CN100371811C - 液晶显示器的快速灰阶转换的方法 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示器的快速灰阶转换的方法，其步骤包含：将液晶显示器驱动栅极线区分为复数区，相对于复数个栅极线区，液晶显示器的图框间隔时间切割为复数个子区间；在一同步控制信号的时间内，依序开启各区的第一条栅极线，接着依序开启各区的次一栅极线，重复此步骤，其中将至少一组栅极线给予影像数据的数据电压，将至少一组栅极线给予一显示黑画面的电压，重复上述步骤，直到整个图框间隔时间结束进入下个图框间隔，透过时间与空间的分割，进而达到快速灰阶转换的目的，适用于各式液晶显示器及有机发光二极管(OLED)显示器的画面处理。

Description

液晶显示器的快速灰阶转换的方法

技术领域

本发明是关于一种液晶显示器的快速灰阶转换的方法，尤指一种方法，将显示器的空间与数据的图框间隔时间分割，借同步控制信号，同时控制各子区间栅极线电压，先给予可达到欲呈现亮度的电压，而在达到所欲呈现的亮度后，继之给予呈现黑画面的电压，作快速灰阶转换，借此改善液晶显示器的残影或影像重叠的现象，适用于各式液晶显示器及有机发光二极管(OLED)显示器的画面处理。

背景技术

液晶显示器的流行，主要是其相对于传统阴极射线管(CRT)显示器，具有低耗电、重量轻薄、无辐射及不闪烁等优点，可应用于数字电视、笔记型计算机或计算机屏幕，因而渐渐成为显示器产业的主流。

然而受限于液晶分子的特性，如黏滞系数、弹性系数及介电系数等等，存在着其限制及缺点。首先请参阅图1A及图1B，其为液晶显示器构造的简单示意图，其中显示器面板10的上方设有数据驱动器11，用以将已调整的灰阶信号数据转换成对应的数据电压，并借由连接于该数据驱动器11的复数条数据线111输出影像信号至显示器面板10，显示器面板10的侧边设置栅极驱动器12，用以连续供应扫描信号，并借由连接于该栅极驱动器12的复数条栅极线121将扫描信号输送到显示器面板10，而数据线111与栅极线121相互垂直交叉且绝缘，所环绕围成的区域为一像素矩阵13。

当影像信号从数据驱动器11送出，经由数据线D₁提供像素矩阵13内的晶体管Q₁的源极，而栅极驱动器12亦相对送出控制信号，经由栅极线G₁提供给晶体管Q₁的栅极，再经由像素矩阵13内的电路将该输出电压值输出，驱动像素矩阵所对应的液晶分子反应，位于显示器面板10两片玻璃基板间的液晶分子形成一平行板电容器C_LC(Capacitor of liquidcrystal)，由于此电容器无法将电压保持到下一次再更新画面数据时，因此会再加一储存电容C_S(Storage capacitor)，以便让充好电的电容器能保持电压到下一次更新画面的时候，此种显像方式称之为存留式(Holdtype)。

虽然液晶显示器的画面与画面间的亮度能够维持着，不会产生传统CRT显示器有画面闪烁的问题，但也产生新的问题-残影现象(Afterimage)。以图2来说明，在时间轴上各图框(Frame)F₁，F₂，F₃，F₄各有不同的亮度要呈现，由于驱动液晶分子扭转需要时间以产生亮度变化，此亮度变化与时间对应为一曲线变化，如图中(a)所标示，当到达欲呈现的亮度后即以该电压值维持于该亮度，若到达此亮度的时间占去画面显示大部分的时间，显示器屏幕上便会产生前一画面的影像与后一画面的影像重叠，而造成影像模糊，即残影现象。事实上，有的液晶显示器其亮度变化在上升时较快，而下降时则较慢，更容易造成画面转换时的残影现象。

而传统的CRT显示器是借由真空管末端，将电子光束照射于涂有发光材料的屏幕上，以显示画面的色彩，屏幕上的发光材料受到激发产生的色彩仅一瞬间，之后又会消失等待下一画面的影像数据的激发，此种显像方式属于脉冲式(Impulse type)显像方法，其显像的亮度变化曲线会如图2中标号(b)所示，因此画面与画面间不会有残影现象发生。

因此为了解决LCD残影现象的缺点，撷取CRT显示器的Impulse type的优点，因此目前采用一种仿真脉冲(Pseudo impulse type)的技术来呈现影像数据，理论上可应用以下二种技术来达到此目的：

(1)于连续影像画面中***黑色数据或黑画面：如图3所示，于连续影像画面F_-1，F₂，F₃，F₄中，将黑画面B₁，B₂，B₃***，强迫图框间隔内的后半段时间的亮度消失，以仿真CRT的显像方式。

(2)于背光源中***黑画面信号，使背光源闪烁：如图3所示，原本每一画面的亮度皆由显示器面板后方的光源提供，其连续背光源为L₁，L₂，L₃，L₄，现于每一背光源中***黑画面信号，强迫关闭光源产生黑画面B₁，B₂，B₃，同样得到仿真CRT显像的效果，可消除残影现象。

有鉴于此，本发明人长期工作于显示器产业，累积多年在此领域研发的经验，兹提出一种新颖的快速灰阶转换的方法，以仿真CRT脉冲式显像方式，消除液晶显示器的残影问题。

发明内容

本发明的主要目的是在提供一种液晶显示器的快速灰阶转换的方法，将显示器的空间及图框间隔时间分割，经由同步控制信号同时控制各子区间的栅极线电压，使液晶显示器于达到欲呈现亮度后，给予呈现黑画面的电压，使其作快速灰阶转换，借此改善液晶显示器的残影或影像重叠的现象。

为了达到上述的发明目的，本发明的方法包含：

a.将液晶显示器驱动栅极线由上而下区分为M区，其总栅极线数目为Q条，其中第一区包含栅极线数目为m₁条，第二区为m₂条，...第M区包含m_M条，亦即 $Q=\underset{i=1}{\overset{M}{\∑}}{m}_i$ ，其中每一区所包含的栅极线数目(m_i)与总栅极线数目(Q)之间的比例为 $p_i=\frac{m_i}{Q}$ ，因此 $\underset{i=1}{\overset{M}{\∑}}{p}_i=1$ ，该比例p_i是依据液晶显示器的特性而设定，可设定为固定值亦可调整，该M是大于等于2的整数，小于等于显示器面板所能产生同步控制信号的最大值，以目前技术层次而言，M的较佳数量是为2至6之间。

b.将液晶显示器的图框间隔时间T切割为M个子区间(sub-interval)，其中每个子区间的间隔时间分别为t_i＝p_iT，亦即 $\underset{i=1}{\overset{M}{\∑}}{p}_{i}T=T.$

c.在一同步控制信号的时间内，依序开启第一区、第二区...及第M区的第一条栅极线，接着在下一同步控制信号的时间内，依序开启第一区、第二区...及第M区的第二条栅极线，重复此步骤，使该同步控制信号同时开启同一扫描区内复数条栅极线，该栅极线数范围为2至第一区的栅极线数之间，其中K组栅极线给予影像数据的数据电压，J组栅极线给予显示黑画面或使画面变暗的电压，K，J是为正整数，而且K+J＝M；J与K的数量是与液晶显示器的响应特性有关，可透过预先测量观察其响应曲线来决定。其中第i区扫描完成的图框影像是与前一区(第i-1区)图框影像相距t_i的时间相位差。

d.重复上述步骤，直到整个图框间隔时间T结束，完成该图框影像扫描。

借由上述的步骤，透过时间(图框间隔时间)与空间(栅极线)的分割，并分别给予数据电压与显示黑画面的电压，即可快速驱动液晶显示器，增进其影像灰阶响应速度。

由上述可知，本发明的特征为显示器面板的栅极线区域空间是分隔为复数区域，相对于此复数区域，图框间隔时间分割为复数个子区间，而在一同步控制信号时间内依序分别对各区域扫描，在时间与空间上均形成有如“frame in frame”的情形。

附图说明

图1A是液晶显示器的简单结构示意图；

图1B是图1A的局部放大示意图；

图2是液晶显示器的亮度变化曲线(a)与传统阴极射线管显示器的亮度变化曲线(b)的比较图；

图3是习知技术中液晶显示器仿真脉冲显示的示意图；

图4是表示在各种不同驱动电压下，影像亮度对时间的变化曲线图；

图5是本发明将栅极线分为二区，同步控制二条栅极线时，电压变化及亮度变化曲线的第一实施例的示意图；

图6A是本发明于第一时间及第二时间(t₁时间内)以同步控制二条栅极线于显示器面板的第一实施例的示意图；

图6B是本发明于第1/2T时间(t₁时间内)及第1/2T+1时间(t₂时间内)同步控制二条栅极线于显示器面板的第一实施例的示意图；

图6C是本发明于第一时间及第二时间(t₁时间内)于同一扫描区域内同时开启二条栅极线于显示器面板的第一实施例的示意图；

图7是本发明将栅极线分为三区同步控制传送三条栅极线时，电压变化及亮度变化曲线的第二实施例的示意图；

图8A是本发明于第一时间及第二时间时(t₁时间内)同步控制传送三条栅极线于显示器面板的第二实施例的示意图；

图8B是本发明于第1/3T时间(t₁时间内)及第1/3T+1时间(t₂时间内)同步控制三条栅极线于显示器面板的第二实施例的示意图。

符号说明：

10： 显示器面板

11： 数据驱动器

111：数据线

12： 栅极驱动器

121：栅极线

13： 像素矩阵

21，22，23，24，25：不同电压对应的不同亮度变化曲线

40，50：显示器面板

41，51：栅极驱动器

具体实施方式

请参阅图4，由于各液晶显示器的面板特性不同，欲应用此方法时，须先对显示器面板的特性作分析，方法为设定一到达预定亮度的时间t₀，以灰阶值code 120为例，假设以电压V₅可使显示器面板于时间t₀内达到code 120欲呈现的亮度，其亮度变化曲线如图4标号25所示，则将此电压纪录下来，接着以不同电压V₁、V₂、V₃、V₄驱动液晶显示器面板，使面板到达预定的亮度，各影像亮度对时间的连续变化曲线如标号21，22，23，24所示，最后完成显示器面板所能呈现的不同亮度变化及对应的电压，将此曲线变化数据与对应电压制成一对照表(Lookup table)作为设定驱动面板亮度的依据，在各实施例中将会取用对照表中达到欲呈现亮度的电压来驱动，若有受限于液晶的特性，则可另外由其它液晶显示器的组件加以补强，如加强显示器的背光模块等等。

另外，显示器的灰阶值0是为完全黑色、无亮度的黑画面，然而在本发明的定义中，液晶显示器上欲呈现黑画面的灰阶值在一数值以下即可视为黑画面，如code 5～10，在以下说明中仍以code 0来表示黑画面，或使画面变暗的电压。

第一实施例：

为了清楚表达本发明的技术特征，因此先以液晶显示器的栅极线区分为2区，而同步传送二条扫描信号的实施例来说明。

请参阅图5、图6A及图6B，图5是表示一显示器面板上一栅极线位置的一像素的输出驱动电压波形及亮度变化曲线(a)(b)，其横轴表示时间，单位为ms，其图框间隔时间为T，区分为二子区间t₁，t₂，并且t₁∶t₂＝1∶1，图6A是表示此显示器面板40上设定栅极线分为二区M₁，M₂，假设定第一区的栅极线数为m，第二区的栅极线数亦为m，总栅极线数为2m，因此两区的栅极线数比例为1∶1。

假设一连续影像数据从前一图框间隔(Frame N-1)进入图框间隔(Frame N)数据亮度为code 120，该亮度可从对照表(LUT)中选择一数据电压来驱动显示器面板40，使显示器面板40于特定时间内达到亮度，本发明的快速灰阶转换的实施方法如下：

在第一子区间t₁内，栅极驱动器41同步开启二栅极线于显示器面板40上，并于第一区M₁的第一条栅极线G₁给予图框间隔N的数据电压code120，于第二区M₂的第一条栅极线G_m+1给予前一图框间隔N-1显示黑画面的电压code 0，接着依序同步开启各区的次一栅极线，并给予与前一栅极线相同的电压值，也就是同一区的栅极线给予相同的电压值，直至完成各区扫描，而数据电压code 120产生的亮度变化曲线如图5的(a)所示。

进入第二子区间t₂时，请参阅图6B，栅极驱动器41同步开启二栅极线于显示器面板40上，并于第一区M₁的第一条栅极线G₁给予一显示黑画面的电压code 0，于第二区M₂的第一条栅极线G_m+1给予本图框的数据电压code 120，接着依序同步开启各区的次一栅极线，并给予与前一栅极线相同的电压值，直至完成各区扫描，而数据电压code 0产生的亮度变化曲线如图5的(b)所示。

兹就本实施例空间的第一区M₁与第二区M₂完成影像扫描情形说明于下，就第一区M₁的栅极线而言，在t₁时间时，是受到本图框间隔N数据电压code 120的驱动而到达所欲亮度，在t₂时间时，则受到显示黑画面的电压code 0的驱动，使亮度消失。

而就第二区M₂的栅极线而言，其在t₁时间时，是受到显示黑画面的电压code 0的驱动而使画面变暗，表示前一图框间隔N-1末段子区间时间的黑画面，而在t₂时间时，则受到图框间隔N的数据电压code 120的驱动，而表示本图框间隔N第一子区间时间的数据所欲呈现的亮度；如此，本发明同时将显示器画面空间分区，以及图框间隔时间分区而做同步信号控制，可使各区画面达到欲呈现的亮度后立即变暗，达到快速转换灰阶表现的目的。

上述实施例的同步信号开启二栅极线表示二栅极线间有一时间差，惟实施时，亦可同时开启驱动各扫描区域内复数条栅极线，请参阅图6C所示，在第一子区间t₁内，栅极驱动器41同时于同一扫描区内开启二栅极线于显示器面板40上，即于第一区M₁的第一条栅极线G₁及第二条栅极线G₂同时给予图框间隔N的数据电压code 120，并于一时间差后，第二区M₂的第一条栅极线G_m+1及第二条栅极线G_m+2同时给予显示黑画面的电压code 0，接着依序同时开启各区的次二条栅极线，并于同一区的栅极线给予相同的电压值，直至完成各区扫描，进入下一子区间时间后亦同，如此亦可达到作快速灰阶转换的目的。

以上各区的栅极线数与总栅极线数的比例，将会决定t₁与t₂的时间，若液晶分子的响应速度快，则可将此比例缩小，反之则是增加此比例，延长液晶分子到达所欲亮度的时间，此值可调整亦可固定，由显示器面板的特性来决定。

第二实施例：

第二实施例再以栅极线区分为3区，而同步控制三条扫描信号来说明，请参阅图7、图8A及图8B，先参图7，其为一显示器面板50上一栅极线位置的一像素的输出驱动电压波形及亮度变化曲线(a)(b)，其横轴表示时间，单位为ms，图框间隔时间为T，区分为二子区间t₁，t₂，t₃，t₁∶t₂∶t₃＝1∶1∶1，再参图8A所示，在此显示器面板50上设定栅极线分为三区M₁，M₂，M₃，假设第一区的栅极线数为m，第二区的栅极线数为m，第三区的栅极线数亦为m，总栅极线数为3m，两区的栅极线数比例为1∶1∶1。

如图7所示，假设一连续影像数据从前一图框间隔(Frame N-1)进入图框间隔(Frame N)数据所欲呈现亮度为code 120，该亮度可从对照表(LUT)中选择一数据电压来驱动显示器面板50，使显示器面板50于特定时间内达到亮度，本发明的快速灰阶转换的实施方法如下：

在第一子区间t₁时，栅极驱动器51同步开启三条栅极线G₁，G_m+1，G_2m+1于显示器面板50上，并于第一区M₁的第一条栅极线G₁给予图框间隔N的数据电压code 120，于其它二区M₂，M₃的第一条栅极线G_m+1，G_2m+1给予呈现前一图框间隔N-1末段子区间时间的黑画面的电压code 0，接着依序同步开启各区的次一栅极线，并给予与前一栅极线相同的电压值，也就是同一区的栅极线给予相同的电压值，直至完成各区扫描，而数据电压code120产生的亮度变化曲线如图7的(a)所示。

进入第二子区间t₂时请参图8B，栅极驱动器51同步开启三栅极线于显示器面板50上，第一区M₁及第三区M₃给予前一图框间隔N-1末段子区间的黑画面的电压code 0，第二区M₂给予图框间隔N的数据电压code120，依序在一同步控制信号时间内开启各区的栅极线，直至完成各区扫描。

进入第三子区间t₃时，第一区M₁及第二区M₂的栅极线给予前一图框间隔N-1末段子区间的黑画面电压code 0，第三区M₃的栅极线则给予图框间隔N的数据电压code 120，直至完成各区扫描，其中于子区间t₂、t₃的亮度变化曲线如图7的(b)所示。

以下说明本实施例空间的M₁、M₂及M₃分别完成影像扫描情形，就第一区M₁的栅极线而言，在t₁时间时，是受到本图框间隔N的数据电压code120的驱动，而在t₂与t₃子区间时间时，则给予黑画面的电压code 0。

而在第二区M₂的栅极线而言，是在t₁子区间时间时，给予前一图框间隔N-1末段子区间的黑画面的电压code 0，在t₂时间时，给予图框间隔N的数据电压code 120，在t₃时间时，给予黑画面的电压code 0；其所完成的影像扫描与第一区M₁呈一时间差t₂。

再就第三区M₃的栅极线而言，其在t₁、t₂的子区间时间时，是给予前一图框间隔N-1末段子区间的黑画面的电压code 0，而在t₃时间时，给予图框间隔N的数据电压code 120，其完成的影像扫描与第二区M₂呈一时间差t₃。

由上述二实施例类推，本发明亦可适用于同步开启M组栅极线，将液晶显示器的扫描区域区分为M区，以达到发明的目的，其方法叙述如下：

a.将液晶显示器驱动栅极线由上而下区分为M区，其总栅极线数目为Q条，其中第一区包含栅极线数目为m₁条，第二区为m₂条...第M区包含m_M条，亦即 $Q=\underset{i=1}{\overset{M}{\∑}}{m}_i$ ，其中每一区所包含的栅极线数目(m_i)与总栅极线数目(Q)之间的比例为 $p_i=\frac{m_i}{Q}$ ，因此 $\underset{i=1}{\overset{M}{\∑}}{p}_i=1$ ，该比例p_i是依据液晶显示器的特性而设定，可设定为固定值亦可调整，该M是大于等于2的整数，小于等于显示器面板所能产生同步控制信号的最大值。

b.对应于M区栅极线，液晶显示器的图框间隔时间T切割为M个子区间，其中每个子区间的间隔时间分别为t_i＝p_iT，亦即 $\underset{i=1}{\overset{M}{\∑}}{p}_{i}T=T.$

c.在一同步控制信号的时间内，依序开启第一区、第二区...及第M区的第一条栅极线，接着在下一同步控制信号的时间内，依序开启第一区、第二区...及第M区的第二条栅极线，重复此步骤，其中K组栅极线给予影像数据的数据电压，J组栅极线给予显示黑画面的电压，K，J为正整数，而且K+J＝M。

J与K的数量是与液晶显示器的响应特性有关，可透过预先测量观察其响应曲线来决定，若以第二实施例来看，该实施例中K是为1，J是为2。

d.重复上述步骤，直到整个图框间隔时间T结束进入下个图框间隔，其中第i区扫瞄完成的图框影像是与前一区(第i-1区)图框影像相距t_i的时间相位差。

借由上述的步骤，透过时间(图框间隔时间)与空间(栅极线)的分割，并分别给予数据电压与黑画面的电压，进而使液晶显示器达到快速灰阶转换的目的，以目前技术水准而言，M的较佳数量是为2至6之间，另外同步控制信号亦可同时开启各扫描区内复数条栅极线，该栅极线数范围为2至第一区的栅极线数之间，或者液晶显示器可被同时开启全部栅极线，或亦可以倍频方式进行扫描。本发明的驱动方法可适用于各式液晶显示器、主动矩阵式液晶显示器及有机发光二极管(OLED)显示器。

因此，本发明具有以下的优点：

1.借由“frame in frame”的技术以使液晶显示器作快速灰阶转换，达到改进显示器的残影现象的目的。

除了将显示器面板扫描区域作分隔外，每一扫描区的比例可依面板的特性调整及固定，可适用于各式不同显示器面板，极具产业利用价值。

综上所述，本发明确实可达到预期的目的，提供一种可使液晶显示器达到快速灰阶转换的方法。

Claims (8)

1.一种液晶显示器的快速灰阶转换的方法，其包含：

a.将液晶显示器驱动栅极线由上而下区分为M区，其总栅极线数目为Q条，其中第一区包含栅极线数目为m₁条，第二区为m₂条...第M区包含m_M条，亦即 $Q=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{m}_i,$ 其中每一区所包含的栅极线数目m_i与总栅极线数目Q之间的比例为 $p_i=\frac{m_i}{Q},$ 因此 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i=1;$

b.对应于M区栅极线，将液晶显示器的图框间隔时间T切割为M个子区间，其中每个子区间的间隔时间分别为t_i＝p_iT，亦即 $\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{i}T=T;$

c.在一同步控制信号的时间内，依序开启第一区、第二区...及第M区的第一条栅极线，接着在下一同步控制信号的时间内，依序开启第一区、第二区...及第M区的第二条栅极线，重复此步骤，使该同步控制信号同时开启同一扫描区内复数条栅极线，该栅极线数范围为2至第一区的栅极线数之间；其中K组栅极线给予影像数据的数据电压，J组栅极线给予显示黑画面或使画面变暗的电压，K，J为正整数，而且K+J＝M；

d.重复上述步骤，直到整个图框间隔时间T结束进入下个图框间隔，其中第i区扫瞄完成的图框影像是与前一区图框影像相距t_i的时间相位差；

借由上述的步骤，透过图框间隔时间与栅极线的分割，并分别给予数据电压与黑画面的电压，从而达成可快速作液晶显示器的灰阶转换。

2.根据权利要求1所述的液晶显示器的快速灰阶转换的方法，其中比例p_i是依据液晶显示器的特性而设定，可设定为固定值，亦可调整。

3.根据权利要求1所述的液晶显示器的快速灰阶转换的方法，其中M是大于等于2的整数，小于该显示器面板所能产生同步控制信号的最大值。

4.根据权利要求3所述的液晶显示器的快速灰阶转换的方法，其中M的数量是为2至6之间。

5.根据权利要求1所述的液晶显示器的快速灰阶转换的方法，其中J与K的数量是与液晶显示器的响应特性有关，可透过预先测量观察其响应曲线来决定。

6.根据权利要求1所述的液晶显示器的快速灰阶转换的方法，其中黑画面是指相对的较黑画面，并可依其背景亮度而调整，使画面变黑的电压。

7.根据权利要求1所述的液晶显示器的快速灰阶转换的方法，其中该方法适用于主动矩阵式液晶显示器及有机发光二极管显示器。

8.根据权利要求1所述的液晶显示器的快速灰阶转换的方法，其中液晶显示器可被同时开启全部栅极线，或亦可以倍频方式进行扫描。

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