CN100390855C - 液晶显示器及其处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶显示器，包括：转换电路，将第一图像数据转换为第二图像数据；帧存储器，存储该第二图像数据；差分电路，以像素为单位输出待转换的当前帧的第二图像数据与将从该帧存储器中输出的先前帧的第三图像数据之间的差分数据；纠错电路，基于该第一至第三图像数据其中之一，对该差分数据进行纠错；以及加法电路，将纠错后的差分数据与该第一图像数据相加。

Description

液晶显示器及其处理方法
相关申请的交叉参考
本申请基于并且要求申请日为2004年04月28日、申请号为2004-134204的在先日本专利申请的优先权权益，在此并入其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器，特别地涉及图像数据的纠错。
背景技术
近年来，随着对能量节约和空间节约的需求，携带液体显示监视器的笔记本电脑(个人计算机)或台式电脑正在扩展它们的市场。在这种趋势下，对液晶显示器要求甚至更高速的响应，以便改善显示移动图像等的特性。相应地，旨在通过晶体显示的材料特性、显示元件结构和驱动方法的发展，改善液晶显示器的响应。
在下述专利文件1中公开了一种液晶显示器，其在纠错图像数据信号和产生纠错数据信号时，通过当前图像数据信号和先前纠错数据信号来产生当前纠错数据。
同时在下述专利文件2公开了一种液晶显示器，其携带一转换表格，以通过当前帧的图像数据和先前帧的驱动后状态(post-driven-state)数据，查阅当前帧的显示驱动数据。
[专利文件1]美国专利申请公开号：US2002/033813(日本专利申请特开平2002-99249)
[专利文件2]美国专利申请公开号：US2002/0140652(日本专利申请特开平2002-297104)
发明内容
本发明的目的是提供一种执行高速响应驱动、具有少量存储器和允许高清晰度图像显示的液晶显示器，以及提供该液晶显示器的一种处理方法。
按照本发明的一方案，提供一种液晶显示器，其包括：转换电路，将第一图像数据转换为具有较少位数的第二图像数据，并且所述转换电路在不规则区间中将该第一图像数据映射到该第二图像数据；帧存储器，存储该第二图像数据；差分(difference)电路，以像素为单位输出待转换的当前帧的第二图像数据与将从该帧存储器输出的先前帧的第三图像数据之间的差分数据；纠错电路，按照第一至第三图像数据其中之一，对该差分数据进行纠错；以及加法电路，将纠错后的差分数据与该第一图像数据相加。
附图说明
图1是表示按照本发明实施例的主机设备与液晶显示器的结构实例的框图；
图2是表示高速响应电路的结构实例的框图；
图3是表示时间(帧)与液晶驱动电压之间关系、时间(帧)与亮度电平之间关系的图；
图4是表示时间(帧)与液晶驱动电压之间关系、时间(帧)与亮度电平之间关系的图；
图5是表示时间(帧)与液晶驱动电压之间关系、时间(帧)与亮度电平之间关系的图；
图6是表示色调值与液晶驱动电压之间关系的实例曲线图；
图7是表示色调值与液晶驱动电压之间关系的实例曲线图；
图8是表示当伽马特性发生转变时输入图像的色调值与液晶驱动电压之间关系的实例曲线图；
图9是表示按照本发明第一实施例的高速响应电路的结构实例框图；
图10是表示输入数据的色调值与液晶驱动电压之间关系的实例曲线图；
图11是表示输入数据的色调值与液晶驱动电压之间关系的实例曲线图；
图12是表示按照本发明第二实施例的高速响应电路的结构实例框图；
图13A是表示参考电源电路及其控制电路的结构实例框图，图13B是表示伽马特性的实例曲线图；以及
图14是表示当伽马特性发生转变时输入图像的色调值与液晶驱动电压之间关系的实例曲线图。
具体实施方式
图1是表示按照本发明优选实施例的主机设备101和液晶显示器102的结构实例框图。主机设备101例如是个人计算机、TV接收器等，其输出图像数据至液晶显示器102。该液晶显示器包括高速响应电路111、定时控制器112、参考电源电路113、栅极驱动器114、数据驱动器115以及液晶面板116。
高速响应电路111在其中输入来自主机设备101的图像数据，并且为液晶面板116的高响应驱动纠错图像数据。定时控制器112在其中输入纠错后的图像数据，并且控制栅极驱动器114和数据驱动器115的定时。纠错后的图像数据经过定时控制器112提供至数据驱动器115。该图像数据例如包括分别具有8位的红色、绿色和蓝色图像数据。数据驱动器115按照该图像数据(色调值)，将液晶驱动电压提供给液晶面板116。参考电源电路113以预定的间隔，产生与图像数据的色调值相对应的多个参考电源电压，并且输出至数据驱动器115。按照多个参考电源电压，数据驱动器115为所有色调值产生液晶驱动电压，为每个图像数据选择液晶驱动电压，并且将它们输出至液晶面板116。
液晶面板116包括与二维排列的多个像素相对应的多个薄膜晶体管(TFT)117。晶体管117具有：连接到栅极驱动器114的栅极；连接到数据驱动器115的漏极；以及通过液晶(电容器)118连接到公共电极119的源极。
栅极驱动器114将用于顺序地选择二维排列晶体管117的栅极(gate)脉冲输出至晶体管117的栅极。一旦接收到该栅极脉冲，晶体管117被导通，并且该液晶驱动电压通过漏极提供给液晶118。按照该液晶驱动电压，液晶118的透射率发生改变，并且由此改变亮度电平。
图6是表示输入数据的色调值与液晶驱动电压之间关系的实例曲线图。按照该关系，数据驱动器115执行从图像数据到液晶驱动电压的转换。该输入的图像数据例如是8位，并且具有0(零)至255的色调值。
图3至图5说明表示时间(帧)与液晶电压之间关系的特性曲线301、时间(帧)与亮度电平之间关系的特性曲线302。
在图3中，当图像数据在第一帧中从Da变为Db时，液晶驱动电压从Va变为Vb。此时，亮度电平从La变为Lb，但是由于液晶的响应缓慢，到达目标亮度Lb花费几个帧。例如，亮度电平在第三帧的起始点处到达Lb。
另一方面，如图4所示，当在第一帧内从Va变为Vc的电压被施加到液晶面板时，亮度在第二帧到达Lb，并且在第三帧到达Lc。这里，电压Vc是用于图像数据Dc的液晶驱动电压，并且高于电压Vb。
如图5所示，在输入的图像数据从Da变为Db的情况下，图像数据被纠错，从而使它以Da、Dc、Db的次序转变。在第一帧的起始点，电压从Va变为Vc，并且在第二帧的起始点，电压从Vc变为Vb。结果，在第一帧起始点处的亮度电平变为La，而在第二帧起始点处及其以后的亮度电平变为Lb。这允许液晶以高速响应。
图2是表示实现图5所示操作的高速响应电路111(图1)的结构实例框图。高速响应电路111包含处理电路201、帧存储器(SDRAM)202和ROM203。这样输入图像数据S1，使得分别具有m位的红色、绿色和蓝色图像数据以并行方式被输入至高速响应电路111。图像数据S2是由具有m位的图像数据S1中的较高n位(n＜m)组成的图像数据。随后将参照图10，说明图像数据S1与S2之间的关系。
图10是表示输入图像数据的色调值与液晶驱动电压之间关系的实例曲线图。实线表示具有m位的图像数据S1，实线上的圆点表示具有n位的图像数据S2。图像数据S2在规则区间(regular interval)中被映射到图像数据S1，并且被量化。
在图2中，图像数据S2被写入帧存储器202。帧存储器202存储总计一帧的图像数据S2。由于图像数据S2比图像S1具有较少的位，所以能够减少帧存储器202的数量。
帧存储器202将图像数据S2延迟一帧，并且输出图像数据S3。比较电路211将当前帧的图像数据S2与先前帧的图像数据S3作比较，并且输出差分数据S4。例如在图5中，第一帧的当前帧数据S2是Db，而先前帧数据S3是Da。差分数据S4是Db一(减)Da。
纠错表格212按照图像数据S3对差分数据S4进行纠错，并且输出差分数据S5。例如如图5所示，在第一帧的起始点，图像数据从Da变为Dc，并且在第二帧的起始点，图像数据从Dc变为Db。因此，当输入“Db-(减)Da”作为差分数据S4时，输出“Dc-(减)Db”作为差分数据S5。在随后的帧中，输出0(零)作为差分数据S5。纠错表格212在其中预先读取来自ROM203的纠错数据。
纠错运算电路213是加法电路，其中图像数据S1和差分数据S5被相加，并且图像数据S6被输出。例如如图5所示，图象数据S1是Db，差分数据S5是Dc-(减)Db，并且图像数据S6是Dc。由此，能够实现图5所示的高速响应驱动。
与图6相类似，图7是表示输入图像数据的色调值与液晶驱动电压之间关系的实例曲线图。当输入图像数据的色调值从0(零)变为50时，液晶电压的电压变化为ΔV1，而当输入图像数据的色调值从50变为100时，液晶驱动电压的电压变化为ΔV2。两者的色调变化都一样是50，但是ΔV1与ΔV2却完全不同。也就是说，尽管它们的色调变化相同，但是它们的液晶驱动电压的变化根据绝对色调值而变化。
因为高速响应驱动是一种施加适用于变化图像数据的液晶驱动电压的方法，在较大电压变化的区域中，图像数据S2需要以精细的方式保持，以便执行精确的高速响应驱动。也就是说，在ΔV1的邻近处，图像数据S2需要以精细的方式保持。
一种增强数据精确性的方式是增加图像数据S2的位数。但是，这种方法将导致电路比如帧存储器202、比较电路211、纠错表格212等尺寸的扩张。此外，由于帧存储器202通常具有标准化的位数，所以不得不使用具有高出一等级的位数的帧存储器，导致成本增加。下面，将说明解决上述问题的实施例。
第一实施例
图9是表示按照本发明第一实施例的高速响应电路111(图1)的结构实例框图。图9是向图2中的结构添加一查找表格901所得的结构。下面将说明与图2的高速响应电路相比的图9中的高速响应电路的不同点。
查找表格901将具有m位的图像数据S11转换成具有n位的图像数据S12。图像数据S11由分别具有m位的红色、绿色和蓝色图像数据组成。这里，n位比m位较少。下面将参照图11，说明图像数据S11与图像数据S12之间的关系。
图11是表示输入图像数据的色调值与液晶驱动电压之间关系的曲线图。实线表示具有m位的图像数据S11。实线上的圆点表示具有n位的图像数据S12。图像数据S12在不规则区间(irregular interval)中从图像数据S11被映射。
查找表格901是一转换表格，用以存储图像数据S11与图像数据S12之间的对应关系，并且在不规则区间中将图像数据S11映射到图像数据S12。此外，查找表格901将图像数据S11这样映射到图像数据S12，使得与图像数据S12相对应的液晶驱动电压电平(图11的纵轴)在规则区间中。当液晶驱动电压的变化恒定时，如果液晶驱动响应速度在两个数据之间是相同的，则这种映射是合适的。如果液晶驱动响应速度不相同，则查找表格901以这样的方式将图像数据S11映射到图像数据S12，用于图像数据S12的液晶驱动电压的响应速度在规则区间中。因此，在图像数据与液晶驱动电压之间的关系曲线中，能够这样实现到图像数据S12的转换，使得尖锐的曲线部分是精细的，缓和的曲线部分是粗糙的。这意味着能够增强关键部分的分辨率，允许高质量的图像显示。
在图9中，图像数据S12被写入帧存储器202。帧存储器200存储一帧数量的图像数据S12。例如，图像数据S11由分别具有8位的红色、绿色和蓝色图像数据组成。图像数据S12由总共具有16位的5位红色、6位绿色和5位蓝色图像数据组成，从而使得它能被有效存储在标准尺寸的存储器中。绿色的位数高于红色和蓝色的位数，因为绿色是对亮度电平具有更大影响的重要色彩数据。帧存储器202将图像数据S12延迟一帧，并且输出图像数据S13。比较电路211将当前帧的图像数据S12与先前帧的图像数据S13作比较，并且以像素为单位输出其差分数据S14。
纠错表格212按照图像数据S13对差分数据S14进行纠错，并且输出差分数据S15。纠错表格212在其中预先读取来自ROM203的纠错数据。纠错表格212可按照图像数据S11或S12而不是图像数据S13来执行纠错。纠错运算电路213是加法电路，它将图像数据S11与差分数据S15相加，并且输出图像数据S16。结果，能够实现图5所示的高速响应驱动。
图2的高速响应电路以这样的方式将图像数据S2存储到帧存储器202，用于输入图像数据的色调值的轴(图10中的横轴)上的间隔是恒定的，如图10所示。对于图像数据S2应以精细方式来保持的部分，该数据在规则区间中。当图像数据S2的位数增加时，电路的尺寸不得不更大，从而必须使用高出一等级的帧存储器202。另外，不需要以精细方式来保持的图像数据S2的部分也被分段，导致无效率。
另一方面，图9的高速响应电路将图像数据S12存储到帧存储器202，该图像数据S12在用于液晶驱动电压的轴(图11的纵轴)上以间隔表示，如图11所示。这允许图像数据S12保持更大量的数据用于需要更精细数据的部分，并且保持粗糙的数据用于不需要精细数据的部分。通过利用查找表格901，图像数据S12能被最佳化地保持在帧存储器202中，而不增加其位数。
由于基于亮度来评估液晶的响应，可利用对于红色、绿色和蓝色具有相同输出位的查找表格901。但是，考虑到帧存储器202的尺寸，能够利用一仅对于其亮度较高的绿色具有更多位的查找表格901，这将带来更高的精确性。例如，通常帧存储器202的位数被固定成比如16位或32位。当使用16位的帧存储器202(其中，查找表格901对于红色、蓝色和绿色具有相同位数)时，各个色彩具有5位，剩下一附加位。在这种情况下，通过为红色和蓝色分别分配5位和对绿色分配6位，能够无损地使用帧存储器202，并且同时能实现具有高精确性的高速响应驱动。
第二实施例
下面说明本发明的第二实施例。图1中的参考电源电路113可由数模转换器(DAC)型放大器组成。DAC型放大器113能够产生多种类型的参考电源电压(液晶参考驱动电压)，并且按照控制信号来改变待产生的参考电源电压。DAC型放大器113能够依据待显示的图像，改变参考电源电压和转变伽马特性。下面将参照图13A和图13B，给出更具体的描述。
图13A表示参考电源电路(DAC型放大器)113及其控制电路1301的结构实例，同时图13B表示伽马特性曲线。该伽马特性曲线表示输入图像数据的色调值和亮度电平之间的关系。
控制电路1301分析图像数据S12的一帧数据的色调分布，并且输出伽马特性曲线信号S28。例如，当中间值构成(make up)从0(零)到255的色调范围的大多数时，选择伽马特性曲线1312，以便使该部分被更精细地量化。另一方面，如果较小和较大值构成从0(零)到255的色调范围的大多数(例如，只有黑色和白色像素的地方)，则选择伽马曲线1311以增强图像的对比度。参考电源电路113依据所选择的伽马特性曲线信号S28，产生用于实现伽马特性曲线1311或1312的参考电源电压。
图8是表示输入图像数据的色调值与液晶驱动电压之间关系的曲线图。两种特性曲线801和802对应于两类伽马特性曲线(参见图13B)。在实际情况中，存在以参考电源电路113的DAC精确度为基础的特性曲线的组合，但是这里为了简便起见，给出了两类特性曲线801和802。
在特性曲线801中，当输入图像数据的色调从0(零)变为50时，液晶驱动电压的变化为ΔV11。在特性曲线802中，类似地，当输入图像数据的色调从0(零)变为50时，液晶驱动电压的变化为ΔV12。ΔV11和ΔV12明显不同。这里，问题在于液晶的响应特性曲线。已知用于ΔV11和ΔV12的纠错值并不是简单正比例的关系。因此，图9中ROM203所需的纠错数据必须是用于特性曲线801和用于特性曲线802二者的纠错数据，这表明数据量加倍。此外，在实际的液晶驱动中，不仅两类特性曲线801和802而且还有附加的特性曲线是必需的，这表明用于在ROM203中存储每个特性曲线的纠错数据的方法是极为无效和不实际的。图12所示为解决该问题的高速响应电路。
图12是表示按照本发明第二实施例的高速响应电路111(图1)的功能实例框图。它在图9的电路中添加了参考电源转换运算器1201和逆转换查找表格1202。下面将说明图12和图9的高速响应电路的不同。
图13A的参考电源电路113例如是DAC型放大器，并且按照控制信号S28来改变待产生的参考电源电压。随后在图12中，参考电源转换运算器1201计算和重写查找表格901的内容。查找表格901将具有m位的图像数据S21转换为具有n位的图像数据S22(n＜m)。
与图8相比较，图14表示在查找表格901中写入的两类特性曲线801和802的数据实例。实线和点线表示具有m位的图像数据S21。沿着实线和点线的圆点表示具有n位的图像数据S22。与第一实施例(图11)相类似，图像数据S21被这样映射到图像数据S22，使得与图像数据S22相对应的液晶驱动电压电平(图14的纵轴)在规则区间中。例如，一旦从特性曲线801转换为特性曲线802，以这样的方式设定查找表格901，使得转换之前的特性曲线801和转换之后的特性曲线802之间的液晶驱动电压是相同的。
参考电源电路113中的DAC和数据驱动器115中的参考电源产生部分是电阻除法电路(resistance dividing circuit)，从而参考电源转换运算器1201利用简单计算就能改变查找表格901的内容。
图像数据S22被写到帧存储器202中。帧存储器202存储一帧数量的图像数据S22。帧存储器202将图像数据S22延迟一帧，并且输出图像数据S23。比较电路211将当前帧的图像数据S22与先前帧的图像数据S23相比较，并且输出其差分数据S24。
这里，差分数据S24的值依据特性曲线801和802而不同。为了使特性曲线801和802共用的纠错表格212可用，提供逆转换查找表格1202。
逆转换查找表格1202按照图像数据S23对差分数据S24进行逆转换，并且输出差分数据S25。逆转换查找表格1202相对于查找表格901的转换，执行逆转换。差分数据S24被逆转换为输入图像数据S21的电平，而不考虑其特性曲线是801还是802。参考电源转换运算器1201按照控制信号S28，计算查找表格901和1202的内容，并且以成对形式重写它们。注意，逆转换查找表格1202可基于图像数据S21或S22而不是图像数据S23，执行逆转换。
纠错表格212存储特性曲线801和802所共用的一纠错数据，基于图像数据S21对差分数据S25纠错，并且输出差分数据S26。注意，纠错表格212可根据图像数据S22或S23而不是图像数据S21，执行纠错。纠错运算电路213将图像数据S21与差分数据S26相加，并且输出图像数据S27。因此，能够实现图5所示的高速响应驱动。
按照第二实施例，能够基于一帧数量的图像数据，逐帧地转换伽马特性曲线。通过由查找表格901对图像数据进行转换和随后由逆转换查找表格1202对其进行逆转换，能够利用共用的纠错表格212。能够消除依据特性曲线801和802而使用不同纠错表格212的需要。该功效很重要，尤其是在存在大量可转换特性曲线的情况下。ROM203不再需要存储用于转换纠错表格212的海量纠错数据。
如已经描述的，利用第一和第二实施例，通过将第一图像数据转换成具有较少位的第二图像数据，能够减少帧存储器202的数量。此外，在图11中图像数据和液晶驱动电压之间的关系曲线中，图像数据被映射为在尖锐的曲线部分中精细，在缓和的曲线部分中粗糙。换句话说，能够增强关于图像重要部分的分辨率，这允许高质量的图像显示。而且，通过利用纠错表格212纠错差分数据，可实现图5所示的高速响应驱动。
将第一图像数据转换成具有较少位数的第二图像数据使得帧存储器的数量得以减少。同时，能够这样实现到第二图像数据的转换，使得在图像数据与液晶驱动电压之间的关系曲线中，尖锐的曲线部分被转换成精细图像，而缓和的曲线部分被转换为粗糙图像。此外，按照第一至第三图像数据中任一个的差分数据纠错可允许液晶的高速响应驱动。
本实施例在所有方案中只是示例性和非限制性的，因此落入权利要求的意义和等效范围内的所有变化都应当被涵盖于其中。在不背离其精神或本质特征的条件下，本发明可具体实施为其他具体形式。

Claims (17)

1.一种液晶显示器，包括：
转换电路，将第一图像数据转换成具有较少位数的第二图像数据，并且所述转换电路在不规则区间中将该第一图像数据映射到该第二图像数据；
帧存储器，存储该第二图像数据；
差分电路，以像素为单位输出转换前的当前帧的该第二图像数据与从所述帧存储器输出的先前帧的第三图像数据之间的差分数据；
纠错电路，基于该第一至该第三图像数据其中之一，对所述差分数据进行纠错；以及
加法电路，将纠错后的差分数据与该第一图像数据相加。
2.如权利要1所述的液晶显示器，其中所述转换电路以这样的方式将该第一图像数据映射到该第二图像数据，使得与该第二图像数据相对应的液晶驱动电压的电平在规则区间中。
3.如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述转换电路以这样的方式将该第一图像数据映射到该第二图像数据，使得与该第二图像数据相对应的该液晶驱动电压的电平变化的响应速度在规则区间中。
4.如权利要求1所述的液晶显示器，其中当图像数据与液晶驱动电压之间的关系变化时，所述转换电路改变从该第一图像数据到该第二图像数据的映射方法。
5.如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述转换电路可依据每帧执行不同映射。
6.如权利要求1所述的液晶显示器，还包括逆转换电路，用以基于该第一至该第三图像数据其中之一，对该差分数据进行逆转换，并且其中所述纠错电路对逆转换后的差分数据进行纠错。
7.如权利要求6所述的液晶显示器，还包括参考电源转换运算器，用以按照来自一控制电路的控制信号，改变所述转换电路的转换方法和所述逆转换电路的逆转换方法。
8.如权利要求7所述的液晶显示器，其中当图像数据与液晶驱动电压之间的关系变化时，所述参考电源转换运算器成对地改变所述转换电路的转换方法和所述逆转换电路的逆转换方法。
9.如权利要求8所述的液晶显示器，其中所述转换电路和所述逆转换电路按照每帧分别地执行转换和逆转换。
10.如权利要求9所述的液晶显示器，其中该转换方法和该逆转换方法依据该第一或该第二图像数据的一帧数据的色调分布来确定。
11.如权利要求10所述的液晶显示器，还包括一能够产生多种液晶参考驱动电压的参考电压产生电路，并且其中所述参考电源转换运算器按照该控制信号，改变所产生的液晶驱动电压。
12.如权利要求11所述的液晶显示器，其中所述参考电压产生电路是数模转换器型放大器。
13.如权利要求12所述的液晶显示器，其中所述转换电路以这样的方式将该第一图像数据映射到该第二图像数据，使得与该第二图像数据相对应的该液晶驱动电压的电平在规则区间中。
14.如权利要求12所述的液晶显示器，其中所述转换电路以这样的方式将该第一图像数据映射到该第二图像数据，使得与该第二图像数据相对应的该液晶驱动电压的电平变化的响应速度在规则区间中。
15.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该第一至该第三图像数据包括红色、绿色和蓝色图像数据，并且其中该红色、绿色和蓝色图像数据具有的位数不同。
16.如权利要求15所述的液晶显示器，其中该绿色图像数据具有比该红色和蓝色图像数据更大的位数。
17.一种液晶显示器的处理方法，包括步骤：
将第一图像数据转换为具有较少位数的第二图像数据，并且在不规则区间中将该第一图像数据映射到该第二图像数据；
将该第二图像数据存储到帧存储器中；
以像素为单位输出待转换的当前帧的该第二图像数据与将从该帧存储器中输出的先前帧的第三图像数据之间的差分数据；
按照该第一至该第三图像数据其中之一，对该差分数据进行纠错；以及
将纠错后的差分数据与该第一图像数据相加。
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