CN101859549A - 液晶显示器及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种液晶显示器及其驱动方法。在正常操作下，经由多条数据线输出多个电压至显示面板，且显示面板的帧速率固定于一值，且执行闲置检测，当一比例以上的上述多个电压在经过一段时间之后其值没有产生变化，则降低显示面板的帧速率。

Description

液晶显示器及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器，特别涉及一种在正常操作下也能降低功率消耗的液晶显示器。

背景技术

对于液晶显示器，例如液晶电视、电脑屏幕、数码相框等等而言，降低电力损耗一直是个重要的课题。常见的省电方法包含将显示屏幕的电源关闭、关闭背光模块的光源、关闭闲置装置的电源等方式。

而省电方法也可以从显示器的驱动方法或结构着手。首先由图1介绍液晶显示器的传统驱动结构。液晶显示器包含由像素阵列构成的显示面板10，栅极驱动器12用于驱动栅极线G0～Gn，数据驱动器14用于驱动数据线D1～Dm，以及时序控制器16用于控制栅极驱动器12与数据驱动器14。此外，像素阵列的每一像素包含晶体管18、存储电容C_st、液晶电容C_LC。

台湾专利I293446号，题为“可省电的平面显示器以及相关方法”，揭露了一种平面显示器，其特征在于此平面显示器的数据驱动器，包括了多个位移暂存器，用于暂存数字影像信号，以及多个模式选择单元，用于根据影像分辨率选择该平面显示器中不需存储数字影像信号的位移暂存器。并将对应于不需存储数字影像信号的位移暂存器的输出缓冲器予以关闭，以节省电力损耗。

虽然上述的省电方式皆可行，但液晶显示器在非省电模式下，亦即正常操作的情况下，消耗功率仍是很高的。例如，在正常操作下，液晶显示器通常具有固定的帧速率(frame rate)。帧速率通常以每秒传输帧数(frames per second，fps)或者简单以赫兹(hertz，Hz)表示。图2显示了两个像素，在正常操作下栅极线G0提供电压打开晶体管18，使正极性或负极性的电压由数据线D1与D2写入特定位置的像素，对液晶做不同极性的充电，例如对图中左边的像素写入正极性的电压，对右边的像素写入负极性的电压，而写入电压的大小是有关于所欲显示的帧内容。如果以帧速率为60Hz的显示器而言，每一个帧(frame)的显示周期为1/60＝16.67ms。因此，每隔16.67ms必需对各列的像素完成一次充电，每秒钟要完成60次的充电，且由于写入电压的大小是有关于所欲显示的帧内容，在正常操作状况下不能任意变更；因而，在现有的显示方法中，显示器的消耗的功率仍然是相当高的。

因此，液晶显示器的应用亟需一个更好的省电方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液晶显示器及其省电方法，在显示器正常操作时也能节省功率消耗。

根据上述目的，本发明提供一种液晶显示器及其省电方法，该液晶显示器包含处理器与显示面板，该处理器控制该显示面板，并执行该省电方法，该省电方法包含：执行正常操作，该处理器输出多个控制信号至数据驱动器，且经由多条数据线输出多个电压至该显示面板，该显示面板的帧速率固定于一值；以及执行闲置检测或第一使用者操作检测步骤，当一比例以上的该多个电压在经过一段时间之后其值没有产生变化，或该第一使用者操作检测结果为是且该使用者操作要求特定显示模式，则降低该显示面板的帧速率至第一帧速率。

附图说明

图1显示了液晶显示器的公知的驱动结构；

图2显示了对不同像素写入不同极性的电压；

图3显示了根据本发明实施例的省电方法；

图4显示了根据本发明另一实施例的省电方法；

图5显示了根据本发明另一实施例的省电方法；

图6显示了根据本发明省电方法的操作情形；

图7显示了根据本发明一实施例的液晶显示器；

图8显示了根据本发明另一实施例的液晶显示器；

图9显示了在根据本发明图7或图8的实施例中，控制信号的频率可以降低；

图10显示了配合帧速率降低，数据控制信号与栅极控制信号的一种改变方法；以及

图11显示了配合帧速率降低，数据控制信号与栅极控制信号的另一种改变方法。

具体实施方式

在显示器的领域中，以高帧速率模式来显示视频的能力已逐渐成为现代影像显示应用的需要；然而，本发明的发明人观察到在液晶显示器的某些正常操作情况下，帧更新的频率，也就是帧速率(或称帧显示速率)，并不需要一直维持在高频率的状态，较低的帧速率，也可以满足需要。

根据此观念，本发明揭露一种可动态变更帧速率的方法与装置，可依照播放内容或使用者的操作模式选择，变更液晶显示器的帧速率，达到降低电力损耗的目的。

图3揭露了本发明实施例的液晶显示器的省电方法。液晶显示器包含处理器(processor)，可输出控制信号以输出帧并控制帧速率，该处理器执行程序步骤，以决定何时调整帧速率。步骤31，程序开始。步骤32，进行初始化，例如(但不限于此)，对于光学补偿双折射液晶显示器(optically compensated birefringence liquid crystal display)而言，必须先将液晶分子由展延态(splay bend)转换成弯曲态(bend state)后，方能进行正常操作。步骤33，进入正常操作，在此步骤中，液晶显示器的帧速率可固定于一值，例如液晶显示器具有内部设定的初始帧速率值(如60Hz或120Hz等)。步骤34，进行闲置检测，此处“闲置”的定义是指，由多条数据线写入像素阵列的多个电压中，其中当这些多条数据线中一比例以上的电压值，例如，55％以上的多个电压值，在经过一段预定时间之后各个电压值没有产生变化，则视为“闲置”。举例来说，以分辨率1024×768的显示器为例，若其3072条数据线的数据信号在显示过程中，在一段预定时间T内，有1689条以上的数据线(约占总数据线数的55％)的信号没有产生变化时，则此时可视为“闲置”。步骤35，如果闲置检测的结果为“是”，则降低帧速率至第一帧速率，以减低功率损耗，如果闲置检测的结果为“否”，则回到步骤33的正常操作。步骤36，再进行闲置检测，如果闲置检测的结果为“是”，则可依据“闲置”的程度或播放内容的需求，而进一步调整帧速率至第二帧速率，第二帧速率可低于或高于第一帧速率，或者，帧速率可维持不变，保持在第一帧速率，亦即，第二帧速率亦可等于第一帧速率；如果闲置检测的结果为“否”，则回到步骤33的正常操作，并提升帧速率至正常的情况。步骤37，程序结束，通常是在正常操作33下接收结束命令而结束程序，但不限定于此。

在上述的程序中，第一帧速率或第二帧速率的值并无限制，但条件是显示器必须没有闪烁(flicker)发生，以免影响使用者的视觉感受。因此，帧速率可以降低至极限值，该极限值是该显示面板不会产生闪烁的最小帧速率。该极限值与液晶显示器的制造方法、工艺能力、显示器的种类等因素有关。此外，在一实施例中，优选地，上述该比例以上的电压值定义为百分之五十以上的电压值。

上述的“闲置”事件，可能包含或发生于许多情况。例如，当液晶显示器用于播放商场的广告，广告内容的帧更新频率可能较低，播放时一旦符合上述程序的“闲置”事件，即可降低帧速率。或者，当液晶显示器用于播放电视新闻，在某段时间内，帧仅有部分的内容(例如新闻主播的嘴唇部分)会变动，此段时间可能符合“闲置”的定义。又例如，当液晶显示器应用于数码相框，该数码相框可能每隔一段时间才会更新一张相片，此段未变更相片的时间内，可视为“闲置”。总之，本发明的方法可依据液晶显示器的播放内容是否符合“闲置”的定义而动态变更帧速率。

图4显示了本发明的另一种实施例，此实施例属于图3实施例的变型，其不同处在于，在闲置检测36的步骤之前，还包含使用者操作检测步骤38，检测是否有使用者操作，如果检测结果为“是”，则依据使用者操作的结果，回到正常操作33，或回到步骤35，进一步调整帧速率至第二帧速率，如前所述，第二帧速率可大于、小于或等于第一帧速率；如果判断结果为“否”，则执行步骤36的闲置检测。此实施例可能应用于当液晶显示器具有多种显示模式，而各种显示模式具有不同的帧速率需求，例如，显示器具有相片模式(photo mode)、影像模式(video mode)、可听压缩模式(MP3)、电玩模式(TV game)等等，其中，可针对每一种显示模式设定一对应的帧速率，所述多个帧速率可能为低于或等于正常操作的帧速率(或初始帧速率)。因此当使用者操作选择了一种显示模式，则依据该显示模式的帧速率需求，回到正常操作33，或回到步骤35以进一步调整帧速率。亦或，在另一实施例中，当上述依据使用者操作检测38的结果，回到正常操作33后，接下来显示器的帧速率将直接依据使用者的主动设定(例如，使用者将显示器切换到一个特定的显示模式)而进行调整，即此时帧速率的控制权将转由使用者主导，亦即当回到正常操作33后显示器将不再主动执行34，35，38，36的步骤，而待使用者下达另一指令后再回到由显示器进行主动检测控制。此外，在图4的实施例中，步骤36也可以被省略；此时，如果使用者操作检测为“否”，则帧速率维持在第一帧速率或第二帧速率，直到程序结束37。

图5显示了根据本发明的另一个实施例，其与前述实施例的不同处在于，使用者操作检测39步骤与判断是否特定显示模式40步骤取代了原先的闲置检测34步骤；而在降低帧速率35步骤之后的程序，可与图3、图4或者其变型相同，不再赘述。在正常操作33下，如果使用者操作检测39的结果为“是”，表示使用者操作选择了一种显示模式，则判断该显示模式是否为特定显示模式，此特定模式指的是其播放内容符合可以降低帧速率的显示模式，例如相片模式(photomode)、可听压缩模式(MP3)等等，如果使用者选择的是这些特定模式之一，则进行步骤35降低帧速率，否则回到正常操作33。值得注意的是，如图4的“使用者操作检测38”与图5的“使用者操作检测39”步骤，并不限定在检测使用者是否选择或变更了显示模式，任何由使用者操作引起的事件，例如触碰输入显示器的屏幕、按下键盘的特定键等，这些事件亦可具有各别对应的帧速率，而处理器可据以变更显示器的帧速率。

图6显示了根据本发明实施例液晶显示器的省电方法的操作示意图。作为举例为非限制，在正常操作下，液晶显示器的帧速率可固定为60Hz，当播放内容符合闲置的定义，可降低帧速率至50Hz或40Hz，当播放内容需要较高的帧速率，则提升帧速率使回到正常操作。根据本发明的方法，显示器的帧速率可以动态地被适时调降，因此像素液晶电容的充放电频率可跟着降低，而达省电效果。

图7显示了根据本发明实施例的液晶显示器的系统架构示意图。液晶显示器61包含时序控制器62、显示面板63、第一存储器64、第二存储器65。第一存储器64与第二存储器65用于存储帧数据，在一实施例中，第一存储器为与非门型闪速存储器(NAND flash)，第二存储器是同步动态随机存取存储器(Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM)。时序控制器62等同于在图3实施例所述的处理器，用于执行本发明的省电方法，以及输出控制信号以控制显示面板63。时序控制器62分别通过同步信号Clock 1与Clock 2与数据总线(data bus)控制并存取数据。在此特别说明的是，本实施例虽以系统架构设置有两个存储器作为例子，然而其架构并非以此为限，在其它实施例中其亦可仅具有一个存储器，例如仅具有一SDRAM存储器，并仅对该SDRAM存储器存取帧数据信号；亦或在另一实施例中，显示器系统亦可连接外部数据存取装置(如光碟机)，并通过该外部数据存取装置存取帧数据信号。根据前述实施例的本发明的方法，显示器的帧速率可以动态地被调整降低，而当帧速率降低时，代表显示面板数据线上的像素数据信号的更新速率亦可对应降低，如此一来，时序控制器62通过同步信号Clock 1与Clock 2与数据总线，从存储器或外部数据存取装置存取帧数据的频率亦也跟着调降，因此可大幅减少数据存取作动的功率消耗，因而达到省电目的。

另外，在本发明中，时序控制器62控制显示面板的栅极与源极驱动器的主要方法，可以是任何已知的技术，例如可如同图1，时序控制器62输出控制信号，给予栅极驱动器(图中未示出)与数据驱动器(图中未示出)以控制显示面板63，数据驱动器与栅极驱动器可分别包含多个数据驱动芯片与多个栅极驱动芯片。在其他实施例中，时序控制器62也可以仅提供控制信号给数据驱动器，而数据驱动器再输出栅极控制信号给栅极驱动器。此外，栅极驱动器的数量可不止一个，也可以是双栅极驱动器(double gate driver)的设计。

图8显示了本发明另一实施例的液晶显示器，与图7实施例的不同处在于，第一存储器64与第二存储器65所负责的工作被整合在时序控制器72或处理器73内，以及，独立的处理器73用于执行图3的省电方法，再通过时序控制器72控制显示面板63。此处，处理器73亦可能被整并于时序控制器72内。虽然其结构上的变化有许多，但其省电原理与图7实施例的省电原理是相同的。据上，公知领域的技术人员当可理解，执行本发明的省电驱动法的装置其可以是显示装置中的时序控制器、处理器或任何控制单元。

图9显示了图7或图8实施例中，当帧速率降低，由时序控制器给予数据驱动器的控制信号其频率跟着降低，换句话说，对于像素液晶电容的充电频率也跟着降低，同一段时间内液晶电容充电的次数变少了，因而达到省电的目的；对于存取存储器64/65的控制信号Clock 1/Clock 2而言，也是以相同原理达到省电目的。以分辨率为1024×600的液晶显示器为例，当帧速率为60Hz，其像素同步信号(Pixel Clock，Dclock)与数据信号(Data)的频率皆为43.75MHz；当帧速率降为50Hz，像素同步信号与数据信号的频率则对应下降为36.5MHz，这是由于显示器的帧速率既已降低，因此面板的像素数据信号更新的频率已不需维持原先的高频率状态，故可对应调降数据信号频率，于是数据信号由原先的频率43.75MHz调降为36.5MHz，而此时对应地，如图7所示的时序控制器的控制信号Clock 1/Clock的频率也因此可跟着调降，故可大幅减低数据存取作动的功率消耗，达到节能目的；同理，当帧速率降为40Hz，像素同步信号与数据信号的频率则对应下降为29.25MHz，而时序控制器的控制信号Clock 1/Clock的频率也可对应调降，因此可达到低功率消耗的目的。

图10和图11图是更进一步显示本发明所提出的驱动方法中，当帧速率进行调降时，显示器系统中各种时序控制信号的两种改变方法的实施例，从而说明本发明帧速率调整的方法如何影响像素液晶电容的充放电频率，进而达节能省电的效果。一般而言，用于控制显示面板的控制信号可分为栅极控制信号与源极控制信号。作为例示而非限制，栅极控制信号包含：栅极驱动器起始信号STV(Gate Driver Start Signal)、栅极同步信号GCK(Gate Clock Signal)、栅极驱动器输出致能信号OE(Gate Driver Output Enable Signal)等。另外，源极控制信号包含：源极驱动器起始信号STH(Source Driver Start Signal)、数据致能信号DE(Data Enable Signal)、负载信号Load(Load Signal)等。其他图中未示出的信号可能包含有数据同步信号(其信号与数据致能信号DE相同)、极性控制信号等等。以上各控制信号的功能在本领域皆有详细的定义，在此不再赘述。首先请参阅图10的实施例，其是根据图9的控制信号的周期变化更进一步显示控制系统内其它相关时序控制信号的运作。如图10所示，在一个帧显示的期间，每种控制信号要完成固定数量的作动周期(简称为1H)，作动周期可能包含一次拉高事件(pull high)与一次拉低事件(pull low)。在本实施例中，当帧速率降低，一个帧的周期跟着变长，例如，由16.67ms变长至20ms或25ms，但各控制信号的作动次数，或者说液晶电容充电的次数，并没有改变，例如以60Hz、50Hz和40Hz所驱动的每一帧周期中，每种控制信号在一个帧周期所要完成作动周期的数量不变，再者，在本实施例中，无论以何种帧速率驱动的控制信号，其作动周期1H皆平均分布于每一帧显示周期内，如此一来，在控制信号作动次数不变的情况下，当帧周期变大，控制信号的作动周期1H亦会随之变大，表示每一液晶电容充放电的时间将对应拉长，亦即在同一时间内液晶电容的充放电频率跟随降低，因而达到省电目的。换言之，在图10的实施例中，当帧速率降低使得帧周期增加，对应的做法是增加每个控制信号的作动周期，亦即将液晶电容的充放电时间加长，但是每个帧周期内的充放电次数不变，因而达节能省电效果。

接着参考图11，其显示了控制信号改变的另一种实施例，在这个实施例中，当帧速率降低使得帧周期增加时，其对应的做法是维持每个作动周期的周期长度，例如，以50Hz和40Hz驱动方式的控制信号的作动周期1H皆相同于60Hz驱动的作动周期1H，且每种控制信号在一个帧周期所要完成作动周期的数量亦不变，但在此实施例中，每一种控制信号的固定数量的作动周期完成后，将维持不作动直到帧周期结束；亦即，即使帧速率调降后，其液晶电容充电一次的时间，以及每个帧周期内的充电次数皆相同于帧速率未调降的情况，但固定次数的充电动作完成后，维持不作动直到帧周期结束。例如，当帧速率降低至50Hz或40Hz帧周期随之增加至20ms或25ms，但是每种控制信号在一个帧周期所要完成作动周期的数量不变，且控制信号的作动周期亦固定不变，但是各控制信号在完成固定数量的扫描周期后，各控制信号维持在低准位的时间变长，直到一个帧周期结束为止；如此一来，在同一段时间内，以低帧速率(如50Hz或40Hz)方式驱动时，其平均消耗功率将较未进行帧速率调降时来得小，因而达到省电节能的效果。

根据本发明的液晶显示器及其省电方法，液晶显示器可以在正常操作的状况下，依据播放内容调整帧速率，并且可搭配待机省电的方法，或搭配降低功率损耗的驱动电路，使能源节省效率更加提升。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求的保护范围；凡其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或变型，均应包含在所附的权利要求的保护范围内。

Claims (20)

1.一种液晶显示器的驱动方法，所述液晶显示器包含处理器与显示面板，所述处理器控制所述显示面板，并执行所述驱动方法，所述驱动方法包含下列步骤：

执行正常操作，所述处理器输出多个控制信号至数据驱动器，且经由多条数据线输出多个电压至所述显示面板，所述显示面板的帧速率固定于一值；以及

执行闲置检测或第一使用者操作检测步骤，当一比例以上的所述多个电压在经过一段预定时间之后其值没有产生变化，或所述第一使用者操作检测结果为是且所述第一使用者操作要求特定显示模式，则降低所述显示面板的帧速率至第一帧速率。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述比例以上的电压值定义为超过百分之五十的电压值。

3.如权利要求1所述的方法，其中在帧速率降至所述第一帧速率后，还包含再执行所述闲置检测，当所述比例以上的所述多个电压在经过所述段预定时间之后其值没有产生变化，则降低所述显示面板的帧速率至第二帧速率，否则所述液晶显示器回复至所述正常操作状态。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述第二帧速率小于所述第一帧速率。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述第二帧速率大于所述第一帧速率。

6.如权利要求3所述的方法，其中所述第二帧速率等于所述第一帧速率。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一帧速率与所述第二帧速率降低至极限值，所述极限值是所述显示面板不会产生闪烁的最小帧速率。

8.如权利要求1所述的方法，其中在所述帧速率降至所述第一帧速率后，还包含第二使用者操作检测步骤，若检测结果为是，则依据使用者操作的结果回到所述正常操作，或进一步调整帧速率为第二帧速率，所述第二帧速率大于、小于或等于所述第一帧速率。

9.如权利要求8所述的方法，其中若所述第二使用者操作检测的结果为否，则还包含再执行所述闲置检测，当所述比例以上的所述多个电压在经过一段时间之后其值没有产生变化，则降低所述显示面板的帧速率至所述第二帧速率，否则所述液晶显示器回复至所述正常操作状态。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述处理器还包含输出多个控制信号至栅极驱动器，当所述比例以上的所述多个电压在经过所述段时间之后其值没有产生变化，每一帧周期将增加，输出至所述数据驱动器与所述栅极驱动器的所述多个控制信号，其每一控制信号在每一帧周期所需完成作动周期的数量不变，但每一控制信号的每一作动周期的周期增加。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述处理器还包含输出多个控制信号至栅极驱动器，当所述比例以上的所述多个电压在经过所述段时间之后其值没有产生变化，每一帧周期将增加，输出至所述数据驱动器与所述栅极驱动器的所述多个控制信号，各控制信号在每一帧周期所需完成作动周期的数量不变，且每一作动周期的周期不变，但是各控制信号完成固定数量的作动周期后，各控制信号维持在低准位状态，直到一个帧周期结束为止。

12.一种液晶显示器，包含：

显示面板；

时序控制器，输出多个控制信号；以及

数据驱动器，接收所述多个控制信号，经由多条数据线输出多个电压至所述显示面板，在正常操作时，所述显示面板的帧速率固定于一值；

其中，所述时序控制器包含执行闲置检测或第一使用者操作检测步骤，当一比例以上的所述多个电压在经过一段预定时间之后其值没有产生变化，或所述第一使用者操作检测结果为是且所述第一使用者操作要求特定显示模式，则降低所述显示面板的帧速率至第一帧速率。

13.如权利要求12所述的液晶显示器，其中所述比例以上的电压值定义为超过百分之五十的电压值。

14.如权利要求12所述的液晶显示器，其所述时序控制器中在帧速率降至所述第一帧速率后，还包含再执行所述闲置检测，当所述比例以上的所述多个电压在经过所述段预定时间之后其值没有产生变化，则降低所述显示面板的帧速率至第二帧速率，否则所述液晶显示器回复至所述正常操作状态。

15.如权利要求14所述的液晶显示器，其中所述第二帧速率小于所述第一帧速率。

16.如权利要求14所述的液晶显示器，其中所述第二帧速率大于所述第一帧速率。

17.如权利要求14所述的液晶显示器，其中所述第二帧速率等于所述第一帧速率。

18.如权利要求17所述的液晶显示器，其中所述第一帧速率与所述第二帧速率降低至极限值，所述极限值是所述显示面板不会产生闪烁的最小帧速率。

19.如权利要求12所述的液晶显示器，其中所述时序控制器中在所述帧速率降至所述第一帧速率后，还包含第二使用者操作检测步骤，若检测结果为是，则依据使用者操作的结果回到所述正常操作，或进一步调整帧速率为第二帧速率，所述第二帧速率大于、小于或等于所述第一帧速率。

20.如权利要求19所述的液晶显示器，其中若所述第二使用者操作检测的结果为否，则还包含再执行所述闲置检测，当所述比例以上的所述多个电压在经过一段时间之后其值没有产生变化，则降低所述显示面板的帧速率至所述第二帧速率，否则所述液晶显示器回复至所述正常操作状态。

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