CN101667399A - 动态画面补偿的液晶显示器及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液晶显示器，包括：动态图像补偿器，其使用倍频技术将第一画面数据与第二画面数据读出，并利用所述第二画面数据与所述第一画面数据产生第一画面形状数据与第二画面形状数据，并利用所述第二画面数据、所述第一画面数据、所述前一画面形状数据以及所述第二画面形状数据产生第一补偿画面数据；数据驱动器，将所述第二画面数据、所述第一画面数据以及所述第一补偿画面数据转换为相应的数据电压，并且输出图像信号；扫描驱动器，用于提供扫描信号；时序控制器，用于控制信号同步与显示时序，控制所述数据驱动器以及所述扫描驱动器；以及液晶显示面板，包括用于传输扫描信号的多条扫描线，与所述扫描线交叉且用于传输所述图像信号的多条数据线，以及像素矩阵，其由所述扫描线与所述数据线所环绕的区域构成。

Description

动态画面补偿的液晶显示器及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种动态画面补偿的液晶显示器及其驱动方法，尤其涉及一种应用动态图像补偿器进行动态画面补偿的液晶显示器。

背景技术

在现有技术中，液晶显示器的显示方式为保持式(Hold Type)，也就是说，理想上一个像素在一个画面的时间内的亮度是保持一致的。图1A为依据灰度值而施加于像素的驱动电压Vd与时间t的关系图。假设一个像素在各个画面时间T1、T2及T3时，其显示的灰度值分别为34、100及30灰度，并分别对应于一个驱动电压。图1B为根据图1A的驱动电压的像素的亮度L与时间t的关系图。亮度线21所示为理想上像素依据驱动电压Vd所应呈现的亮度。而实际上，因为液晶分子反应速度小于电场改变的速度，所以需要一段反应时间才能达到目标亮度。亮度线22所示为实际上像素依据驱动电压Vd所呈现的亮度变化。由于像素的液晶分子反应速度不够快，在显示动态画面时，因每个画面所需显示的灰度值均不同，液晶分子对于每个画面均需转动，如果未能在一个画面中达到所欲显示的灰度，将使得显示灰度不正确，从而影响显示质量。针对上述问题，除了使用反应速度较快的液晶分子外，也可以通过适当的驱动设计来解决。一般而言，在图像灰度信号输入之后，可以通过一个灰度信号调节器(gray signal modulator)，来改善因液晶分子响应过慢所造成的残影现象。如图2所示，为一般液晶显示器的功能结构示意图，其主要包括灰度信号调节器110，用于接收及调节灰度数据信号；时序控制器120，用于控制信号同步与显示时序；数据驱动器130，用于将该已调整的灰度信号数据转换成为相应的数据电压，并且输出图像信号；扫描驱动器140，用于循序提供扫描信号；以及液晶显示面板150，其包括多条扫描线160，用于传输扫描信号；与该扫描线160交叉的多条数据线170，用于传输该图像信号；以及像素矩阵，其由该扫描线160与该数据线170所环绕的区域构成。如图2所示，该灰度信号调节器用来调整原始图像的灰度信号数据，以加快液晶分子的反应速度，再将调整后的灰度信号数据输出至液晶显示器的驱动电路，以将适当的数据电压提供至液晶面板的每一个像素，从而达到正确图像的正确色彩或亮度。

如图3所示，其中表示了传统的灰度信号调节器的基本操作原理。其主要包括图像灰度信号数据输入端210，用于接收当前画面数据；画面存储器(frame memory)220，用于存储前一画面的灰度信号数据；画面存储器控制器230，用于控制该画面存储器(frame memory)220的读写操作；信号转换器240，用于输入第二画面数据F_n-1以及当前画面数据F_n，并进行比较，将图像的电压信号数据进行适当的调整，以得到补偿画面数据C_n。参照图4A及4B，其中表示了如何利用补偿数据信号来修正原始图像信号数据，从而提高液晶反应速度。由图4A可知，将原始图像信号(V_o1～V_o5)施加至液晶面板时，因为液晶分子反应速度太慢，输出的图像亮度无法在一个画面时间内，达到预定的亮度。然而由图4B可知，通过施加适当的补偿数据信号(V_c1～V_c5)修正，输出的图像亮度可以在一个画面时间内，将输出亮度提高至与输入图像数据相符的程度，因而得以有效改善因液晶分子转向的时间响应过慢所造成的灰度显示不正确的情形。一般而言，为了要提高信号转换器处理图像数据，计算补偿电压的效率，通常会以预先设计好的查找表(Look-Up Table)，以查表法来提高处理速度。

但即便液晶分子的反应时间为零，依然会产生拖影(Blur)的现象，造成动画质量下降。这主要是因为液晶显示器为保持式(Hold type)的显示装置，这种显示装置的每一个像素，在一个画面(frame)时间内均会持续显示一个灰度。例如图5A所示，图中表示物体，例如2×2像素，在T1时位于201的位置，在T2时移动至202的位置。当人眼观察该移动的物体时，会自动追逐其移动的轨迹，参照图5B，其中轨迹P1、P2、P3与P4表示物体上缘及左右邻接的两个像素在T1至T2所观察的轨迹。假设该物体中每一像素的灰度均为128，该画面其余部份均为0灰度，则可将轨迹P1、P2、P3与P4及其相对应的归一化亮度(normalized luminance)表示如图5C。图中205为人眼观察该四个像素于连续画面T1与T2时间中所感觉到的归一化亮度。207则表示人眼追逐该四个像素的移动轨迹时所应表现出的归一化亮度，这种情形下人眼将不会感受到拖影(Blur)现象。

因此在已知技术中，为了改善保持式液晶显示特性所造成的拖影现象，目前常采用的方法有两种：一种为脉冲式(Impulse type)技术，另一种方式为动态补偿(motion compensation)技术来呈现图像数据，理论上可应用以下两种技术来达到脉冲式技术的目的：(1)在连续图像画面中插入黑画面；(2)在背光源中插入黑画面信号，使背光源闪烁。应用脉冲式技术的优点为电路简单，但其缺点是会产生闪烁现象。而应用动态补偿技术，其优点为不会发生闪烁现象，但其缺点是电路复杂。后者的移动补偿方法将会提高图像信号处理的复杂度，且须结合昂贵且复杂的硬件，因此不太符合一般量产的低成本要求。

因此，本发明鉴于现有技术之缺陷，进行改良，发明出本申请的『动态画面补偿的液晶显示器与其驱动方法』。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种动态画面补偿的液晶显示器及其驱动方法，利用动态图像补偿器针对输入图像数据进行动态图像补偿，以改善人眼观看动画时所产生的拖影现象，进而提高动画质量。

本发明的另一目的在于提供一种动态画面补偿的液晶显示器及其驱动方法，利用倍频技术将第一画面数据和第二画面数据读出，并利用该第二画面数据与和第一画面数据产生第一画面形状数据和第二画面形状数据，并利用该第二画面数据、该第一画面数据、该前一画面形状数据以及该第二画面形状数据产生第一补偿画面数据，以改善人眼观看动画时所产生的拖影现象，进而提高动画质量。

为实现上述目的，本发明提供一种液晶显示器，包括：

动态图像补偿器，其使用倍频技术将第一画面数据和第二画面数据读出，并利用该第二画面数据和该第一画面数据产生第一画面形状数据和第二画面形状数据，并利用该第二画面数据、该第一画面数据、该前一画面形状数据以及该第二画面形状数据产生第一补偿画面数据；

数据驱动器，将该第二画面数据、该第一画面数据以及该第一补偿画面数据转换成相应的数据电压，并且输出图像信号；

扫描驱动器，用于提供扫描信号；

时序控制器，用于控制信号同步与显示时序，控制该数据驱动器以及该扫描驱动器；以及

液晶显示面板，包括用于传输扫描信号的多条扫描线，与该扫描线交叉且用于传输该图像信号的多条数据线，以及像素矩阵，其由该多条扫描线与该多条数据线所环绕的区域所构成。

通过以下附图及详细说明，将更深入地了解本发明。

附图说明

图1A为现有技术中依据灰度值而施加于像素的驱动电压Vd与时间t的关系图；

图1B为根据第1A图的驱动电压的像素的亮度L与时间t的关系图；

图2图为现有液晶显示器的功能结构示意图；

图3为现有灰度信号调节器功能结构示意图；

图4A及4B为现有技术中利用补偿电压修正图像信号数据来改善残影现象的示意图；

图5A为现有技术中物体在T1时位于201的位置，在T2时移动至202的位置示意图；

图5B为现有技术中人眼观察该移动的物体时，会自动追逐其移动的轨迹示意图；

图5C为图5B中轨迹P1、P2、P3与P4及其相对应的归一化亮度示意图；

图6A为本发明优选实施例的动态画面补偿的液晶显示器功能结构示意图；

图6B为本发明优选实施例的动态画面补偿图像信号产生示意图；

图6C为本发明优选实施例的动态画面补偿图像信号产生流程示意图；

图7为本发明优选实施例的动态图像补偿器功能结构示意图；

图8A至8D为本发明优选实施例的形状纪录器的基本操作原理示意图；

图9A为本发明优选实施例的利用相对应于倍频画面数据与画面形状数据中同一位置的左右各3个像素的数据进行计算，以获得调整画面信号F’_n-2中的值F_n-2(i，j)的倍频画面数据表与画面形状数据表示意图；

图9B为本发明优选实施例的算法示意图。

具体实施方式

为了描述本发明的显示器及其显示方法，将通过以下实施例详细说明，但本发明要求的保护范围并不限于下述实施例。

参照图6A，其为本发明优选实施例的动态画面补偿的液晶显示器功能结构示意图。如图6A所示，本发明动态画面补偿的液晶显示器300主要包括动态图像补偿器310、时序控制器320、数据驱动器330、扫描驱动器340以及液晶显示面板350。参考图6B，该动态图像补偿器310接收输入画面数据，例如在时间T1、T2及T3时分别接收画面数据F_n-2、F_n-1与F_n，且时间T1、T2与T3间的间隔为16.67ms。在处理步骤402中，将数据频率倍频，以产生倍频画面数据，其中时间T1、T1’、T2、T2’、T3分别对应倍频画面数据F_n-2、F_n-2、F_n-1、F_n-1与F_n，其中，在本发明的实施例中，倍频画面数据F_n-2、F_n-1与F_n分别等于输入画面数据F_n-2、F_n-1与F_n。在处理步骤403中，将各倍频画面数据F_n-2、F_n-2、F_n-1、F_n-1与F_n，运算而得到画面形状数据S_n-2、S_n-2、S_n-1、S_n-1与S_n。其中，该画面形状数据可以表示每一个像素与其周边像素的相对关系。在处理步骤404中，利用倍频画面数据F_n-2、F_n-2、F_n-1、F_n-1与F_n，以及画面形状数据S_n-2、S_n-2、S_n-1、S_n-1与S_n，以得到调整画面数据F_n-2、F’_n-2、F_n-1、F’_n-1与F_n，其中，在本发明的实施例中，调整画面数据F_n-2、F_n-1与F_n等于倍频画面数据F_n-2、F_n-1与F_n。最后，调整画面数据F_n-2、F’_n-2、F_n-1、F’_n-1与F_n以驱动液晶显示面板。该时序控制器320用于接收输出画面数据与同步信号、产生控制信号并根据显示时序将调整画面数据与控制信号输出至数据驱动器330与扫描驱动器340。该数据驱动器330用于将该调整画面数据转换为相应的数据电压，并将其输出至液晶显示面板上的各像素。该扫描驱动器340用于循序提供扫描信号至液晶显示面板上的各像素并控制其开关切换。该液晶显示面板350包括多条扫描线360，用于传输扫描信号，多条交叉于该扫描线360的数据线370，用于传输该数据电压。像素矩阵，其由该扫描线360与该数据线370所环绕的区域构成。如图6A、6B所示，该动态图像补偿器310针对输入图像数据进行动态图像补偿，以改善人眼观看动画时所产生的拖影现象，进而提高动画质量。

参照图7，其中示出本发明优选实施例的动态图像补偿器310的基本操作原理。如图7所示，其主要包括一个图像的图像数据输入端410、画面存储器420、控制器430、第一形状纪录器440、第二形状纪录器450以及形状比较器460。

该图像数据输入端410用于接收输入画面数据。该画面存储器420用于存储画面数据F_n-2、画面数据F_n-1以及画面数据F_n。该控制器430用于控制该画面存储器420的读写操作，其中以该控制器430以60Hz来读取当前画面数据F_n为例，则利用倍频技术将画面数据F_n-2、画面数据F_n-1以120Hz读出。该第一形状纪录器440和该第二形状纪录器450分别用于产生该画面数据F_n-1和该画面数据F_n-2的画面形状数据S_n-1和画面形状数据S_n-2。利用该画面数据F_n-1、该画面数据F_n-2、该画面形状数据S_n-1以及该画面形状数据S_n-2，输入该形状比较器460，则可以在倍频图像数据中插入补偿画面数据F’_n-2。根据该补偿画面数据F’_n-2则可以进行动态画面补偿。

参照图8A至8D，其中示出本发明优选实施例的形状纪录器的基本操作原理。图8A为倍频画面数据F_n-2，图中黑色区为像素数据F_n-2(i，j)，本发明的实施例以一个3×3像素区块为计算单位，即，以该像素数据F_n-2(i，j)为中心，找出其邻接的8个像素的像素数据以进行后续运算。当然，本领域的技术人员可以各种不同大小、形状的像素区块进行运算。

首先，如图8B和8C所示，以3×3像素大小为区块单位为例进行下列说明。以该画面数据F_n-2的空间位置(i，j)为中心的区块单位包括九个像素值进行下列运算：

D1＝|F_n-2(i-1，j+1)-F_n-2(i，j)|；

D2＝|F_n-2(i，j+1)-F_n-2(i，j)|；

D3＝|F_n-2(i+1，j+1)-F_n-2(i，j)|；

D4＝|F_n-2(i-1，j)-F_n-2(i，j)|；

D5＝|F_n-2(i，j)-F_n-2(i，j)|＝0；

D6＝|F_n-2(i+1，j)-F_n-2(i，j)|；

D7＝|F_n-2(i-1，j-1)-F_n-2(i，j)|；

D8＝|F_n-2(i，j-1)-F_n-2(i，j)|；

D9＝|F_n-2(i+1，j-1)-F_n-2(i，j)|；

其中，因为D5必为0，故不列入考虑。画面形状数据中每一个值为八位数值，其可表示如下：

S_n-2(i，j)＝(Q1，Q2，Q3，Q4，Q6，Q7，Q8，Q9)

当Dm小于第一特定数值，则Qm＝0；当Dm大于第一特定数值，则Qm＝1，m＝1～9。如此，针对画面上每一个像素均做该计算，可得到画面形状数据S_n-2。同理可根据倍频画面数据F_n-1得到画面形状数据S_n-1。当然，该第一特定数值可以为固定数值，或根据输入信号做动态调整，例如，如果期望得知较精确的画面形状数据，则可减小第一特定数值，使得画面形状数据中逻辑为1的位数增加。

接着，将上述所得的倍频画面数据F_n-1、倍频画面数据F_n-2、画面形状数据S_n-1与画面形状数据S_n-2，取出1×7的像素区块来做计算。如图9A所示，所欲得到的调整画面信号F’_n-2中的值F_n-2(i，j)，取出其对应于倍频画面数据与画面形状数据中同一位置的左右各3个像素的数据来进行计算，当然，如果期望增加计算的精确度可以使用例如1×9或甚至更大的像素区块来计算。如图9B所示，首先设定第一参数C1为F_n-1(i，j)，第二参数C2为32，当然这两个参数值可根据实际需要进行调整。接着将画面形状数据S_n-1与S_n-2相对于F’_n-2(i，j)为中心的两位置的信号进行相减，若为0，可知这两个位置的画面形状数据相同。接着判断这两个位置在倍频画面数据F_n-1与F_n-2中的相减值，是否小于该第二参数C2，若为是，则设定第二参数C2等于这两个位置在倍频画面数据F_n-1与F_n-2中的相减值，且设定第一参数C1等于这时在倍频画面数据F_n-1中位置的数值。如此，通过图9B所示的算法，可以得到调整画面信号F’_n-2。当然，也可根据计算复杂度与精确度的考虑，使用其它算法机制以得出调整画面信号。

上述本发明的具体实施例与附图是使本领域技术人员能够理解，然而本发明的权利范围并不限于上述实施例。

综上所述，本发明的目的已充分且有效地公开。本领域技术人员可对本发明作出各种修改和变型，但均落入所附权利要求请求保护的范围内。

Claims (19)

1、一种液晶显示器，包括：

动态图像补偿器，其使用倍频技术将第一画面数据与第二画面数据读出，并利用所述第二画面数据与所述第一画面数据产生第一画面形状数据与第二画面形状数据，并利用所述第二画面数据、所述第一画面数据、所述前一画面形状数据以及所述第二画面形状数据产生第一补偿画面数据；

数据驱动器，将所述第二画面数据、所述第一画面数据以及所述第一补偿画面数据转换为相应的数据电压，并且输出图像信号；

扫描驱动器，用于提供扫描信号；

时序控制器，用于控制信号同步与显示时序，控制所述数据驱动器以及所述扫描驱动器；以及

液晶显示面板，包括用于传输所述扫描信号的多条扫描线，与所述扫描线交叉且用于传输所述图像信号的多条数据线，以及像素矩阵，其由所述扫描线与所述数据线所环绕的区域构成。

2、根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述动态图像补偿器包括：

图像数据输入端，用于接收输入的图像画面数据；

画面存储器，用于存储所述第一画面数据、第二画面数据以及当前画面数据；

控制器，用于控制所述画面存储器的读写操作，其中所述控制器利用倍频技术将第一画面数据、第二画面数据以倍频读出；

第一形状纪录器，用于产生所述第二画面数据的第一画面形状数据；

第二形状纪录器，用于产生所述第一画面数据的第二画面形状数据；以及

形状比较器，利用所述第二画面数据、所述第一画面数据、所述第一画面形状数据以及所述第二画面形状数据，在倍频图像数据中插入所述第一补偿画面数据，以实现动态画面补偿。

3、根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述第二画面形状数据通过将以所述第一画面数据的空间位置(i，j)为中心的m×m像素大小区块单位中的每一像素值与以所述第一画面数据的空间位置(i，j)为中心的像素值F_n-2(i，j)进行差值绝对值计算而得到，计算公式如下：D_L＝|F_n-2(i+a，j+b)-F_n-2(i，j)|，其中a、b为整数，则所述第二画面形状数据S_n-2(i，j)＝Q1、Q2、Q3、Q4、...Qm×m，其中L＝m×m为整数。

4、根据权利要求3所述的液晶显示器，其中当|F_n-2(i+a，j+b)-F_n-2(i，j)|小于第一特定数值时，则D_L为零，当|F_n-2(i+a，j+b)-F_n-2(i，j)|大于第一特定数值，则D_L为1，其中a、b为整数。

5、根据权利要求4所述的液晶显示器，其中当所述第二画面形状数据的某一位置的数值与所述第一画面形状数据的某一位置的数值的差值绝对值小于第二特定数值时，则表示所述第二画面形状数据的某一位置与某一所述第一画面形状数据的某一位置的形状纪录相似。

6、根据权利要求5所述的液晶显示器，其中找出所有所述第二画面形状数据F_n-2(i，j)的某一位置的数值与所述第一画面形状数据F_n-1(i，j)的某一位置的数值的差值绝对值小于所述第二特定数值的最小绝对值，则所述第一补偿画面数据F’_n-2(i，j)为F_n-1(i-x，j)，其中x为整数。

7、一种液晶显示驱动方法，包括下列步骤：

接收画面数据，其中所述画面数据具有第一画面频率；

根据所述画面数据产生倍频画面数据，其中所述倍频画面数据具有第二画面频率，且所述第二画面频率为所述第一画面频率的整数倍；

将所述倍频画面数据运算以产生画面形状数据；

利用所述倍频画面数据以及所述画面形状数据产生调整画面数据；以及

将所述调整画面数据转换为相应的数据电压，并将所述相应的数据电压输出至液晶显示面板上的各像素。

8、根据权利要求7所述的液晶显示驱动方法，其中所述第二画面频率为所述第一画面频率的2倍。

9、根据权利要求8所述的液晶显示驱动方法，其中所述接收画面数据的步骤还包括下列步骤：所述画面数据包括第一以及第二画面数据，在第一时刻，接收第一画面数据以及在第二时刻，接收第二画面数据，所述第一时刻与所述第二时刻之间的时间间隔为第一特定时间间隔。

10、根据权利要求9所述的液晶显示驱动方法，其中所述根据所述画面数据以产生倍频画面数据的步骤还包括下列步骤：所述倍频画面数据包括第一倍频画面数据、第二倍频画面数据以及第三倍频画面数据，在所述第一时刻，根据所述第一画面数据以产生所述第一倍频画面数据，在所述第二时刻，根据第二画面数据以产生所述第三倍频画面数据，在第三时刻，将所述第一画面数据倍频读出产生的所述第二倍频画面数据插入所述第一倍频画面数据以及所述第三倍频画面数据时序中。

11、根据权利要求10所述的液晶显示驱动方法，其中所述第三时刻在所述第一时刻与所述第二时刻之间，且所述第三时刻与所述第一时刻之间的时间间隔为第二特定时间间隔，所述第二特定时间间隔为所述第一特定时间间隔的二分之一。

12、根据权利要求10所述的液晶显示驱动方法，其中所述第一倍频画面数据为所述第一画面数据，所述第三倍频画面数据为所述第二画面数据。

13、根据权利要求10所述的液晶显示驱动方法，其中所述将所述倍频画面数据运算以产生画面形状数据的步骤还包括下列步骤：利用所述第一倍频画面数据产生第一画面形状信号，利用所述第二倍频画面数据产生第二画面形状信号以及利用所述第三倍频画面数据产生第三画面形状信号。

14、根据权利要求13所述的液晶显示驱动方法，其中利用所述倍频画面数据运算产生所述画面形状数据的步骤还包括下列步骤：所述第二画面形状数据通过将以所述第一画面数据的空间位置(i，j)为中心的m×m像素大小区块单位中每一像素值与以所述第一画面数据的空间位置(i，j)为中心的像素值F_n-2(i，j)进行差值绝对值计算而得到，计算公式如下：D_L＝|F_n-2(i+a，j+b)-F_n-2(i，j)|，其中a、b为整数，则所述第二画面形状数据S_n-2(i，j)＝Q1、Q2、Q3、Q4、...Qm×m，其中L＝m×m为整数。

15、根据权利要求14所述的液晶显示驱动方法，其中还包括下列步骤：其中|F_n-2(i+a，j+b)-F_n-2(i，j)|小于第一特定数值，则D_L为零，其中a、b为整数。

16、根据权利要求15所述的液晶显示驱动方法，其中所述调整画面数据包括第一调整画面数据、第二调整画面数据以及第三调整画面数据，其中所述第一调整画面数据以及所述第三调整画面数据分别为所述第一倍频画面数据以及所述第三倍频数据。

17、根据权利要求16所述的液晶显示驱动方法，其中所述利用所述倍频画面数据以及所述画面形状数据产生调整画面数据的步骤还包括下列步骤：利用所述第一调整画面数据、所述第三调整画面数据、所述第一画面形状信号以及所述第三画面形状信号产生所述第二调整画面数据。

18、根据权利要求17所述的液晶显示驱动方法，其中还包括下列步骤：所述第二画面形状数据的某一位置的数值与所述第一画面形状数据的某一位置的数值的差值绝对值小于第二特定数值，则表示所述第二画面形状数据的某一位置与某一所述第一画面形状数据的某一位置的形状纪录相似。

19、根据权利要求18所述的液晶显示驱动方法，其中还包括下列步骤：找出所有所述第二画面形状数据F_n-2(i，j)的某一位置的数值与所述第一画面形状数据F_n-1(i，j)的某一位置的数值的差值绝对值小于所述第二特定数值的最小绝对值，则所述第一补偿画面数据F’_n-2(i，j)为F_n-1(i+x，j)，其中x为整数。

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