CN102163407B - 图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种图像显示装置，其包括被配置为选择性地实现2D图像和3D图像的液晶显示面板；被配置为驱动液晶显示面板的面板驱动电路；被配置为包括多个光源并用于将光提供给液晶显示面板的背光源；控制器，被配置用于调制输入数据以生成与N(N是等于或大于2的正整数)倍帧频率同步的帧数据，控制该面板驱动电路以使得该帧数据显示在液晶显示面板上，扩展其中不显示帧数据的垂直消隐期，并控制背光的开启期间以与该扩展的垂直消隐期重叠。

Description

图像显示装置
本申请要求于2010年2月19日提交的申请号为10-2010-0015335的韩国专利申请的优先权和权益，在此将其全部内容以引用的方式结合进来如同在此全面阐明一样。
技术领域
本发明涉及一种能够选择性地实现二维平面图像(下文中称为“2D图像”)和三维立体图像(下文中称为“3D图像”)的图像显示装置。
背景技术
图像显示装置使用立体技术和自动立体(autostereoscopic)技术实现3D图像。
立体技术使用立体效果显著的双眼视差图像。立体技术包括使用眼镜的类型和不使用眼镜的类型，现在，这两种类型已投入实际应用。在不使用眼镜的类型中，通过使用设置在显示面板前表面和背表面的光学板例如视差栅栏来划分双眼视差图像的光轴，以实现立体图像。在使用眼镜的类型中(下文中称为“眼镜型”)，通过改变偏振方向或以时分方式将双眼视差图像显示在直接观看显示面板或者投影机上，并使用偏振眼镜或液晶快门眼镜实现立体图像。
眼镜型大致分成使用图案延迟膜和偏振眼镜的第一偏振滤光器类型，使用切换液晶层和偏振眼镜的第二偏振滤光器类型，和液晶快门眼镜类型。由于图案延迟膜或切换液晶层用作偏振滤光器并形成在液晶显示面板内，该第一和第二偏振滤光器类型的3D图像具有低透射率。
液晶快门眼镜类型通过由帧单元在显示装置上交替显示左眼图像和右眼图像，并与显示时序同步地打开和关闭液晶快门眼镜的左和右眼快门，来实现3D图像。在该液晶快门眼镜中，在显示左眼图像的第n帧周期只打开左眼快门，且在显示右眼图像的第(n+1)帧周期只打开右眼快门，从而以时分方式产生双眼视差。
为了选择性地实现3D图像和2D图像，最新的图像显示装置主要使用保持型显示装置例如液晶显示器(“LCD”)。由于液晶的响应时间相对较低，所以LCD维持在前一帧周期充电的数据直到新数据被写入其中。
当图像显示装置实现3D图像时，由于液晶的响应时间延迟特性，当左眼图像切换到右眼图像或者右眼图像切换到左眼图像时，可以看见重影图案的3D串扰。将会概括叙述观看到该3D串扰的原理。
如果假设在第n帧周期打开液晶快门眼镜的左眼快门而在第(n+1)帧周期打开液晶快门眼镜的右眼快门，则在LCD中，在第n帧周期对左眼图像数据顺序寻址，而在第(n+1)帧周期对右眼图像数据顺序寻址。当液晶快门眼镜的左眼快门打开时，尚未写入用于第n帧的左眼图像数据的一部分像素(位于面板下部的像素，其以稍后寻址的顺序设置)仍维持在第(n-1)帧周期已经写入的右眼图像数据。因此，观看者的左眼以重叠的方式看到第n帧的左眼图像连同第(n-1)帧的部分右眼图像。另外，当液晶快门眼镜的右眼快门打开时，尚未写入用于第(n+1)帧的右眼图像数据的一部分像素(位于面板下部的像素，其以稍后寻址的顺序设置)仍维持在第n帧周期已经写入的左眼图像数据。因此，观看者的右眼以重叠的方式看到第(n+1)帧的右眼图像连同第n帧的部分左眼图像。
另外，当图像显示装置实现2D运动图像时，由于液晶的维持特性，可能发生屏幕不清楚并看起来模糊的运动模糊。为了去除该运动模糊，有必要改进运动图像响应时间(“MPRT”)。
发明内容
本申请实施例提供一种能够改进显示质量的图像显示装置。
根据本申请的一个示范性实施例，提供一种图像显示装置，其包括被配置为选择性地实现2D图像和3D图像的液晶显示面板；被配置为驱动液晶显示面板的面板驱动电路；被配置为包括多个光源并用于将光提供给液晶显示面板的背光源；控制器，其被配置为调制输入数据以生成与N(N是等于或大于2的正整数)倍帧频率同步的帧数据，控制该面板驱动电路以使得该帧数据显示在液晶显示面板上，扩展其中不显示帧数据的垂直消隐期，并控制背光的开启期间以与该扩展的垂直消隐期重叠。
附图说明
附图被包括以用于提供对于本发明的进一步理解并被结合进来组成本说明书的一部分，用于图示本发明实施例，并和说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是图示根据本发明实施例的一种图像显示装置的框图；
图2是图示控制器的框图；
图3是图示与垂直消隐期扩展相适应的液晶驱动时序、时序信号的驱动时序、光源的驱动时序和液晶快门眼镜的驱动时序的示例性图表；
图4是图示与帧数据的寻址时序相适应的光源控制信号和液晶快门控制信号的驱动时序的示例性图表；
图5是图示与垂直消隐期扩展相适应的液晶驱动时序、时序信号的驱动时序、光源的驱动时序和液晶快门眼镜的驱动时序的另一个示例性图表；
图6是图示与帧数据寻址时序一致的光源控制信号和液晶快门控制信号的驱动时序的示例性图表。
具体实施方式
在下文中，将参考图1到6来描述本申请的实施例。本说明书始终使用相同的附图标记表示相同的元件。
图1示出根据本发明实施例的一种图像显示装置。
在图1中，该图像显示装置包括液晶显示面板10、控制器11、数据驱动器12、栅极驱动器13和光源驱动器14、背光单元15和液晶快门眼镜16。该数据驱动器12和栅极驱动器13组成面板驱动电路。
液晶显示面板10包括两个玻璃基板和插入其间的液晶层。液晶显示面板10的下玻璃基板设有多条数据线DL和多条与数据线DL交叉的栅极线GL。液晶显示面板10具有形成在数据线DL和栅极线GL交叉点并排列成矩阵的液晶单元Clc。另外，液晶显示面板10的下玻璃基板设有TFT(薄膜晶体管)、像素电极1和连接到TFT的存储电容Cst。黑矩阵、滤色器和公共电极2形成在液晶显示面板10的上玻璃基板上。在垂直电场驱动类型例如TN(扭曲向列)模式和VA(垂直取向)模式中，该公共电极设置在上玻璃基板上，而在水平电场类型例如IPS(共面开关)模式和FFS(边缘电场开关)模式中，该公共电极设置在下玻璃基板上。偏振器分别附装到显示面板10的下和上玻璃基板的外表面上。另外，在与液晶层接触的内表面上形成取向层，以设置液晶层的预倾角。
数据驱动器12包括多个数据驱动IC。每个数据驱动IC包括用于对时钟信号采样的移位寄存器、用于临时存储从控制器11输出的数字信号的寄存器、响应来自移位寄存器的时钟信号来存储一条线数据量且一次性输出该一条线数据量的锁存、通过参考与来自锁存的数字数据值对应的伽马参考电压来选择正/负伽马电压的数模转换器、选择向其施加被转换为正/负伽马电压的模拟数据的数据线DL的多路复用器、和连接在多路复用器和数据线DL之间的输出缓存器。该数据驱动器12将与f(输入帧频率)×N(N是等于或大于2的正整数)的帧频率同步的2D和3D数据转换为模拟数据电压，以提供给数据线DL。
栅极驱动器13包括多个栅极驱动IC。每个栅极驱动IC包括移位寄存器、将来自移位寄存器的输出信号转换成具有适于驱动液晶单元的TFT的摆幅范围的电平转换器、和输出缓存器。该栅极驱动器13与(f×N)Hz的帧频率同步地顺序输出扫描脉冲(或栅极脉冲)，以提供给栅极线GL。
光源驱动器14产生用于开启光源的驱动电力。在控制器11的控制下，该光源驱动器14按特定的周期将该驱动电力提供给光源。
将背光单元15开启一段预定的特定时间，以向液晶显示面板10提供光，并在剩余的时间期间内关闭，并按特定的周期重复这种开启和关闭。该背光单元15包括依靠由光源驱动器14提供的驱动电力而开启的多个光源、导光板(或漫射板)、多个光学片等等。背光单元15可以通过直接型或侧光型来实现。该光源可以包括HCFL(热阴极荧光灯)、CCFL(冷阴极荧光灯)、EEFL(外置电极荧光灯)和LED(发光二极管)中的任何一种或多种。
液晶快门眼镜16包括相互独立电控制的左眼快门STL和右眼快门STR。左眼快门STL和右眼快门STR的每个都包括第一透明基板、形成在第一透明基板上的第一透明电极、第二透明基板、形成在第二透明基板上的第二透明电极、和插入在第一和第二透明基板之间的液晶层。向第一透明电极施加参考电压，向第二透明电极施加ON(开启)和OFF(关闭)电压。在控制器11的控制下，当ON电压被施加到第二透明电极时，左眼快门STL和右眼快门STR中的每个都透射来自液晶显示面板10的光，而当OFF电压被施加到第二透明电极时，它阻挡来自液晶显示面板10的光。
向控制器11施加时序信号和来自视频源(未示出)的2D和3D数据。该时序信号包括垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能信号DE、点时钟DCLK等等。
控制器11将输入帧频率f乘以N，以生成帧频率(在下文中称为“N倍帧频率”)Nf，并相对于该帧频率生成显示面板控制信号DDC和GDC、光源控制信号CBL和液晶快门控制信号CST。
显示面板控制信号DDC和GDC包括用于控制数据驱动器12的操作时序的数据控制信号DDC和用于控制栅极驱动器13的操作时序的栅极控制信号GDC。该数据控制信号DDC包括源极起始脉冲SSP、源极采样时钟SSC、源极输出使能信号SOE、极性控制信号POL等等。该栅极控制信号GDC包括栅极起始脉冲GSP、栅极移位时钟GSC、栅极输出使能信号GOE等等。该光源控制信号CBL控制光驱动器14，使得背光单元15的光源按特定的周期开启和关闭。液晶快门控制信号CST使液晶快门眼镜16的左眼快门STL和右眼快门STR能够按特定周期交替打开和关闭。
控制器11响应于选择信号SEL来选择从视频源提供的2D数据或3D数据，并将其调制成与N倍帧频率Nf同步。当选择2D数据时，控制器11可以通过数据插补来调制数据。当选择3D数据时，控制器11可以通过数据划分来调制数据。控制器11可以通过扩展垂直消隐期和增加数据传输频率来减少用于写入帧数据的时间。同样，控制器11可以控制光源驱动器14，使得光源的开启周期与扩展的消隐期相重叠。
在下文中，将参考图2至6详细描述根据本申请各实施例的图像显示装置。这里，各实施例将以“N”为2作为例子来说明，也就是说，当输入帧频率为60Hz的时候帧频率为120Hz的情况。在图4至6中，附图标记“A”表示原始2D数据，附图标记“A’”表示插补的2D数据，且附图标记“L”和“R”分别表示3D左眼数据和3D右眼数据。
图2示出控制器11。
在图2中，控制器11包括数据处理单元111、时序控制器112和光源控制单元113。
该数据处理单元111将输入的2D和3D数据调制成与两倍帧频率2f同步。为此，数据处理单元111包括3D数据处理单元111A和2D数据处理单元111B。
该3D数据处理单元111A响应于选择信号SEL的第一逻辑电平而阻断2D数据并处理和输出3D数据，响应于选择信号SEL的第二逻辑电平而阻断3D数据并将输入的2D数据旁路到2D数据处理单元111B。
当处理输入的3D信号时，数据处理单元111A使用3D划分单元111A’将输入的3D信号划分为左眼数据和右眼数据，从而输出与两倍帧频率2f同步的两倍3D数据。另外，当处理输入的3D数据时，数据选择单元111A基于时序信号例如垂直同步信号Vsync等的计数值来确定帧，并产生用于以两帧周期为周期交替打开和关闭液晶快门眼镜16的左眼快门STL和右眼快门STR的液晶快门控制信号CST。特别地，通过参考光源控制信号CBL的逻辑电平，数据处理单元111A控制液晶快门控制信号CST，使得能够在光源关闭的相同时间内确定快门STL和STR的打开和关闭。
2D数据处理单元111B响应于选择信号SEL的第一逻辑电平，将从3D数据处理单元111A输出的两倍3D数据旁路到时序控制器112。另外，响应于选择信号SEL的第二逻辑电平，2D数据处理单元111B处理并输出从3D数据处理单元111A旁路来的2D数据。
当处理输入的2D数据时，2D数据处理单元111B使用数据插补单元111B’插补该输入的2D数据，并输出与两倍帧频率2f同步的两倍2D数据。为了数据的插补，数据插补单元111B’通过参考一存储器(未示出)来将插补帧数据插入到相邻输入帧数据之间的每个间隔中。
时序控制器112将从数据处理单元111选择性地输出的两倍2D数据和两倍3D数据重新排列以适于液晶显示面板10的分辨率，以便将它们提供给数据驱动器12。同样的，时序控制器112基于时序信号Vsync、Hsync、DE和DCLK生成与两倍帧频率2f同步的显示面板控制信号DDC和GDC，从而控制驱动器12和13的操作。时序控制器112可以调制数据使能信号DE以加宽垂直消隐期，以及调制点时钟DCLK以增大数据传输频率。数据使能信号DE和点时钟DCLK的调制可以由外部系统板(未示出)执行。
光源控制单元113输出用于控制光源开启和关闭的光源控制信号CBL。光源控制单元113基于时序信号Vsync、Hsync、DE和DCLK来反转光源控制信号CBL的逻辑电平。光源控制单元113输出具有高电平的光源控制信号CBL来开启光源，以便与垂直消隐期重叠，优选的是在垂直消隐期期间，以及输出具有低电平的光源控制信号CBL，以在剩余的期间内关闭光源。该光源控制单元113可以嵌入到数据处理单元111或时序控制器112中。
图3是图示与垂直消隐期扩展相适应的液晶驱动时序、时序信号的驱动时序，光源的驱动时序和液晶快门眼镜的驱动时序的示例性图表；图4是图示与帧数据寻址时序相适应的光源控制信号CBL和液晶快门控制信号CST的驱动时序的示例性图表。
参考图3和4，根据本申请实施例的图像显示装置扩展在垂直消隐期中包括的后沿(back porch)BP。这里，数据寻址开始于数据使能信号DE为高电平的时候，并停止于数据使能信号DE为低电平的时候。该数据使能信号DE与例如水平同步信号Hsync同步地改变其逻辑电平。垂直消隐期对应于数据使能信号DE的低电平持续相对较长时的间隔。该后沿BP定义为从一帧周期开始时的时间点至数据使能信号DE开始进入高电平时的时间点。控制器11可以通过延迟每帧中数据使能信号DE开始进入高电平时的时间点来扩展后沿BP。当后沿BP扩展后，就缩短了一帧中的用于寻址帧数据的时间。从而，需要增大数据传输频率，以便补偿减少的用于正常显示数据的时间。另外，从液晶显示面板10的上部至其下部对数据顺序寻址，因此与设置于面板上部的液晶相比，以稍后寻址的顺序设置于面板下部的液晶在响应上被延迟。因此，当通过扩展后沿BP减少用于数据寻址的时间时，一帧周期中用于液晶响应的时间相应地增加。此时，当实现2D图像时，如果光源在扩展的后沿BP中开启，则MPRT显著地改善，特别是整个液晶显示面板10的MPRT的均匀性变得更好。当然，根据考虑到时序裕量的设计要求，光源的开启间隔可以与扩展的后沿BP重叠，且可以比后沿BP间隔宽出预定宽度。
该图像显示装置进一步包括用于实现3D图像的液晶快门眼镜16，且按一帧周期为周期同时并交替地打开和关闭液晶快门眼镜16的左眼快门STL和右眼快门STR。换句话说，左眼快门STL在光源的开启期间打开以用于显示左眼数据L，同时右眼快门STR关闭。另外，右眼快门STR在光源开启期间打开以用于显示右眼数据R，同时左眼快门STL关闭。此时，快门STL和STR的打开和关闭点Ct1位于光源关闭的期间中。这样，如果连同调整快门打开时序一起调整光源的开启时序，可显著地降低3D串扰。另外，由于快门STL和STR的打开和关闭点Ct1被设置为位于光源关闭的期间中，当在考虑到液晶快门眼镜16中液晶的响应的情况下设计打开和关闭点Ct1时，可以显著地改善时序裕量。
图5是图示与垂直消隐期扩展相适应的液晶驱动时序、时序信号的驱动时序、光源的驱动时序和液晶快门眼镜的驱动时序的另一个示例性图表。图6是图示与帧数据的寻址时序相适应的光源控制信号CBL和液晶快门控制信号CST的驱动时序的示例性图表。
参考图5和6，根据本申请另一实施例的图像显示装置连同后沿BP一起扩展前沿FP，两者都包括在垂直消隐期中。前沿FP定义为从一帧周期中数据使能信号DE变成低电平时的时间点至该一帧周期结束时的时间点。通过使一帧中数据使能信号DE变成低电平时的时间点提前来扩展前沿FP，并通过使一帧中数据使能信号DE开始进入高电平时的时间点延迟来扩展后沿BP。通过扩展后沿BP和前沿FP获得的操作和效果基本上与通过扩展后沿BP获得的操作和效果相同。
如上所述，根据本申请实施例的图像显示装置在实现2D图像时可以改进MPRT，并在实现3D图像时防止3D串扰发生，从而显著改善显示质量。
尽管已经参考多个示例性实施例描述了各实施例，然而应当理解的是，本领域技术人员可以设计出众多其他修改方案和实施例，它们也会落入本公开内容的原理范围内。更特别地，可以对属于本说明书、附图以及附加的权利要求的范围内的主题组合排列的各组成部分和/或结构作出多种变型和修改。

Claims (8)

1.一种图像显示装置包括：
液晶显示面板，其被配置为选择性地实现2D图像和3D图像；
面板驱动电路，其被配置为驱动液晶显示面板；
背光，其被配置为包括多个光源，并将光提供给液晶显示面板；
控制器，其被配置为调制输入数据以产生与N倍帧频率同步的帧数据，控制所述面板驱动电路以使得所述帧数据显示在液晶显示面板中，扩展垂直消隐期，并控制背光的开启期间以与扩展的垂直消隐期重叠，其中N是等于或大于2的正整数。
2.如权利要求1所述的图像显示装置，其中所述背光在扩展的垂直消隐期期间开启，并在剩余期间内关闭。
3.如权利要求1所述的图像显示装置，其中所述控制器通过使数据使能信号变成低电平时的时间点提前来扩展前沿，该时间点指示在一帧周期内停止对帧数据寻址，并增大帧数据的传输频率。
4.如权利要求1所述的图像显示装置，其中所述控制器通过使数据使能信号变成低电平时的时间点提前来扩展前沿，该数据使能信号变成低电平时的时间点指示在一帧周期内停止对帧数据寻址，并通过使数据使能信号开始进入高电平时的时间点延迟来扩展后沿，该数据使能信号进入高电平的时间点指示在一帧周期内开始对帧数据寻址，并增大帧数据的传输频率。
5.如权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括具有左眼快门和右眼快门的液晶快门眼镜，该左眼快门和右眼快门在背光关闭期间内相反地打开和关闭，以实现3D图像。
6.如权利要求5所述的图像显示装置，其中所述控制器进一步包括：
数据处理单元，其被配置为选择性地调制输入的2D数据和3D数据，以生成帧数据；
时序控制器，其被配置为将帧数据提供到面板驱动电路；以及
光源控制电路，其被配置为提供用于控制背光开启和关闭的光源控制信号。
7.如权利要求6所述的图像显示装置，其中所述数据处理单元包括：
3D数据处理单元，其被配置为响应于输入选择信号的第一逻辑电平而阻断输入2D数据，并调制输入3D数据以生成3D帧数据，以及，响应于选择信号的第二逻辑电平而阻断输入3D数据并旁路输入2D数据；和
2D数据处理单元，其被配置为响应于选择信号的第一逻辑电平而将从3D数据处理单元输出的3D帧数据旁路到时序控制器，以及，响应于选择信号的第二逻辑电平而将来自3D数据处理单元的输入2D数据调制成2D帧数据，以将该调制后的2D帧数据输出到时序控制器。
8.如权利要求7所述的图像显示装置，其中所述3D数据处理单元进一步生成用于打开和关闭左眼快门和右眼快门的液晶快门控制信号，并且
其中，所述液晶快门控制信号是基于光源控制信号的逻辑电平生成的。
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