CN1402556A - 液晶显示器件 - Google Patents

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古贺弘一
久米徹
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Abstract

一种液晶显示器件，所述液晶显示器件把像素划分成多个子像素，在所述的液晶显示器件中，每个子像素中的灰度和亮度互有非线性的关系，并且通过选择每个子像素中的灰度选择所要求的亮度。

Description

液晶显示器件
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器件，特别是涉及一种把一个像素划分成多个子像素，从而能够以多灰度显示图像的液晶显示器件。
背景技术
在液晶显示器件中，作为多灰度显示的一个方法，把一个像素分割为多个子像素方法是公知的。
在特开2001-34232号专利公报中公开了这种方法的例子。
图1是该公报所述液晶显示器件200的方框图。
液晶显示器件包括：彩色液晶显示板212；背光单元214；数据处理器216；用于驱动彩色液晶显示板212的驱动器218；接口(I/F)222。
图2A是彩色液晶显示板212的显示屏的局部放大图。
如图2A所示，R、G、B像素依从于滤色片在彩色液晶显示板212的显示屏上沿水平方向按序排列。通过这些R、G、B像素，根据R、G和B图像数据显示彩色图像，在液晶显示器件中黑白图像显示如下。
在液晶显示器件200中，把R、G、B像素用作一个单元像素显示黑白图像。由于单元像素是由R、G、B像素构成的，单元像素中可显示的亮度数是R、G、B像素中每个的三倍。
换言之，通过把上述亮度之间的范围设定为三分之一使显示的图像中的灰度梯级降低。
例如，把单元像素划分为三个子像素p1、p2、p3。如果子像素p1、p2、p3各自进行八位显示，在每个子像素p1、p2、p3中可显示的亮度级为0至255，从而在单元像素中可显示的亮度级为0至765(255×3)。在可显示的亮度级中，最低亮度与图像数据中的最小值关联，而最大亮度与图像数据中的最大值关联。这保证了用高的灰度级显示图像。
数据处理器216向单元像素P输送从图像数据转换的亮度时，把亮度值几乎平均地分配给子像素p1、p2、p3。
具体地，假定把8位图像数据输入到进行8位显示的彩色显示单元，图像数据由0至255构成，此图像数据中最小值0与彩色显示单元的最低亮度0对应，此图像数据中最大值255与彩色显示单元的最大亮度765对应。
然后，数据处理器216把基于图像数据得到的亮度值按照下面所示的表1分配给子像素p1、p2、p3。例如，如果亮度值等于0，把子像素p1、p2、p3指定为(0、0、0)，而如果亮度值等于1，把子像素p1、p2、p3指定为(0、0、1)，依此类推，对于从0至765的亮度值，对子像素p1、p2、p3进行指定。
表1
   亮度    子像素p1    子像素p2    子像素p3
    0     0     0     0
    1     0     0     1
    2     0     1     1
    3     1     1     1
    4     1     1     2
    5     1     2     2
    ：     ：     ：     ：
    762     254     254     254
    763     254     254     255
    764     254     255     255
    765     255     255     255
在表1中亮度表示要输入进液晶显示器件200中的灰度。
如图2B所示，在液晶显示器件200中，像素划分成彼此相等的子像素p1、p2、p3，通过总和三个子像素p1、p2、p3的灰度(要输入到驱动器中的数据)使灰度增大到三倍。
即如图13所示，在液晶显示器件200中，液晶显示器件200的输入灰度(要输入到每个子像素的驱动器中的数据)与在图3中示出为标准亮度的亮度之间互为线性关系。因此子像素p1、p2、p3的和等于像素P的亮度。
然而，由于把要输入子像素p1、p2、p3的灰度和子像素p1、p2、p3的亮度设计成线性关系，作为像素P整体可以实现的灰度数最大仅等于3M，这里M表示子像素p1、p2、p3可以实现的灰度数。
例如，如果子像素p1、p2、p3的每个可以实现256个灰度，由子像素p1、p2、p3构成的像素P仅可以实现766个灰度。
因此，现有的液晶显示器件200并非总能够用所追求的多灰度显示图像。
帧频控制(FRC)使之可能用所追求的多灰度显示图像。
这里，按照帧频控制，例如把10位的图像数据划分成四个8位的图像数据，然后用增高了的频率相继地显示划分后的8位图像数据。
尽管用帧频控制能够实现多级灰度，但帧频控制伴随有在按帧频控制显示的图像中易于发生闪烁的问题。
当以比帧频长的周期进行帧频控制时，不可能用精细色彩显示运动的图像，或者用附加的灰度正确地显示图像。
为了消除闪烁，或者用所设计的色彩正确地显示运动或用灰度正确地显示图像，必须提高帧频，以高频率切换图像。但是，高频率切换图像并不容易，因为监视器的驱动器或者监视器本身的响应频率有限。
发明内容
鉴于上述的现有液晶显示器件的问题，本发明的目的是提供一种液晶显示器件，所述液晶显示器件可以不进行帧频控制地以所追求的多级灰度显示图像。
在本发明的一个方面，提供有一种液晶显示器件，这种液晶显示器件把一个像素划分成多个子像素，其中每个子像素中的灰度—亮度特性为非线性的关系，并且通过选择每个子像素中的灰度设定所要求的亮度。
在根据本发明的液晶显示器件中，把一个像素划分成多个子像素，每个子像素中的灰度—亮度特性设计成非线性的关系。在现有技术的液晶显示器件中，如图3所示，每个子像素中的灰度—亮度特性设计成非线性的关系。因此，当输入的灰度增加一个单位时，与此相对应的灰度的增加是一定的。相反，在本发明所述的液晶显示器件中，如后面的图5中所示，每个子像素中的灰度—亮度特性设计成非线性的关系。因此，当输入的灰度增加一个单位时，亮度可能实现各种非均匀的增加。因此，可以通过选择每个子像素中的亮度所必要的增加达到所要求的亮度，并且把它们进行迭加。从而根据本发明的液晶显示器件使之可能以所要求的多级灰度显示图像。
液晶显示器件可以包括一个存储器，其中储存每个子像素中的灰度—亮度之间的关系。
通过把液晶显示器件设计成包括一个存储器，可以储存灰度与亮度之间的确定的关系，并且从该存储器中读出预先确定的灰度与亮度之间的关系。
每个子像素中的关系可以用表格进行表达，在这种情况下，存储器把该表格储存于其中。
液晶显示器件还可以包括一个计算单元，所述计算单元计算每个了像素中的关系，并且把计算结果传送到源驱动器。
例如，如果计算机实时计算所述关系，就不必要总是把计算出的关系储存在存储器中。因为源驱动器有顺序储存串行地输送到其中的灰度数据的功能，源驱动器储存从计算单元输送来的计算出的关系。
附图说明
图1是现有液晶显示器件200的方框图。
图2A是图1所示的液晶显示器件中的彩色液晶显示板的显示屏的局部放大图。
图2B显示由像素P划分出来的三个子像素P1、P2和P3。
图3是示出图1所示的液晶显示器件中的灰度与亮度之间的关系的图表。
图4是根据本发明的第一实施例的液晶显示器件的方框图。
图5是示出根据本发明的第一实施例的液晶显示器件的灰度与亮度之间的关系图表。
图6示出在根据本发明的第一实施例的液晶显示器件中，用于把输入的灰度(12位)转换成每个子像素的亮度的部分映射关系(8位)。
图7是示出根据本发明的第一实施例的液晶显示器件的一个示例中，像素的第一子像素和第二子像素灰度与标准化亮度之间关系图表。
图8是示出根据本发明的第一实施例的液晶显示器件灰度与亮度之间的另一种关系图表。
图9示出在图8所示的液晶显示器件中，用于把输入的灰度(12位)转换成每个子像素的亮度的部分映射关系(8位)。
图10是用于为达到像素的标准化亮度而确定每个子像素的亮度的第一算法的流程图。
图11是用于为达到像素的标准化亮度而确定每个子像素的亮度的第二算法的流程图。
图12A是彩色像素的平面图。
图12B是图12A所示的彩色像素排列的电路示意图。
图13A是由图12A的彩色像素划分出的子像素的平面图。
图13B是图13A所示的彩色像素排列的电路示意图。
图13C是图13A所示的彩色像素另一个排列的电路示意图。
具体实施方式
图4是根据本发明的第一实施例的液晶显示器件10的方框图。
液晶显示器件10含有：液晶显示板12，所述液晶显示器板12具有多个排列成矩阵的像素14；接收输入信号的解码器16；从解码器16接收解码了的信号并且加以处理的信号处理器8；和源驱动器19，所述源驱动器19电气连接信号处理器18和排列在液晶显示板12中每个像素14。
如图4所示，每个像素14被划分成R个子像素14a，这里R是等于或者大于2的正整数。
解码器16把N位输入信号转换成R个M位的予像素信号。这里N表示输入信号中每个单元像素的灰度数据的位数。例如，N等于8、10、12或者16。在第一实施例中，N设计为等于12。M表示源驱动器19中每个子像素位数，在第一实施例中等于8。R表示每个像素的子像素数。
在第一实施例中，解码器16含有逻辑电路，诸如只读存储器(ROM)或者随机存取存储器(RAM)，可以是单独，也可以是集成的，所述逻辑电路把N位的输入灰度信号接收成地址，并且输出M×R位的信号。
如下文所述，构成逻辑电路的解码器16包括一个表格，靠这个表格确定每个子像素14a的亮度，从而使像素14能够有所要求的亮度。
同时地向每个子像素14a施加与输入数据相应的驱动电压。
信号处理器18把驱动信号传送到源驱动器19，以正确地驱动源驱动器19。信号处理器18按照频率是输入信号时钟频率的R倍的时钟信号相继地把与子像素关联的驱动信号传送到源驱动器19。
作为信号处理器18和源驱动器19，两者都可以使用现有技术液晶显示器件中使用的信号处理器和源驱动器承担。
图5是示出在像素14划分成三个子像素14a(即R＝3)的情况下灰度与亮度之间的关系，以及每个子像素14a中灰度与亮度之间的关系图表。在图5中，亮度用标准亮度表达。
标准亮度L按以下公式(A)表达。
             L＝(S/Smax)×γ      (A)
在公式(1)中，S表示灰度的级数，是在0与Smax之间的整数(0≤S≤Smax)，Smax表示最高的灰度级数并且是等于或者大于1的整数，而珈玛(γ)表示显示灰度与亮度之间关系的参数或者常数。
例如在8位灰度中最高的灰度级数Smax等于255(28-1)。而参数珈玛(γ)一般设计成等于2.2。
每个子像素14a由一个8位驱动器驱动。每个子像素14a中的灰度与亮度之间的关系表达成非线性的，其中参数珈玛(γ)设计成等于3.177。各个子像素14a中的灰度相互结合，使得在像素14中的参数珈玛(γ)等于2.2。
在图5中，像素14设计成有值为2的最大亮度。换言之，像素14的最大亮度设计成等于两个像素14a的最大亮度之和。
像素14的亮度Lp与每个子像素14a的亮度Lsp之间的关系以下面的公式(B)表达。
                Lp＝∑Lsp    (B)
像素14的亮度Lp的范围表达如下：
             0≤Lp≤∑Lsp max      (C)
式中，“Lsp max”表示每个子像素14a的最大亮度。
从公式(B)可知，一个像素14的亮度等于构成该像素14的每个子像素14a的亮度之和。
根据本发明的第一实施例，可以不进行帧频控制(RFC)地达到多级灰度。特别是，可以使用现有的8位驱动器以12位灰度(4096个灰度级)显示图像。
把像素14划分成三个像素14a时，用于驱动子像素14a所需要的驱动器数量本来会是用于驱动像素14所需要的驱动器数量的三倍。然而，把像素14划分成三个像素14a的硬件的增加少于把源驱动器19内的D/A转换器电路大小上设计成16倍的情况。
其中图6示出用于在液晶显示器件10中把输入的灰度(12位)转换成每个子像素14a的亮度的8位分映射示例。图6只显示了0至100范围以及3995至4095范围的输入灰度。
如上所述，根据本发明的液晶显示器件10，使之可以用超过源驱动器19可能实现的灰度的灰度显示图像。
在下文中假定像素含有两个子像素14a，换言之R数等于2，并且子像素14a互相有相同的灰度与亮度间关系并且有相同的最大亮度。还假定，输入的灰度比源驱动器19的灰度高二位。
被定义为多个子像素14a的灰度和亮度关系的珈玛(γ)设定得比被定义为靶像素的灰度和亮度之间的关系的珈玛大。然而，没有必要总是使每个子像素14a的珈玛(γ)都位于珈玛(γ)曲线上。
每个子像素14a的灰度设计成等于靶像素的灰度的四分之一(1/4＝1/22)。
通过这样地设计子像素14a的灰度，可以把一个子像素14a设计成具有小于靶像素的灰度的最大亮度，而把另一个子像素14a设计成最接近于所述最大亮度与靶像素的灰度之间的差的亮度。这样确定的一对子像素14a的亮度被确定为相应于输入灰度的像素亮度。把这样确定的子像素14a亮度制成表储存进解码器16中。
上述情况的详细示例在下面参照图7进行说明。
图7是示出像素14中第一子像素中和第二子像素中灰度与标准化亮度之间关系图表。
与像素14相应的灰度A确定如下。
首先确定把灰度B指定给第一子像素时的亮度X1。假定相应于亮度X1的像素14的亮度在灰度A□处给出。确定灰度B、A′和A，使得相应于灰度A□的像素14的亮度小于相应于灰度A的像素14的亮度。
然后确定给出第二子像素的亮度的灰度，所述的第二子像素的亮度相当于与灰度A和A□之间的差值相应的像素14的亮度增加相等的增量。这样就确定子像素14的亮度。
在上述示例中，上述的灰度可以通过使用具有高的珈玛(γ)数值的曲线确定，换言之，具有较小斜率的，并且表示出第二子像素中灰度和亮度关系的曲线。因此，可以补偿比源驱动器19中的最大灰度差小的灰度。
尽管在图5中像素14的最大亮度设计为子像素14a的最大亮度两倍，像素14的最大亮度对子像素14a的最大亮度倍数不限于两(2)倍。可以选择等于或者小于子像素数量R的任何正数T(0＜T≤R)。T不限于整数，T可以是小数。
图8示出倍数是3的情况。特别地，图8是示出在像素14的最大亮度设计为子像素14a的最大亮度的三倍的情况下，像素14与各个子像素14a之间的灰度及亮度之间的关系图表。
每个子像素14a各由一个8位驱动器驱动。每个子像素14a中的灰度与亮度之间的关系表达为非线性的曲线，其中，珈玛(γ)设计为等于3.104。子像素14a的灰度互相结合，使得像素14中的珈玛(γ)等于2.2。
与图5所示的示例相似，根据图8所示的实施例，可以不用进行帧频控制(FRC)地完成多级灰度。特别是，通过使用现有的8位驱动器可以用12位灰度(4096个灰度级)显示图像。
图9示出用于把输入的灰度(12位)转换成每个子像素14的亮度的8位映射关系。图9只显示了0至100范围以及3995至4095范围的输入灰度。
上述实施例中，与输入灰度相应的，每个子像素14a的亮度通过使用图6或9所示的数据转换映射确定。应当注意，每个子像素14a的亮度可以不用图6或9所示的数据转换映射进行计算。
下面说明一种计算每个子像素14a的亮度的方法。
假定像素14划分成三个子像素14a，每个子像素14a由一个8位驱动器(256个灰度级)驱动，而像素14用12位(4096)显示图像。还假定每个子像素14a中的灰度与亮度之间的关系按照珈玛(γ)曲线确定，并且每个子像素14a的最大亮度等于像素14的最大亮度的三分之二(2/3)。
像素14的标准化亮度表达为Y(N)。式中N在0至4096之间的范围(0≤N＜4096)，而Y(N)在0至3之间的范围(0≤Y(N)≤2)。三个子像素14a的亮度分别表达为Y1(N1)、Y2(N2)和Y3(N3)。设珈玛(γ)为表示像素14中灰度与亮度之间的关系的参数，Y(N)如下式所表达：
            Y(N)＝2(N/(4096-1))×γ
假定γsp是示出每个子像素14a的灰度和亮度之间的关系的参数，把参数γsp确定得使Y(1)、Y1(1)、Y2(1)和Y3(1)彼此相等(Y(1)＝Y1(1)＝Y2(1)＝Y3(1))。
图10是用于确定Y1(N1)、Y2(N2)和Y3(N3)第一算法的流程图，所有的情况下Y(N)是确定的。
首先初始化N1、N2和N3。特别地，在步骤S100中把N1、N2和N3设定为等于0。
然后确定N1。为了确定N1，在步骤S110中判断N1是否等于N1中的最大值N1max，或者Y1(N1+1)、Y2(N2)和Y3(N3)的和(Y1(N1+1)+Y2(N2)+Y3(N3))是否大于Y(N)。
如果Y1(N1+1)、Y2(N2)和Y3(N3)的和(Y1(N1+1)+Y2(N2)+Y3(N3))不大于Y(N)(在步骤S110中的NO)，在步骤S120中用(N1+1)代替N1。对于(N1+1)，在步骤S110中再次判断和(Y1(N1+1+1)+Y2(N2)+Y3(N3))是否大于Y(N)。
反复进行步骤S110和S120，直到Y1(N1+1)、Y2(N2)和Y3(N3)的和(Y1(N1+1)+Y2(N2)+Y3(N3))大于Y(N)(在步骤S110中为YES)。结果确定为不超过目标Y(N)的最大值N1。
然后确定N2。为了确定的N2，在步骤S130中判断N2是否等于N2中的最大值N2max，或者Y1(N1)、Y2(N2+1)和Y3(N3)的和(Y1(N1)+Y2(N2+1)+Y3(N3))是否大于Y(N)。
如果Y1(N1)、Y2(N2+1)和Y3(N3)的和(Y1(N1)+Y2(N2+1)+Y3(N3))不大于Y(N)(在步骤S130中的NO)，在步骤S140中用(N2+1)代替N2。对于(N2+1)，在步骤S130中再次判断和(Y1(N1)+Y2(N2+1+1)+Y3(N3)是否大于Y(N)。
反复进行步骤S130和S140，直到Y1(N1)、Y2(N2+1)和Y3(N3)的和(Y1(N1)+Y2(N2+1)+Y3(N3))大于Y(N)(在步骤S130中为YES)。结果确定为不超过目标Y(N)之间的差及其本身的最大的N2。
然后确定N3。为了确定的N3，在步骤S150中判断N3是否等于N3中的最大值N3max，或者Y1(N1)、Y2(N2)和Y3(N3+1)的和(Y1(N1)+Y2(N2)+Y3(N3+1))是否大于Y(N)。
如果Y1(N1)、Y2(N2)和Y3(N3+1)的和(Y1(N1)+Y2(N2)+Y3(N3+1))不大于Y(N)(在步骤S150中的NO)，在步骤S160中用(N3+1)代替N3。对于(N3+1)，在步骤S150中再次判断和(Y1(N1)+Y2(N2)+Y3(N3+1+1))是否大于Y(N)。
反复进行步骤S150和S160，直到Y1(N1)、Y2(N2)和Y3(N3+1)的和(Y1(N1)+Y2(N2)+Y3(N3+1))大于Y(N)(在步骤150中为YES)。结果确定为不超过目标Y(N)之间的差及其本身的最大的N3。
这样在步骤S170中有确定了的全部N1、N2和N3。
下面说明用于确定Y1(N1)、Y2(N2)和Y3(N3)的第二算法，所有的情况下Y(N)是确定的。
图11是第二算法的流程图。
假定γsp是示出每个子像素14a的灰度和亮度之间的关系的参数，把参数γsp确定得使Y(1)、Y1(1)、Y2(1)和Y3(1)彼此相等(Y(1)＝Y1(1)＝Y2(1)＝Y3(1))。
然后，在步骤S210中计算子像素14a的所有数字解。
然后，在步骤S220中分类带有如此计算出的子像素14a的数字解的和的子像素14a的所有组合。
然后，在步骤S230中确定其组合最接近于目标Y(N)的子像素14a的组合。
下面说明应用上述实施例的彩色像素。
如图12A所示，假定彩色像素20有R、G、B色点。
例如，彩色像素20中的每个R、G、B色点经薄膜晶体管(TFT)21的漏极电气连接到漏极线22，并且经薄膜晶体管21的栅极电气连接到栅极线23，如图12B所示。
当上述实施例应用到彩色像素20上时，如图13A所示，色点R划分成三个子色点RP1、RP2和RP3，而色点G划分成三个子色点GP1、GP2和GP3，色点B划分成三个子色点BP1、BP2和BP3。
图13B和13C示出子色点的排列例。
例如图13B所示，从色点R划分出的三个子色点RP1、RP2和RP3经与薄膜晶体管相应的漏极电气连接到相关的漏极线D1、D2和D3，还经与薄膜晶体管相应的栅极电气连接到公共的栅极线24。
作为替代，如图13C所示，从色点R划分出的三个子色点RP1、RP2和RP3经与薄膜晶体管相应的漏极电气连接到公共的漏极线25，还经与薄膜晶体管相应的栅极电气连接到栅极线G1、G2和G3。
在行扫描的周期中把漏极信号电压时分地施加到每个子色点RP1、RP2和RP3。
现在说明上述本发明获得的优点。
根据本发明，可以不用进行帧频控制地用多级灰度显示图像。例如，本发明使之可能通过使用现有的8位驱动器用12位(4096级灰度)显示图像。
例如把像素划分成三个子像素时，用于驱动子像素所需要的驱动器数量本来会是用于驱动像素所需要的驱动器数量的三倍。然而，把像素划分成三个像素的硬件的增加少于把源驱动器的D/C转换器的电路大小上设计成16倍的情况。

Claims (9)

1.一种液晶显示器件，所述液晶显示器件把像素划分成多个子像素，其特征在于，上述每个子像素中的灰度和亮度互有非线性的关系，并且通过选择上述每个子像素中的灰度选择所要求的亮度。
2.权利要求1所述的液晶显示器件，其特征在于，所述液晶显示器件还包括一个存储器，其中储存上述每个子像素中的灰度和亮度之间的关系。
3.权利要求2所述的液晶显示器件，其特征在于，上述每个子像素中的上述关系可以用表格进行表达，并且上述存储器把该表格储存于其中。
4.权利要求1、2或3所述的液晶显示器件，其特征在于，还包括一个计算单元，所述计算单元计算上述每个子像素中的上述关系，并且把该计算出的关系传送到源驱动器。
5.权利要求4所述的液晶显示器件，其特征在于，例如，所述计算单元用特殊的算法计算上述每个子像素中的上述关系。
6.权利要求1、2或3所述的液晶显示器件，其特征在于，还包括一个计算单元，所述计算单元根据输入数据的灰度计算与上述每个子像素相关的灰度。
7.权利要求1、2或3所述的液晶显示器件，其特征在于，上述每个子像素的珈玛数(γ)大于上述像素的珈玛数(γ)。
8.权利要求1、2或3所述的液晶显示器件，其特征在于，与输入数据相应的驱动电压同时地施加在上述子像素上。
9.权利要求1、2或3所述的液晶显示器件，其特征在于，上述每个子像素的最大亮度的和等于所述像素最高灰度相应的亮度。
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