CN1318890C - 液晶显示器的动态画面信号灰阶处理装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是液晶显示器的动态画面信号灰阶处理装置及其方法。所述液晶显示器动态画面表现改善的驱动方法，首先提供一灰阶映像表，灰阶映像表是用以提供信号灰阶与映像灰阶的对照关系，将信号灰阶0至N共N+1个灰阶重分配至1至N-1共N-1个映像灰阶。接着，依据接收的信号灰阶查询该灰阶映像表，找到该信号灰阶所对应的映像灰阶值。当前画面的映像灰阶值与前一画面的映像灰阶值有变化时激活过电压补偿，当前画面的映像灰阶值与前一画面的映像灰阶值没有变化时关闭过电压补偿。前一画面变化至信号灰阶全黑或全白的当前画面都可以使用过电压补偿，而加速液晶扭转的速率。
Description
技术领域
本发明是有关于一种液晶显示器的信号灰阶处理装置及其方法，特别是一种利用数据输入液晶显示器驱动数据线前，先经过结合映像表(mapping table)与电压补偿技术处理，以改善动态画面表现的液晶显示器信号灰阶处理方法。
背景技术
液晶显示器的结构基本上是由密封于两片透明玻璃基板(穿透式液晶显示器)或至少一片透明玻璃基板(反射式液晶显示器)的薄层液晶所构成。而液晶为一种具有扭曲向列(twisted nematic)结构特性或螺旋向列(helix nematic)结构的分子。这种液晶分子具有极性(polarization)，因此可以受到电场强度变化的影响而使液晶分子排列重组至垂直、扭转倾斜以特定角度或平行于玻璃基板而使得背光模块提供的光源得以穿透或部分穿透或不穿透光，此即为灰阶。
一般而言，为避免液晶解离(dissociate)，液晶在正画面时间(positive frame time)时间后，会接着有负画面时间。一画面时间约为16,7ms，画面时间是依据人类视觉暂留效应而定出一画面显示的时间。液晶显示画面的反应时间决定了动态画面显示时是否会有延迟现象。而液晶显示时间或说反应速率快慢则取决于液晶受到电场变化而扭转的速率。而操纵电场变化的因子就是电压了。举例来说，若全黑到全白，以8位记录一象素的灰阶程度而言，则将可分为灰阶0至灰阶255。全黑为灰阶0，而全白为灰阶255。图1A及图1B显示依据传统过电压补偿方法，当目前画面的灰阶与前一画面的灰阶比较，若较大时则将灰阶提高a，即施加一对应灰阶a增加的电压以加速液晶扭转速率，反之若较小时则将灰阶降b，即施加一对应灰阶b减少的电压的示意图。请参考图1A所示的过电压补偿技术示意图。当输入信号105在画面1至画面5中某象素的信号灰阶变化依序为30、130、130、30、30时。该5个画面利用过电压补偿技术后，过电压补偿信号110将会分别有以下的处理结果即30、130+a、130、30-b、30。其中a、b为补偿值。
说明如下，画面1至画面2灰阶增加，将画面2的灰阶再加一“a值”以做为补偿，即130+a。画面2至画面3灰阶不变，依据画面3的灰阶输出，不再加任一数值，即130。画面3至画面4灰阶减小，则将当前画面4的灰阶30再减一“b值”以做为补偿，即30-b。最后，画面4至画面5灰阶不变，依据当前画面5的灰阶输出，不再加任一数值，即30。各信号灰阶对应的电压则如图1B所示。
依据上述的方法，当象素的灰阶在两个极端值时，即灰阶0(全黑)或灰阶N(全白)时，就无法做加或减的动作了。图2A及图2B显示依据传统过电压补偿方法，若前一画面与目前画面比较结果是有差异，且目前画面为全黑或全白时，过电压补偿都不能进行的示意图。请参考图2A所示例子。画面1至画面5中某象素的灰阶变化依序为0、N、N、0、0时，将得不到任何的过电压补偿，例如画面1至画面2灰阶是增加了，但灰阶N已是最高值。因此不能有任何过电压补偿。换言之，该灰阶对应的电压VW(全白)则如图2B所示，没有进行过电压补偿。画面3至画面4也是。灰阶是减少了，但灰阶0已是最低值。因此不能再减去任何过电压做为补偿。该灰阶对应的电压VB(全黑)亦没有进行过电压补偿。图1B的Vd表示输入至液晶显示器数据线的电压。
图3是依据传统过电压补偿方法的硬件功能方块示意图。图标中信号电压105经过电压处理电路20依前述方法计算后，再将处理后的信号110输入至液晶显示器驱动电路的数据线30。
有鉴于前述补偿存在着缺点，即前一画面变化至当前画面时，若确有变化且当前画面的灰阶是0或N时，过电压处理电路20就无能为力了。而不幸的是这两个极端值又是常被使用，且最容易被肉眼所感觉的。因此，本发明将提供一解决方法，即建立映像表的方法，有效处理上述的问题。
发明内容
本发明揭露一种液晶显示器改善动态画面表现的信号处理方法及处理装置，此方法和装置可使动态画面的最高补偿电压高于静态画面的最大电压，动态画面的最低补偿电压低于静态画面的最小电压。
本发明提供的一种液晶显示器改善动态画面表现的信号处理方法：首先(1)提供一灰阶映像表，灰阶映像表是用以提供信号灰阶与映像灰阶的对照关系，将信号灰阶0至N共N+1个灰阶重分配至1至N-1共N-1个映像灰阶，以改善现有技术在前一画面(previous frame)动态画面变化至目前画面(current frame)且目前画面是全黑或全白的极值时，就不能提供态画面变化过电压补偿的缺点。所谓动态画面变化电压补偿是指目前画面(current frame)的映像灰阶值比前一画面(previousframe)灰阶值的映像灰阶值高时(或目前画面的输入灰阶值比前一画面的输入灰阶值高时)，将目前画面的映像灰阶值提高以做为补偿灰阶，再依据该补偿灰阶输出信号电压值。当目前画面的映像灰阶值比前一画面灰阶值的映像灰阶值低时(或目前画面的输入灰阶值比前一画面的输入灰阶值低时)，将目前画面的映像灰阶值降低以做为补偿灰阶，再依据该补偿灰阶输出驱动电压值至数据线。
接着，(2)依据接收的信号灰阶查询该灰阶映像表，找到该信号灰阶所对应的映像灰阶值。当目前画面的映像灰阶值与前一画面的映像灰阶值有变化时激活过电压补偿，当目前画面的映像灰阶值与前一画面的映像灰阶值没有变化时关闭过电压补偿。最后，(3)将处理后的信号馈入液晶显示器驱动电路的数据线(data line)。
本发明提供一种液晶显示器动态画面灰阶处理的装置，其特征在于所述液晶显示器动态画面灰阶处理的装置至少包含：
一灰阶映像表，与该液晶显示器信号输入端耦合，用以提供馈入的信号灰阶与预设的灰阶映像表的映像灰阶的对照关系，上述的映像灰阶，是将0至N共N+1个灰阶区间重分配至1至N-1共N-1个映像灰阶，以提供目前画面的的映像灰阶在0或N两个灰阶值时的过电压补偿空间；
一过电压补偿电路，与该灰阶映像表输出端耦合，用以比较目前画面的映像灰阶值与前一画面的映像灰阶的大小关系，并依据该大小关系，而输出补偿电压，或该目前画面信号灰阶所对应的电压其中的一种电压至该液晶显示器驱动电路的数据输入端。
因此，本发明具有以下的优点：
1.现有技艺对于前一画面灰阶变化为目前画面的灰阶且灰阶为全黑或全白时，过电压补偿电路就不能使用，而本发明可以完全改善上述的问题。
2.由于本发明包含一灰阶映像表，补偿量只要参照灰阶映像表，不需复杂的电路计算，因此可以简化过电压补偿电路的计算。
附图说明
图1A及图1B显示依据传统过电压补偿方法；
图2A及图2B显示依据传统过电压补偿方法；
图3显示依据传统过电压补偿方法的硬件功能方块示意图；
图4显示依据本发明过电压补偿方法，信号灰阶与映像灰阶转换关系的示意图；
图5A及图5B显示依据本发明过电压补偿方法，信号灰阶需先处理为映像灰阶，再依变化情况进行过电压补偿的示意图；
图6显示依据本发明第一实施例，过电压补偿方法，硬件功能方块示意图；
图7显示依据本发明第二实施例，过电压补偿方法，硬件功能方块示意图；
图8A显示依据本发明第三实施例，过电压补偿方法，硬件功能方块示意图；
图8B显示依据本发明第四实施例，过电压补偿方法，硬件功能方块示意图。
符号说明：
110～过电压补偿信号
105～输入信号
120～映像后灰阶
600、700、800～映像电路方块
20、610、710、810～过电压补偿电路
815～dithering电路
30、620、720、820～液晶显示器驱动电路的数据线
701～信号至映像电路方块处理路径
702～信号直接至过电压补偿电路的路径
具体实施方式
如前所述，传统动态画面过电压补偿方法，只要目前画面(currentframe)的象素不是在极端值时(全黑或全白时)，都可以达到利用过电压补偿法加速液晶扭转速率。本发明提供的方法是利用灰阶映像表处理上述的问题。详细说明如下：
本发明的灰阶映像表请参考图4，是用以提供信号灰阶与映像灰阶的对照关系，其中信号灰阶是由该液晶显示器信号接收端输入的信号，依据灰阶程度分为0至N共N+1个灰阶区间，而映像灰阶依据本发明的一较佳实施例而言，是将该N+1个信号灰阶重分配至1至N-1共N-1个映像灰阶。本发明映像灰阶并不限制于只首尾两端各减一灰阶，当然，也可以首尾少更多，例如首尾两端各减二灰阶。
由于N+1个信号灰阶重分配至N-1个映像灰阶，少了两个灰阶，将因此至少会有两组两个信号灰阶对应于一同一映像灰阶的情形产生。此即为前述考虑将某些相邻灰阶，但肉眼又是无法分辨或分辨力最低的值时，就可以将两个信号灰阶对应于一同一映像灰阶。另一种方式是先将N-1个映像灰阶映像至较高位电路，例如原8位(对255灰阶而言)映像至较高位(例如10位)再做平均化处理，即以低位仿真高位的dithering处理。如此虽然会增加内存的使用量，但可增加画面品质。
以下的实施例，将以N+1个信号灰阶重分配至N-1个映像灰阶说明。
在建立灰阶映像表后，接着要说明的是处理规则。步骤1：依据本发明的方法是先依据接收的信号灰阶查询灰阶映像表，以找到该信号灰阶所对应的映像灰阶值。图4所示为信号灰阶与映像灰阶表即为一例。
步骤2：接着，将目前画面(current frame)的映像灰阶值与前一画面(previous frame)的映像灰阶值进行比较，当有变化时激活过电压补偿。若目前画面的映像灰阶值与前一画面的映像灰阶值比较结果是没有变化时，则关闭过电压补偿。依据本发明的方法是目前画面的映像灰阶值比前一画面的映像灰阶值高时，将目前画面的映像灰阶值进行正补偿。当目前画面的映像灰阶值比前一画面的映像灰阶值低时，将目前画面的映像灰阶值进行负补偿。
设想某象素的灰阶由画面1至画面5中的输入信号105的灰阶变化顺序0、N、N、0、0。请参考图5A所示的示意图。则依据本发明步骤1重新映像后画面1至画面5中的映像后灰阶120变化顺序将是1、N-1、N-1、1、1。再依据本发明步骤2补偿原则进行过电压补偿，过电压补偿灰阶110将是1、N、N-1、0、1。
因此，将上述补偿后的灰阶1、N、N-1、0、1投射至电压值将如图5B所示，分别为VB、VMAX、VW、VMIN、VB。分别为全黑的电压值、最高电压值、全白电压值、最低电压值、全黑的电压值。图5B的Vd表示输入至液晶显示器数据线的电压。
为达成以上的结果，请参考图6所示的本发明第一实施例硬件功能方块。首先，将信号电压经映像电路方块600处理以找到对应的映像灰阶值。接着输入映像灰阶值利用过电压补偿电路610进行必要灰阶的补偿，利用映像灰阶值决定补偿值的大小。最后输入液晶显示器驱动电路的数据线620。
如图7所示，将输入信号经映像电路700处理再输入过电压补偿电路710，或直接依输入信号，决定补偿值的大小，如路径702所式，馈入过电压补偿电路710进行灰阶补偿。最后输入液晶显示器驱动电路的数据线720。
由于先前所述，映像灰阶总数低于信号灰阶总数，换言之，灰阶分辨率将降低，因此，本发明第三实施例也可以再作如下的改变将灰阶分辨率提高。请参考图8A的硬件功能方块示意图。将信号电压经映像电路方块800处理以找到对应的映像灰阶值。接着利用过电压补偿电路810进行必要灰阶的补偿。随后再经由dithering电路(细致过网电路)815处理。最后输入液晶显示器驱动电路的数据线820。dithering电路815是一种信号处理法。一种利用人眼对密集颜色小点平均化的原理，把媒介不具备的颜色，分解为两种或以上显示媒介可显示的颜色以代替原色可用以提高灰阶的分辨率。换言之是一种将低位的信号仿真为较高位分辨率的一种信号处理法。
当然，dithering电路815也可以在过电压补偿电路810之前先进行。对应的电路方块如图8B所示。
Claims (10)
1、一种液晶显示器动态画面灰阶处理的方法，该方法至少包含以下步骤：
提供一灰阶映像表，该灰阶映像表提供信号灰阶与映像灰阶的对照关系，其中该信号灰阶是由该液晶显示器接收的信号依据灰阶程度分为0至N共N+1个灰阶区间，而该映像灰阶是将该N+1个信号灰阶重分配至1至N-1共N-1个映像灰阶；
依据接收的信号灰阶查询该灰阶映像表，以找到该信号灰阶所对应的映像灰阶信号；
将映像灰阶信号馈入过电压补偿电路处理，将目前画面的映像灰阶值与前一画面的映像灰阶比较，当发现有变化时激活过电压补偿，比较后发现没有变化时关闭过电压补偿。
2、根据权利要求1所述的液晶显示器动态画面灰阶处理的方法，其中上述的N+1个信号灰阶重分配至N-1个映像灰阶，因此将会有两组两个信号灰阶对应于一同一映像灰阶的情形产生。
3、根据权利要求1所述的液晶显示器动态画面灰阶处理的方法，其中上述的激活过电压补偿，是指目前画面的映像灰阶值比前一画面灰阶值的映像灰阶值高时，将目前画面的映像灰阶值进行正向补偿以做为第一补偿灰阶，再依据该第一补偿灰阶输出信号电压值，目前画面的映像灰阶值比前一画面灰阶值的映像灰阶值低时，将目前画面的映像灰阶值进行负向补偿以做为第二补偿灰阶，再依据该第二补偿灰阶输出驱动电压值至数据线。
4、根据权利要求1所述的液晶显示器动态画面灰阶处理的方法，其中上述的关闭过电压补偿，是指目前画面的映像灰阶值与前一画面灰阶值的映像灰阶值相同时，依据目前画面的映像灰阶值输出驱动电压。
5、根据权利要求1所述的液晶显示器动态画面灰阶处理的方法，更包含一细致过网电路耦接于灰阶映像表之后，用以将该映像灰阶信号以该细致过网电路处理，以提高灰阶分辨率，再馈入过电压补偿电路处理。
6、根据权利要求1所述的液晶显示器动态画面灰阶处理的方法，更包含一细致过网电路耦接于过电压补偿电路之后，用以将该过电压补偿电路处理后的数据信号以该细致过网电路处理，以提高灰阶分辨率。
7、一种液晶显示器动态画面灰阶处理的装置，其特征在于所述液晶显示器动态画面灰阶处理的装置至少包含：
一灰阶映像表，与该液晶显示器信号输入端耦合，用以提供馈入的信号灰阶与预设的灰阶映像表的映像灰阶的对照关系，上述的映像灰阶，是将0至N共N+1个灰阶区间重分配至1至N-1共N-1个映像灰阶，以提供目前画面的的映像灰阶在0或N两个灰阶值时的过电压补偿空间；
一过电压补偿电路，与该灰阶映像表输出端耦合，用以比较目前画面的映像灰阶值与前一画面的映像灰阶的大小关系，并依据该大小关系，而输出补偿电压，或该目前画面信号灰阶所对应的电压其中的一种电压至该液晶显示器驱动电路的数据输入端。
8、根据权利要求7所述的液晶显示器动态画面灰阶处理的装置，其特征在于：上述的依据该大小关系，而输出补偿电压，是指目前画面的映像灰阶值与前一画面灰阶值的映像灰阶值相同时，依据目前画面的映像灰阶值输出驱动电压，在目前画面的映像灰阶值比前一画面灰阶值的映像灰阶值高时，将目前画面的映像灰阶值进行正向补偿，以输出补偿电压，在目前画面的映像灰阶值比前一画面灰阶值的映像灰阶值低时，将目前画面的映像灰阶值进行负向补偿，以输出补偿电压。
9、根据权利要求7所述的液晶显示器动态画面灰阶处理的装置，其特征在于：更包含一细致过网电路耦接于灰阶映像表之后过电压补偿电路之前，用以将该映像灰阶信号以该细致过网电路处理，以提高灰阶分辨率，再馈入过电压补偿电路处理。
10、根据权利要求7所述的液晶显示器动态画面灰阶处理的装置，其特征在于：更包含一细致过网电路，与该液晶显示器信号输入端耦合，经该细致过网电路处理后将输出信号馈入灰阶映像表，以进行映像处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070530 |