elektrode teilweise. Es ist von Vorteil, wenn die Pixel-Elektrodenladung während der Zeit, in welcher der Flüssigkristall schaltet, wieder aufgeladen werden kann, so dass die Ladungsneutralisierung keine Störung der Spannung auf der Elektrode und eine entsprechende Störung des gewünschten "Aus"-Zustands verursacht. Ein weiteres Beispiel für einen Flüssigkristall mit einem permanenten Dipol ist ein optisch aktives smektisches verzerrtes spiralförmiges ferroelektrisches Material von Hoffman LaRoche. Seine charakteristische Schaltzeit beträgt ungefähr 200 Mikrosekunden. Alle der Pixel-Spiegel 718 werden dann durch die Aktivierung der Pull-up-Transistoren 927 gleichzeitig auf ihre neuen analogen Spannungen gesetzt, d.h. indem die globale Pull-up-Leitung 925 auf einen NIEDRIG-Wert gesetzt wird.
  • Das Vorgenannte geschieht wie folgt. Strom fließt von der Vdd-Leitung 931 durch den Pull-up-Transistor 927, der vollständig auf "ein" geschaltet ist, und durch den Spannungsbegrenzer-Transistor 909 zum Pixel-Spiegel 718. Hier muss angemerkt werden, dass die MOSFETs einem Phänomen unterzogen werden, das als "Abschnürung" bezeichnet wird, die das Spannungssignal begrenzt, das von einem Transistor, der "ein" ist, übergeben werden kann. Daher ist die Spannung, die übergeben werden kann, auf die Spannung am Steueranschluss 905 (Vgate) minus der Schwellenspannung (Vth) des Transistors 909 begrenzt. Der Pixel-Spiegel 718 lädt daher bis zu Vgate – Vth, wodurch gestattet wird, dass die vorher eingestellte Steueranschluss-Spannung zum Steuern des Spannungs-Pixel-Spiegels 718 ebenfalls aufgeladen wird.
  • In einem standardmäßigen CMOS-Prozess ist der n-Transistor-Schwellenwert eine positive Menge, und somit kann der Pixel-Spiegel 718 nicht vollständig auf die Versorgungsspannung Vdd aufgeladen werden.
  • 9B zeigt eine schematische Ansicht einer analogen Datenübertragungsblock-Puffer-Pixel-Schaltung 951, die ebenfalls nicht in den Umfang der Erfindung fällt, die nur n-FETs verwendet und einen Transistor und zwei Adressleitungen pro Pixel weniger erfordert. Daher ist diese Auslegung kompakter als diejenige, die in 9A gezeigt ist. Die Verwendung nur von n-Kanal-Transistoren lässt den Bedarf an einer n-Wanne an jedem Pixel sowie einer Stromversorgungsschiene für den Klemmanschluss an die Wannenspannung hinfällig werden. Diese Auslegung weist jedoch einen anderen Schwellenspannungsabfall auf. Wiederum werden identische Bezugszeichen für diejenigen Elemente der Schaltung 901 (9A) verwendet, die mit der Schaltung 951 gemeinsam sind.
  • Unter Bezugnahme auf 9B wird der Durchlass-Steueranschluss 781 und 781' durch einen einzelnen Steueranschluss 781 ersetzt. Der p-Pull-up-Transistor 927 wurde ebenfalls durch einen n-Transistor 967 ersetzt. Hier wird die Datenspannung direkt nur über den n-Tansistor 781 zum Spannungsbegrenzer-MOSFET 909 übertragen. Daher beträgt die maximale Spannung, die zum Steueranschluss 905 übertragen werden kann, Vgate – Vth, wobei Vgate und Vth die gleichen sind, wie oben definiert. Dies wiederum bedeutet, dass die maximale Spannung, die durch den Spannungsbegrenzer-Transistor 909 übertragen werden kann, Vdd – 2Vth beträgt. Es ist möglich, die Transistoren in der Schaltung 951 so auszulegen, dass sie eine niedrige, (vielleicht einige Zehntel Volt), Schwellenspannung Vth aufweisen, indem eine Extra-Maske aufgenommen wird, so dass ausgewählte Transistoren so verarbeitet werden, dass sie einen unterschiedlichen (hier niedrigeren) Schwellenwert aufweisen.
  • Andere komplexere Implementierungen von Pixel-Schaltungen können in Anbetracht der obigen Erläuterung vorgenommen werden. Eine solche komplexe Implementierung umfasst die Erweiterung aller der vorher beschriebenen Schaltungen, um mehr als eine Speicherstelle an jedem Pixel zu haben. Dies kann ausgeführt werden, in dem mehr als eine Datenleitung zu jedem Pixel führt, und gleichzeitig Daten auf mehr als eine Speicherstelle unter der Steuerung einer einzelnen Steueranschluss-Leitung getaktet werden. Alternativ kann jedes Pixel eine einzelne Datenleitung und mehr als eine Steueranschluss-Leitung aufweisen, um zu steuern, auf welche Speicherstelle die auf der Datenleitung vorhandenen Daten getaktet werden. Die Formatierung der Eingangsdaten würde bestimmen, welcher Ansatz vorzuziehen ist.
  • Ein Mehrfach-Speicherstellen-Pixel erfordert auch einen Mechanismus zum Bestimmen, welche Speicherstelle zum Steuern der Pixel-Elektrode zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendet wird. Dies könnte zusätzliche Transistoren und Steuerleitungen an jedem Pixel erfordern, wodurch seine Komplexität und physikalische Größe erhöht wird. Diese Art von komplexem Pixel kann für ein rasches Umschalten zwischen Bildern, wie beispielsweise Rot-, Grün- und Blau-Bildern, wie oben beschrieben, oder zum Durchführen einer Datenformatierung von Vorteil sein, wie beispielsweise einer Parallel-Seriell-Umwandlung, wenn die Daten auf mehreren Leitungen an dem Pixel ankommen, aber seriell ausgelesen werden.
  • Eine schematische Ansicht einer Zwei-Speicherstellen-Version des in 9A gezeigten analogen Datenübertragungsblockpuffer-Pixels, die daher nicht in den Umfang der Erfindung fällt, ist in 10 gezeigt. Diese schematische Ansicht ist ein Mehrfach-Speicherstellen-Datenübertragungsblockpuffer-Pixel mit zwei Speicherstellen und basiert auf der Pixel-Schaltung in 9A.
  • Die Schaltung in 10 arbeitet genau so wie für 9A beschrieben, mit Ausnahme dessen, dass Daten gleichzeitig auf beiden Datenleitungen 778 und 778' vorhanden sind und gleichzeitig auf die Steueranschlüsse der Transistoren 909 und 909' getaktet werden. Entweder wird der Pull-up-Transistor 927 oder der Pull-up-Transistor 927' während der Ansteuersequenz aktiviert, wodurch ausgewählt wird, welche Speicherstelle die Pixel-Spannung steuert.
  • 11 zeigt eine derartige komplexere Pixel-Schaltung 1001, die nicht in den Umfang der Erfindung fällt. Hier können mehrere Bits von digitalen Daten an jedem Pixel gespeichert und lokal in ein Analogsignal zum Ansteuern des Spiegels/der Elektrode 718 umgewandelt werden. Die Schaltung 1001 umfasst eine Daten-Verriegelungsschaltung 1005, die eine n-Bit-Daten-Verriegelungsschaltung ist, die unter der Steuerung der Steueranschluss-Leitung 779 an eine oder mehrere Datenleitungen 778 gekoppelt ist. Sobald die Daten auf die Daten-Verrieglungsschaltung 1005 geladen sind, wird der Schalter 1009 mit dem globalen Taktsignal 765 aktiviert, und die Daten-Bits werden gleichzeitig zu dem Digital-Analog-Wandler (DAC) 1014 übertragen, der die Pixel-Spiegel-Elektrode 718 auf die gewünschte Spannung ansteuert. Dieser Ansatz könnte erweitert werden, um einen automatischen Gleichstromausgleichs-Schaltkreis aufzunehmen, wie beispielsweise den XOR-Schaltkreis, der unter Bezugnahme auf das SRAM-Pixel erläutert worden ist.
  • Der Ansatz von 11 erfordert eine größere Anzahl von Transistoren für die Schaltung 1001 als die vorher erläuterten Schaltungen. Aus diesem Grund wäre es unwahrscheinlich, dass die Schaltung 1001 für die meisten Anzeigevorrichtungen vorzuziehen wäre, weil es oft wünschenswert ist, so viele Pixel wie möglich auf einer vorgegebenen Siliziumfläche unterzubringen. Die Schaltung 1001 und andere komplexe Schaltungen können jedoch für spezielle Anwendungen von Vorteil sein, wie beispielsweise eine optische Wellenform-Korrektur, wobei es normalerweise nicht so wichtig ist, über eine große Anzahl von Pixeln zu verfügen, sondern es stattdessen wichtiger ist, ihren optischen Zustand präzise zu steuern.

Claims (16)

  1. Anzeigevorrichtung (761), umfassend: ein Substrat (511) mit einer ersten Oberfläche; eine Vielzahl von Steuerelektroden (718), die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet sind; und eine Vielzahl von Mitteln, die auf dem Substrat angeordnet und jeweils mit der Vielzahl von Steuerelektroden gekoppelt sind, um Bilddaten zu empfangen und zu speichern und um die Vielzahl von Steuerelektroden gleichzeitig synchron mit einem Schaltsignal zu steuern, wobei das Schaltsignal angibt, dass alle Bilddaten eines Datenübertragungsblocks in der Vielzahl von Mitteln gespeichert worden sind, wobei jedes der Vielzahl von Mitteln umfasst: einen ersten Schalter (781), der mit einem Steuerelementsignal (779) und einer Datenleitung (778) gekoppelt ist, um ein Pixeldatum der Bilddaten zu empfangen und das Pixeldatum in Übereinstimmung mit dem Steueranschlusssignal auszugeben; Speichermittel (776, 782, 805), die mit dem ersten Schalter gekoppelt sind, um das Pixeldatum zu empfangen und zu speichern; und einen zweiten Schalter (776), der mit dem Schaltsignal und den Speichermitteln gekoppelt ist; und dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Vielzahl von Mitteln auch eine Umkehrschaltung (769) umfasst, die mit dem zweiten Schalter und einer entsprechenden einen der Vielzahl von Steuerelektroden gekoppelt ist, wobei das Pixeldatum von den Speichermitteln zu der Umkehrschaltung synchron mit dem Schaltsignal übertragen wird, und die Umkehrschaltung das Pixeldatum an die entsprechende eine der Vielzahl von Steuerelektroden ausgibt.
  2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Speichermittel eine Umkehrschaltung (776) sind.
  3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Flüssigkristallschicht (509), die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, wobei die Speichermittel (776, 782) fähig sind, annähernd gleichzeitig die Bilddaten zu entsprechenden Umkehrschaltungen auszugeben, die wiederum die Bilddaten an die Steuerelektroden (718) ausgeben, welche die Flüssigkristallschicht steuern, um ein Bild zu ergeben.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Speichermittel ein Kapazitanzmittel (805) sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, des Weiteren umfassend eine Flüssigkristallschicht, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Mitteln Bilddaten empfängt, die eine Reihe von untergeordneten Datenübertragungsblöcken enthalten.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl von Mitteln Bilddaten empfängt, die eine Reihe von untergeordneten Farbdatenübertragungsblöcken enthalten, die der Reihe nach mit ausreichend hohen Bildfrequenzen angezeigt werden sollen, um für einen Betrachter die Farbintegration von Bildern zu erzeugen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl von Mitteln Bilddaten empfängt, die eine Reihe von binären untergeordneten Datenübertragungsblöcken enthalten, die der Reihe nach mit ausreichend hohen Bildfrequenzen angezeigt werden sollen, um für einen Betrachter die Graustufenintegration von Bildern zu erzeugen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat einen Raumlichtmodulator umfasst, der von der Vielzahl von Steuerelektroden gesteuert wird.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Flüssigkristallschicht, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, die von den Steuerelektroden gesteuert wird.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von Mitteln Bilddaten empfängt, die eine Reihe von binären untergeordneten Farbdatenübertragungsblöcken enthalten.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der Vielzahl von Mitteln wenigstens zwei Speichermittel zum Empfangen und Speichern von Daten für eine entsprechende eine der Vielzahl von Steuerelektroden umfasst.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei jedes der Vielzahl von Mitteln wenigstens drei Speichermittel zum Empfangen und Speichern von Daten für eine entsprechende eine der Vielzahl von Steuerelektroden umfasst.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Bilddaten binäre Bilddaten enthalten.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die binären Bilddaten binäre Farbbilddaten enthalten.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Bilddaten Farbbilddaten enthalten, und jedes der Speichermittel ein entsprechendes Rot-Datum, Grün-Datum und Blau-Datum speichert.
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