Brevet FR2671656A1 — publié le 19920717

i PROCEDE D'AFFICHAGE SUR UN ECRAN MATRICIEL D'IMAGES COMPORTANT Q NIVEAUX DE GRIS La présente invention se rapporte d'une manière générale aux procédés d'affichage des écrans matriciels qui sont composés, comme on le sait, d'un certain nombre de pixels situés aux croisements de K conducteurs lignes et de M conducteurs colonnes. La présente invention s'applique à tout type d'écran matriciel connu, qu'il fonctionne par transmission ou par émission et plus particulièrement aux écrans à cristaux liquides multiplexés passifs, qui permettent l'affichage sur chaque pixel de l'un de deux états que l'on désignera par commodité par état noir et état blanc. De manière également connue, l'adressage des écrans matriciels comportant K lignes et M colonnes se fait par balayage successifs des différentes lignes Pendant un temps égal au temps Ligne Tl une Ligne I est "ouverte" par application d'une tension VL Pendant cette durée, les M signaux de données d'image sont adressés sur les M colonnes sous la forme de tensions par exemple dans le cas des cristaux liquides +VC Le pixel situé à l'intersection de la ligne I et de la colonne m est ainsi excité par une différence de potentiel VL+VC qui, selon son emp Lacement par rapport au seuil de commutation du crista L liquide de L'écran, le rend soit transparent (état blanc) soit opaque (état noir). De tels écrans sont bien connus et notamment décrits dans les documents EP-A-O 092 181 et EP-A-O 032 362. De manière plus précise encore, la présente invention se rapporte au prob Lème de l'écriture sur de tels écrans d'un certain nombre Q de nuances ou de niveaux de gris Gj sur une image en noir et blanc ou en couleurs. L'obtention d'une nuance de gris Gj sur un pixel déterminé ne peut résulter jusqu'à maintenant que de l'affichage sur ce pixel d'une séquence comportant un certain nombre d'états blancs et d'états noirs, la sensation de gris résultante étant évidemment proportionnelle au rapport du nombre de ces états d'une catégorie et de l'autre; cette sensation peut résulter soit d'une interpolation due au fonctionnement de l'appareil lui-même (dans le cas des cristaux liquides), soit du phénomène de vision mettant en oeuvre la persistance des impressions rétiniennes Les niveaux de gris Gj ainsi définis sont en général "équidistants", c'est-à-dire que l'on peut passer de l'un à l'autre de façon discontinue en ajoutant ou en retranchant un état noir ou un état blanc dans les séquences d'affichage Pour inscrire des niveaux de gris, il faut superposer plusieurs états noirs et plusieurs états blancs sur chaque pixel, ce qui implique de balayer plusieurs fois l'écran au cours de sous trames successives et relatives à une même image Comme pour les trames, ce balayage a lieu ligne par ligne. L'état de l'art en cette matière est assez bien représenté par le document "Conference Records of the 1985 International Display Research Conference, San Diego, California, 15-17 Octobre 1985, pages 215 à 220 " ainsi que par les documents EP-A-O 219 479, et FR-A-88 12 810 du 30 Septembre 1988. Tous les procédés de l'art connu qui vient d'être sommairement rappelé et qui permettent l'affichage de telles nuances de gris possèdent néanmoins, à des degrés divers, un certain nombre d'inconvénients qui sont mal résolus à l'heure actuelle et que l'on peut désigner sous le terme de couplage signifiant qu'en fait, l'affichage d'un pixel déterminé d'un tel écran n'est pas complètement indépendant de l'affichage des pixels voisins Ces défauts, que l'on rappellera brièvement maintenant, sont bien connus de l'homme de métier et se trouvent décrits notamment dans les "Proceedings de la conférence SID" tenue à Las Vegas en Mai 1990, pages 412 à 415. Un couplage existe d'abord entre les différents pixels d'une même colonne pour la raison suivante Lors de l'excitation d'un pixel déterminé de cette colonne, le signal de données appliqué sous forme d'échelons de tension +VC à la colonne considérée parvient en même temps à tous les autres pixels de cette colonne qui ne correspondent pas à des lignes sélectionnées à cet instant Autrement dit, il en résulte des signaux parasites qui perturbent l'état instantané de ces autres pixels. Plus précisément, le couplage entre les pixels d'une même colonne dépend essentiellement du nombre de transitions du noir au blanc présentes dans la colonne considérée En d'autres termes, ce défaut est d'autant plus marqué que le nombre de passages du noir au blanc, dans les pixels d'une même colonne, est élevé. Ce défaut est un défaut inhérent au principe d'adressage de l'écran lui-même Le couplage dépend de l'image que l'on affiche, laquelle est totalement aléatoire en ce qui concerne les successions de pixels blancs et de pixels noirs. En effet, dans tous les procédés d'affichage de gris de l'art antérieur précédemment rappelé, le procédé de balayage apporte ses successions de blancs et de noirs aux différents pixels de façon aléatoire en fonction des différentes phases d'adressage de l'image IL en résulte par conséquent une interaction ou corrélation temporelle entre le procédé de balayage de l'écran et l'image que l'on doit y afficher, qui peut ainsi de façon aléatoire et sans aucun recours possible, accentuer les défauts propres de l'écran. L'un des objets de la présente invention est précisément d'introduire un ordonnancement des phases d'adressage au sein du procédé de balayage de façon à rendre aussi faible que possible la corrélation précédente en rendant le nombre de fronts de tension ou de transitions sur chaque colonne, aussi indépendant que possible de l'image en cours d'affichage. La présente invention a également pour objet de corriger un autre défaut lié à la notion de couplage entre les différents pixels mentionnés précédemment Il s'agit cette fois non plus des colonnes mais des lignes et des défauts résultant du phénomène suivant La différence de potentiel appliqué à chaque pixel sur les conducteurs ligne et les conducteurs colonne pour y afficher soit un état blanc, soit un état noir, conduit au développement, sur les surfaces des conducteurs en présence qui constituent en fait des capacités locales au niveau de chaque pixel, de charges électriques d'un signe donné pour les pixels noirs et de signe opposé pour les pixels blancs Si par conséquent, lors du passage d'une ligne à la suivante, la différence du nombre de noirs et du nombre de blancs affiché est élevée, il y a sur tous les conducteurs de lignes de l'écran un changement important de charges conduisant à un écoulement de celles- ci sous forme d'un courant parasite qui vient perturber l'électronique de commande des lignes On a donc intérêt, pour la qualité de l'image à garder aussi constant que possible au cours de l'affichage, le nombre de pixels noirs et le nombre de pixels blancs sur chaque ligne L'invention réalise pratiquement cette situation en gardant la différence du nombre de pixels blancs et du nombre de pixels noirs constant d'une ligne à l'autre. La présente invention a pour objet un procédé d'affichage sur un écran matriciel composé de pixels disposés selon K lignes et M colonnes d'images susceptibles de comporter Q niveaux de gris (Go Gj GQ-_ 1) obtenus par inscription sur chaque pixel, au cours d'un processus d'inscription des données d'images ligne par ligne lors des N sous trames (O,,t, N- 1) de chaque trame, d'une succession d'états noir et blanc choisis parmi N phases d'adressage (Ao Ai AN_ 1) dont chacune définit, pour l'affichage d'un gris Gj donné, un état noir ou blanc, le déroulement de l'ensemble des phases assurant l'inscription du nombre d'états blanc et noir nécessaires à l'obtention à la fin d'une trame du niveau de gris Gj souhaité sur chaque pixel, caractérisé en ce que: I) le balayage de l'écran se fait en divisant chaque ligne en S sous lignes ( 1, q, S) sélectionnées chacune pendant un sous temps de ligne de durée égale à TU/S, Tl étant le temps d'adressage d'une ligne, S informations successives étant alors adressées sur chaque colonne pendant le temps T 1; II) le choix d'un affichage noir ou blanc sur chaque pixel pendant la phase d'adressage Ai pour obtenir le gris Gj obéit aux règles suivantes: 1) si N = Q-1, et si a) i j, on affiche un état noir 2) si N = Q+ 1, a) si i Q+ 1, on définit O U b) sinon on affiche un état noir. III) l'indice de la phase Ai sur le pixel (l, c) de la ligne l et de la colonne c, pendant la sous trame d'ordre t et la sous ligne d'ordre q étant noté i(l,c,q,t) obéit aux règles suivantes: 1)a) si S (Oy A partir de la définition précédente du procédé, on peut faire Les remarques suivantes. Tout d'abord, le cas général d'un balayage de l'écran à l'aide de lignes divisées en S sous lignes inclut le cas o S= 1, c'est-à-dire o il n'y a pas de sous-lignes et ou chaque ligne n'est ouverte qu'une seule fois au cours de chaque sous trame. C'est le cas le plus fréquemment utilisé jusqu'à maintenant dans l'art antérieur. Le choix de l'affichage d'un état noir N ou d'un état blanc B sur chaque pixel au cours de chaque ouverture de ligne ou de sous ligne lors d'une sous-trame, résulte, comme dans l'art antérieur, de la lecture d'un tableau matriciel à double entrée dont les lignes j représentent les niveaux de gris Gj à afficher et les colonnes les différentes phases d'adressage Ai lors de chaque sous trame du balayage. Le tableau I est relatif au cas N=Q-1, avec Q= 8 et N= 7 Il se caractérise par la présence d'un niveau Go composé uniquement d'états noirs et d'un niveau G 7 composé uniquement d'états blancs, c'est-à-dire de deux niveaux sans transition blanc- noir La lecture de ce tableau montre, par exemple, que si l'on veut afficher sur un pixel donné un gris G 3, on affichera un état blanc lors de chacune des phases AO, A 1, A 2 et un état noir lors de chacune des phases A 3, A 4, A 5, A 6. Le tableau II est relatif au cas N=Q+ 1 avec Q= 8 et N= 9 Il se caractérise par le fait qu'il existe une transition noir/blanc pour chaque nuance de gris, c'est-à-dire en fait lors d'une séquence d'affichage comportant l'ensemble des N phases d'adressage On verra, dans la suite du présent texte, toute l'importance de cette remarque. Le tableau I Ibis relatif au cas N>Q+ 1 avec Q= 8 et OU pour chaque nuance de gris. Indépendamment du balayage éventuel en sous-lignes et de l'emploi du tableau II ou du tableau I Ibis précédents, la caractéristique essentielle de l'invention réside dans l'ordre de séquencement des N phases d'adressage sur chaque pixel lors de N sous trames successives qui est entièrement original et corrige au maximum les défauts rappe Lés des écrans de l'art antérieur pour lesquels le séquencement ne faisait l'objet d'aucune vo Lonté particulière d'organisation. Cette organisation de l'ordre de séquencement des N phases d'adressage résulte des formulations mathématiques données sous le III, alinéas 1, 2, 3 et 4 de la définition générale précédente du procédé objet de l'invention On en expliquera maintenant la substance et la raison d'être. III,1: La formule ST(x) désigne l'élément d'ordre x d'un arrangement (au sens de l'analyse combinatoire) choisi arbitrairement des N premiers entiers, zéro inclus Si par exemple N= 7, et si ST= 5361024, on aura alors: ST(O) = 5 ST( 1) = 3 ST( 2) = 6 STC 6) = 4 La formule i( 1,1,1,t)=ST(t modulo N) signifie que la suite précédente ST(O), ST( 1), ST( 2) ST(N-1) désigne l'ordre ou l'indice des phases appliquées sur le premier pixel de La première ligne, de la première colonne et de la première sous ligne de l'écran lors des sous trames successives Elle signifie également que cette suite est répétitive de façon cyclique de période N sauf lorsque S=N et i( 1,1,1,t)= l'on a atteint la Nème. III,3 Cette formule indique que le numéro d'ordre de la phase appliquée à un pixel déterminé lors d'une même sous trame est augmenté de S unités lorsque l'on passe d'une ligne à la suivante. III,4 SC(y) étant l'élément d'ordre Y d'un arrangement quelconque des N premiers entiers, zéro inclus, semblable ou non à l'arrangement ST ( 0,1,2 N-1), cette formule signifie que, pour un pixel appartenant à une ligne l, à une sous ligne q et Lors d'une sous trame donnée t, le numéro d'ordre de la phase appliquée est celui du pixel correspondant de la colonne I augmenté de SC(c) Les deux facteurs modulo N assurent le caractère cyclique de la suite des indices des phases lorsque l'on a atteint la Nème, ce qui se produit lorsque le nombre des colonnes est supérieur à N, ou lorsque le numéro d'ordre i ainsi calculé dépasse N. Dans tous les exemples d'ordonnancement des phases qui seront donnés ultérieurement, on choisira, pour plus de commodité dans le calcul rapide de celles-ci, des arrangements SC composés d'éléments se suivant dans l'ordre naturel des chiffres Il devra toutefois être bien entendu qu'il s'agit d'exemples donnés à titre non limitatifs et que, dans le cas général, les séries SC peuvent être dans un ordre quelconque En pratique toutefois, l'expérience montre qu'i l y a intérêt à choisir de préférence les règles de formation suivantes: pour un écran monochrome SC(y+ 1)=SC(y)+ 1, par exemple SC= 0123456; pour un écran trichrome SCC(y+ 1)=lSC(y)+ 3 lmodulo N,par exemple 0362514 pour N= 7. On peut enfin remarquer que du fait de la relation i( 1,1,1,t)=ST (t modulo N) le procédé de balayage est périodique de période N sous trames. Lorsque S=N et i( 1,1,1,t)=O(, le procédé est de période I sous trame Quand on emploie en plus des sous lignes, la relation i (l,c,q+ 1,t)=li(l,c,q,t)+ 1 lmodulo N montre que le procédé de balayage reste périodique de période de N sous trames Cependant dans ce cas chaque pixel est adressé Nx S fois au cours de cette période et la période "moyenne" du phénomène est égale alors à N/S sous trames. De façon avantageuse, si l(K S)modulo NlO 0, ST(x+ 1)=lST(x)+ p Imodulo N o p est un entier égal à (K S) modulo N. Les exemples qui vont suivre montrent la succession de phases d'adressage en se référant à des écrans possédant un nombre de lignes et de colonnes très petit par rapport aux écrans de la 1 1 réalité Ces exemples auront donc essentiellement un rôle illustratif, destiné à faire comprendre l'ordonnancement des différentes phases d'adressage des pixels dans le procédé selon l'invention. Le tableau III est relatif à un écran possédant quatre lignes et quatre colonnes (K=M= 4). Il est adressé selon Q= 8 niveaux de gris, blanc, et noir compris et N= 7 phases d'adressage. Il correspond au cas N=Q-1 et fonctionne selon le tableau I donné précédemment Pour ce tableau III, on a choisi la série trame ST= 0415263 et la série colonne SC= 0123456 Dans ce cas, ST(x+ 1)=lST(x)+ 4 lmodulo N car P= 4 ici. L'écran est adressé dans un procédé ligne à ligne (S= 1) Le tableau III montre, pour chaque pixel, les indices des phases d'adressage lors des trames t=O à t= 6. Le tableau IV est relatif à un exemple dans lequel N=Q-1 avec N= 7, Q= 8 et S= 2 Pour cet exemple, on a choisi la série trame ST= 0123456 et la série colonne SC= 0123456. Le tableau IV est également relatif à un écran possédant quatre lignes et quatre colonnes. La correspondance entre l'ordre des phases d'adressage et du blanc ou du noir à afficher en fonction d'un gris déterminé peut résulter par conséquent du tableau I précédent. Dans l'exemple de mise en oeuvre du tableau IV, chaque ligne est balayée deux fois au cours de chaque sous trame, chaque pixel étant par conséquent adressé deux fois au cours de chacune d'entre elles. Le tableau V est toujours relatif à l'affichage d'un écran à quatre lignes et quatre colonnes, mais cette fois dans le cas o N=Q+ 1, c'est-à-dire o l'on se réfère au tableau II précédent Les données choisies pour cet exemple sont N= 9, Q= 8, S= 2 IL y a donc neuf sous trames numérotées de O à 8, dont par simplicité, on a seulement représenté les sous trames O, 1, 2 et 8. Dans cet exemple, la série de trame ST= 234567801 et la série colonne SC= 012345678. Le tableau VI montre un exemple dans lequel, l'écran a douze colonnes et six lignes (M= 12 et K= 6) Il correspond au cas N=Q+ 2 avec N= 10, Q= 8 et S= 2. Pour cet exemple, la série trame ST a été choisie égale à 2345678901 et la série colonne SC= 9012345678. Le tableau VI montre les phases d'affichage sur chaque pixel pour les sous trames O, 1 et 9 La correspondance des phases avec les états noir ou blanc pour un gris donné est fixée par le tableau I Ibis. Les tableaux précédents permettent de vérifier aisément les avantages apportés par le procédé objet de l'inventon en matière de couplage, pour l'affichage d'images d'un gris Gj donné. Pour le couplage entre pixels d'une même colonne, on vérifie que, pour l'affichage d'un même gris donné Gj, les indices des phases d'adressage se succèdent de manière cyclique dans l'ordre naturel au cours d'une même sous trame, ce qui conduit à minimiser le nombre de transitions noir/blanc et blanc/noir. Pour le couplage entre pixels lors du passage d'une ligne (ou sous ligne) à la suivante, on constate que la constance (ou quasi constance) de la différence (nombre de pixels blancs) (nombre de pixels noirs) provient du fait que les numéros d'ordre des phases d'affichage de deux lignes consécutives qui reproduisent avec un décalage d'une unité les séries colonnes SC sous forme cyclique (modulo N), sont pratiquement identiques dès lors que le nombre M de colonnes est élevé par _rapport au nombre N de phases, ce qui est le cas général. Un écran adressé selon le procédé objet de l'invention est donc le mieux à même de réagir à l'arrivée des données aléatoires noires et blanches du signal d'image. On décrira maintenant en se référant à la figure, un exemple non limitatif d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé d'affichage de niveau de gris sur un écran matriciel, objet de l'invention. Le dispositif décrit permet l'affichage de Q niveaux de gris et utilise N phases d'adressage. Le dispositif de la figure 1 fonctionne à partir de trois horloges non représentées qui servent à séquencer les sous trames, les sous lignes et les colonnes Les tops d'une horloge sous trame sont envoyés sur la ligne 2, les tops d'une horloge sous lignes sur la ligne 4, et les tops d'une horloge colonne, sur la ligne 6. L'appareil fonctionne à l'aide de compteurs modulo N (diviseur par N) référencés 8, 10 et 12 sur la figure Les compteurs 8 et 12 sont associés à un circuit de conversion par exemple du type PROM, le circuit de conversion 14 associé au compteur 8 étant destiné à délivrer la table ST(x) des séries trames et le circuit de conversion 16 associé au compteur 12 étant destiné à délivrer les séries de colonnes SC(y) Les différentes valeurs de gris Gj correspondant à l'image à afficher sont introduites sur la ligne 18, chacun des niveaux de gris étant codé par une série de N bits ( 2 n-k N 52 n) ainsi que toutes les informations en sortie des circuits de conversion ou des compteurs. Le compteur 8 compte les fronts de l'horloge sous trame parvenus sur la ligne 2 Le compteur 10 compte les fronts de l'horloge sous lignes et est préchargé à chaque top de l'horloge sous trame par la valeur provenant du circuit 14. Le compteur 12 compte les fronts de l'horloge colonne à leur arrivée sur la ligne 6 et est préchargé à chaque top de l'horloge sous ligne arrivant sur la ligne 4 par la valeur du compteur précédent 10. Un comparateur 20 reçoit, à son entrée 22 la sortie du circuit de conversion 16 qui représente la valeur i correspondant à l'indice de la phase d'adressage en cours Ce comparateur 20 compare cette valeur i à la valeur j en provenance de la ligne 18 représentant le gris à afficher en provenance de la ligne 18 et selon la valeur de i par rapport à celle de j, fournit en sortie 24 un signal de données D noir ou blanc que l'on applique au pixel en cours d'écriture défini à la fois par l'ordre de la sous trame, l'ordre de la sous ligne et l'ordre de la colonne. Dans le cas particulier o ST(x+ 1)=lST(x)+Plmodulo N, le compteur 8 et le circuit de conversion 14 peuvent être supprimés ainsi que l'horloge sous trame En effet, compte tenu dans ce cas des rapports entre K, S et N, la relation précédente est obtenue directement avec le compteur 10. TABLEAU I i O 1 2 3 4 5 6 J N N N N BNNN B B N N B B B N B B B B B B B B B B B B B B B B N N N N N N N N N N N N N N N B N N B B N B B B aucune transition N/B une transition N/B I. Il et, TABLEAU II i O 1 2 3 4 5 6 7 8 B N N N N N N N N B B N N N N N N N B B B N N N N N N B B B B N N N N N B BB B B N N N N B B B B B B N N N BB B B B B N N B B B B B B B B N une transition N/B e I il le al J - Il Lo O 00 i 4 % N I- il Il Ni - à LA N W %A 4- 0 X %A 0 % Ln 1 LAI CD % Ln 4 W -0 O O Vl N-.à CD 00 %L 0 O % U 1 0 % O O n 0 L N O C WAN O -N O o Ln N CD 00 L N - 4. 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III) l'indice de la phase Ai sur le pixel ( 1, c) de la ligne l et de la colonne c, pendant la sous trame d'ordre t et la sous ligne d'ordre q étant noté i(L,c,q,t) obéit aux règles suivantes: 1)a) si S (Oy N-1). 2 Procédé d'affichage d'un écran monochrome selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit SC(y+ 1)=SC(y)+ 1. 3 Procédé d'affichage d'un écran trichrome, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit SC(y+ 1)= lSC(y)+ 3 l modulo N.