CN1265343C - 液晶显示器以及驱动液晶显示器的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种用于驱动液晶显示器的方法和装置，可以改进图像质量。具体地说，在该方法和装置中，检测一个驱动频率以根据所检测的驱动频率选择从多个查找表输出的调制数据中的一个，从而调制源数据。

Description

液晶显示器以及驱动液晶显示器的方法和装置
技术领域
本发明涉及液晶显示器，更具体地涉及一种驱动液晶显示器的方法和装置。尽管本发明适合应用的领域很广，但它尤其适合改善图像质量。
背景技术
通常，一台液晶显示器(LCD)根据一个视频信号来控制每个液晶单元的透光率，从而显示图像。一台每个液晶单元都有一个开关元件的有源矩阵LCD适合显示运动图像。这种有源矩阵LCD用薄膜晶体管(TFT)作为开关元件。
这种LCD有一个缺点就是它的响应时间较慢，这是由液晶所固有的特性，如它的粘度和弹性等造成的。用下面的方程(1)和(2)可以说明这些特性：
τr∝γd2/Δε|Va2-VF 2|  ...(1)
其中，τr代表当对液晶施加一个电压时的上升时间；Va代表外加电压；VF代表Freederick跃迁电压，在这个电压下液晶分子开始进行一种斜向的运动；d为液晶单元间的间距；以及γ代表液晶分子的旋转粘性。
τf＝γd2/K        ...(2)
其中，τf代表在施加给液晶的电压被关闭后，液晶在塑性回复力的作用下返回初始位置时的下降时间，K为液晶的固有弹性常数。
一种扭转向列(TN)型液晶的响应时间与上述的液晶不同，这是由液晶的物理特性和液晶单元间距等造成的。通常，TN型液晶的上升时间为20至80毫秒，而下降时间为20至30毫秒。由于这种液晶的响应时间比一个运动图像的一个帧间隔(在NTSC系统中，帧间隔为16.67毫秒)更长，在达到目标电压之前，液晶单元中所充的电压被带入下一个帧。这样，由于运动模糊现象，运动图像在屏幕上变得模糊不清。
参看图1，传统的LCD不能显示所需的色彩和亮度。在显示运动图像时，由于响应时间较长，显示亮度BL不能达到与视频数据VD的电平变化相对应的目标亮度。相应地，运动图像出现运动模糊现象，由于对比度降低，LCD的显示质量也变坏。
为了克服LCD响应时间长的缺点，美国专利5,495,265和PCT国际公开WO99/09967建议用一个查找表根据数据的差异来调制数据(下文称作高速驱动方案)。这种高速驱动方案允许对数据按照图2所示的原则进行调制。
参看图2，一种传统的高速驱动方案调制输入数据VD，并把经过调制的数据MVD施加给液晶单元，从而获得所需的亮度MBL。在这种高速驱动方案中，根据数据差异，上述的方程(1)中的|Va2-VF 2|有所增加，这样在一个帧间隔内，就能获得与输入数据的亮度值相对应的所需亮度，从而迅速缩短液晶的响应时间。相应地，采用这种高速驱动方案的LCD通过调制数据值补偿液晶的慢响应时间，以便减轻运动图像的运动模糊现象，从而以所需的色彩和亮度显示图像。
换句话说，高速驱动方案把前一帧Fn-1的最高有效位MSB与当前帧Fn的最高有效位进行比较。如图3所示，如果最高有效位有变化，从查找表中选择对应的调制数据Mdata以对数据进行调制。高速驱动方案仅调制几个最高有效位以减小在实现硬件设备时的存储器大小。图4显示了一个以这种方式实现的高速驱动装置。
参看图4，一种传统高速驱动装置包括一个与最高有效位总线42相连的帧存储器43，和一个与最高有效位总线42和帧存储器43的一个输出端子相连的查找表44。
帧存储器43在一个帧间隔内存储最高有效位数据MSB，并为查找表44提供所存储的数据。在这里，最高有效位数据MSB可以是8位源数据RGB中的最高的4位。
如表1或表2所示，查找表44把从最高有效位总线42输入的当前帧Fn的最高有效位数据MSB与从帧存储器43输入的前一帧Fn-1的最高有效位数据进行比较，并选择对应的调制数据Mdata。把调制数据Mdata添加到来自最低有效位总线41的最低有效位LSB。
表1
  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15
  0   0   2   3   4   5   6   7   9   10   12   13   14   15   15   15   15
  1   0   1   3   4   5   6   7   8   10   12   13   14   15   15   15   15
  2   0   0   2   4   5   6   7   8   10   12   13   14   15   15   15   15
  3   0   0   1   3   5   6   7   8   10   11   13   14   15   15   15   15
  4   0   0   1   2   4   6   7   8   9   11   12   13   14   15   15   15
  5   0   0   1   2   3   5   7   8   9   11   12   13   14   15   15   15
  6   0   0   1   2   3   4   6   8   9   10   12   13   14   15   15   15
  7   0   0   1   2   3   4   5   7   9   10   11   13   14   15   15   15
  8   0   0   1   2   3   4   5   6   8   10   11   12   13   15   15   15
  9   0   0   1   2   3   4   5   6   7   9   11   12   13   14   15   15
  10   0   0   1   2   3   4   5   6   7   8   10   12   13   14   15   15
  11   0   0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   11   12   14   15   15
  12   0   0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   12   14   15   15
  13   0   0   1   2   3   3   4   5   6   7   8   10   11   13   15   15
  14   0   0   1   2   3   3   4   5   6   7   8   9   11   12   14   15
  15   0   0   0   1   2   3   3   4   5   6   7   8   9   11   13   15
表2
  0   16   32   48   64   80   96   112   128   144   160   176   192   208   224   240
  0   0   32   48   64   80   96   112   144   160   192   208   224   240   240   240   240
  16   0   16   48   64   80   96   112   128   160   192   208   224   240   240   240   240
  32   0   0   32   64   80   96   112   128   160   192   208   224   240   240   240   240
  48   0   0   16   48   80   96   112   128   160   176   208   224   240   240   240   240
  64   0   0   16   48   64   96   112   128   144   176   192   208   224   240   240   240
  80   0   0   16   32   48   80   112   128   144   176   192   208   224   240   240   240
  96   0   0   16   32   48   64   96   128   144   160   192   208   224   240   240   240
  112   0   0   16   32   48   64   80   112   144   160   176   208   224   240   240   240
  128   0   0   16   32   48   64   80   96   128   160   176   192   224   240   240   240
  144   0   0   16   32   48   64   80   96   112   144   176   192   208   224   240   240
  160   0   0   16   32   48   64   80   96   112   128   160   192   208   224   240   240
  176   0   0   16   32   48   64   80   96   112   128   144   176   208   224   240   240
  192   0   0   16   32   48   64   80   96   112   128   144   160   192   224   240   240
  208   0   0   16   32   48   48   64   80   96   112   128   160   176   208   240   240
  224   0   0   16   32   48   48   64   80   96   112   128   144   176   192   224   240
  240   0   0   0   16   32   48   48   64   80   96   112   128   144   176   208   240
在以上各表中，左边的一列为前一帧Fn-1的数据电压VDn-1，而最上面一行为当前帧Fn的数据电压VDn。表1的查找表信息中最高有效位(即，20，21，22和23)用十进制数格式表示。表2的查找表信息中4个最高有效位的加权值(即，24，25，26和27)被应用于8位数据。
但是，传统高速驱动方案是有问题的。由于其研究的假设前提是，数据的驱动频率象电视机一样是固定的，因此该传统方案难以应用于接收不同驱动频率的频率可变显示装置，例如计算机监视器。更具体地说，在传统高速驱动方案中，调制数据Mdata的电压电平被固定为一个特定频率(例如60Hz)，并且液晶的响应时间根据该特定频率固定(即16.7ms)。另一方面，所制造的计算机监视器的驱动频率可以在50到80Hz范围内改变。因此，为了把传统高速驱动方案应用于计算机监视器，应该依据驱动频率修改传统高速驱动方案中建立的调制数据Mdata。这是因为，应该依据驱动频率改变液晶中的充电电压以改变液晶的响应时间。结果，当把仅基于一个特定驱动频率建立的调制数据Mdata施加到一个以不同于该特定频率的驱动频率显示图像的监视器时，图像质量进一步变差。
发明内容
因此，本发明提供一种用于驱动液晶显示器的方法和装置，其实质上消除了由于现有技术的局限和缺点造成的一个或多个问题。
本发明的另一个目的是提供一种用于驱动液晶显示器的方法和装置，其可以改进图像质量。
本发明的其它特征和优点将在以下的说明书中给出，部分地可以从说明书中理解，或者可以通过本发明的实践获得。通过说明书和权利要求以及附图中特别指出的结构可以实现和获得本发明的目的和其它优点。
为了实现这些和其它优点并根据本发明的目的，如所体现和广义说明的，一种驱动液晶显示器的方法包括：根据一个驱动频率和一个具有希望频率范围的驱动频带中的一个确定调制数据，分别把调制数据记录到为驱动频率和每个具有希望频率范围的驱动频带中的任何一个分离的多个查找表中，检测驱动频率，并根据所检测驱动频率选择从多个查找表中输出的调制数据中的一个以调制源数据。
该方法进一步包括把源数据划分为最高有效位和最低有效位，并延迟最高有效位。
在该方法中，多个查找表把所述延迟了一个帧周期的前一帧的最高有效位与未延迟的当前帧的最高有效位进行比较，以根据比较结果选择查找表中预先记录的多个调制数据中的一个。
在本发明的另一个方面，一种液晶显示器的驱动装置包括：模式检测器，用于检测源数据的驱动频率；其特征在于所述驱动装置还包括：多个查找表，记录有为一个驱动频率和一个具有希望频率范围的驱动频带中的一个确定的调制数据以用于调制源数据；开关，用于根据所检测的驱动频率选择来自查找表的调制数据中的一个，并输出所选择的调制数据。
该驱动装置进一步包括帧存储器，用于把源数据的最高有效位延迟一个帧周期，并把延迟的最高有效位输出到多个查找表。
在驱动装置中，每个查找表把所述延迟了一个帧周期的前一帧的最高有效位与未延迟的当前帧的最高有效位进行比较以选择查找表中的对应于源数据的调制数据。
该驱动装置进一步包括：数据驱动器，用于把从开关输出的数据施加到一个液晶显示板；门驱动器，用于把一个扫描信号施加到液晶显示板；和定时控制器，用于把源数据施加到多个查找表和模式检测器，并控制数据驱动器和门驱动器。
在本发明的再一个方面，一种液晶显示器包括：液晶显示板，用于显示图像；模式检测器，用于检测源数据的驱动频率；其特征在于所述液晶显示器还包括：帧存储器，用于把源数据的最高有效位延迟一个帧周期，并输出所延迟的源数据的最高有效位；多个查找表，记录有为驱动频率和具有希望频率范围的驱动频带中的一个确定的调制数据，把所述延迟了一个帧周期的前一帧的最高有效位与源数据的未延迟的当前帧的最高有效位进行比较，并根据比较结果输出来自每个查找表的所记录调制数据中的一个；和开关，用于根据所检测的驱动频率选择查找表中所记录的调制数据中的一个，并把该调制数据输出到液晶显示板。
应该理解，上述一般性说明和下面的详细说明都是示例性和解释性的，用于对本发明的权利要求提供进一步解释。
附图说明
作为本申请一部分包含在其中的用于提供本发明进一步理解的附图显示了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1是一个波形图，显示根据传统液晶显示器的亮度变化与所施加电压的关系；
图2是一个波形图，显示根据传统高速驱动方案的亮度变化与所施加电压的关系；
图3表示应用于8位数据的传统高速驱动方案；
图4是一个方框图，显示传统高速驱动装置的结构；
图5是一个方框图，显示根据本发明用于液晶显示器的驱动装置的结构；
图6是图5所示数据调制器的详细方框图；和
图7是一个流程图，表示根据本发明的液晶显示器的调制程序。
具体实施方式
下面参考附图中显示的示例，对本发明的实施例进行详细说明。在可能的情况下，在所有附图中使用相同标号来表示相同或相似部件。
下面参考图5和6对根据本发明的液晶显示器(LCD)的驱动装置进行说明。
在图5中，LCD驱动装置包括液晶显示板57，液晶显示板57具有相互交叉的多个数据线55和选通线(gate line)56，并在数据线和选通线之间的交叉处提供有TFT以驱动液晶显示单元Clc。数据驱动器53把数据提供给液晶显示板57的数据线55。门驱动器54把扫描脉冲提供给液晶显示板57的选通线56。定时控制器51接收数字视频数据以及水平和垂直同步信号H和V。模式检测器58检测数字视频数据RGB的频率。数据调制器52使用多个查找表调制数字视频数据RGB，这些查找表中为数字视频数据RGB的每个频率或每个频带设置了调制数据。
更具体地说，液晶显示板57具有在两个玻璃基片之间形成的液晶，并且以相互垂直交叉的方式在下玻璃基片上提供数据线55和选通线56。在数据线55和选通线56之间的每个交叉处提供的TFT响应扫描脉冲和来自数据线55的数据。为此，TFT的栅电极连接到选通线56，而其源电极连接到数据线55。TFT的漏电极连接到液晶显示单元Clc的像素电极。
定时控制器51重新排列从一个数字视频卡(未示出)提供的数字视频数据。由定时控制器51重新排列的RGB数据被提供给数据调制器52和模式检测器58。此外，定时控制器51使用水平和垂直同步信号H和V产生多个定时信号，例如一个点时钟(dot clock)Dclk，一个门启动脉冲(gate start pulse)GSP，一个门移位时钟(gate shift clock)GSC(未示出)，和一个输出使能/禁止信号，和一个极性控制信号，以控制数据驱动器53和门驱动器54。
门驱动器54包括：一个移位寄存器，该移位寄存器响应从定时控制器51提供的门启动脉冲GSP和门移位时钟GSC顺序地产生一个扫描脉冲，即一个高选通脉冲；一个电平移位器，用于把扫描脉冲的电压移动到一个适合于驱动液晶显示单元Clc的电平。响应扫描脉冲导通TFT。在导通TFT时，通过数据线55的视频数据被施加给液晶显示单元Clc的像素电极。
数据驱动器53接收由数据调制器52调制的频率可变的数据VMdata并接收来自定时控制器51的点时钟Dclk。数据驱动器53根据点时钟Dclk选择可变调制数据VMdata，然后闩锁每条线的数据。由数据驱动器53闩锁的数据被转换为模拟数据，以便在每个扫描间隔被同时施加到数据线55。此外，数据驱动器53可以把一个对应于调制数据的γ电压(gamma voltage)施加到数据线55。
数据调制器52包括多个查找表，在查找表中为每个驱动频率或分别具有恒定频率范围的多个驱动频率范围中的每个频率范围设置调制数据。数据调制器52根据来自模式检测器58的频率检测信号选择一个查找表，并根据前一帧Fn-1与当前帧Fn之间的数据差从对应查找表中选择调制数据。
模式检测器58对数字视频数据RGB计数以检测数字视频数据RGB的频率。所检测的数字视频数据RGB的频率信息被作为频率检测信号F提供给数据调制器52的一个控制端子。
图6是图5所示数据调制器52的详细方框图。
参见图6，数据调制器52包括：帧存储器63，用于接收最高有效位MSB；多个查找表64a到64n，其中为每个频率或每个频带设置了调制数据；和开关65，用于根据驱动频率选择从查找表64a到64n输出的调制数据中的一个。
帧存储器63连接到定时控制器51的最高有效位总线62，以存储在一个帧间隔期间从定时控制器51输入的最高有效位MSB。此外，帧存储器63把在每个帧中存储的最高有效位MSB提供到查找表64a到64n。
每个查找表64a到64n记录有独立地为每个驱动频率或每个频带设置的调制数据。在每个查找表64a到64n中设置的调制数据的值是根据每个驱动频率或每个驱动频带所需的响应时间确定的，如下表所示：
表3
  驱动频率(Hz)   50   60   70   80
  LCD的响应时间(ms)   20   16.7   14.3   12.5
如上表所示，一个驱动频率所需的液晶响应时间与该驱动频率成反比。因此，为一个驱动频率或一个驱动频带有差别地设置每个查找表64a到64n的调制数据值。
根据前一帧Fn-1和当前帧Fn的比较结果确定每个查找表64a到64n中记录的调制数据值，以满足以下方程：
VDn＜VDn-1---＞MVDn＜VDn               ...(i)
VDn＝VDn-1---＞MVDn＝VDn               ...(ii)
VDn＞VDn-1---＞MVDn＞VDn               ...(iii)
在上述方程中，VDn-1代表前一帧的数据电压，VDn是当前帧的数据电压，MVDn代表调制数据电压。
表4
  驱动频带(Hz)   为驱动频带确定的查找表
  50～55   查找表(50Hz)
  56～65   查找表(60Hz)
  66～75   查找表(70Hz)
  76～80   查找表(80Hz)
如表4所示，如果为每个具有恒定频率范围的驱动频带设置调制数据，与为每个驱动频率设置调制数据的情况相比，可以更多地减小查找表的存储器大小。这是因为，有可能如前所述为每个频带设置调制数据。一个小的频率变化几乎不影响液晶的所需响应时间。
在根据本发明的LCD驱动方法和装置中，上述数据调制程序可以被总结为图7的流程图。
参见图7，在步骤S71，把具有为每个驱动频率或每个具有恒定频率范围的驱动频带确定的值的调制数据记录在每个查找表64a到64n中。随后，在步骤S72，模式检测器58检测一个驱动频率。最后，在步骤S73，从通过每个查找表64a到64n选择的调制数据中选择对应于所检测驱动频率的调制数据。
本发明的LCD驱动方法和装置所使用的方案仅调制最高有效位。但是，也可以调制满位(即8位)的源数据。
如上所述，根据本发明，为每个驱动频率或每个驱动频带设置的调制数据被记录在多个查找表中，从而检测当前输入数据的驱动频率并选择适合于所检测驱动频率的调制数据。响应所检测的驱动频率选择最佳调制数据，使得可以为每个驱动频率获得液晶的所需响应时间。因此，可以为接收不同驱动频率的显示装置实现最佳的高速驱动方案，从而改进图像质量。
另选地，可以利用其它方式而不是查找表来实现数据调制器和运算器，例如一个程序和一个执行该程序的微处理器。而且，本发明可应用于所有其它需要数据调制的领域，例如等离子体显示板，场发射显示器，和电致发光显示器等等。
本领域技术人员应该理解，在不偏离本发明精神或范围的情况下，可以对本发明的用于驱动液晶显示器的方法和装置进行各种修改和变化。因此，本发明应覆盖所有落入所附权利要求及其等同物范围内的修改和变化。

Claims (9)

1.一种驱动液晶显示器的方法，包括：
根据一个驱动频率和一个具有希望频率范围的驱动频带中的一个确定调制数据；
分别把调制数据记录在为驱动频率和每个具有希望频率范围的驱动频带中的任何一个分离的多个查找表中；
检测驱动频率；和
根据所检测的驱动频率选择从多个查找表中输出的调制数据中的一个以调制源数据。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
把源数据划分为最高有效位和最低有效位；和
把最高有效位延迟一个帧周期。
3.根据权利要求2所述的方法，其中把所述延迟了一个帧周期的前一帧的最高有效位与查找表中的未延迟的当前帧的最高有效位进行比较，以根据比较结果选择查找表中所记录的调制数据中的一个。
4.一种用于液晶显示器的驱动装置，包括：
模式检测器，用于检测源数据的驱动频率；
其特征在于所述驱动装置还包括：
多个查找表，分别记录有为一个驱动频率和一个具有希望频率范围的驱动频带确定的调制数据以调制源数据；和
开关，用于根据所检测的驱动频率选择来自查找表的调制数据中的一个，并输出所选择的调制数据。
5.根据权利要求4所述的驱动装置，进一步包括帧存储器，用于把源数据的最高有效位延迟一个帧周期，并把延迟的最高有效位输出到查找表。
6.根据权利要求5所述的驱动装置，其中把所述延迟了一个帧周期的前一帧的最高有效位与每个查找表中的未延迟的当前帧的最高有效位进行比较以选择查找表中的对应于源数据的调制数据。
7.根据权利要求4所述的驱动装置，进一步包括：
数据驱动器，用于把所选择的调制数据施加到液晶显示板；
门驱动器，用于把一个扫描信号施加到液晶显示板；
定时控制器，用于把源数据施加到查找表和模式检测器，并控制数据驱动器和门驱动器。
8.一种液晶显示器，包括：
液晶显示板，用于显示图像；
模式检测器，用于检测源数据的驱动频率；
其特征在于所述液晶显示器还包括：
帧存储器，用于把源数据的最高有效位延迟一个帧周期，并输出所延迟的源数据的最高有效位；
多个查找表，分别记录有为驱动频率和具有希望频率范围的驱动频带中的一个确定的调制数据，把所述延迟了一个帧周期的前一帧的最高有效位与源数据的未延迟的当前帧的最高有效位进行比较，并根据比较结果输出来自每个查找表的所记录调制数据中的一个；和
开关，用于根据所检测的驱动频率选择查找表中所记录的调制数据中的一个，并把该调制数据输出到液晶显示板。
9.根据权利要求8所述的液晶显示器，进一步包括：
数据驱动器，用于把所选择的调制数据施加到液晶显示板；
门驱动器，用于把扫描信号施加到液晶显示板；和
定时控制器，用于把源数据施加到查找表和模式检测器，并控制数据驱动器和门驱动器。
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