CN101315748B - 显示器的驱动装置与其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示器的驱动装置与其驱动方法，其中驱动装置包括影像处理单元、时序控制器以及背光控制器。影像处理单元将帧期间分为影像期间与暗态期间，在暗态期间中，利用灰阶画面与时序扫描背光对画面进行插黑(插灰)，在影像期间中，影像资料则配合动态背光来显示，借此使显示器达到最佳对比度与最低功率消耗。

Description

显示器的驱动装置与其驱动方法

技术领域

本发明是关于一种显示器的驱动装置与方法，且特别是关于一种可用于画面插黑/插灰的驱动装置与方法。

背景技术

在消费性电子产品中，液晶显示器提供娱乐及即时影像等多种功能，所以经常需要显示动态影像，尤其是液晶电视。然而，由于液晶显示器是属于持续型式(hold-type)的发光模式，且液晶的反应速度较慢，因此当使用者在观看液晶显示器所播放的动态影像时，往往会因人眼的积分效应影响，而使得观看到的影像产生边缘残像(edge blur)等问题。

在传统技术中，动态影像的显示品质的改善方式主要有液晶加速驱动(overdrive)与画面插黑(black insertion)两种方式。在画面插黑方面，主要有资料插黑与动态背光(dynamic backlight)两种，所谓资料插黑是经由源极驱动器写入黑画面资料至面板中以达成插黑的效果，而动态背光则是利用背光的关闭来达到插黑的效果。单纯使用资料插黑会有画面亮度/对比度下降的问题，而且在暗态期间中，背光源的功率则形同浪费，而单纯使用动态背光则会因液晶有漏光的问题，无法产生较黑的画面。

此外，在传统技术中，通常以固定比例的画面时间来写入黑画面资料，或是采用画面间隔的方式来写入黑画面，并未考虑当时显示的画面亮度。因此，若能先对图象资料进行分析与修正，并配合资料插黑与动态背光来调整背光的关闭/开启时间，便可提高面板动态画面响应时间(moving picture response time，MPRT)的表现与大幅降低功率消耗。

发明内容

本发明为解决上述问题而提出一种显示器的驱动装置与驱动方法，同时结合资料插黑/插灰与动态背光来进行画面插黑/插灰，并且根据影像资料的分析结果来调整动态背光的控制信号，使液晶面板达到最佳显示品质高对比与降低功率消耗。

本发明提出一种显示器的驱动装置与驱动方法，先将影像资料倍频，并将一个帧时间分割为影像期间与暗态期间，分别用来显示影像资料与灰阶画面资料。在其影像期间中，本发明更根据影像资料，调整其背光的关闭/开启时间，并于暗态期间中，结合扫描式背光与资料插黑/插灰，以提升画面插黑/插灰的效果与画面对比度。

本发明提出一种驱动装置，用以驱动一显示器以显示一影像信号，影像信号至少包括一帧期间，此驱动装置包括影像处理单元、时序控制器以及背光控制器。影像处理单元用以分析并调整该影像资料，并将帧期间分为影像期间与暗态期间。于暗态期间中，时序控制器输出灰阶画面资料，而背光控制器配合时序控制器的扫描方式，依序调整多数个背光源的亮度或依序关闭背光源。影像处理单元包括倍频单元与影像运算单元。其中倍频单元用以调整影像资料的工作周期，以及影像运算单元根据调整后的影像资料，输出动态背光控制信号与显示资料。其中，时序控制器根据显示资料，在暗态期间输出灰阶画面资料，而背光控制器根据动态背光控制信号调整背光源的亮度，该时序控制器的扫描方式包括由上而下、由下而上、由中间向外、由上下至中间或区块扫描方式。

在本发明的驱动装置中，上述的时序控制器在影像期间输出调整后的影像资料，背光控制器配合调整后的影像资料与时序控制器的扫描方式，于影像调整期间依序调整该些背光源的亮度。

在本发明的驱动装置中，上述的时序控制器在影像期间输出调整后的影像资料，背光控制器配合调整后的影像资料，依序开启并调整该些背光源的亮度。而背光控制器配合时序控制器的扫描方式，在暗态期间依序关闭背光源。

在本发明的驱动装置中，上述背光控制器包括脉波宽度调制产生电路与背光驱动电路，其中脉波宽度调制产生电路，用以产生一脉波调制信号，而背光驱动电路则根据脉波调制信号，调整背光源的亮度或是调整背光源的开启/关闭时间。

在本发明的驱动装置中，上述灰阶画面资料包括黑画面资料或灰画面资料。

从另一个观点来看，本发明提出一种驱动方法，用以驱动显示器以显示影像资料，影像资料至少包括一帧期间，此驱动方法包括下列步骤：首先，接收影像资料；然后调整影像资料的工作周期，并将帧期间分为影像期间与暗态期间；接着，于暗态期间，输出灰阶画面资料；以及于该暗态期间，配合显示器的扫描方式，依序调整多数个背光源的亮度。在调整该影像资料的步骤中，还包括根据调整后的影像资料，输出一动态背光控制信号与一显示资料，该显示资料包括该影像期间与该暗态期间，该显示器的扫描方式包括由上而下、由下而上、由中间向外、由上下至中间或区块扫描方式。

本发明上述的驱动方法，其中于该暗态期间输出该灰阶画面资料的步骤中还包括下列步骤：根据显示资料，在影像期间输出调整后的影像资料；以及根据动态背光控制信号调整背光源的亮度或是调整背光源的开启/关闭时间。上述驱动方法的其余细节已详述于上述驱动装置以及本发明的实施例中，在此不加累述。

本发明由于结合了资料控制与背光动态控制，利用资料插黑/插灰与时序扫描背光并根据影像资料的分析结果，即时调整动态背光的亮度，可有效提升面板整体的MPRT、对比度与降低功率消耗。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1A为根据本发明一实施例的驱动装置的架构图。

图1B为根据本发明一实施例的阴极萤光灯管配置示意图。

图1C为根据本发明一实施例的发光二极管配置示意图。

图2为根据图1A的实施例的工作时序图。

图3为根据图1A的实施例的扫描示意图。

图4为根据本发明另一实施例的扫描方式示意图。

图5为根据本发明另一实施例的资料插黑/插灰与时序扫描背光示意图。

图6为根据本发明另一实施例的扫描时序图。

图7为根据本发明另一实施例的扫描时序图。

图8为根据本发明另一实施例的驱动方法的流程图。

具体实施方式

图1A为根据本发明一实施例的驱动装置的架构图。驱动装置100包括影像处理单元110、时序控制器130、背光控制器，其中影像处理单元110上包括倍频单元115与影像运算单元120，而背光控制器则包括脉波宽度调制产生电路140与背光驱动电路150。时序控制器130用来控制源极驱动器172与栅极驱动器174，而背光单元160受控于背光驱动电路，用以提供光源至面板170，其中背光单元160由多个背光源，例如冷阴极萤光灯管(Cold CathodeFluorescent Lamp，CCFL)或发光二极管(light emitted diode，LED)，分别由背光控制信号LS来控制其开启/关闭时间。

图1B与图1C则分别绘示阴极萤光灯管与发光二极管两种背光源的配置示意图。若背光源由冷阴极萤光所组成，则其设置如图1B所示，由多根冷阴极萤光灯管所组成。若背光源由发光二极管所组成，则其配置如图1C所示，由多个发光单元所组成。图1B与图1C仅为根据实施例列举的背光源配置方式，本发明并不限定于上述两种配置方式。在控制方面，背光控制信号LS则可包括背光控制信号L₁～L_X以分别对应于面板上的扫描区域，每一个背光控制信号L₁～L_X则分别用来控制一个扫描区域(包括多数条扫描线)的背光源。若背光源由冷阴极萤光灯管所组成，则背光控制信号L₁～L_X可用以分别控制每一根冷阴极萤光灯管的亮度。

驱动装置100用以驱动显示器以显示一影像资料，此影像资料至少包括一帧期间，显示器包括源极驱动器172、栅极驱动器174以及面板170。时序控制器130耦接于影像运算单元110，用来控制源极驱动器172与栅极驱动器174，背光控制器(包括脉波宽度调制产生电路140与背光驱动电路150)根据影像处理单元110所输出的动态背光控制信号DLS，负责驱动背光单元160中的背光源。参考电压源176则是提供参考电压至源极驱动器172。

当驱动装置100接收到一影像资料时，影像运算单元110负责分析并调整影像资料，然后将影像资料中的帧期间分为影像期间与暗态期间。在暗态期间中，时序控制器130输出一灰阶画面资料以对面板170进行资料插黑/插灰，而背光控制器则配合时序控制器130的扫描方式，依序调整多数个背光源的亮度。换言之，背光控制器会同时利用时序扫描背光技术与资料插黑/插灰，依序对面板170进行插黑/插灰。在影像期间，则用来显示影像资料，并根据影像资料所显示的画面内容，以动态背光技术调整背光的开启/关闭时间长度。

在影像运算单元110中，当倍频单元115接收到影像资料时，会根据一同步信号，对影像资料进行倍频的动作，例如进行60Hz的影像倍频以缩减影像资料所需的工作周期。若影像资料的原频率为60Hz，则倍频后的影像资料，其所需的帧时间可缩小为原先的一半，其余的时间便可用来进行资料插黑/插灰。影像运算单元120会将一帧期间分为影像期间与暗态期间，在影像期间中显示影像资料，在暗态期间中插入灰阶画面资料，形成正常画面与黑画面相间的显示效果。上述灰阶画面资料包括黑画面资料或灰画面资料，若欲进行画面插黑则输入黑画面资料，若欲进行画面插灰则输入灰画面资料。

影像运算单元120会根据倍频后的影像资料，输出动态背光控制信号DLS至脉波调制产生电路140与显示资料DS至时序控制器130，显示资料DS包括影像期间与暗态期间。因此，每一个帧时间中的影像资料都会有相对应的资料插黑/插灰，当进行资料插黑/插灰时，背光控制器根据动态背光控制信号DLS调整背光源的亮度，以加强插黑/插灰的效果。当进行影像资料的画面显示时，背光源则会对应开启。背光控制器中的脉波宽度调制产生电路140用以产生脉波调制信号PWMS，而背光驱动电路150则根据脉波调制信号PWMS，调整背光源的亮度或开启/关闭时间。

接下来，进一步说明本实施例的工作时序，请同时参照图1A与图2，图2为根据图1A实施例的工作时序图。影像资料中的帧资料F(n)～F(n+2)表示第n～(n+2)帧(frame)的画面资料。在倍频与影像处理后，影像运算单元120会在显示资料DS中插入灰阶画面资料BID，因此在帧期间T中会包括一影像期间TP1与一暗态期间TP2，在影像期间TP1中则包括倍频后的影像资料中相对应的帧资料F(n-1)，在暗态期间TP2中则包括灰阶画面资料BID。由于显示资料DS是经由影像资料所运算出来的，所以会有时序上的延迟，在本实施例中则令其延迟一个帧期间，所以在帧期间T，显示资料DS是包括帧资料F(n-1)，而其下一个帧期间才会是帧资料F(n)。

由于显示资料DS中的画面为正常画面与插黑/插灰画面相间，所以在影像期间TP1中，相对应的背光源会根据背光控制信号L₁～L_X而依序开启。在暗态期间TP2中，相对应的背光源则会依序关闭/开启以增强插黑/插灰效果。如图2所示，当背光控制信号L₁～L_X为逻辑高电位时，其相对应的背光源开启，当背光控制信号L₁～L_X为逻辑低电位时，其相对应的背光源关闭。请参照图3，图3为根据本实施例的扫描示意图。在暗态期间中，请参照如图3(a)，面板中的画面开始进行资料插黑/插灰，而背光单元中的背光源则随着面板端的扫描方式依序关闭。在影像期间中，请参照图3(b)，面板中的画面开始进行影像资料的更新与显示，而背光单元则随着面板的扫描方式(由时序控制器所控制)，依序开启背光源。换言之，驱动装置100在进行画面的显示与插黑/插灰时，会同时以时序扫描的方式来开启/关闭背光源，以增进插黑/插灰的效果。

关于时序控制器的扫描方式包括由上而下、由下而上、由中间向外、由上下至中间或区块扫描方式。请参照图4，图4为根据本发明另一实施例的扫描方式示意图。图4(a)～图4(f)分别表示不同的扫描方式，图4(a)为由上而下的方式，其中插黑/插灰的扫描顺序会与背光的扫描顺序同向，图4(b)为由下而上，图4(c)为由中间向外，图4(d)为由上下向中间，图4(e)与图4(f)为区块扫描方式。本发明并不受限于上述扫描方式，本技术领域的技术人员，经由本发明的揭示应可轻易推知其余可行的扫描方式，在此不加累述。

在本实施例中，背光源的开启与关闭时间的比例并不限定为1∶1，可以依照设计需求而定。在本实施例中，以一演算法参数L设定其背光源在整个帧期间中所占的比例。影像运算单元120即根据演算法参数L来调整显示资料DS。请参照图5，图5为根据本发明另一实施例的资料插黑/插灰与时序扫描背光示意图。在图5实施例中，演算法参数L表示脉波调制信号PWMS的工作周期(duty cycle)，当脉波调制信号PWMS为逻辑低电位(失能)时，相对应的背光源关闭。当L＝100％时，脉波调制信号PWMS的失能期间为50％(如脉波调制信号PWMS 1)，即半个帧期间，当L＝60％时，脉波调制信号PWMS的致能期间为40％(如脉波调制信号PWMS2)，当L＝30％时，脉波调制信号PWMS的失能期间为30％(如脉波调制信号PWMS3)，当L＝0％时，脉波调制信号PWMS的失能期间为20％(如脉波调制信号PWMS4)。其中演算法参数L与脉波调制信号PWMS1～4之间的波形关系可依照设计需求而定。背光源的驱动电流波形LCW1～4则根据脉波调制信号PWMS1～4的致能期间而定，当脉波调制信号PWMS致能时，背光驱动电路150便会产生相对应的驱动电流波形，以驱动相对应位置的背光源。

此外，在本发明另一实施例中，在影像期间中，亦可依照所显示的影像资料，动态调整背光的开启/关闭时间，也就是利用动态背光(dynamic backlight，DBL)技术来增加画面的对比度与加强插黑/插灰的效果。请参照图6，图6为根据本发明另一实施例的扫描时序图。以帧期间T为例，其中包括影像期间TP 1与暗态期间TP2。配合演算法参数L，可决定暗态期间TP2中背光源的关闭时间，而配合动态背光DBL，可决定影像期间TP1中的背光源的开启/关闭时间。在影像期间TP1中，背光源的开启/关闭时间会根据影像资料而定，当画面较亮时，可设定较久的开启时间，当画面较暗时，可设定较短的开启时间，以加强画面的对比度。

图6中，以L＝100％为例，当DBL＝30％时，表示脉波调制信号PWMS的工作周期为50％，而在脉波调制信号PWMS致能的期间中，有30％的时间，背光源为关闭状态。当DBL＝50％时，表示脉波调制信号PWMS致能的期间中，有50％的时间，背光源为关闭状态。当DBL＝70％时，表示脉波调制信号PWMS致能的期间中，有70％的时间，背光源为关闭状态。

在本发明另一实施例中，其动态背光DBL可配合不同的演算法参数L来调整背光源的开启与关闭时间。图7为根据本发明另一实施例的扫描时序图。图7与图6主要不同在于演算法参数L为60％，表示脉波调制信号PWMS的工作周期为40％。因此，在图7中，背光源关闭的时间更长，而配合动态背光DBL，不仅可以达到画面插黑/插灰的效果，也可以达到增加画面对比的效果。

从另一个观点来看，本发明还提出一种驱动方法，适用于驱动一显示器以显示一影像资料，此影像资料至少包括一帧期间。图8为根据本发明另一实施例的驱动方法的流程图。步骤S810接收影像资料，然后步骤S820调整影像资料的工作周期(例如以倍频的方式调整)，并将帧时间分为影像期间与暗态期间。接着，步骤S830于暗态期间，输出灰阶画面资料，而步骤S840于暗态期间，配合显示器的扫描方式，依序调整多数个背光源的亮度或依序关闭背光源。换言之，上述步骤S830与S840即结合资料插黑/插灰与时序扫描背光技术，同步配合显示的扫描方式，对画面进行插黑/插灰。关于显示器的扫描方式则包括由上而下、由下而上、由中间向外、由上下至中间或区块扫描方式等，本实施例也可适用于其余扫描方式，并不限定于上述所提及的扫描方式。

在本发明另一实施例中，步骤S820还根据调整后的影像资料，输出一动态背光控制信号与一显示资料，上述显示资料包括影像期间与暗态期间。而步骤S830还包括下列步骤：首先，根据显示资料，在影像期间输出调整后的影像资料，以及根据动态背光控制信号调整背光源的亮度。步骤S840更包括下列步骤：首先，于暗态期间中，依序关闭背光源，以及于影像期间中，依序开启背光源，并配合动态背光调整背光源的开启/关闭时间。上述驱动方法中的资料插黑与动态背光。

综合上述，以画面显示的观点来看，驱动装置会将影像资料倍频后，然后配合时序扫描背光进行资料插黑/插灰。而在其影像期间中，会根据所要显示的影像资料的分析结果，结合动态背光的技术来调整画面的亮度，以增加影像的对比度与降低功率消耗。此外，本发明也可用于光学补偿弯曲模式液晶显示器(Optically Compensated Bend Mode Liquid Crystal Display，OCB LCD)，利用OCB液晶的快速反应速度，可增加资料插黑/插灰的效果。

本发明结合资料插黑/插灰、动态背光以及时序扫描背光等相关技术，使插黑/插灰时的画面可以得到更黑的灰阶，而在正常显示时可以增加其画面对比度与降低背光源的功率消耗。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (11)

1.一种驱动装置，用以驱动一显示器以显示一影像信号，该影像信号至少包括一帧期间，该驱动装置包括：

一影像处理单元，用以分析并调整该影像资料，并将上述帧期间分为一影像期间与一暗态期间；

一时序控制器，于该暗态期间，输出一灰阶画面资料；以及

一背光控制器，于该暗态期间，配合该时序控制器的扫描方式，依序调整多数个背光源的亮度；

其中该影像处理单元包括：

一倍频单元，用以调整该影像资料的工作周期；以及

一影像运算单元，根据调整后的影像资料，输出一动态背光控制信号与一显示资料，该显示资料包括该影像期间与该暗态期间，

其中，该时序控制器根据该显示资料，在该暗态期间输出该灰阶画面资料，该背光控制器根据该动态背光控制信号调整该些背光源的亮度，该时序控制器的扫描方式包括由上而下、由下而上、由中间向外、由上下至中间或区块扫描方式。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，该时序控制器在该影像期间输出调整后的该影像资料，该背光控制器配合调整后的该影像资料与该时序控制器的扫描方式，于该影像调整期间依序调整该些背光源的亮度。

3.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，该时序控制器在该影像期间输出调整后的该影像资料，该背光控制器配合调整后的该影像资料，依序开启并调整该些背光源的亮度。

4.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，背光控制器配合时序控制器的扫描方式，在该暗态期间依序开启/关闭该些背光源。

5.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，该背光控制器包括：

一脉波宽度调制产生电路，用以产生一脉波调制信号；以及

一背光驱动电路，根据该脉波调制信号，调整该些背光源的亮度。

6.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，该些背光源包括冷阴极萤光灯管或发光二极管。

7.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，该灰阶画面资料包括黑画面资料或灰画面资料。

8.一种驱动方法，用以驱动一显示器以显示一影像资料，该影像资料至少包括一帧期间，该驱动方法包括下列步骤：

接收该影像资料；

调整该影像资料的工作周期，并将上述帧期间分为一影像期间与一暗态期间；

于该暗态期间，输出一灰阶画面资料；以及

于该暗态期间，配合该显示器的扫描方式，依序调整多数个背光源的亮度；

其中在调整该影像资料的步骤中，还包括下列步骤：

根据调整后的影像资料，输出一动态背光控制信号与一显示资料，该显示资料包括该影像期间与该暗态期间，该显示器的扫描方式包括由上而下、由下而上、由中间向外、由上下至中间或区块扫描方式。

9.如权利要求8所述的驱动方法，其特征在于，于该暗态期间输出该灰阶画面资料的步骤中还包括：

根据该显示资料，在该影像期间输出调整后的该影像资料；以及

根据该动态背光控制信号调整该些背光源的亮度。

10.如权利要求8所述的驱动方法，其特征在于，在配合该显示器的扫描方式，依序调整多数个背光源的亮度的步骤中，还包括：

于该暗态期间中，依序关闭该些背光源；以及

于该影像期间中，依序开启该些背光源。

11.如权利要求8所述的驱动方法，其特征在于，该灰阶画面资料包括黑画面资料或灰画面资料。

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