CN102568411A - 液晶显示器及其扫描背光驱动方法 - Google Patents

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Abstract

液晶显示器及其扫描背光驱动方法。一种液晶显示器包括：液晶显示板，其基于帧频率来显示经调制的数据；光源，其生成要照射到所述液晶显示板中的光；扫描背光控制器，其计算用于控制所述光源的开启和关闭操作的脉宽调制(PWM)信号的开启占空比；以及光源驱动器。该光源驱动器基于所述PWM信号的所述开启占空比与先前确定的临界值之间的比较的结果来使所述PWM信号的频率与所述帧频率或者与作为所述帧频率的两倍的频率同步，并接着沿所述液晶显示板的数据扫描方向顺序地驱动所述光源。

Description

液晶显示器及其扫描背光驱动方法
技术领域
本发明的实施方式涉及液晶显示器和该液晶显示器的扫描背光驱动方法。
背景技术
液晶显示器的应用范围因为这些液晶显示器的诸如重量轻、外形薄和功耗低的优异特性而逐渐扩展。液晶显示器已经被用于诸如笔记本PC的个人计算机、办公自动化设备、音频/视频设备、内部/室外广告显示装置等。液晶显示器中占大多数的背光液晶显示器控制施加于液晶层的电场并对来自背光单元的光进行调制，由此显示图像。
当液晶显示器显示运动图像(motion picture)时，因为液晶的特性，可能出现导致不清楚的和模糊的画面(screen)的运动模糊。运动模糊可能显著地出现在运动图像中，并且必须降低运动图像响应时间(MPRT)以去除运动模糊。已经提出了现有技术的扫描背光驱动技术以降低MPRT。如图1所示，扫描背光驱动技术通过沿液晶显示板的显示线的扫描方向顺序地开启和关闭背光单元的多个光源灯1至灯n来提供与阴极射线管的脉冲驱动相似的效果，由此解决液晶显示器的运动模糊。
但是，现有技术的扫描背光驱动技术仅应用于具有120Hz或以上的LCD模型，而不应用于60Hz的LCD模型。这是因为当现有技术的扫描背光驱动技术应用于60Hz的LCD模型时，用户容易感觉到60Hz的闪烁(flicker)，如图2所示。
此外，因为现有技术的扫描背光驱动技术在各个帧周期中关闭背光单元的光源达预定时间，所以画面变暗。作为对该问题的解决方案，可以考虑一种根据画面的亮度来控制光源的关闭时间的方法。但是，在该情况下，因为在明亮的画面中关闭时间被缩短或省略，所以现有技术的扫描背光驱动技术的运动模糊的改进效果降低。
发明内容
本发明的实施方式提供了一种能够使闪烁的感觉最小化并将扫描背光驱动技术应用于60Hz的LCD模型的液晶显示器及其扫描背光驱动方法。
本发明的实施方式还提供了一种能够降低运动模糊并防止画面的亮度降低的液晶显示器及其扫描背光驱动方法。
在一个方面中，提供了一种液晶显示器，该液晶显示器包括：液晶显示板，其被配置为基于帧频率来显示经调制的数据；光源，其被配置为生成要照射到所述液晶显示板中的光；扫描背光控制器，其被配置为计算用于控制所述光源的开启和关闭操作的脉宽调制(PWM)信号的开启占空比；以及光源驱动器，其被配置为基于所述PWM信号的所述开启占空比与先前确定的临界值之间的比较的结果来使所述PWM信号的频率与所述帧频率或者与作为所述帧频率的两倍的频率同步，并接着沿所述液晶显示板的数据扫描方向顺序地驱动所述光源。
所述帧频率被选择为60Hz。
所述光源驱动器包括：占空比判决单元，其被配置为将所述PWM信号的所述开启占空比与所述先前确定的临界值进行比较，并判决所述PWM信号的所述开启占空比是否小于所述先前确定的临界值；以及PWM频率调节单元，其被配置为在所述PWM信号的所述开启占空比小于所述先前确定的临界值时使所述PWM信号的频率与60Hz同步，并且在所述PWM信号的所述开启占空比等于或大于所述先前确定的临界值时使所述PWM信号的频率与120Hz同步。
当所述PWM信号的所述开启占空比小于所述先前确定的临界值时，所述光源驱动器调节所述光源的开启定时和关闭定时，使得所述光源的开启时间被调节为与所述PWM信号的所计算出的开启占空比或所述PWM信号的先前固定的开启占空比成比例。当所述PWM信号的所述开启占空比等于或大于所述先前确定的临界值时，所述光源驱动器将所述帧频率乘以2，并调节所述光源的开启定时和关闭定时，使得所述光源的所述开启时间被调节为与所述PWM信号的所计算出的开启占空比成比例。
所述扫描背光控制器包括：输入图像分析单元，其被配置为分析输入图像并计算帧代表值(frame representative value)；占空比计算单元，其被配置为基于所述帧代表值来计算所述PWM信号的所述开启占空比；以及数据调制单元，其被配置为基于所述帧代表值来拉伸(stretch)所述输入图像的数据，以根据所述PWM信号的所述开启占空比来补偿亮度方面的突然变化，并生成所调制的数据。
所述先前确定的临界值与在按照60Hz驱动所述光源时开始感觉到闪烁的低灰度相对应。
在另一个方面中，提供了一种液晶显示器的扫描背光驱动方法，该液晶显示器包括液晶显示板和生成要照射到该液晶显示板中的光的光源，该扫描背光驱动方法包括以下步骤：计算用于控制所述光源的开启和关闭操作的脉宽调制(PWM)信号的开启占空比；以及基于所述PWM信号的所述开启占空比与先前确定的临界值之间的比较的结果来使所述PWM信号的频率与用于在所述液晶显示板上显示经调制的数据的帧频率或者与作为所述帧频率的两倍的频率同步，并接着沿所述液晶显示板的数据扫描方向顺序地驱动所述光源。
附图说明
附图被包括进来以提供对本发明的进一步的理解，并被并入本说明书且构成本说明书的一部分，附图例示了本发明的实施方式，并与本说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：
图1和图2例示现有技术的扫描背光驱动技术；
图3例示根据本发明的示例实施方式的液晶显示器；
图4例示沿数据扫描方向顺序地驱动的光源块；
图5详细地例示扫描背光控制器；
图6详细地例示光源驱动器；
图7例示由光源驱动器调节的脉宽调制(PWM)信号的频率的示例；以及
图8顺序地例示根据本发明的示例实施方式的液晶显示器的扫描背光驱动方法。
具体实施方式
现在详细地参照本发明的实施方式，附图中例示了这些实施方式的示例。
图3例示根据本发明的示例实施方式的液晶显示器。图4例示沿数据扫描方向顺序地驱动的光源块。
如图3所示，根据本发明的示例实施方式的液晶显示器包括：液晶显示板10；数据驱动器12，其用于驱动液晶显示板10的数据线DL；选通驱动器13，其用于驱动液晶显示板10的选通线GL；定时控制器11，其用于控制数据驱动器12和选通驱动器13；背光单元16，其向液晶显示板10提供光；扫描背光控制器14，其用于控制背光单元16的光源的顺序驱动；以及光源驱动器15。
液晶显示板10包括上玻璃基板、下玻璃基板、和该上玻璃基板与下玻璃基板之间的液晶层。多个数据线DL和多个选通线GL在液晶显示板10的下玻璃基板上彼此交叉。多个液晶单元Clc按照基于数据线DL与选通线GL的交叉结构的矩阵形式被设置在液晶显示板10上。像素阵列被形成在液晶显示板10的下玻璃基板上。该像素阵列包括数据线DL、选通线GL、薄膜晶体管TFT、连接到这些薄膜晶体管TFT的液晶单元Clc的像素电极、存储电容器Cst等。
黑底、滤色器和公共电极被形成在液晶显示板10的上玻璃基板上。公共电极按照诸如扭曲向列(TN)模式和垂直配向(VA)模式的垂直电场驱动方式形成在上玻璃基板上。公共电极按照诸如面内切换(IPS)模式和边缘场切换(FFS)模式的水平电场驱动方式与像素电极一起形成在下玻璃基板上。偏光片分别附接到液晶显示板10的上玻璃基板和下玻璃基板。用于设置液晶的预倾斜角(pre-tilt angle)的配向层分别形成在上玻璃基板和下玻璃基板中接触液晶的内表面上。
数据驱动器12包括多个源集成电路(IC)。数据驱动器12在定时控制器11的控制下锁存(latch)调制数字视频数据R’G’B’，并利用正伽马补偿电压和负伽马补偿电压将该调制数字视频数据R’G’B’转换为正模拟数据电压和负模拟数据电压。数据驱动器12接着将正/负模拟数据电压提供给数据线DL。
选通驱动器13包括多个选通IC。选通驱动器13包括移位寄存器、电平移位器和输出缓冲器等，该电平移位器用于将该移位寄存器的输出信号转换为具有适合于液晶单元的TFT驱动的摆动宽度的信号。选通驱动器13顺序地输出具有大约一个水平周期的宽度的选通脉冲(或扫描脉冲)并将该选通脉冲提供给选通线GL。选通驱动器13的移位寄存器可以通过板内栅极(GIP)工艺直接形成在液晶显示板10的下玻璃基板上。
定时控制器11从外部系统板(未示出)接收输入图像的数字视频数据RGB和定时信号Vsync、Hsync、DE和DCLK。该定时信号Vsync、Hsync、DE和DCLK包括垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能DE和点时钟DCLK。定时控制器11基于从系统板接收到的定时信号Vsync、Hsync、DE和DCLK来生成分别用于控制数据驱动器12和选通驱动器13的操作定时的数据定时控制信号DDC和选通定时控制信号GDC。定时控制器11向扫描背光控制器14提供输入图像的数字视频数据RGB，并向数据驱动器12提供由扫描背光控制器14调制的所述调制数字视频数据R’G’B’。
背光单元16可以被实现为边缘型背光单元和直下型背光单元中的一个。在边缘型背光单元中，多个光源被设置为与导光板的侧相对，并且多个光学片被设置在液晶显示板10与导光板之间。在直下型背光单元中，多个光学片和扩散板(diffusion plate)被叠置(stack)在液晶显示板10下方，并且多个光源被设置在扩散板下方。这些光源可以被实现为冷阴极荧光灯(CCFL)、外部电极荧光灯(EEFL)和发光二极管(LED)中的至少一种。这些光学片包括至少一个棱镜片和至少一个扩散片，由此扩散来自导光板或扩散板的光，并按照与液晶显示板10的光入射表面基本垂直的角度折射光的行程。这些光学片可以包括双亮度增强膜(DBEF)。
扫描背光控制器14利用脉宽调制(PWM)信号来控制光源，使得光源在定时控制器11的控制下沿液晶显示板10的数据扫描方向被顺序地驱动。扫描背光控制器14分析输入图像的数字视频数据RGB，并基于分析的结果来计算PWM信号的开启占空比(下文称为“PWM占空比”)。扫描背光控制器14对数字视频数据RGB进行调制并将该调制数字视频数据R’G’B’提供给定时控制器11，以使用数据来补偿背光亮度，该背光亮度根据PWM占空比而变化。如图3所示，扫描背光控制器14可以被安装在定时控制器11内部。另选地，扫描背光控制器14可以被设置在定时控制器11外部。
如图4所示，光源驱动器15在扫描背光控制器14的控制下顺序地驱动各自包括光源的多个光源块LB1至LB5，以与液晶显示板10的数据扫描操作同步。光源块LB1至LB5中的每一个的开启时间根据由扫描背光控制器14计算出的PWM占空比来确定。光源块LB1至LB5的开启时间随着PWM占空比接近100％而延长，并随着PWM占空比减小而缩短。光源驱动器15调节光源块LB1至LB5的开启定时和关闭定时，使得光源块LB1至LB5的开启时间可以被确定为与PWM占空比成比例。具体地说，当PWM占空比小于先前确定的临界值时，光源驱动器15使PWM信号的频率与用于驱动液晶显示板10的帧频率(即，60Hz)同步。此外，当PWM占空比等于或大于先前确定的临界值时，光源驱动器15使PWM信号的频率与作为板帧频率的两倍的频率(即，120Hz)同步。
图5详细地例示扫描背光控制器14。
如图5所示，扫描背光控制器14包括输入图像分析单元141、占空比计算单元142和数据调制单元143。
输入图像分析单元141计算输入图像的数字视频数据RGB的直方图(即，累积分布函数)，并计算该直方图的帧代表值。可以利用该直方图的平均值和模式值(表示该直方图中出现最频繁的值)来计算该帧代表值。输入图像分析单元141根据该帧代表值来确定增益值G，并将该增益值G提供给占空比计算单元142和数据调制单元143。增益值G可以随着帧代表值增加而增加，并且可以随着帧代表值减小而减小。
占空比计算单元142基于从输入图像分析单元141接收到的增益值G来计算PWM占空比。PWM占空比被确定为与增益值G成比例。
数据调制单元143基于从输入图像分析单元141接收到的增益值G来拉伸数字视频数据RGB，并增加输入到液晶显示板10的调制数字视频数据R’G’B’的动态范围。数据调制单元143对数字视频数据RGB进行调制，以根据PWM占空比来补偿亮度方面的突然变化。数据调制单元143的数据调制操作可以利用查找表来实现。
图6详细地例示光源驱动器15。图7例示由光源驱动器15调节的PWM信号的频率的示例。
如图6所示，光源驱动器15包括占空比判决单元151和PWM频率调节单元152。
占空比判决单元151将从扫描背光控制器元14接收到的PWM占空比与先前确定的临界值TH进行比较，并判决该PWM占空比是否小于该先前确定的临界值TH。该先前确定的临界值TH是与低灰度(例如，128个灰度)相对应的PWM占空比(例如，X％)，在该低灰度，当按照60Hz驱动光源时开始感觉到闪烁。在该情况下，该低灰度可以取决于亮度并且可以根据LCD模型的规格而变化。例如，先前确定的临界值TH可以被确定为大约30％。
PWM频率调节单元152从占空比判决单元151接收判决结果。如图7所示，当PWM占空比小于先前确定的临界值TH时，PWM频率调节单元152判决数字视频数据RGB的帧代表值存在于不容易感觉到闪烁的0灰度与127灰度之间。因此，PWM频率调节单元152使PWM信号的频率与用于驱动液晶显示板10的60Hz的帧频率同步。此外，PWM频率调节单元152调节光源块LB1至LB5的开启定时t_ON和关闭定时t_OFF，使得光源块LB1至LB5的开启时间可以被确定为与X％至Y％(其中Y＜X)的PWM占空比或先前固定的PWM占空比Y％成比例。PWM频率调节单元152接着根据开启定时t_ON和关闭定时t_OFF来扫描驱动光源块LB1至LB5。
另一方面，如图7所示，当PWM占空比等于或大于临界值TH时，PWM频率调节单元152判决数字视频数据RGB的帧代表值存在于容易感觉到闪烁的128灰度与255灰度之间。因此，PWM频率调节单元152将60Hz的帧频率乘以2，并使PWM信号的频率与120Hz的帧频率同步，该120Hz的帧频率是60Hz的帧频率的两倍。结果，使闪烁的感觉最小化。此外，PWM频率调节单元152调节光源块LB1至LB5的开启定时t_ON和关闭定时t_OFF，使得光源块LB1至LB5的开启时间可以被确定为与X％至100％的PWM占空比成比例。PWM频率调节单元152接着根据开启定时t_ON和关闭定时t_OFF来扫描驱动光源块LB1至LB5。
图8顺序地例示根据本发明的示例实施方式的液晶显示器的扫描背光驱动方法。
如图8所示，在步骤S10中，扫描背光驱动方法分析输入图像的数字视频数据RGB，计算帧代表值，基于该帧代表值计算PWM占空比，以及拉伸该数字视频数据RGB以根据该PWM占空比来补偿亮度方面的突然变化。
接着，在步骤S20中，扫描背光驱动方法对所计算出的PWM占空比与先前确定的临界值TH进行比较，并判决该PWM占空比是否小于该先前确定的临界值TH。该临界值TH是与当按照60Hz驱动光源时开始感觉到闪烁的低灰度(例如，128灰度)相对应的PWM占空比(例如，X％)。在该情况下，该低灰度可以取决于亮度并且可以根据LCD模型的规格来变化。例如，先前确定的临界值TH可以被确定为大约30％。
在步骤S30中，当PWM占空比小于临界值TH时，扫描背光驱动方法判决数字视频数据RGB的帧代表值存在于不容易感觉到闪烁的0灰度与127灰度之间，并且使PWM信号的频率与用于驱动液晶显示板的60Hz的帧频率同步。此外，在步骤S40中，扫描背光驱动方法调节光源块的开启定时和关闭定时，使得这些光源块的开启时间可以被确定为与0％至Y％的PWM占空比或先前固定的PWM占空比Y％成比例，并接着根据这些开启定时和关闭定时来扫描驱动这些光源块。
当PWM占空比等于或大于临界值TH时，扫描背光驱动方法判决数字视频数据RGB的帧代表值存在于容易感觉到闪烁的128灰度与255灰度之间。因此，在步骤S50中，扫描背光驱动方法将用于驱动液晶显示板的60Hz的帧频率乘以2，并使PWM信号的频率与120Hz的帧频率同步，该120Hz的帧频率是60Hz的帧频率的两倍。此外，在步骤S60中，扫描背光驱动方法调节光源块的开启定时和关闭定时，使得这些光源块的开启时间可以被确定为与X％至100％的PWM占空比成比例，并接着根据这些开启定时和关闭定时来扫描驱动这些光源块。
如上所述，根据本发明的示例实施方式的液晶显示器及其扫描背光驱动方法使PWM信号的频率与用于驱动该液晶显示板的60Hz的帧频率同步，因为在比开始感觉到闪烁的低灰度小的灰度处不容易感觉到闪烁。此外，本发明的示例实施方式在等于或大于该低灰度的灰度处使PWM信号的频率与120Hz的帧频率同步，该120Hz的帧频率是60Hz的帧频率的两倍。因此，使闪烁的感觉最小化。结果，根据本发明的示例实施方式的液晶显示器及其扫描背光驱动方法可以有效地将扫描背光驱动技术应用于60Hz的LCD模型，同时使闪烁的感觉最小化。
此外，根据本发明的示例实施方式的液晶显示器及其扫描背光驱动方法拉伸输入图像的数字视频数据，以根据PWM占空比来补偿亮度方面的突然变化，由此降低运动模糊并有效地防止画面的亮度降低。
虽然已经参照多个例示性实施方式描述了这些实施方式，但是应当理解，本领域技术人员可以设计出落入本发明的原理的范围内的许多其它修改和实施方式。更具体地说，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，可以对主题组合设置的组成部件和/或设置进行各种变型和修改。除了对组成部件和/或设置的各种变型和修改以外，另选的用途对于本领域技术人员而言也是明显的。
本申请要求2010年12月8日提交的韩国专利申请No.10-2010-0124879的优先权，就各方面而言，以引用方式将其并入本文，如同在此进行了完整阐述一样。

Claims (12)

1.一种液晶显示器，该液晶显示器包括：
液晶显示板，其被配置为基于帧频率来显示经调制的数据；
光源，其被配置为生成要照射到所述液晶显示板中的光；
扫描背光控制器，其被配置为计算用于控制所述光源的开启和关闭操作的脉宽调制信号的开启占空比；以及
光源驱动器，其被配置为基于所述脉宽调制信号的所述开启占空比与先前确定的临界值之间的比较的结果来使所述脉宽调制信号的频率与所述帧频率或者与作为所述帧频率的两倍的频率同步，并接着沿所述液晶显示板的数据扫描方向顺序地驱动所述光源。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述帧频率被选择为60Hz。
3.根据权利要求2所述的液晶显示器，其中，所述光源驱动器包括：
占空比判决单元，其被配置为将所述脉宽调制信号的所述开启占空比与所述先前确定的临界值进行比较，并判决所述脉宽调制信号的所述开启占空比是否小于所述先前确定的临界值；以及
脉宽调制频率调节单元，其被配置为在所述脉宽调制信号的所述开启占空比小于所述先前确定的临界值时使所述脉宽调制信号的频率与60Hz同步，并且在所述脉宽调制信号的所述开启占空比等于或大于所述先前确定的临界值时使所述脉宽调制信号的频率与120Hz同步。
4.根据权利要求3所述的液晶显示器，其中，当所述脉宽调制信号的所述开启占空比小于所述先前确定的临界值时，所述光源驱动器调节所述光源的开启定时和关闭定时，使得所述光源的开启时间被调节为与所述脉宽调制信号的所计算出的开启占空比或所述脉宽调制信号的先前固定的开启占空比成比例，
其中，当所述脉宽调制信号的所述开启占空比等于或大于所述先前确定的临界值时，所述光源驱动器将所述帧频率乘以2，并调节所述光源的开启定时和关闭定时，使得所述光源的所述开启时间被调节为与所述脉宽调制信号的所计算出的开启占空比成比例。
5.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述扫描背光控制器包括：
输入图像分析单元，其被配置为分析输入图像并计算帧代表值；
占空比计算单元，其被配置为基于所述帧代表值来计算所述脉宽调制信号的所述开启占空比；以及
数据调制单元，其被配置为基于所述帧代表值来拉伸所述输入图像的数据，以根据所述脉宽调制信号的所述开启占空比来补偿亮度方面的突然变化，并生成所调制的数据。
6.根据权利要求2所述的液晶显示器，其中，所述先前确定的临界值与在按照60Hz驱动所述光源时开始感觉到闪烁的低灰度相对应。
7.一种液晶显示器的扫描背光驱动方法，该液晶显示器包括液晶显示板和生成要照射到该液晶显示板中的光的光源，该扫描背光驱动方法包括以下步骤：
计算用于控制所述光源的开启和关闭操作的脉宽调制信号的开启占空比；以及
基于所述脉宽调制信号的所述开启占空比与先前确定的临界值之间的比较的结果来使所述脉宽调制信号的频率与用于在所述液晶显示板上显示经调制的数据的帧频率或者与作为所述帧频率的两倍的频率同步，并接着沿所述液晶显示板的数据扫描方向顺序地驱动所述光源。
8.根据权利要求7所述的扫描背光驱动方法，其中，所述帧频率被选择为60Hz。
9.根据权利要求8所述的扫描背光驱动方法，其中，所述顺序地驱动所述光源的步骤包括以下步骤：
将所述脉宽调制信号的所述开启占空比与所述先前确定的临界值进行比较，并判决所述脉宽调制信号的所述开启占空比是否小于所述先前确定的临界值；以及
在所述脉宽调制信号的所述开启占空比小于所述先前确定的临界值时使所述脉宽调制信号的频率与60Hz同步，并且在所述脉宽调制信号的所述开启占空比等于或大于所述先前确定的临界值时使所述脉宽调制信号的频率与120Hz同步。
10.根据权利要求9所述的扫描背光驱动方法，其中，所述顺序地驱动所述光源的步骤包括以下步骤：
当所述脉宽调制信号的所述开启占空比小于所述先前确定的临界值时，调节所述光源的开启定时和关闭定时，使得所述光源的开启时间被调节为与所述脉宽调制信号的所计算出的开启占空比或所述脉宽调制信号的先前固定的开启占空比成比例；以及
当所述脉宽调制信号的所述开启占空比等于或大于所述先前确定的临界值时，将所述帧频率乘以2，并调节所述光源的开启定时和关闭定时，使得所述光源的所述开启时间被调节为与所述脉宽调制信号的所计算出的开启占空比成比例。
11.根据权利要求7所述的扫描背光驱动方法，其中，所述计算所述脉宽调制信号的所述开启占空比的步骤包括以下步骤：
分析输入图像以计算帧代表值；
基于所述帧代表值来计算所述脉宽调制信号的所述开启占空比；以及
基于所述帧代表值来拉伸所述输入图像的数据，以根据所述脉宽调制信号的所述开启占空比来补偿亮度方面的突然变化，并生成所调制的数据。
12.根据权利要求8所述的扫描背光驱动方法，其中，所述先前确定的临界值与在按照60Hz驱动所述光源时开始感觉到闪烁的低灰度相对应。
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