CN100371781C - 增进影像灰阶响应速度的方法 - Google Patents

Abstract

一种增进影像灰阶响应速度的方法，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一图框加速驱动的预先电压，将至少一组栅极线给予影像数据的数据电压，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，进而达到快速驱动液晶显示器的目的，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

增进影像灰阶响应速度的方法

技术领域

本发明是关于一种增进影像灰阶响应速度的方法，尤指一种将液晶显示器的扫描区分为复数区，于一同步控制信号时间内，分别给予加速驱动的预先电压或维持数据亮度的数据电压，达到加速驱动液晶显示器的目的，增进其灰阶响应速度，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

早期人们对于液晶显示器的要求大多着重在其重量轻、无辐射的要求上，随着技术慢慢进步，大尺寸液晶显示器推出后，由于广泛地运用在生活与视听娱乐各方面，使得人们慢慢也开始注意广视角和响应时间这些参数的要求上。由于液晶显示器是以液晶分子材料为基本要素，此种介于固态与液态之间的中间态分子，不但具有液体易受外力作用而流动的特性，亦具有晶体特有的光学异方向性质，所以能借由外加电场来驱使液晶的排列状态改变至其它方向，造成光线穿透液晶层时的光学特性发生改变，此种利用外加的电场来产生光的调变现象，称之为液晶的光电效应。

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，用以将该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13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 ofliquid crystal)，由于此电容器C_LC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。

液晶显示器性能的好坏有一种指标-响应时间，通常对液晶显示器不加电压下分两种状态：常亮态模式(Normally white，NW)以及常黑态模式(Normally black，NB)，其中常亮态模式是指显示器面板不施加电压是透光的画面，也就是亮的画面，常黑态模式是指显示器面板不施加电压时，呈现不透光状态，也就是黑的画面；以常亮态模式为例，可将响应时间分为两个部分：

(1)上升响应时间：即在施加电压下，液晶显示器的液晶盒亮度从90％变化到10％时液晶所需的扭转时间，简称“T_r”；以及

(2)下降响应时间，即在不施加电压下，液晶盒亮度从10％变化到90％时液晶所需的回复时间，简称“T_f”。

通常当画面显示速度超过每秒25个图框(frame)时，人眼会将快速变换的画面视为连续画面，但是现在的家庭娱乐，例如播放高品质DVD影片、玩游戏时快速移动的画面，显示速度常在每秒60个图框以上，换句话说，每一图框间隔(frame interval)时间为1/60＝16.67ms，若液晶显示器的响应时间大于此图框间隔时间，将会导致显示画面时就出现残影或跳格的痕迹，严重影响观看影像的品质，如何提升响应速度须从影响响应时间的因素来看，下列方程式分别为上升响应时间T_r与下降响应时间T_-f的计算方程式：

$T_f=\frac{r_1{d}^2}{\mathrm{\Δ\ϵ}{V_{\mathrm{th}}}^2}$

其中γ1：液晶材料的粘滞系数；

d：液晶盒间隙；

V：液晶盒的驱动电压；

Δε：液晶材料的介电系数。

由上式可知有四个方法可以减小液晶显示器响应时间：降低黏滞系数、减小液晶盒间隙、提高驱动电压以及提高介电系数，其中提高驱动电压的技术称之为“加速驱动”(over drive)技术，可由液晶驱动集成电路(driver IC)传送增加的电压至液晶面板上，使液晶的扭转电压加大，从而使液晶更快地扭转与回复以快速达到影像数据欲呈现的亮度。

请参阅图2，在不同驱动电压下，亮度对于时间的变化曲线，L₁为影像数据欲呈现的亮度，而驱动液晶分子呈现该亮度的数据电压V₂曲线为标号22，其到达此亮度的时间为t₀，为缩短到达此亮度的时间，可依据预先量测显示器的灰阶亮度变化而提供一增大强度的驱动电压V₄，其曲线如24所表示，如此可将达到欲呈现亮度的时间t₀缩短至t₁，此即为“over drive”的技术方法。

发明内容

本发明的发明人长期贡献于显示器高科技产业，累积多年在此领域研发的经验，运用此一over drive的概念，提出一种新颖的增进影像灰阶响应速度的方法，以达到整体上较佳的增进灰阶响应速度效果。

本发明的主要目的是在提供一种增进影像灰阶响应速度的方法，将液晶显示器驱动栅极线分为复数区，并于一图框间隔内同步控制复数条扫描信号依序分别开启各区的栅极线，开分别给予预先电压或数据电压，使达到较佳的整体效果。

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)，其中每个子区间的时间间隔分别为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组栅极线给予一图框加速驱动的预先电压使其加快响应，J组栅极线给予影像数据的数据电压，K是为正整数，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，而预先电压是由预先量测显示器的灰阶亮度变化而得。

d、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。

e、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。

其中，同步控制信号可同时开启同一扫描区内多条栅极线，该栅极线数范围为2至第一区的栅极线数之间。

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，并分别给予预先电压与数据电压，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，本发明的方法适用于各式液晶显示器及有机发光二极管(OLED)显示器。

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3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4A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4B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4C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5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6A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6B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2，以不同电压V₁、V₂、V₃、V₄、V₅驱动液晶显示器面板，可得到各种电压下，影像亮度对时间的连续变化曲线，如标号21，22，23，24，25所示，以此曲线变化数据制成一对照表(Lookup table)，作为设定预先电压驱动面板亮度的依据，以使显示器快速地达到所欲呈现亮度。

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3、4A及4B，图3是表示一显示器面板40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4A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)的欲呈现亮度为code 32，进入图框间隔(Frame N)数据亮度为code 120，若以code120驱动得到的亮度变化曲线如标号(a)所示，该亮度变化是无法迅速地达到欲呈现的亮度，为了达到加速驱动的目的，从对照表(LUT)中选择一预先电压code 200来驱动显示器面板40，其亮度变化将会如标号(b)所示。本发明的实施方法如下：

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加速驱动的预先电压code 200，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的数据电压code 32，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。

进入第二子区间t₂时，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给予一维持亮度的图框间隔N数据电压code 120，于第二区M₂的第一条栅极线G_m+1给予本图框的预先电压code 200，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。

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预先电压code 200的驱动而可加速到达所欲亮度，在t₂时间时，则受到图框间隔N的数据电压code 120的驱动，而维持在图框间隔N所欲呈现的亮度，故第一区M₁在图框间隔时间T内，可快速达到所欲亮度，并按数据电压维持在该亮度。

而就第二区M₂的栅极线而言，其在t₁时间时，是受到前一图框间隔N-1的数据电压code 32的驱动，表现前一图框的亮度，而在t₂时间时，则受到图框间隔N的预先电压code 200的驱动；其第二区M₂所表现的影像是与第一区M₁呈一时间差1/2T，而接续在第一区M₁之后，亦可快速达到所欲亮度，并按图框间隔N的数据电压维持在所欲呈现的亮度。

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4C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加速驱动的预先电压code 200，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同时给予前一图框间隔N-1的数据电压code 32，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5、6A及6B，先参图5，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，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6A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5所示，假设一连续影像数据从前一图框间隔(Frame N-1)的欲呈现亮度为code 32，进入图框间隔(Frame N)数据所欲呈现亮度为code120，若显示器以预设的数据电压驱动面板，即以code120驱动显示器，得到的亮度变化曲线如标号(a)所示，该亮度变化是无法迅速达到欲呈现的亮度；为了达到加速驱动的目的，从对照表(LUT)中选择一预先电压code 200来驱动显示器面板50，其亮度变化将会如标号(b)所示。本发明的实施方法如下：

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的加速驱动的预先电压code 200，于其它二区M₂，M₃的第一条栅极线G_m+1，G_2m+1给予前一图框间隔N-1的数据电压code 32，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。

进入第二子区间t₂时，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给予图框间隔N的数据电压code 120，第二区M₂给予图框间隔N的预先电压code 200，第三区M₃则维持在图框间隔N-1的数据电压code 32，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的栅极线给予图框间隔N的数据电压code 120，第二区M₂的栅极线给予图框间隔N的数据电压code 120，第三区M₃的栅极线则给予图框间隔N的预先电压code 200，直至完成各区扫描。

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预先电压code200的驱动，而在t₂与t₃子区间时间时，则给予图框间隔N的数据电压code 120，故可快速达到  欲呈现的亮度，并按其数据电压维持在其所欲呈现的亮度。

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的数据电压code 32，在t₂时间时，给予图框间隔N的预先电压code 200，在t₃时间时，给予图框间隔N的数据电压code 120；其所完成的影像扫描与第一区M₁呈一时间差t₂，亦可接着继续完成影像扫描。

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的数据电压code 32，而在t₃时间时，给予图框间隔N的预先电压code 200，其完成的影像扫描与第二区M₂呈一时间差t₃，而亦可接着继续完成快速达到所欲亮度，并按数据电压维持该亮度。

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，其中每个子区间的时间间隔分别为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组栅极线给予一图框加速驱动的预先电压使其加快响应，J组栅极线给予影像数据的数据电压，K为正整数，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J是为1，K是为2，而预先电压是由预先量测显示器的灰阶亮度变化而得。

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，并分别给予预先电压与数据电压，进而快速驱动液晶显示器，增进其影像灰阶响应速度，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。

本发明具有以下的优点：

1.借由Over drive技术以缩短液晶显示器的亮度显示时间，增进影像灰阶响应的速度。

2.由栅极驱动器将显示器面板空间区分为复数个扫描区，并运用Over drive技术，同时于每个扫描区施加预先电压值或数据电压，以增进面板响应速度，快速达到所欲的亮度。

3.除了将显示器面板区隔外，每一扫描区的比例可依面板的特性调整及固定，可运用于各式显示器面板。

综上所述，本发明确实可达到预期的目的，提供一种快速获得影像数据所欲呈现亮度的增进灰阶响应速度的方法。

Claims (8)

1.一种增进影像灰阶响应速度的方法，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，其中每个子区间的时间间隔分别为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；其中K组栅极线给予一图框加速驱动的预先电压使其加快响应，J组栅极线给予影像数据的数据电压，K为正整数，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；

其中，同步控制信号同时开启同一扫描区内多条栅极线，该栅极线数范围为2至第一区的栅极线数之间；

借由上述的步骤，透过图框间隔时间与栅极线的分割，并分别给予预先电压与数据电压，从而达成快速驱动液晶显示器，增进其影像灰阶响应速度。

2.根据权利要求1所述的增进影像灰阶响应速度的方法，其中M是大于等于2的整数，小于等于该显示器面板所能产生同步控制信号的最大值。

3.根据权利要求2所述的增进影像灰阶响应速度的方法，其中M的数量是为2至6之间。

4.根据权利要求1所述的增进影像灰阶响应速度的方法，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。

5.根据权利要求1所述的增进影像灰阶响应速度的方法，其中预先电压是由预先量测显示器的灰阶亮度变化而得。

6.根据权利要求1所述的增进影像灰阶响应速度的方法，其中J组栅极线中选择至少一组栅极线赋予前一图框的数据电压。

7.根据权利要求1所述的增进影像灰阶响应速度的方法，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所述的增进影像灰阶响应速度的方法，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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