TWI760070B

TWI760070B - 驅動液晶顯示器的方法及利用該方法的顯示裝置

Info

Publication number: TWI760070B
Application number: TW110101902A
Authority: TW
Inventors: 吳東穎
Original assignee: 奇景光電股份有限公司
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2022-04-01
Also published as: US11195485B1; TW202217790A

Abstract

一種驅動包含複數個子像素之液晶顯示器的方法，包含依據複數個影像幀之目前幀率判定幀率權重，依據目前幀率執行線性預測以產生子像素之初始過驅動值，依據子像素之先前灰階選擇誤差校正值，依據子像素之先前灰階及目前灰階產生過驅動權重，依據誤差校正值、幀率權重及過驅動權重的乘積，產生過驅動偏移值，結合初始過驅動值及過驅動偏移值以產生校正後之過驅動值，及依據校正後之過驅動值驅動子像素。

Description

驅動液晶顯示器的方法及利用該方法的顯示裝置

技術領域本發明涉及一種顯示裝置，尤其涉及一種驅動液晶顯示器的方法及使用該方法的顯示裝置。

在液晶顯示器中，通過改變施加到像素的驅動電壓可控制每個像素的“灰階”或亮度。在相關技術中，由於液晶顯示器相對於驅動電壓的反應相對較慢，因此會導致影像瑕疵，例如重影(ghosting)、拖尾(streaking)及動作影像模糊(motion blur)。一種稱為“過驅動”之技術可用來加速液晶顯示器的響應時間，過驅動技術將過驅動電壓施加至像素，用以加快像素轉換至期望灰階之過程，過驅動電壓與期望灰階之驅動電壓不同。

然而，判定正確之過驅動電壓對於液晶顯示器的設計仍然具有挑戰性。

本發明實施例提供一種驅動液晶顯示器的方法，液晶顯示器包含佈置為陣列的複數個子像素，方法包含依據複數個影像幀之目前幀率判定幀率權重，從複數個影像幀的先前幀中獲取該些子像素中之子像素的先前灰階，從該些影像幀的目前幀中獲取子像素的目前灰階，液晶顯示器依序顯示先前幀及目前幀，從第一過驅動查找表中選擇第一過驅動值，用以驅動子像素以第一幀率從先前灰階轉換至目前灰階，從第二過驅動查找表中選擇第二過驅動值，用以驅動子像素以第二幀率從先前灰階轉換至目前灰階，第二幀率大於第一幀率，依據目前幀率以及第一過驅動值及第二過驅動值的線性預測，產生初始過驅動值，依據先前灰階選擇誤差校正值，依據先前灰階及目前灰階產生過驅動權重，依據誤差校正值、幀率權重及過驅動權重的乘積，產生過驅動偏移值，結合初始過驅動值及過驅動偏移值以產生校正後之過驅動值，及依據校正後之過驅動值驅動子像素。

本發明實施例提供一種顯示裝置，包含液晶顯示器、記憶體、幀率檢測器、過驅動電路及過驅動校正電路。液晶顯示器包含以陣列排列之複數個子像素。記憶體用以儲存第一過驅動查找表及第二過驅動查找表。幀率檢測器用以判定複數個影像幀之目前幀率。過驅動電路耦接於記憶體及幀率檢測器，用以依據目前幀率判定幀率權重，從該些影像幀的先前幀中獲取該些子像素中之子像素的先前灰階，從該些影像幀的目前幀中獲取子像素的目前灰階，從第一過驅動查找表中選擇第一過驅動值，用以驅動子像素以第一幀率從先前灰階轉換至目前灰階，從第二過驅動查找表中選擇第二過驅動值以驅動子像素以第二幀率從先前灰階轉換至目前灰階，及依據目前幀率以及第一過驅動值及第二過驅動值的線性預測，產生初始過驅動值，其中先前幀及目前幀依時間順序顯示於液晶顯示器，及第二幀率大於第一幀率。過驅動校正電路耦接過驅動電路與液晶顯示器，用以依據先前灰階選擇誤差校正值，依據先前灰階及目前灰階產生過驅動權重，依據誤差校正值、幀率權重及過驅動權重的乘積，產生過驅動偏移值，結合初始過驅動值及過驅動偏移值以產生校正後之過驅動值，及依據校正後之過驅動值驅動子像素。

1:顯示裝置

10:幀率檢測器

12:記憶體

120:第一過驅動查找表

122:第二過驅動查找表

124:權重參數

14:自適應線性預測電路

140:過驅動電路

142:過驅動校正電路

16:液晶顯示器

Din:灰階

20,22:區域

300:方法

S302~S316,S402~S406,S502~S508,S602~S608:步驟

第1圖係為本發明實施例中一種顯示裝置之方塊圖。

第2圖係為第1圖中之液晶顯示器的驅動方法之流程圖。

第3圖係為第2圖中步驟S206的實現方法之流程圖。

第4圖顯示在沒有糾錯的情況下以目前幀率驅動子像素之誤差分佈。

第5圖係為第2圖中步驟S210的一種實現方法之流程圖。

第6圖係為第2圖中步驟S210的另一種實現方法之流程圖。

第1圖係為本發明實施例中一種顯示裝置1之方塊圖。顯示裝置1可包含液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)16，液晶顯示器包含以陣列佈置之複數個子像素，每個子像素可以是紅色、綠色或藍色子像素。液晶顯示器16可以範圍之內的幀率(frame rate)，例如45Hz及140Hz之間顯示影像幀。顯示裝置1可從幀緩衝器接收每個子像素之灰階Din以產生校正後之過驅動值，藉以將子像素從一灰階轉換至另一灰階。子像素的校正後之過驅動值可與液晶顯示器16採用之目前幀率及每個子像素之灰階密切相關。顯示裝置1可使用線性預測來產生子像素之初始過驅動值，接著依據該子像素之灰階對初始過驅動值進行微調整，進而使用校正後之過驅動值將灰階傳送至子像素。

顯示裝置1還可包含幀率檢測器10、記憶體12及自適應線性預測電路 14。自適應線性預測電路14可耦接於幀率檢測器10、記憶體12及液晶顯示器16。

幀率檢測器10可接收該些影像幀的每個像素之灰階Din以判定該些影像幀之目前幀率。例如，目前幀率可以是75Hz。幀率檢測器10可將該些影像幀的每個像素之灰階Din轉發至自適應線性預測電路14。灰階Din可以是0到最大灰階之間之任意值。對於8位元的影像而言，最大灰階可以是255。

記憶體12可以是非揮發性記憶體，非揮發性記憶體儲存第一過驅動查找表(over drive lookup table，ODLUT)120、第二過驅動查找表122及權重參數124。在產品製造期間，可將第一過驅動查詢表120、第二過驅動查詢表122及權重參數124寫入記憶體12。第一過驅動查找表120可包含過驅動值，用以使用第一幀率將子像素從先前灰階驅動至目前灰階。第二過驅動查找表122可包含過驅動值，用以使用第二幀率將子像素從先前灰階驅動至目前灰階。第二幀率可大於第一幀率。例如第一幀率可為60Hz，第二幀率可為120Hz。在一些實施例中，第一幀率及第二幀率可分別是顯示裝置16可採用的幀率範圍之下限及上限。在其他實施例中，第一幀率及第二幀率可以是從幀率範圍中選擇之任意2幀率。表1及表2分別顯示第一過驅動查找表120及第二過驅動查找表122之截取部分。在表1及表2中，在先前灰階及目前灰階的交點處之值可以是使用相應幀率將子像素從先前灰階驅動至目前灰階需要之過驅動值。

權重參數124可包含表3所示之幀率權重或其他形式之幀率權重，且每個幀率權重可分配給特定幀率。表3顯示了幀率FRc及分配的幀率權重WFR，幀率FRc在45Hz至140Hz之間。

權重參數124可另包含表4或其他形式之誤差校正值，且可將每個誤差校正值分配給特定之先前灰階。表4顯示了先前灰階Dp及分配之誤差校正值EC，先前灰階Dp在0到255之間。

自適應線性預測電路14可包含互相耦接之過驅動電路140及過驅動校正電路142。過驅動電路140可從權重參數124依據目前幀率判定幀率權重WFR。例如，自適應線性預測電路14可從表3判定75Hz之目前幀率對應1.2之幀率權重。過驅動電路140可對從第一過驅動查找表120及第二過驅動查找表122中分別選擇2過驅動值進行直線擬合以執行線性預測，接著依據線性預測產生子像素之初始過驅動值。線性預測可以是線性內插或線性外插。初始過驅動值僅為粗略估計，且可與期望過驅動值不同，期望過驅動值用以將子像素從先前灰階轉換驅動至目前灰階。期望過驅動值及初始過驅動值之間之誤差由過驅動校正電路142補償。

第2圖顯示以目前幀率使用初始過驅動值來驅動子像素的誤差分佈。目前幀率與第一過驅動查找表120及第二過驅動查找表122中之幀率不同。在本實施例中，第一過驅動查詢表120及第二過驅動查詢表122的幀率分別為60Hz及120Hz，且目前幀率為90Hz。橫軸表示子像素之先前灰階，而縱軸表示子像素之目前灰階。較亮點表示期望過驅動值及初始過驅動值之間之誤差較大。區域20及22突顯發生較大錯誤及由過驅動校正電路142執行誤差校正後之兩種情況。區域20表示將子像素從低範圍之先前灰階驅動至中低範圍之目前灰階的情況。在一些實施例中，低範圍可設置於0至63之間，且中低範圍可設置於0至127之間。區域22表示將子像素從高範圍之先前灰階驅動至中高範圍之目前灰階的情況。在一些實施例中，高範圍可設置於192至255之間，而中高範圍可設置於128至255之間。雖然實施例中提供了需要執行誤差校正之特定範圍，但過驅動校正電路142亦可於其他範圍中補償誤差。

過驅動校正電路142可依據每個子像素之目前灰階及先前灰階對初始過驅動值進行微調來補償誤差，從而獲得校正後之過驅動值而用以快速準確地將子像素驅動至目前灰階。過驅動電路140及過驅動校正電路142的運作在第3圖的方法300中詳述，方法300可驅動液晶顯示裝置1。

方法300包含步驟S302至S316。步驟S302至S306用以基於線性預測來產生子像素之初始過驅動值。步驟S308至S314用以對初始過驅動值進行誤差補償，以產生子像素之校正後之過驅動值。任何合理的步驟改變或調整都在本公開的範圍內。以下詳細說明步驟S302至S316：步驟S302：過驅動電路140依據複數個影像幀的目前幀率判定幀率權重；步驟S304：過驅動電路140從先前幀中獲取子像素的先前灰階，並從目前幀中獲取子像素的目前灰階；步驟S306：過驅動電路140依據目前幀率進行線性預測，以產生初始過驅動值；步驟S308：過驅動校正電路142依據先前灰階選擇誤差校正值；步驟S310：過驅動校正電路142依據先前灰階及目前灰階產生過驅動權重；步驟S312：過驅動校正電路142依據誤差校正值、幀率權重及過驅動權重之乘積產生過驅動偏移值；步驟S314：過驅動校正電路142結合初始過驅動值及過驅動偏移值以產生校正後之過驅動值；步驟S316：過驅動校正電路142依據校正後之過驅動值驅動子像素。

在步驟S304，先前幀及目前幀是複數個影像幀中依時間順序排列之二個影像幀，且先前灰階及目前灰階是分別與先前幀及目前幀中之子像素相對應之灰階。在步驟S306，過驅動電路140依據先前灰階及目前灰階分別從第一過驅動查找表120及第二過驅動查找表122中判定2過驅動值，並藉由對目前幀率之2過驅動值進行線性擬合而施加線性預測來產生初始過驅動值。初始過驅動值及來自第一過驅動表120及第二過驅動表122的過驅動值可使用灰階或電壓為單位來表示。第3圖提供步驟S306的細節。在步驟S308，過驅動校正電路142依據先前灰階從權重參數124中選擇誤差校正值以作為調整初始過驅動值之基礎。在步驟S310，當先前灰階及目前灰階滿足由第2圖中的區域20及22所設定之情況時，過驅動校正電路142依據先前灰階及目前灰階產生過驅動權重以調整誤差校正值。在第5圖及第6圖提供步驟S310的細節。在步驟S312，過驅動校正電路142將誤差校正值、幀率權重及過驅動權重相乘以產生過驅動偏移值。誤差校正值及過驅動偏移值可採用與初始過驅動值相同的單位，且可使用灰階或電壓為單位。當目前幀率等於第一過驅動查找表120或第二過驅動查找表122之幀率時，幀率權重為零，導致過驅動偏移值等於0。當目前幀率不同於第一過驅動查找表120及第二過驅動查找表122之幀率時，過驅動偏移值不為零，用以補償期望過驅動值及初始過驅動值之間之誤差。接著，過驅動校正電路142將過驅動偏移值加到初始過驅動值中以產生校正後之過驅動值(步驟S316)，並依據校正後之過驅動值來驅動子像素(步驟S318)。校正後之過驅動值可採用與初始過驅動值及過驅動偏移值相同之單位，且可以是灰階或電壓。在一些實施例中，當校正後之過驅動值採用灰階為單位時，過驅動校正電路142可將校正後之過驅動值從灰階轉換為電壓，並使用轉換後的電壓來驅動子像素。

過驅動電路140及過驅動校正電路142可依序對液晶裝置16的每個子像素的灰階使用方法300，以產生校正後之過驅動值來驅動液晶裝置16。

第4圖是實現步驟S306的線性預測方法的流程圖，包含步驟S402至S406。任何合理的步驟改變或調整都在本公開的範圍內。以下詳細說明步驟S402至S406：步驟S402：過驅動電路140從第一過驅動查找表120中選擇第一過驅動值，用以以第一幀率驅動子像素從先前灰階轉換至目前灰階；步驟S404：過驅動電路140從第二過驅動查找表122中選擇第二過驅動值，用以以第二幀率驅動子像素從先前灰階轉換至目前灰階，第二幀率係大於第一幀率；步驟S406：過驅動電路140依據目前幀率以及第一過驅動值及第二過驅動值之線性預測來產生初始過驅動值。

線性預測方法可藉由使用表1中之第一過驅動查找表120的截取部分及表2中之第二過驅動查找表122的截取部分來判定初始過驅動值，用以將子像素以75Hz的目前幀率從先前灰階0驅動至目前灰階32。表1相關於60Hz的第一幀率，而表2相關於120Hz的第二幀率。

在步驟S402中，自適應線性預測電路14從表1中選擇先前灰階“0” 及目前灰階“32”之交點處的值“142”作為第一過驅動值；在步驟S404中，自適應線性預測電路14從表2中選擇先前灰階“0”及目前灰階“32”之交點處的值“215”作為第二過驅動值。在步驟S406中，自適應線性預測電路14使用公式(1)計算初始過驅動值：

ODini係為初始過驅動值；FRc係為目前幀率；FR1係為第一過驅動查找表120的第一幀率；FR2係為第二過驅動查找表122的第一幀率；OD(FR1)係為第一過驅動值；及OD(FR2)係為第二過驅動值。

初始過驅動值ODini計算為約

。

第5圖係為第2圖中步驟S310的一種實現方法之流程圖。第5圖中的方法用以補償第2圖中之區域20中的誤差。任何合理的步驟改變或調整都在本公開的範圍內。以下詳細說明步驟S502至S508：

步驟S502：過驅動校正電路142判定目前灰階Dc是否大於先前灰階Dp？若是，執行步驟S504，若否，則退出步驟S310；

步驟S504：過驅動校正電路142判定目前幀率FRc是否在第一幀率FR1及第二幀率FR2之間？若是，執行步驟S506；若否，則執行步驟S508；

步驟S506：過驅動校正電路142產生過驅動權重WOD，過驅動權重 WOD為正值且與目前灰階Dc及先前灰階Dp之間之第一差值成負相關。

步驟S508：過驅動校正電路142產生過驅動權重WOD，過驅動權重WOD為負值且過驅動權重WO之絕對值與目前灰階Dc與先前灰階Dp之間之第一差值成負相關。

在本方法中，過驅動權重WOD可預設為1。在步驟S502中，過驅動校正電路142判定目前灰階Dc及先前灰階Dp是否滿足第2圖中的區域20所設定的情況。當情況不滿足時，則退出步驟S310，且在方法300的後續步驟中使用預設之過速權重WOD為1。當情況滿足時，過驅動校正電路142在步驟S504中判定線性預測方式是線性內插還是線性外插。當目前幀率FRc在第一幀率FR1及第二幀率FR2之間時，線性預測方式是線性內插，且當目前幀率FRc小於第一幀率FR1或大於第二幀率時FR2時，線性預測方式是線性外插。在一些實施例中，於線性內插的情況下，過驅動校正電路142可使用公式(2)來產生過驅動權重WOD(步驟S506)，且於線性外插的情況下，可使用公式(3)來產生過驅動權重WOD(步驟S508)。

WOD=(GLmax-(Dc-Dp))*Wl2h/GLres 公式(2)

WOD=-(GLmax-(Dc-Dp))*Wl2h/GLres 公式(3)

其中WOD係為過驅動權重；GLmax係為最大灰階；Dc係為目前灰階；Dp係為先前灰階；Wl2h係為第一權重；及 GLres係為灰階解析度。

依據公式(2)及公式(3)，線性內插及線性外插中採用之過驅動權重WOD之間之差別為一負號。由於最大灰階GLmax大於或等於目前灰階Dc，因此當採用公式(2)時，過驅動權重WOD為正值，而當採用公式(3)時，過驅動權重WOD為負值。

過驅動校正電路142可產生目前灰階Dc及先前灰階Dp之間之第一差值(Dc-Dp)，產生最大灰階GLmax及第一差值(Dc-Dp)之間之第二差值(GLmax-(Dc-Dp))，將第二差值(GLmax-(Dc-Dp))除以灰階解析度GLres以產生比例(GLmax-(Dc-Dp))/GLres，接著將比例(GLmax-(Dc-Dp))/GLres乘以第一權重Wl2h以產生過驅動權重WOD。對於8位元影像而言，灰階解析度GLres可以是256。第一權重Wl2h可以是1，且對顯示裝置1的所有目前幀率來說可以是恆定值。在一些實施例中，第一權重Wl2h可不同於1，且可依據設計要求來設置。第一權重Wl2h增加將導致過驅動權重WOD的絕對值增加，而第一權重Wl2h減小將導致過驅動權重WOD的絕對值減小。在一些實施例中，特定之第一權重Wl2h可對應特定之目前幀率。第一權重Wl2h可儲存在記憶體120中。

過驅動權重WOD的計算可藉由線性預測方法的例子來說明。過驅動校正電路142判定目前幀率FRc“75”在第一幀率RF1“60”及第二幀率FR2“120”之間(步驟S504)，因此，使用公式(2)所產生之過驅動權重WOD為0.87(=(255-(32-0)*1/256)(步驟S506)。

參照方法300，過驅動電路140依據目前幀率FRc“75”從表3判定幀率權重WFR為1.2(步驟S302)，且過驅動校正電路142依據先前灰階“0”從表4中選擇4作為誤差校正值EC(步驟S308)，產生過驅動偏移值為4.18(=4*1.2*0.87)，將初始過驅動值ODini“160”及過驅動偏移值“4.18”結合以產生校正後之過驅動值“164”，並依據校正後之過驅動值“164”驅動對應之子像素。

表5顯示幀率為75Hz時之實際過驅動查找表之截取部分。表5中的過驅動值是期望過驅動值，用以以75Hz的幀率將子像素從先前灰階驅動至目前灰階。在本實施例中，需要期望過驅動值“167”來將子像素從先前灰階“0”驅動至目前灰階“32”。與初始的過驅動值“160”相比，校正後之過驅動值“164”更接近期望過驅動值“167”。因此，與使用初始過驅動值“160”相比，使用校正後之過驅動值“164”驅動子像素將提供更加匹配目前灰階“32”之亮度。實施例不是採用顯示裝置1所有可用之幀率的過驅動查找表，而是採用過驅動查找表120及122來產生初始過驅動值，且使用第5圖提出之簡單數學運算來補償初始過驅動值之誤差，用以產生校正後之過驅動值，使用簡單之補償機制提高精度，同時減少硬體資源之需求。

第6圖係為步驟S310的實現方法之流程圖，包含步驟S602至S608。第6圖中的方法用以補償第2圖中之區域22中的誤差。任何合理的步驟改變或調整都在本實施例的範圍內。以下詳細說明步驟S602至S608：

步驟S602：過驅動校正電路142判定目前灰階Dc是否小於先前灰階Dp？若是，執行步驟S604，若否，則退出步驟S310。

步驟S604：過驅動校正電路142判定目前幀率FRc是否在第一幀率FR1及第二幀率FR2之間？若是，執行步驟S606；若否，則執行步驟S608；

步驟S606：過驅動校正電路142產生過驅動權重WOD，過驅動權重WOD為負值且過驅動權重WOD之絕對值與先前灰階Dp及目前灰階Dc之間之第一差值成負相關。

步驟S608：過驅動校正電路142產生過驅動權重WOD，過驅動權重WOD為正值且與先前灰階Dp及目前灰階Dc之間之第一差值成負相關。

在本方法中，過驅動權重WOD可預設為1。在步驟S602中，過驅動校正電路142判定目前灰階Dc及先前灰階Dp是否滿足第2圖中的區域22所設定的情況。當情況不滿足時，則退出步驟S310，且在方法300的後續步驟中使用預設之過速權重WOD為1。當情況滿足時，過驅動校正電路142在步驟S604中判定線性預測方式是線性內插還是線性外插。當目前幀率FRc在第一幀率FR1及第二幀率FR2之間時，線性預測方式是線性內插，且當目前幀率FRc小於第一幀率FR1或大於第二幀率時FR2時，線性預測方式是線性外插。在一些實施例中，於線性內插的情況下，過驅動校正電路142可使用公式(4)來產生過驅動權重WOD(步驟S606)，且於線性外插的情況下，可使用公式(5)來產生過驅動權重WOD(步驟S608)。

WOD=(Dp-Dc-GLmax)*Wh2l/GLres 公式(4)

WOD=-(Dp-Dc-GLmax)*Wh2l/GLres 公式(5)

其中WOD係為過驅動權重；GLmax係為最大灰階；Dc係為目前灰階；Dp係為先前灰階；Wh2l係為第二權重；及GLres係為灰階解析度。

依據公式(4)及公式(5)，線性內插及線性外插中採用之過驅動權重WOD之間之差別為一負號。由於最大灰階GLmax大於或等於先前灰階Dp，因此當採用公式(4)時，過驅動權重WOD為負值，而當採用公式(5)時，過驅動權重WOD為正值。

過驅動校正電路142可產生先前灰階Dp及目前灰階Dc之間之第一差值(Dp-Dc)，產生第一差值(Dp-Dc)及最大灰階GLmax之間之第二差值((Dc-Dp)-GLmax)，將第二差值((Dc-Dp)-GLmax)除以灰階解析度GLres以產生比例((Dc-Dp)-GLmax)/GLres，接著將比例((Dc-Dp)-GLmax)/GLres乘以第二權重Wh2l以產生過驅動權重WOD。第二權重Wh2l可以是1，且對顯示裝置1的所有目前幀率來說可以是恆定值。在一些實施例中，第二權重Wh2l可不為1，且可依據設計要求來設置。第二權重Wh2l增加將導致過驅動權重WOD的絕對值增加，第二權重Wh2l減小將導致過驅動權重WOD的絕對值減小。在一些實施例中，特定之第二權重Wh2l可對應特定之目前幀率。第二權重Wh2l可儲存於記憶體120之中。

步驟S310可藉由第5圖中的方法來實現以補償第2圖中之區域20中的誤差，藉由第6圖中的方法來實現以補償第2圖中之區域22中的誤差，或藉由第5圖及第6圖中的方法來實現以補償第2圖中之區域20及22中的誤差。當同時使用包含第5圖及第6圖之兩種方法補償誤差時，當步驟S502及S602的情況均不滿足時會退出方法。

顯示裝置1及方法300採用線性預測來產生初始過驅動值，接著對初始過驅動值執行誤差補償以產生校正後之過驅動值，從而以簡單、快速、準確之方式將校正後之過驅動值傳送到驅動器中同時降低硬體資源要求。

以上該僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。