CN100508010C - 增加灰阶的驱动方法 - Google Patents
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Abstract
一种增加灰阶的驱动方法，其在帧频调变模式中加入脉冲宽度调变模式，且将脉冲宽度调变模式设定在共同驱动电路上，利用水平同步信号调整，切割分段该脉冲宽度调变模式所需要的时间段数，改变一个帧时间内的水平同步信号数来切割其帧时段，从而可将该脉冲宽度调变模式点亮像素的时间长短设计于控制电路，从而改变一个帧内的点亮时间长短，不需要特殊的驱动电路。
Description
技术领域
本发明涉及一种增加灰阶的驱动方法，是关于液晶显示装置的灰阶驱动技术，尤其是针对一种在帧频调变(FRM)模式中加入脉冲宽度调变(PWM)模式的驱动方法。
背景技术
液晶为一种介于固态与液态间的有机化合物，也是一种具有规则性分子排列的化合物，将其加热会成透明液态，将其冷却会成结晶的混浊固态，因此特性故称液晶。由于液晶的基本特性，液晶显示器的基本原理为将液晶封在玻璃箱中，然后施以电极使之产生冷热变化，因此影响它的透光性，来达到明灭的效应。
常见的液晶显示器(LCD)分为扭转向列液晶显示器(TN-LCD)、超扭转向列液晶显示器(STN-LCD)、双层超扭转向列液晶显示器(DSTN-LCD)、和薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)四种。其中TN-LCD、STN-LCD、和DSTN-LCD三种基本的显示原理都相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。STN-LCD的液晶分子扭曲角度为180度甚至270度，尺寸较TN-LCD大，可应用于尺寸较大的电子字典、电子娱乐产品、个人数字助理(PDA)、移动电话、低阶笔记本型计算机等。
请参阅图1所示，是一般超扭转向列(STN)液晶显示器面板电极的示意图。X电极群X1～Xn与Y电极群Y1～Yn以矩阵状交叉排列，每一交叉点即为面板上其中的一像素。共同(Common)驱动电路会以一条一条的顺序来扫描Y方向排列的电极，其扫描的速度必须比人类眼睛的速度还要快，利用人类眼睛的视觉暂留，使画面看起来不会有闪烁的感觉；区段(Segment)驱动电路依照液晶显示器(LCD)控制电路送过来的数据来产生不同的电压到X方向排列的电极，通过交点上的电压差来决定该像素的点亮与否。
驱动方式为共同信号(Common Signal)在正负帧(Frame)时间里各有一最高电压与最低电压，再由区段电路负责传送要显示数据的电压准位，以决定是否点亮该像素。
一般为了使液晶表现出灰阶的效果，因此使用较精密变化的信号，提供不同能量驱动液晶分子，再借着人类眼睛的视觉暂留现象来作出深浅不同的灰度效果。常见的液晶灰阶制作技术有帧率调变(Frame Rate Modulation；FRM)与脉冲宽度调变(Pulse WidthModulation；PWM)两种模式。
帧频调变(FRM)模式是利用每秒钟在N个帧中点亮与否ON/OFF的次数来决定该点像素的灰阶深浅程度。举例来说，在黑白显示的情况下，假设每秒钟的帧数有N次，若某像素在全亮的情况下，该像素需被点亮N次。FRM的灰阶原理就是控制像素的点亮次数，使得该像素的灰阶程度由点亮次数在N个帧中所占的比例来决定的。请参阅图2所示，假设每秒钟的帧数有3次(4FRM)，则其灰阶(G0～G3)视觉效果与像素点亮(FR0～FR2)次数的关系；若该像素被点亮3次，则该像素为全亮-白色(灰阶G3)，而该像素被点亮0次，则该像素为黑色(灰阶G0)。
在控制方面，由于此种原理只要改变点亮(turn-on)次数，通常LCD驱动电路不予更换，只要更换LCD控制电路即可。该帧频调变(FRM)方式，最重要的环节就是帧的显示速率，帧显示的速度必须要比视觉暂留频率高，通常范围在42Hz～140Hz之间，否则便会造成闪烁(flicker)现象。由于利用FRM制作灰阶视觉效果必须延长每一点像素的显示时间，且在视觉暂留区间内也必须累积足够的视觉光线，并且避免与背景光线的频率重叠，这样才能得到有效的灰阶视觉效果。
脉冲宽度调变(PWM)模式是在每一个帧中去调整点亮(turn-on)的时间长短来决定该点像素的灰阶深浅程度。举例来说，假设帧的频率为N次，则某像素也被点亮N次，但PWM的方式会将每一点亮的时间缩短，由缩短多少时间来决定该点的灰阶程度。
请参阅图3所示，是在相同频率的水平同步信号Hsync与垂直同步信号Vsync的状态下，3PWM模式被添加于区段驱动电路(3PWM in SEG)。3PWM是将一帧的点亮时间分为两段，依像素被点亮的时间长短，即都不点亮、点亮半个帧时间、及点亮整个帧时间等三种灰阶状态。如该图3是在一个帧内点亮半个帧时间。但是，因为PWM的模式需要调整驱动电路输出的时间安排(timing)，故须同时更换原有的LCD控制电路与LCD驱动电路。也就是该区段驱动电路的输出管理须特别设计，取代原有的区段驱动电路设计，这样将增加不少电路上的复杂度与制造成本。
发明内容
为解决上述缺陷，本发明披露了一种增加灰阶的驱动方法。本发明的主要目的是在帧频调变(FRM)模式中加入脉冲宽度调变(PWM)模式，在低显示速率的帧情况下增加像素显示的灰阶度，且可使用原有的LCD驱动电路，不需要特殊规格的LCD驱动电路。
本发明的另一目的是在低显示速率的帧情况下增加像素显示的灰阶度，在帧频调变模式中加入脉冲宽度调变模式，使像素不闪烁(Non-Flick)，且降低串音失真(Crosstalk Reduction)，使像素内驱动元件的输出稳定，延长面板寿命及提升显示品质。
本发明是在帧频调变模式中加入脉冲宽度调变模式，其精神是将脉冲宽度调变模式设定在扫描Y方向电极的共同驱动电路上，而区段驱动电路依照液晶显示器控制电路送过来的数据来产生不同的电压到X方向排列的电极。利用水平同步信号调整，切割分段该脉冲宽度调变模式所需要的时间段数，改变一个帧时间内具有的水平同步信号数来切割其帧时段，从而就可将该PWM模式点亮像素的时间长短设计于该LCD控制电路即可，改变LCD控制电路对共同信号在一个帧内的点亮时间长短，而LCD驱动电路可不予更换。
本发明进一步可通过LCD控制电路分散PWM的点亮时间段落给邻近具有不点亮的帧，使像素对于原连续帧中点亮的帧时间，分散到邻近不具有点亮像素的帧时段，使相同的帧时间内像素保持原灰阶度需要的相同点亮时间，但因为点亮与不点亮的时间间隔都相对变短，这样可使图像显示速率高于人类的视觉暂留频率，减少闪烁现象。
另外，本发明对同一区段电极，可使其上下方相邻的像素所接收的PWM点亮信号连续及不点亮的PWM信号连续，且对应于同一共同电极的相邻的区段电极上的像素，将其点亮及不点亮的PWM信号错开，使区段电极上的像素的点亮时间在最佳化分散后的PWM模式，可减少像素的驱动切换动作频率，且相邻区段电极上的像素也因为信号的错开，可减少信号间的串音失真，使像素驱动元件的输出稳定，延长面板寿命及提升显示品质。
附图说明
图1是一般超扭转向列液晶显示器面板的电极的示意图。
图2是一般帧频调变的灰阶视觉效果与像素点亮次数的关系图。
图3是一般脉冲宽度调变的信号示意图。
图4是本发明的帧频调变加入脉冲宽度调变的灰阶视觉效果与像素点亮次数的关系图。
图5是本发明的脉冲宽度调变的信号示意图。
图6是本发明的16FRM+3PWM模式的灰阶度的列表。
图7是本发明的16FRM+4PWM模式的灰阶度的列表。
图8是本发明的脉冲宽度调变的点亮分散示意图。
图9是本发明在3PWM模式的像素点亮分配示意图。
图10是本发明在4PWM模式(1/3PWM)的像素点亮分配示意图。
图11是本发明在4PWM模式(2/3PWM)的像素点亮分配示意图。
具体实施方式
有关本发明的详细内容及技术说明，现结合附图说明如下：
请参阅图4所示，其是在帧频调变模式中加入脉冲宽度调变模式(4FRM+3PWM)的灰阶视觉效果与像素点亮次数的关系图。帧频调变模式是利用每秒钟在N个帧中点亮与否ON/OFF的次数来决定该点像素的灰阶深浅程度。FRM的灰阶原理就是控制像素的点亮次数，使得该像素的灰阶程度由点亮次数在N个帧中所占的比例来决定的。以每秒钟的帧数有3次(4FRM)为例，传统驱动方法中只有帧频调变(FRM)模式的灰阶(G0～G3)视觉效果与像素点亮(FR0～FR2)次数的关系如图2所示，只有G0、G1、G2、及G3四阶的灰阶度。而本发明是在帧频调变模式中加入脉冲宽度调变模式。脉冲宽度调变模式是在每一个帧中去调整点亮(turn-on)的时间长短来决定该点像素的灰阶深浅程度。以每帧数加入3PWM模式为例(如图4所示)，3PWM是将一帧的点亮时间分为两段，即都不点亮、点亮半个帧时间、及点亮整个帧时间等三种灰阶状态。所以本发明的每一个帧的时间内像素的点亮将会有3种状态，在4FRM+3PWM模式下每一个像素将会有G0、G1、G2、G3、G4、G5、及G6等七阶的灰阶度。
请参阅图5所示，是本发明的脉冲宽度调变的信号示意图。本发明是将脉冲宽度调变模式设定在扫描Y方向电极的共同驱动电路上，而区段驱动电路依照液晶显示器控制电路送过来的数据来产生不同的电压到X方向排列的电极。本发明是利用水平同步信号Hsync的调整，切割分段该脉冲宽度调变模式所需要的时间段数。如图中，3PWM模式下原同步的水平同步信号Hsync与垂直同步信号Vsync，其中该水平同步信号Hsync将会多出一个区段信号，即在一个帧时间原只有一个水平同步信号Hsync区段与一个垂直同步信号Vsync区段，改变为一个帧时间内具有两个水平同步信号Hsync区段切割其帧时段，这样就可将该PWM模式点亮像素的时间长短设计于该LCD控制电路，改变LCD控制电路对共同信号在一个帧内的点亮时间长短，而LCD驱动电路可不予更换。
依前述原理对于16FRM+3PWM可得31阶的灰阶度，其灰阶度如图6所示，与传统16FRM只有16阶的灰阶度相比较，本发明的16FRM+3PWM较传统的16FRM多出近一倍的灰阶度。相同的对于16FRM+4PWM可得46阶的灰阶度，其灰阶度如图7所示，与传统的16FRM的灰阶度相比较，16FRM+4PWM较传统16FRM多出近两倍的灰阶度。
请参阅图8，其为本发明的脉冲宽度调变的点亮分散示意图。以3PWM为例，对于同一像素在连续帧FR0～FR5中，如果正常情况下将对于一帧点亮情况如图中(上列)所示，在连续帧FR0～FR5中点亮帧FR0及帧FR1的前半段帧时间，与帧FR3及帧FR4的前半段帧时间。所以像素在帧FR1的后半段帧时间与帧FR2的时间内共有3/2个帧时间是不点亮的。本发明的另一精神在于进一步可通过LCD控制电路分散PWM的点亮时间于邻近具有不点亮的帧，其分散后的PWM对于一帧点亮最佳化如图中(下列)所示，像素对于原连续帧FR0～FR2中点亮帧FR0及帧FR1的前半段帧时间，分散为帧FR0～FR2各点亮帧的前半段帧时间；原连续帧FR3～FR5中点亮帧FR3及帧FR4的前半段帧时间，分散为帧FR3～FR5的各点亮帧的前半段帧时间；从而使相同的帧时间内像素保持原灰阶度需要的相同点亮时间，但因为点亮与不点亮的时间间隔都变短。因此最佳分散PWM的点亮时间模式将较正常PWM的点亮时间模式在较低的帧速率情况下，便可使图像显示速率高于人类的视觉暂留频率，减少闪烁(flicker)现象。
另外，为减少串音失真，使像素内驱动元件输出的稳定，延长面板寿命及提升显示品质，本发明是利用以下方式分配不同的PWM密度于显示面板上。对同一区段电极上，使其上下方相邻的像素所接收的PWM点亮信号连续及不点亮的PWM信号连续，且对应于同一共同电极的相邻的区段电极上的像素，将其点亮及不点亮的PWM信号错开，使区段电极上的像素的点亮时间在最佳化分散后的PWM模式，可减少像素的驱动切换动作频率，且相邻区段电极上的像素也因为信号的错开，可减少信号间的串音失真，使像素驱动输出稳定，延长面板寿命及提升显示品质。
请参阅图9所示，以3PWM模式为例，其两个水平同步信号Hsync搭配一个垂直同步信号Vsync，以1/2 PWM密度(一个水平同步信号Hsync时间)对于6×4的面板，相邻的共同电极C0～C3及相邻的区段电极S0～S5的PWM密度分配为：使单一区段电极(S0～S5)上下方相邻的共同电极C0～C3上的像素所接收的PWM点亮信号及不点亮的PWM信号分配于相邻共同电极C0～C3的帧前后阶段，使该PWM点亮/不点亮的信号连续。且相邻的区段电极S0～S5间的共同电极C0～C3上点亮/不点亮的PWM信号连续状态与前一区段电极的PWM信号状态错开。
请参阅图10及图11，同上述原理，当本发明用的是4PWM模式时，因为4PWM模式是三个水平同步信号Hsync搭配一个垂直同步信号Vsync，对于6×4的面板情况为例，其1/3PWM密度(一个水平同步信号Hsync时间)的像素点量时间配置如图10所示；而2/3PWM密度(两个水平同步信号Hsync时间)的像素点亮时间配置如图11所示。
综合上述，本发明是在帧频调变模式中加入脉冲宽度调变模式，将脉冲宽度调变模式设定在扫描Y方向电极的共同驱动电路上，利用水平同步信号调整，切割分段该脉冲宽度调变模式所需要的时间段数，改变一个帧时间内的水平同步信号数来切割其帧时段，因此将该PWM模式点亮像素的时间长短设计于该LCD控制电路即可，而不需要特殊的LCD驱动电路。
本发明进一步可分散PWM的点亮时间段给邻近具有不点亮的帧，使像素对于原连续帧中点亮的帧时间，分散到邻近的不具有点亮像素的帧时段，在相同的灰阶度情况下，使点亮与不点亮的时间间隔相对变短，使图像显示速率高于人类的视觉暂留频率，从而减少闪烁现象。
另外，对同一区段电极，使其上下方相邻的共同电极的相邻像素所接收的点亮及不点亮信号连续，且相邻的区段电极间像素被点亮及不点亮的信号连续时段错开，减少像素的驱动切换动作频率，且相邻像素也因为信号的错开，可减少信号间的串音失真，使像素驱动元件的输出稳定，延长面板寿命及提升显示品质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种增加灰阶的驱动方法，用于具有帧频调变模式的显示面板，其特征在于，包括：
利用水平同步信号的调整，改变一个帧时间内的水平同步信号数来切割其帧时段；加入一脉冲宽度调变模式，且所述脉冲宽度调变模式设定在共同驱动电路上。
2.根据权利要求1所述的增加灰阶的驱动方法，其特征在于，所述脉冲宽度调变模式进一步将帧内点亮时间段落分享给邻近的具有不点亮的帧，使显示面板上的像素对于原连续帧中点亮的帧时间分散到邻近不具有点亮像素的帧时段。
3.根据权利要求2所述的增加灰阶的驱动方法，其特征在于，所述点亮时间段落分享是在相同的帧个数内使像素保持原灰阶度需要的相同点亮时间。
4.根据权利要求书2所述的增加灰阶的驱动方法，其特征在于，所述显示面板上同一区段电极上下方相邻像素的脉冲宽度调变的点亮信号连续，及不点亮的脉冲宽度调变信号连续，以减少像素的驱动切换动作频率。
5.根据权利要求书4所述的增加灰阶的驱动方法，其特征在于，相邻的区段电极的像素的点亮及不点亮的脉冲宽度调变信号错开，以减少信号间的串音失真。
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