CN1512475A - 液晶显示器及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示器包括信号控制器，该控制器具有亮度控制器，其接收来自于外部图像源的图像数据并控制图像数据的亮度，以使图像数据的特殊数据值表示的灰度的亮度设定为80cd/m²，该控制器还有灰度系数转换器，其输出每个都具有适合灰度系数2.2曲线灰度特性的图像数据。对于液晶显示器，确定背照光的亮度为大于80cd/m²的特殊值，并且控制输入图像数据的亮度，以使在该特殊数据值处的图像数据的亮度设定为80cd/m²。而且，转换图像数据RGB的灰度系数特性使其适合sRGB彩色空间要求的灰度系数2.2曲线。

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及其驱动方法。

背景技术

近来，在诸如个人计算机和电视的显示装置领域中，要求显示装置具有重量轻、厚度薄及屏幕尺寸大的性质。为了满足这样的要求，已经开发出了诸如液晶显示器(LCD)的平板显示器来代替阴极射线管，这种平板显示器已经在计算机和电视领域中实际应用。

LCD具有一个带阵列式象素图案的平板，以及一个与前平板相对的反向平板，具有介电各向异性的液晶材料注入两板之间。通过改变施加在该两板两端的电场强度来控制贯穿两板的光透射，从而显示出期望的图像。

显示装置通常通过其固有的RGB彩色空间在屏幕上显示原始图像。也就是说，当彩色空间由多个灰度级表示时，就通过与每个灰度级对应的亮度曲线进行灰度系数校正，即，通过灰度系数(gamma)曲线进行。另外还进行色彩校正，因而再现了原始图像。然而，由于RGB彩色空间主要与设备有关，因此当显示原始图像时，显示装置的设计者及其使用者就应该考虑到该装置固有的图像特征。这对于他们来说是相当大的负担。由于显示装置的种类和特性在不同的方式下是多样性的，这就需要确定一个显示装置的标准彩色空间。就这一点，HP公司和MS公司在1996年11月提出，象RGB监视器通常的概念一样，将sRGB彩色空间作为单位标准RGB彩色空间。从此，sRGB彩色空间就作为标准彩色空间在国际互连网上被接受了。

需要用LCD实现这样的sRGB彩色空间。

用LCD实现sRGB彩色空间需要满足三个要求。第一，应该将有关最大输入灰度级的显示亮度级设定为80cd/m²。第二，表示输入灰度级亮度特性的灰度系数曲线应该做为灰度系数2.2曲线。第三，关于RGB色彩的显示模型偏移量应该设置为0。

对LCD来说，需要实现这样的sRGB彩色空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现sRGB彩色空间的液晶显示器及其驱动方法。

该液晶显示器包括具有亮度控制器的信号控制器，该亮度控制器接收来自于外部图像源的图像数据并控制该图像数据的亮度，以便通过该图像数据的特殊数据值表示的灰度的亮度设定为80cd/m²，信号控制器还有灰度系数转换器，其输出图像数据，其中每个数据都具有适合灰度系数2.2曲线的灰度特性。

该液晶显示器进一步包括：数据驱动器，该驱动器接收来自于信号控制器的图像数据，并进行选择及输出与该图像数据对应的灰度电压；以及转换器，其控制灯，使该灯发射80cd/m²或更高亮度的光。

对于该液晶显示器，背照光的亮度确定为大于80cd/m²的特殊值，并且控制该输入图像数据的亮度，以便将该特殊数据值的亮度设定为80cd/m²。进一步地，该图像数据RGB的灰度系数特性转换为适合sRGB彩色空间要求的灰度系数2.2曲线。这样，就该液晶显示器来说实现了sRGB模式，并且可以改善该液晶显示器的显示质量。

附图说明

本发明将通过参考附图对其实施例进行的详细描述而变得更加清晰，附图如下：

图1是根据本发明实施例的LCD的方框图；

图2A是说明了LCD亮度作为灰度函数的典型曲线图；

图2B示出了说明LCD灰度系数曲线的典型曲线图，该曲线包括原始灰度系数曲线和适合于sRGB彩色空间的灰度系数2.2曲线；

图3是图1所示亮度控制器和灰度系数转换器的详细方框图；

图4是示出了灰度系数2.2曲线和原始灰度系数曲线的曲线图，用于说明图3所示灰度系数转换器中进行的灰度系数曲线的转换；

图5和6是根据本发明其他实施例的LCD的方框图；

图7是说明了根据本发明实施例的LCD中，输入(原始)图像数据和相应的输出(目标)图像数据之间的灰度差作为输入图像数据灰度的函数的曲线图；

图8是说明根据本发明实施例的LCD中通过数学运算进行的典型灰度系数转换过程的流程图；

图9说明了根据本发明实施例的sRGB彩色空间模式下LCD的驱动方法。

具体实施方式

现在，将参考附图对本发明进行更全面的描述，附图中示出了本发明的优选实施例。

在附图中，夸大了层的厚度和区域以使其清晰。所有相同的标记代表相同的元件。可以理解的是，当诸如层、区域或者基底的单元被称为在另一单元“上”时，它就可能直接在其他单元上或也可以插入单元中。相反，当一个单元被称为“直接在”另一个单元“上”时，就不存插入情况。

现在，将参考附图对本发明的液晶显示器及其驱动方法进行描述。

图1是根据本发明实施例的LCD的方框图。

如图1所示，根据本发明实施例的LCD包括液晶板组件10、栅极驱动器20、数据驱动器30、信号控制器40、电压发生器50、灯60和反相器70。

该液晶板组件10包括：多个栅极线(没有示出)，这些栅极线沿横向延伸并传输栅极电压；多个数据线(没有示出)，这些数据线沿纵向延伸并传输数据电压；以及多个象素(没有示出)，这些象素与栅极线和数据线相连并排列成阵列。每个象素都包括液晶电容(没有示出)和开关元件，例如薄膜晶体管(TFT)，开关元件响应于栅极电压选择性地将数据电压传输至液晶电容。

信号控制器40接收来自于外部图像源(没有示出)的图像数据RGB，连同用于显示图像数据RGB的输入控制信号，如：同步信号Hsync和Vsync、允许数据传送信号DE，和时钟信号MCLK。信号控制器40对图像数据RGB进行亮度控制和灰度系数校正以获得校正后的图像数据R′G′B′，并且向数据驱动器30输出该校正后的图像数据R′G′B′。而且，信号控制器40产生用于控制栅极驱动器20和数据驱动器30显示操作的控制信号，例如水平时钟信号HCLK、水平同步启动信号STH、载入信号LOAD、栅极时钟信号Gate clock、垂直同步启动信号STV、和允许输出信号OE，并且向相关的驱动器20和30输出这些信号。

信号控制器40包括控制信号处理块41和数据处理块，数据处理块包括亮度控制器42和灰度系数转换器43。

控制信号处理块41根据同步信号Hsync和Vsync、允许数据信号DE及时钟信号MCLK，产生控制信号HCLK、STH、LOAD、Gate clock、STV及OE。

亮度控制器42控制图像数据RGB的亮度，以使由该图像数据RGB的预定灰度值(或数据值)表示的亮度大约为80cd/m²。参考图2A对亮度控制器42的亮度控制进行描述，图2A是说明了LCD亮度作为灰度函数的典型曲线。

如图2A中实线所示，假设当灰度D+ΔD表示亮度为80cd/m²时，则由预定灰度D表示的亮度小于80cd/m²。亮度控制器42通过将ΔD值加到输入图像数据上，以使由预定输入图像数据的灰度D表示的亮度达到80cd/m²来执行亮度控制。因此，亮度控制将实线亮度曲线在A方向上移动到虚线亮度曲线处。预定灰度D优选为最大灰度。

灰度系数转换器43对来自亮度控制器42的图像数据的灰度系数特性进行转换，以使其可以适合灰度系数2.2曲线，并将转换过的图像数据R′G′B′输出到数据驱动器30。灰度系数转换器42可以通过查找表(LUT)或在专用集成电路(ASIC)上进行的数学运算而实现灰度系数转换。当使用查找表时，能够获得图1所示的结构。在这种情况下，查找表包括从原始(输入)图像数据RGB到转换过的(输出)图像数据R′G′B′的映射。灰度系数转换器42从查找表中检索与输入图像数据对应的转换过的数据，并且输出该转换过的图像数据。尽管图1示出了转换过的图像数据R′G′B′的位数(n位)等于原始图像数据RGB的位数(n位)，但是，为了提高灰度系数转换的精度，该转换过的图像数据RGB的位数可以大于原始图像数据RGB的位数。

图2B示出了说明LCD灰度系数曲线的典型曲线图，这些曲线包括原始灰度系数曲线和用于标准RGB(sRGB)彩色空间的灰度系数2.2曲线。在图中，水平轴线表示标准输入灰度级，而纵轴表示标准亮度。

数据驱动器30与控制信号HCLK和STH同步地接收及存储来自于信号控制器40的灰度系数转换器43的转换过的图像数据R′G′B′。数据驱动器30接收来自于电压发生器50的多个灰度电压Vgray，这些电压是将要实际施加到液晶板组件10上的模拟电压。数据驱动器30为各个象素选择与图像数据R’G’B’对应的灰度电压Vgray，并响应于载入信号LOAD，将所选灰度电压作为数据电压输出到液晶板组件10上。

栅极驱动器20接收来自于信号控制器40的栅极时钟信号Gate clock、允许输出信号OE、及垂直同步启动信号STV，并且还接收来自于电压发生器50的栅极电压Vgate。栅极驱动器20根据允许输出信号OE和栅极时钟信号Gate clock，顺序地输出栅极电压，这些电压用于选择液晶板组件10上的栅极线，由此顺序地扫描液晶板组件10上的栅极线。

灯60和反相器70形成了用于液晶板组件10的背照光，并且反相器70控制灯60的光的发射。在该实施例中，确定反相器70控制灯60的亮度为80cd/m²或更大以满足s RGB彩色空间的亮度要求。

当栅极电压Vgate选择了栅极线时，与该栅极线相连的象素就处于可写状态以通过数据线施加有数据电压。这些象素显示与这些数据电压对应的预定亮度级，这样，期望的图像显示在整个屏幕上。

现在，将参考图3和4对灰度系数转换器43的操作进行更详细的描述。

图3是图1所示亮度控制器42和灰度系数转换器43的详细方框图，图4是示出了灰度系数2.2曲线和原始灰度系数曲线的曲线图，用于说明图3所示灰度系数转换器43处进行的灰度系数曲线的转换。

如图3所示，灰度系数转换器43包括R数据调节器431、G数据调节器432、及B数据调节器433。数据调节器431-433完成关于相应RGB色彩的灰度特性的转换。

更具体地说，每个数据调节器431-433将表示灰度系数2.2曲线上一亮度级的输入图像数据映射为表示原始灰度系数曲线相同亮度级的输出图像数据。如图4所示，假设输入图像数据的灰度级是128。原始灰度系数曲线第128级灰度级的亮度不同于灰度系数2.2曲线第128级灰度级的亮度。而是，原始灰度系数曲线第129.4级灰度级表示与灰度系数2.2曲线第128级灰度级相同的亮度。每个数据调节器431-433都将具有第128级灰度级的输入图像数据映射为具有第129.4级灰度级的输出图像数据。为了这个目的，每个数据调节器431-433都包括查找表，该查找表包括在灰度系数2.2曲线的灰度级和原始灰度系数曲线的灰度级之间的映射，上述灰度级表示相等的亮度。该数据调节器431-433的查找表可以在各自的非易失性存储器例如ROM(只读存储器)中实现，或在一个ROM中实现。为了提高灰度系数转换的精度，输出图像数据的位数大于输入图像数据的位数，以使如图4所示灰度级小数点后的小数可以表示出来。

图5和6是根据本发明其他实施例的LCD的方框图。

图5所示的LCD除了包括灰度系数转换器43之外，还包括ROM控制器44和外部目标图像数据存储器45。灰度系数转换器43包括R、G、B数据调节器431-433，其中每个调节器都包括易失存储器，例如随机存取存储器(RAM)。

外部目标图像数据存储器45存储查找表，该查找表包括每个颜色的灰度系数2.2曲线的灰度级和原始灰度系数曲线的灰度级之间的映射，上述灰度级表示相等的亮度。ROM控制器44将该存储器45中的查找表装入R、G、B数据调节器431-433中。由于其他操作与图3所示的操作类似，这里就省略了对其的描述。

由于查找表存储在外部存储器45中，则本实施例就不用改变灰度系数转换器43而很容易地应对板组件10的变化。

图6所示的LCD与图5所示的LCD相比，除了包括灰度系数转换器43外，还包括内部目标图像数据存储器46及ROM控制器44、外部目标图像数据存储器45。灰度系数转换器43也包括R、G、B数据调节器431-433，每个调节器都包括易失存储器，例如随机存取存储器(RAM)。

与外部目标图像数据存储器45相同，内部目标图像数据存储器46存储查找表，该查找表包括前述的映射。ROM控制器44将存储在外部存储器45或存储在内部存储器46中的查找表装入R、G、B数据调节器431-433中。其他操作与图3所示的操作类似，因此，在这里省略了对其的描述。

现在，将参考图7和8，对根据本发明实施例的通过数学运算的灰度系数转换进行描述。

图7是说明了根据本发明实施例的LCD中，输入(原始)图像数据和相应的输出(目标)图像数据之间的灰度差作为输入图像数据的灰度的函数曲线图，及图8是说明根据本发明一个实施例的LCD中通过数学运算进行的示范性灰度系数转换过程的流程图。

假设图像数据RGB是能够表示256个灰度的8位信号。

如图7所示，当对于红色和蓝色图像数据R和B来说，表示目标图像数据和原始图像数据之间的灰度差的曲线在160的灰度级附近改变其形状时，对于绿色图像数据G来说，在目标图像数据和原始图像数据之间没有灰度差。对于红色和蓝色图像数据R和B来说，原始数据和目标数据之间的灰度差可以近似地表示为：

$\mathrm{\ΔR}=6-\frac{6\×(160-R)}{160}$ 如果R＜160，和

$6-\frac{{6\×(R-160)}^4}{{(255-160)}^4}$ 如果R≥160；和                         (1)

$\mathrm{\ΔB}=-6+\frac{6\×(160-B)}{160}$ 如果B＜160，和

$6-\frac{6\×{(B-160)}^4}{{(255-160)}^4}$ 如果B≥160，                           (2)

其中R和B分别是红色和蓝色图像数据的原始数据的灰度。

如图8所示，首先，当8位红色图像数据输入时，确定输入数据的灰度R是否大于临界值“160”(S501)。

当输入灰度R大于临界值时，就从输入灰度中减去临界值(S502)。然后，可以将结果(R-160)与1/(255-160)相乘。然而，由于1/(255-160)大约接近于11/1024(＝2¹⁰)，为了简化，(R-160)就与11相乘，并且对更低的10位作舍入处理(S503)。此后，就可以连续两次平方(R-160)×11/1024。这些运算可以通过ASIC的途径进行(S504，S505)。((R-160)×11/1024)⁴的结果与6相乘(S506)，然后从6中减去6×(((R-160)×11/1024)⁴)的结果，由此，根据关系式1得到ΔR的值(S507)。

当在步骤501中输入灰度R小于临界值时，就从临界值中减去输入灰度R(S511)。然后，可以将(160-R)的结果与1/160相乘。然而，由于1/160大约接近于13/2048(＝2¹¹)，则将(160-R)与13相乘，然后对更低的11位作舍入处理(S512)。此后，(160-R)×13/2048与6相乘(S513)。从6中减去由步骤S513得出的((160-R)×13/2048)×6的结果，由此，根据关系式1得到ΔR的值(S514)。

为了由步骤S507或S514得到的ΔR获得10位输出数据，则将8位输入数据与“4”相乘，以将其转换成10位数据，并加到计算出的值ΔR上(S508)。类似地，可以根据关系式2计算出蓝色输出图像数据B′。

通过数学运算进行的辉度系数转换不需要用于存储查找表的存储器。存储查找表需要的ROM或RAM的存储容量相当大。例如，8位图像数据需要6144(3×256×8)位的存储容量。因此，根据该实施例的辉度系数转换消除了大量存储容量并由于该存储器而降低了能量消耗。

现在将参考图9对根据本发明一个实施例的LCD的驱动方法进行描述。

图9说明了根据本发明一个实施例，sRGB彩色空间模式中LCD的驱动方法。

如图9所示，根据本发明一个实施例中的包含背照光单元的驱动LCD的方法包括：用于控制该背照光的第一步和用于进行灰度系数转换的第二步。该背照光单元包括至少一个灯和用于控制该灯的反相器。

在第一步中，控制该反相器使灯发射具有等于或大于80cd/m²亮度的光，这是sRGB彩色空间需要的。

第二步包括如前所述的亮度控制和灰度系数转换的子步骤。具体地，控制图像数据的亮度使图像数据的预定灰度级表示的亮度级为80cd/m²，并且转换输入图像数据的灰度系数特性使其适合灰度系数2.2曲线。

如前所述，确定背照光的亮度为一大于80cd/m²的特殊值，并且控制图像数据的亮度使输入图像数据的亮度在该特殊图像数据值上满足80cd/m²。这样，可以对该LCD实现sRGB模式，并且可以改善LCD的显示质量。

尽管已经参考实施例对本发明进行了详细描述，但本领域技术人员可以理解的是，在不脱离如所附权利要求阐明的本发明的本质和范围的情况下，可以进行多种调整和替换。

Claims (10)

1、一种液晶显示器包括：

信号控制器，其包括处理具有各自灰度的输入图像数据的亮度控制器，以使输入图像数据的预定灰度表示的亮度大约为80cd/m²；以及灰度系数转换器，其根据输入图像数据输出输出图像数据，所述输出图像数据具有适合灰度系数2.2曲线的灰度系数特性；

数据驱动器，其选择并输出与来自信号控制器的图像数据对应的灰度电压；以及

反相器，其控制灯，以使该灯发射具有等于或大于80cd/m²亮度的光。

2、如权利要求1所述的液晶显示器，其中亮度控制器的处理过程包括将预定数据值加到输入图像数据上，以使由输入图像数据的预定灰度表示的亮度为80cd/m²。

3、如权利要求1所述的液晶显示器，其中灰度系数转换器包括R数据调节器、G数据调节器和B数据调节器，其分别用于对红色、绿色和蓝色输入图像数据进行灰度系数转换，并且每个数据调节器都将输入图像数据映射成具有适合灰度系数2.2曲线的灰度特性的输出图像数据。

4、如权利要求3所述的液晶显示器，其中数据调节器包括非易失性存储器。

5、如权利要求1所述的液晶显示器，其中灰度系数转换器包括R数据调节器、G数据调节器和B数据调节器，其分别用于对红色、绿色和蓝色输入图像数据进行灰度系数转换，该液晶显示器进一步包括目标图像数据存储器及控制器，该存储器存储映射，该映射是从输入图像数据到具有适合灰度系数2.2曲线的灰度特性的输出图像数据的映射，控制器将目标图像数据存储器中存储的该映射装入数据调节器，这些数据调节器从已装入的映射中选择与输入图像数据对应的输出图像数据，并输出所选的输出图像数据。

6、如权利要求5所述的液晶显示器，其中数据调节器包括易失存储器，并且目标图像数据存储器包括非易失性存储元件。

7、如权利要求5所述的液晶显示器，其中目标图像数据存储器包括位于信号控制器中的永久性存储器，以及信号控制器外部提供的非易失性存储元件。

8、如权利要求1所述的液晶显示器，其中灰度系数转换器通过数学运算从输入图像数据获得输出图像数据。

9、一种驱动液晶显示器的方法，该方法包括：

控制背照光的亮度大约大于80cd/m²；

控制图像数据的亮度，以使输入图像数据的预定灰度表示的亮度级大约为80cd/m²；以及

转换输入图像数据的灰度系数特性以适合灰度系数2.2曲线。

10、如权利要求9所述的方法，其中灰度系数特性转换包括在专用集成电路(ASIC)上进行的数学运算。

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