高畫質液晶顯示器及其驅動方法

2023-04-22 22:54:31

專利名稱：：高畫質液晶顯示器及其驅動方法
技術領域：
：本發明涉及一種液晶顯示器，特別是一種高畫質液晶顯示器及其驅動方法。
背景技術：
：液晶顯示器(liquidcrystaldisplayer，LCD)的工作原理是利用電壓控制液晶分子的排列方式，並利用偏振光與液晶分子間的交互作用，控制光通過每一個像素(pixel)的強度，因而得以控制每一個像素的色彩及亮度以形成影像。然而，由於受到液晶分子本身特性的限制，液晶分子隨外加電壓而轉向具有特定的響應時間常數。此響應特徵時間與液晶分子的本身的性質有關，諸如粘滯係數(viscosity)、介電常數(dielectricconstant)以及彈性係數等。另一方面，此響應時間也與液晶面板的設計有關，如填充液晶的兩極間隙的厚度等。以一般的TN型的液晶為例，上升響應時間大約為20-80ms，而下降響應時間約為20-30ms。然而，這樣的響應時間仍然比一般的幀間隔(frameinterval)的時間(16.67ms)來的長，因而導致在顯示移動畫面時會造成動作模糊的現象，或所謂的殘影(afterimage)現象，因而無法獲致量良好的影像品質。針對這種殘影現象，除了尋找提高液晶分子轉向速度的方法外，也可以通過適當的驅動設計來解決。一般而言，在影像灰色信號輸入之後，可以經由一個灰色信號調節器(graysignalmodulator)，來改善因液晶分子響應過慢所造成的殘影現象。如圖1所示，為一般液晶顯示器的功能結構示意圖，其主要包含一灰色信號調節器10，用以接收及調節灰色資料信號；一時序控制器11，用以控制信號同步與顯示時序；一資料驅動器12，用以將該已調整的灰色信號資料轉換成對應的資料電壓，並且輸出影像信號；一閘極驅動器13，用以連續供應掃描信號；以及一液晶顯示器面板14，其包括複數條閘極線15，用以傳輸該等掃描信號；複數條已絕緣於且交叉於該閘極線15的資料線16，用以傳輸該影像信號；以及一像素矩陣，其是由被該等閘極線15與該等資料線16所環繞的區域所構成。由圖1不難發現，灰色信號調節器10在液晶顯示器及其驅動電路中所扮演的角色。原始影像的灰色信號資料先經過該灰色信號調節器10解決殘影的問題，再將調整後的灰色信號資料輸出至液晶顯示器的驅動電路，以提供適當的數據電壓於液晶面板的每一個像素，達到顯示影像的正確色彩或亮度。如圖2示出了一傳統的灰色信號調節器的基本運作原理。其主要包含一個影像的灰色信號資料輸入端20，用以接收輸入影像灰色信號；一幀存儲器(framememory)21，用以存儲前一個幀的灰色信號資料；一控制器(controller)22，用以控制該幀存儲器及該幀存儲器的讀取及寫入作業；一個信號轉換器(signalconverter)23，用以調整並輸入的灰色信號；及一信號輸出端24，用以輸出已調整的灰色信號資料至資料驅動器。信號轉換器23的主要功能是將輸入的目前幀資料與幀存儲器裡的先前幀資料作比較，將影像的電壓信號資料作適當的調整，通過適當的補償電壓(compensationvoltage)修正，再將補償過後的電壓信號輸出。圖3A及圖3B即為利用補償電壓修正影像信號資料來改善殘影現象的示意圖。由圖3A可知，因為響應時間太慢，輸出亮度並無法在一個幀時間間隔內，達到預定的亮度。然而，由圖3B可發現，通過適當的補償電壓修正，輸出的影像亮度可以在一個幀時間內，將輸出亮度提升至與輸入影像資料相符的程度，因而得以有效改善因液晶分子轉向的時間響應過慢所造成的殘影現象。一般而言，為了要提高信號轉換器處理影像資料計算補償電壓的效率，通常會以預先設計好的對照表(look-uptable)，並以查表法來提升處理速度。雖然如上所描述的技術，可以有效的改善因液晶分子時間響應所造成的影像殘影問題；然而，一般的灰色信號調節器的設計並沒有考慮影像噪聲的問題。由圖3A及圖3B可發現，補償電壓主要的功能是將信號電壓放大到適當的程度，然而這樣的電壓放大過程也同時會將輸入信號的噪聲一起放大，常會導致影像信躁比(S/Nratio)降低，因而降低了輸出影像的品質。另一方面，目前的驅動設計均未考慮不同的幀速率(framerate)。然而，幀速率不同，液晶分子在該幀時間內的響應程度也不同，因此也會導致過度補償(overcompensation)或補償不足的現象。有鑑於此，針對液晶顯示器的驅動方式，有必要作一些修正，尤其是其中的灰色信號調節器的設計，應做一些適當的改良，以達到最佳的影像品質。
發明內容本發明的主要目的是提供一種液晶顯示器，通過改良驅動方式的設計，提升輸出影像的品質。本發明改進改良傳統液晶顯示器內的灰色信號調節器，通過增設一前置信號處理器，用以處理輸入的灰色資料信號或用以檢測該輸入信號的特性，並經由信號轉換器處理後，可以得到已調整的最佳灰色資料信號，因而使液晶顯示器輸出最佳影像畫質。本發明所採用的前置信號處理器，可以抑制輸入影像的噪聲，以解決因電壓補償所造成信躁比降低的現象；另一方面，該前置處理器亦可設計用來檢測不同的幀速率，可以解決因不同幀速率所造成的過度補償或補償不足的現象，因而提升輸出影像品質。本發明的特點是在不更改液晶顯示器架構的前提下，通過考慮信號端的信號特性下，提供新的信號驅動方法以提升液晶顯示響應速度，又可同時獲得良好的影像品質。以下通過實施例並配合附圖，對本發明的技術內容、特點以及所發揮功效進行詳細說明。圖1是一液晶顯示器的功能示意圖；圖2是傳統液晶顯示器用以改善輸出響應的灰色信號調節器的功能示意圖；圖3A及圖3B是傳統灰色信號調節器，利用輸出適當的補償電壓，使該輸出電壓可以在一個幀時間間隔內，驅動顯示器達到正確的色彩或亮度的示意圖；圖4是本發明於灰色信號調節器中增設一前置信號處理器，用以處理或檢測輸入信號的特性的示意圖；圖5是本發明將前置信號處理器設計成用以抑制輸入信號噪聲的示意圖；圖6A是本發明的用以抑制信號噪聲的前置信號處理器的工作原理示意圖；圖6B是本發明的用以抑制信號噪聲的前置信號處理器所發揮效果的示意圖；圖7是本發明將前置信號處理器設計成用以檢測輸入信號的特性(以幀速率為例)的示意圖；圖8是本發明的用以檢測不同幀速率的工作原理示意圖。附圖標記說明10灰色信號調節器；11時序控制器；12資料驅動器；13閘極驅動器；14液晶顯示器面板；15閘極線；16資料線；20灰色信號資料輸入端；21幀存儲器；22控制器；23信號轉換器；24信號輸出端；40灰色信號調節器；41灰色信號輸入端；42幀存儲器43幀存儲器的控制器；44信號轉換器；45對照表；46信號輸出端；47信號前置處理器；51抑制噪聲功能的處理器；61減法器；62比較器；63修正參數選擇器；71檢測輸入信號幀速率電路；80影像同步信號的輸入端；81計數器；82參考定時器；83代表特定幀速率的標誌輸出端。具體實施例方式圖4是本發明針對灰色信號調節器40改進的功能示意圖。此灰色信號調節器40與先前技術的灰色信號調節器類似，同樣具有一個影像灰色信號輸入端41，一個幀存儲器(framememory)42，一個幀存儲器的控制器43，一個信號轉換器(signalconverter)44，一個對照表(look-uptable)45用以提供快速的信號轉換及一信號輸出端46。。本發明的特色在於影像輸入端與信號轉換器的間增設了一個信號前置處理器(signalpreprocessor)47。當目前幀資料Fn由輸入端輸入後，可先經由此信號前置處理器47修正成Fn』。此部分的修正，可以利用與幀存儲器42內的前一幀資料Fn-1做比較，經運算而得到修正後的Fn』。接著再將Fn』及幀存儲器42內的Fn-1輸入信號轉換器44，通過信號轉換器44與對照表45，可以快速換算並輸出調節後的影像幀資料MFn。此調節後的影像幀資料MFn可以提供正確的補償電壓，避免不必要的過度補償現象，而使液晶顯示器輸出正確的色彩及亮度。在某些情況下，信號前置處理器47可以設計成用來檢測輸入信號的特性，因而可以不需要與先前幀資料Fn-1比較，只要通過適當的檢測或運算，即可將代表該特性的標誌(flag)輸出至信號轉換器。通過接收該特性的標誌，信號轉換器44即可以適當的方式來提供補償電壓，因而輸出正確的調節影像幀資料MFn。如上所描述的灰色信號調節器40，其中的信號前置處理器47可以設計成用以抑制輸入影像的噪聲，其亦為本發明的第一具體實施例。如圖5所示的功能示意圖，即為本發明將信號前置處理器設計成具備抑制噪聲功能的處理器51，並用以改善信號轉換器可能造成的過渡補償現象的第一具體實施例。抑制噪聲的方法，可藉由圖6A及圖6B來說明。如圖6A所示，首先，將前一幀資料Fn-1與目前幀資料Fn輸入一減法器61，接著將得到的Fn～Fn-1輸入一比較器62，並與一預先設定的信躁界線值Nth比較。接著通過該比較的結果選擇不同的修正參數a(其中a≤1)63；其選擇方法如下a＝1，if|Fn-Fn-1|＞Nth，a≤1，if|Fn-Fn-1|≤Nth；其中a滿足a＝f(Fn，Fn-1，Nth)。選定修正參數a的後，修正的幀資料Fn』可利用以下的關係得到Fn′＝Fn，ifa＝1，Fn′＝Fn-1+a(Fn-Fn-1)，wherea＜1。也就是說，當|Fn-Fn-1|＞Nth，則判定為信號，輸出的Fn』不需修正；然而，若|Fn-Fn-1|≤Nth，則判定為噪聲，修正的Fn』可特過一個小於1的a值將噪聲降低。如上所描述的噪聲抑制處理方法，可以進一步以圖6B來說明噪聲抑制的效果。由圖中可發現，噪聲所造成的信號波動(fluctuation)，可通過噪聲抑制的功能有效的減低；另一方面，因為信號並未經過修正，而能夠保有原信號的特性。如上所描述的灰色信號調節器，其中的信號前置處理器，亦可設計成具有檢測輸入影像特性的功能。如圖7所示的功能示意圖，即為本發明將信號前置處理器設計成可檢測輸入信號幀速率的電路71，並用以改善信號轉換器可能造成的過渡補償現象的另一具體實施例。檢測幀速率的方法，可以利用圖8來進一步說明。其具備一影像同步信號的輸入端80，一計數器(counter)81，一參考定時器82，及一代表特定幀速率的標誌輸出端83。通過輸入的影像同步信號，以及本身的參考定時器，利用計數器來找出輸入信號的幀速率，並以代表該速率的標誌輸出。利用此標誌，可以修正獲選取適當的對照表，因此，因不同幀速率所造成的過度補償現象將可以改善。上述的高畫質液晶顯示器及其驅動方法的實施例，僅是例示的說明，凡利用本發明權利要求所述的驅動方法，均應視為本發明的進一步實施。權利要求1.一種高畫質液晶顯示器，包括一灰色信號調節器，用以接收灰色信號資料，並藉由考慮目前幀及先前幀的灰色信號資料，以及藉由考慮灰色信號資料的特性，來輸出已調整的灰色信號資料；一資料驅動器，用以將該已調整的灰色信號資料轉換成對應的資料電壓，並且輸出影像信號；一閘極驅動器，用以連續供應掃描信號；以及一液晶顯示器面板，包括複數條閘極線，用以傳輸該等掃描信號；複數條已絕緣於且交叉於該等閘極線的資料線，用以傳輸該等影像信號，以及一像素矩陣，由被該等閘極線與該等資料線所環繞的區域所構成。2.如權利要求1所述的高畫質液晶顯示器，其中該灰色信號調節器包括一灰色信號資料輸入端；一幀存儲器，用以存儲前一個幀的灰色信號資料；一控制器，用以控制該幀存儲器及該幀存儲器的讀取及寫入作業；一信號前置處理器，用以預先處理或檢測來自灰色信號資料輸入端的灰色信號資料的特性；一灰色資料信號轉換器，用以考慮經過前置處理器處理或檢測的灰色信號資料以及從該幀存儲器接收到的前一幀的灰色信號資料，並輸出該已調整的灰色信號資料；以及一灰色信號資料輸出端，用以輸出已調整的灰色信號資料至資料驅動器。3.如權利要求2所述的高畫質液晶顯示器，其中灰色信號調節器的信號前置處理器針對輸入的灰色信號資料做噪聲抑制(noisereduction)處理。4.如權利要求2所述的高畫質液晶顯示器，其中灰色信號調節器的信號前置處理器針對輸入的灰色信號資料做信號特性檢測，用以提供信號轉換器選擇適當的轉換方式。5.如權利要求4所述的高畫質液晶顯示器，其中灰色信號特性檢測包含檢測不同影像制式(NTSC，PAL或HDT)、或不同幀速率(framerate)、或不同信噪比特性的影像內容(TVgame或movie)或不同接口(AV或DVI)，或因使用者的喜好而有不同的信號特性。6.一種高畫質液晶顯示器的驅動方法，包括下列步驟將輸入影像的灰色信號資料送入一灰色信號調節器；利用該灰色信號調節器將輸入的灰色信號資料做適當的調整；將已調整的灰色信號資料輸出至資料驅動器；藉由該資料驅動器將已調整灰色信號資料轉換成對應的影像資料電壓；以及以該影像資料電壓驅動液晶顯示器中每一個圖素，以達影像所預定的色彩及亮度。7.如權利要求6所述的高畫質液晶顯示器的驅動方法，其中利用灰色信號調節器來調整輸入影像信號資料的步驟是通過考慮目前幀及先前幀的灰色信號資料，以及藉由考慮灰色信號資料的特性，來輸出已調整灰色資料信號。8.如權利要求7所述的高畫質液晶顯示器的驅動方法，其中利用灰色信號調節器來調整輸入影像信號資料的步驟包括利用一個信號前置處理器來預先進行聲抑制處理。9.如權利要求8所述的高畫質液晶顯示器的驅動方法，其中噪聲抑制處理步驟是考慮目前幀灰色資料信號以及前一幀灰色資料信號的差異，若超過一設定的信躁界線則將該輸入資料視為信號予以直接輸出，若小於該設定的信噪界線則視為噪聲，並須先做抑制修正後再予以輸出。10.如權利要求9所述的高畫質液晶顯示器的驅動方法，其中噪聲抑制處理步驟的抑制修正方法滿足當|Fn-Fn-1|≥Nth，則F′n＝Fn，以及當|Fn-Fn-1|＜Nth，則F′n＝Fn-1+a(Fn-Fn-1)，其中，Fn為目前幀資料，Fn-1為前一個幀資料，F′n為修正後的目前幀資料，Nth為一預先設定的信噪界線，而a可為一個預先設定的常數，滿足0≤a＜1，或a可根據噪聲大小改變，滿足a＝f(Fn，Fn-1，Nth)。11.如權利要求7所述的高畫質液晶顯示器的驅動方法，其中利用灰色信號調節器來調整輸入影像信號資料的步驟進一步包括利用一個信號前置處理器來預先檢測輸入灰色信號資料的特性，並通過信號前置處理器產生一代表該特性的標誌，並將該標誌傳送至信號轉換器，以提供不同的信號轉換方式。12.如權利要求11所述的高畫質液晶顯示器的驅動方法，其中信號前置處理器所檢測的輸入灰色信號特性包括不同的影像制式(NTSC，PAL或HDT)、不同的幀速率(framerate)、不同信躁比特性的影像內容(TVgame或movie)、不同的接口(AV或DVI)，或因使用者的喜好而有不同的信號特性。13.如權利要求11所述的高畫質液晶顯示器的驅動方法，其中不同的信號轉換方式利用信號轉換器修正或選取不同的對照表。全文摘要本發明公開了一種液晶顯示器及驅動方法，通過改良驅動方式的設計，提升輸出影像的品質，可供電視、計算機屏幕及PDA等的液晶顯示器使用。本發明針對傳統液晶顯示器的灰色資料信號調節器加以改良，增設一前置信號數據處理器，用以處理輸入的灰色資料信號或用以檢測該輸入信號的特性，經灰色資料信號轉換器處理後，可以得到已調整的最佳灰色資料信號，因而使液晶顯示器輸出最佳影像畫質。文檔編號G09G3/36GK1591556SQ03156029公開日2005年3月9日申請日期2003年8月28日優先權日2003年8月28日發明者呂奕良,陳衣凡,陳政嶸,沈毓仁申請人:鈺瀚科技股份有限公司