CN101231826A - 减少扭转型和超扭转型液晶显示器反应时间的驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种减少扭转型和超扭转型液晶显示器反应时间的驱动方法，是在输入红绿蓝三原色数据总线后方经过一个动态画面的判断机制，针对不同的动态画面数据，弹性地在每个数据总线更新的时间内给定N次比原来输出电位更高或更低的过驱动补偿电位，由此在更短的时间内就让液晶旋转达到我们期望的目标亮度，大幅改善扭转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)等被动矩阵型液晶显示器反应时间过慢造成移动影像模糊的问题。

Description

减少扭转型和超扭转型液晶显示器反应时间的驱动方法

技术领域

一种被动矩阵式液晶显示器的驱动技术，尤指一种针对扭转线型(TN)及超扭转线型(STN)被动矩阵式液晶显示器(LCD)上，确实能有效地缩短液晶反应时间，改善动态画面模糊(Blurring)的现象。

背景技术

由于液晶显示器的轻薄短小的特性，且比传统CRT显示器更低的电能消耗，使得近年来液晶显示器已逐渐取代CRT显示器。

液晶平面显示器如果依照驱动显示方法，可分为被动矩阵型(PM-LCD)与主动矩阵型(AM-LCD)两种。PM-LCD的驱动方式是在上、下二玻璃面板上，分别在一个面板上设置列(X)方向透明ITO(Indium Tin Oxide)电极，另一个面板上设置行(Y)方向透明ITO电极，两面板贴合后(中间填充液晶)，上、下面板形成电极交差的格子状部位就是显示面板的像素，像素的电位差是由外部提供驱动电压来控制X、Y两方向上的电极，达成驱动像素中液晶的转动。

AM-LCD的驱动方式是在面板上的每一个像素位置点上设置开关元件(即薄膜晶体管(TFT))及储存讯号的辅助电容(Cst)，各像素驱动是由像素上的元件独立控制，因为AM-LCD是将薄膜晶体管(TFT)置于面板上，也就是常称的TFT-LCD。

请参阅图1所示，是被动矩阵型液晶显示器(m×n)的架构示意图。常见的扭转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)都属于PM-LCD产品，本身没有非线性元件(类似开关元件)来控制液晶像素的操作，所以每一个像素1的形成是水平的共同(Common)电极2走线与垂直的数据(Segment)电极3走线的重迭区域。PM-LCD的基本操作原理是利用液晶材料对所施加电压的均方根值(Root Mean Square Value；RMS)所产生的电光效应，液晶材料的反应时间必须要远大于驱动脉波的扫描周期，如果帧扫描频率(Frame Rate)为60Hz，每一条水平扫描线(即共极电极2)被选取的时间间隔为16.67ms，则所需的液晶材料反应时间一般为200ms，这是液晶对均方根值(RMS)反应的必要条件。

但是，传统的振幅选择驱动(Alt & Pleshko Theory；APT)方式，如果显示动态画面时，由于液晶材料的反应时间过慢，会造成移动画面拖影的现象，如果使用快速反应的液晶材料，会造成画面严重的闪烁(Flicker)现象，同时画面对比会大幅降低。

请参阅图2，是一般过驱动(Over-Driving)电路的查表运算方块示意图。针对前述问题，一般的解决方式是针对不同画面给定不同的过驱动电压V’的值。方法是利用画面判断电路10将新进来的当前帧数据(Current Field)与先前被储存的设置于驱动装置内部(或外部)的储存装置11之前的帧数据(Previous Field)经过比较装置12的互相比较，如果不相同表示是动态画面，一般对于动态画面的数据是通过查表运算(LUT)电路13利用查表的方式去查表后，输出相对应的过驱动的输出电压值，这就是过驱动(Over-Driving)电路的操作原理。

查表运算(LUT)是使用一个索引的阵列当作新的过驱动电压V’值表，将一些非线性及复杂的演算整合成以常数来概括，使得整个运算过程中省略了繁复的计算，提高了实质的影像处理效率。而被送出的输出电压值即可对应数据电极3正确的输出过驱动电压V’，如此可以有效地缩短传统被动矩阵型液晶显示器(TN型与STN型)所用的驱动法为振幅选择驱动(APT)的反应时间，降低播放动态画面中拖影的现象。

因为被动矩阵型液晶显示器(TN型与STN型)是一种被动式架构，每个像素内并无开关元件，无法将液晶储存电容充电后的电荷锁住，所以当数据电极输出电压后，液晶电容内的电荷会经杂散电容(Cgd)或其充电路径漏电，所以液晶电容无法维持固定准位，因此数据电极在一个帧时间充电后，在液晶像素电容的真正有效电位会比数据电极输出的小很多，造成显示动态画面边缘模糊(Blurring)的现象。

发明内容

于是，为解决上述的缺陷，避免缺陷存在，本发明的目的在于，对于扭转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)等被动矩阵型液晶显示器的振幅选择驱动(APT)，利用过驱动(Over driving)补偿法与高频更新率的概念，应用在扭转线型(TN)及超扭转线型(STN)等被动矩阵型液晶显示器，由此能有效地缩短反应时间，确实改善动态画面模糊(Blurring)的现象。

为实现上述目的，本发明利用过驱动的操作原理，在输入红绿蓝(RGB)三原色数据总线后方经过一个动态画面的判断机制，只要目前的数据与前一个画面的数据不同，通过输出倍频电路，弹性地在每个数据总线更新的时间(refresh time)内给定N次比原来输出电位更高或更低的过驱动(Over-Driving)补偿电位，且该N为大于等于2，小于等于8的正整数(2≤N≤8)。一般情况下只会在一个帧(frame)时间内输出一次的数据电压对液晶电容充电，因为被动矩阵型液晶显示器(TN型与STN型)每个像素内并无开关元件，液晶电容内的电荷会经杂散电容(Cgd)或其充电路径漏电，故在一个帧时间后，液晶电容上的电压是不足以达到输入数据总线预期的电压准位。我们改以在一个帧(frame)时间内重复输出N次(即在一个帧时间内对像素电容N次充电)，并给以更高或更低的过驱动补偿电压，故能在更短的时间内就让液晶旋转达到我们期望的目标亮度，大幅改善扭转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)等被动矩阵型液晶显示器反应时间过慢造成移动影像模糊(blurring)的问题。

而该补偿电位V’是原来输出电位V经过查表运算(LUT)所对应的值，送出相对应的过驱动的输出电压值，其电压范围为0≤V’≤液晶驱动的最高电压。

另外，我们可以将影像数据的三原色RGB数据转换成YCbCr数据，依照视讯压缩标准压缩取样及结合。其中，该压缩取样是择自Y∶Cb∶Cr＝4∶2∶0及Y∶Cb∶Cr＝4∶1∶1的其中取样演算规则，因此，可有效地降低一半的储存数据量。

附图说明

图1是被动矩阵型液晶显示器(m×n)的架构示意图；

图2是一般过驱动电路的查表运算方块示意图；

图3是数据电极讯号(SEG)在一个扫描帧(frame)的时间内输出波形的示意图；

图4是数据电极讯号(SEG)在一条线时间分割成16个等份的输出准位波形的示意图；

图5是一个像素内液晶由初始亮度到目标亮度的位置示意图；

图6是本发明过驱动电路的方块示意图；

图7描述驱动元件的数据电极写入面板的频率将是输入数据总线更新频率的N倍(6倍)与原更新频率的比较示意图；

图8描述驱动元件的数据电极以过驱动电压写入面板，且频率将是输入数据总线更新频率的N倍(6倍)与原电压原更新频率的比较示意图；

图9是过驱动补偿数据电极讯号(SEG)在一条线时间分割成16个等份的输出准位波形的示意图；

图10是本发明过驱动电路的另一实施方块示意图；

图11是三原色RGB数据经过YCbCr(4∶2∶0)转换的示意图。

具体实施方式

根据有关本发明的详细内容及技术说明，现以实施例来作进一步说明，但应了解的是，该等实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为本发明实施的限制。

扭转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)等被动矩阵型液晶显示器所用的驱动法，驱动装置的数据(Segment)根据每个帧(Frame)输入的数字红绿蓝(RGB)三原色数据的不同而转换不同的输出灰阶电压(在光学上对应的就是某个灰阶的亮度)。因为扭转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)只有黑白两种状态，而灰阶的产生是在一条扫描线(1 line)的时间内以脉宽调变(PulseWidth Modulation；PWM)的方式来区分。请参阅图3所示，是数据电极讯号SEG在一个扫描帧(Frame)的时间内输出波形的示意图。假设一个帧的时间内有m条的扫描线(m×n矩阵型液晶显示器)，一个读写(WR)周期表示一条扫描线的时间(1 line time)，由图3可看出数据电极讯号SEG依照数据中不同的输出灰阶电压，而输出不同的脉宽调变波形。

如图4所示，假设把一条扫描线充电的时间分割成16个等份，数据电极讯号SEG0在某一条线的时间内全黑的等份是占6/16，下一条线则是12/16，而数据电极讯号SEG1在此条线的时间内全黑所占的等份是13/16，下一条线则是10/16。

但是，因为被动矩阵型液晶显示器(TN型与STN型)是一种被动式架构，每个像素内并无开关元件，所以当数据电极输出电压后，液晶电容内的电荷会经杂散电容(Cgd)或其充电路径漏电，所以液晶电容无法维持固定准位，故数据电极在一个帧时间充电后，在液晶像素电容的真正有效电位会比数据电极输出的小很多。

请参阅图5所示，是一个像素内液晶由初始亮度到目标亮度的位置示意图。数据电极需要经过多个帧时间的充电后，像素内液晶由初始位置到目标位置的有效电压Veff才会达到，所以扭转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)等被动矩阵型液晶显示器的反应时间才会如此缓慢。如图5中表示，当第一个帧时间数据电极对液晶电容内的充电电压为V1，但因为杂散电容或其充电路径漏电d1，所以最后第一个帧时间数据电极对液晶电容的有效电压为V1-d1＝Veff1；依此类推，第二个帧时间数据电极对液晶电容的有效电压也是V1-d1＝Veff2。假设经过数据电极送出十二次的相同电压后才达到我们的目标亮度，所以液晶显示器的反应时间就是每个帧的时间16.67ms×12，接近200ms。

请参阅图6所示，是本发明过驱动电路的方块示意图。与一般过驱动(Over-Driving)相同，是针对不同画面给定的不同过驱动电压V’的值，利用一画面判断电路20将新进来的当前帧数据(Current Field)与先前被储存于一设置于驱动装置内部(或外部)的储存装置21的前一帧数据(Previous Field)经过一比较装置22的互相比较，若不相同表示是动态画面，一般对于动态画面的数据是透过一查表运算(LUT)电路23利用查表的方式去查表后，送出相对应的过驱动电压V’的值。

本发明利用过驱动的操作原理，在输入红绿蓝(RGB)三原色数据总线后方经过判断动态画面的比较装置22，只要发现目前的数据与前一个画面的数据不同，通过一位于该查表运算(LUT)电路23后的输出倍频电路24，弹性地在每个数据总线更新的时间(refresh time)内给定N次比原来输出电位V更高或更低的过驱动补偿电位V’，且该N为大于等于2，小于等于8的正整数(2≤N≤8)，而该补偿电位V’是原来输出电位V经过查表运算(LUT)所对应的值，送出相对应的过驱动的输出电压值，其电压范围为0≤V’≤液晶驱动的最高电压。所以驱动元件的数据电极写入显示面板的频率将是输入红绿蓝(RGB)三原色数据总线更新频率的N倍。

请参阅图7所示，是描述驱动元件的数据电极写入面板的频率将是输入数据总线更新频率的N倍(6倍)与原更新频率的比较示意图。右边所示为一个像素内液晶由初始零准位到目标亮度的电压准位(Target Voltage)，数据电极需要经过六个帧的时间送出相同输出电压V1之后才能达到我们的目标亮度，所以反应时间就是每个帧(Frame)的时间16.6ms×6，接近100ms，其中d1是因像素的漏电路径所拉下的电压准位。而在图7的左边，我们使数据电极原来输出电位V1在一个数据更新时间(即一个帧时间)内，通过该输出倍频电路24使该输出电压V1重复输出六次，因此能在一个帧的时间内就让液晶旋转达到我们期望的目标亮度，所以反应时间能缩短到一个帧的时间＝16.6ms。

请参阅图8所示，是描述驱动元件的数据电极以过驱动电压写入面板，且频率将是输入数据总线更新频率的N倍(6倍)与原电压原更新频率的比较示意图。图中的左边，将数据电极的输出电压V1改为已用过驱动电压V’来代替，将使反应时间更为缩短(反应时间能小于一个帧的时间)，改善扭转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)等被动式矩阵显示器反应时间过慢的效果更好。

由此方法，不但使数据电极输出比原来输出电位V更大(或更小)的有效电压，也在一个数据更新时间内重复输出多次，因此能在更短的时间内就让液晶旋转达到我们期望的目标亮度，大幅改善扭转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)等被动矩阵型液晶显示器反应时间过慢造成移动影像模糊(blurring)的问题。

请参阅图9所示，为过驱动(Over-Driving)补偿数据电极准位波形的示意图(将图4的输出准位波形过驱动)，在过驱动后数据电极SEG0在某一条线的时间内全黑的等份是占整条扫描线时间(1 line time)的13/16，下一条线则是14/16，而数据电极SEG1在某一条线的时间内全黑的等份是占15/16，下一条线则是12/16。

在每个数据更新时间内让数据电极SEG输出N次的过驱动补偿使得像素内的液晶能在更短的时间内(接近一个帧时间)达到或接近使一个像素内液晶由初始位置到目标位置的有效电压Veff的目标亮度，所以能大幅改善移动画面模糊的现象。且，由于扭转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)的基本驱动方法为振幅选择驱动(APT)，其操作原理是利用液晶材料对所施加电压的均方根值(RMS)所产生的电光效应，因此本发明的过驱动电压补偿方法经过均方根值(RMS)后，并不会有严重的闪烁现象。

在节省成本上，原本过驱动(Over-Driving)补偿方法需增加一个额外的绘图内存(GRAM)，储存上一张画面的数据，用来与目前进来画面数据的比较，我们可以将影像数据的三原色RGB数据转换成YCbCr数据，依照视讯压缩标准压缩取样及结合。请参阅图10所示，是本发明过驱动电路的另一实施方块示意图，所以前一帧数据先经过一第一转换单元25，该第一转换单元25接入前一帧的三原色RGB的影像数据，且将三原色RGB数据转换成YCbCr数据，如图11所示，其中该压缩取样是选择自Y∶Cb∶Cr＝4∶2∶0及Y∶Cb∶Cr＝4∶1∶1的其中一取样演算规则。再将YCbCr数据储存于驱动装置内部(或外部)的储存装置21，而第二转换单元26再将YCbCr数据转换成三原色RGB数据，且将数据送给该比较装置22。因为Y所代表的意义是亮度(luminance)信号，而Cb和Cr所代表的意义是色差信号，针对人类眼睛影响最大的Y成份，透过一取样比例的取样压缩后再储存于内存内，减少驱动装置所需内存的大小。因此，可有效地降低一半的储存数据量，如此可直接将上一张画面与目前画面经过过驱动补偿处理后的数据都一起储存在原始驱动装置内部的一颗绘图内存，不需要额外的绘图内存。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (4)

1.一种减少扭转型和超扭转型液晶显示器反应时间的驱动方法，其特征在于，包括：

利用过驱动的操作原理，在输入红绿蓝三原色数据总线后方经过动态画面的判断机制，只要目前的数据与前一个画面的数据不同，透过输出倍频电路(24)，弹性地在每个数据总线更新的时间内，给定N次比原来输出电位更高或更低的过驱动补偿电位；且所述N为大于等于2，小于等于8的正整数。

2.根据权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，进一步地，所述过驱动补偿电位是通过查表运算，过驱动电路利用查表的方式，输出对应于不同画面而给定的不同的过驱动补偿电位，其过驱动补偿电位范围为大于等于0，小于等于液晶驱动的最高电压。

3.根据权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，进一步地，将红绿蓝三原色数据转换成YCbCr数据，依照视讯压缩标准压缩取样。

4.根据权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，所述压缩取样是选择自Y∶Cb∶Cr＝4∶2∶0及Y∶Cb∶Cr＝4∶1∶1的其中一个取样演算规则。

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