专利名称：液晶显示器反应时间的驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种^皮动矩阵式液晶显示器的驱动纟支术，尤指一种
针对扭转向列型(TN)及超扭转向列型(STN)被动矩阵式液晶显 示器(LCD),不增加图形存+者器且有效地缩短液晶反应时间改善 动态画面才莫糊二见象的驱动方法。
背景技术：
液晶平面显示器4要照驱动显示方法，可分为^皮动矩阵型 (PM-LCD)与主动矩阵型(AM-LCD)两种。其中PM-LCD的驱 动方式是在上、下二玻璃面板上，分别在一个面板上设置水平方向 的透明ITO (Indium Tin Oxide )电才及，另 一个面^反上i殳置垂直方向 的透明ITO电4及，两面才反贴合后(中间i真充液晶)，上、下面4反形 成电极交差的格子状部位就是显示面板的像素，^象素的电位差是由 外部^是供驱动电压来控制两方向的电极，达成驱动^象素中液晶的转 动。常见的(TN)与超(STN)皆属PM-LCD产品，本身没有非 线性元件(类似一开关元件)以控制像素中液晶的操作，所以每一 个^f象素的形成是水平的共同(Common)电极走线与垂直的^t据 (Segment)电极走线的重迭区域。其基本才喿作原理是利用液晶材 泮+对所施加电压的均方才艮^直(Root Mean Square Value; RMS )所产 生的电光岁丈应，液晶才才并+的反应时间必须要远大于驱动"永波的扫描 周期，若是图框扫描频率(frame rate)为60Hz,每一条水平扫描线(即共才及电极)^皮选取的时间间隔为16.67ms,则所需的液晶材 泮+反应时间一4殳为200 ms，这是液晶对均方4艮值(RMS )反应的必 要条件。
但是，传统的振幅选择驱动(Alt & Pleshko Theory; APT)方 式，若要显示动态画面时，由于液晶材料的反应时间过慢，会造成 移动画面拖影的现象，但是，若使用快速反应的液晶材料，会造成 画面严重的闪烁(Flicker)现象，同时画面对比会大幅降低。
请参阅图1,是一般过驱动(Over-Driving)电路的查表运算方 框示意图。4十对前述问题， 一般的解决方式是4十对不同画面,合定不 同的过驱动电压V，的值，作法是利用画面判断电路10将新进来的 现行图框(Current Field)与先前被储存于设置于驱动装置内部(或 外部)图形存储器11的前一图框 (Previous Field)经过比较电路 12的比较，若数据不相同则表示是动态画面， 一般对于动态画面的 数据是通过查表运算(LUT)电路13利用查表的方式，送出相对 应的过驱动的输出电压值，这就是已知的过驱动电路的操作原理。
查表运算(LUT)使用一个索引的数组当作新的过驱动电压V， 值表，将一些非线性及复杂的演算整合成以常数来概括，使得整个 运算过程中省略了繁复的计算，提高了实质的影像处理效率。而被
如此可有效缩短传统纟皮动矩阵型液晶显示器(TN型与STN型)所 用的振幅选择驱动(APT)的反应时间，降低播放动态画面中拖影 的现象。
因为被动矩阵型液晶显示器是一种被动式架构，每个像素内并 无开关元件，无法将液晶々者存电容充电后的电荷锁住，所以当凄t据 电极输出电压后，液晶电容内的电荷会经杂散电容或其充电路径漏 电，所以液晶电容无法维持固定准位，所以数据电极在一个图框时间充电后，在液晶像素电容的真正有效电位会比数据电极输出的小
很多，造成显示动态画面边缘模糊(Blurring)的现象。
另外，因为过驱动补偿法除了需储存前一张画面的数据，用来 与目前的画面数据作比较外，另外也要4诸存比较后整个补偿画面 (补偿电压)的数据，所以必需额外增加一个图形存储器的储存量 用以储存比较后整个补偿画面(补偿电压)的凄史据。所以在原本驱 动IC内部的存储器将会不够使用，需额外再增加一倍的存储器空 间，将造成产品的存储器容量的需求太大而增加制造成本，也会使 制造驱动IC所需要的芯片尺寸(die size)加大。
发明内容
于是，为解决上述的缺陷，避免缺陷存在，本发明对于(TN) 与超(STN)等被动矩阵型液晶显示器的振幅选择驱动，通过色域 间数据的转换且加入过驱动补偿法与高频更新率的方法，以及储存 数据的位的重新排列(BitAllocation), -使前后笔奇数和偶数原始数 据与过驱动的数据两者相加的总合与原始每一组的奇数和偶数三 原色(RGB )的储存位数一样，在不增加额外的图形存储器(GRAM ) 情况下，改善扭转向列型(TN)及超扭转向列型(STN)等被动矩 阵型液晶显示器的反应时间，改善动态画面模糊(Blurring )的现象。
为实现上述的目的，本发明不增加图形存储器且改善扭转型和 超4a4争型液晶显示器反应时间的马区动方法，其驱动方法利用过马区动
的操作原理，将目前三原色数据经过动态画面的判断机制，当目前 的数据与前一个画面的数据不同时，将通过查表(LUT)运算电路 利用查表的方式，送出相对应的过驱动的输出三原色数据。且为了 节省图形存储器储存空间，将目前影像的三原色数据转换成YCbCr 数据，也将目前影像的输出过驱动三原色数据转换成过驱动YCbCr 数据；再将YCbCr凄t据与过驱动YCbCr数据按照^见讯压缩标准压缩取样及结合，进一步减少YCbCr数据的CbCr储存位，且减少过 驱动YCbCr的YCbCr储存位。通过数据位重新排列再将减少位后 YCbCr数据与过驱动的YCbCr数据一起储存于图形存储器；其后 并通过输出倍频电路，弹性地在每个数据总线更新的时间内，按照 过驱动YCbCr数据给定N次比原来输出电位更高(或更低)的过 驱动补偿电位，其中该N为大于等于2，小于等于8的正整数。
其中，该过驱动输出三原色数据通过查表运算，送出相对应不 同画面给定不同的过驱动补偿电位，该过驱动补偿电位范围为大于 等于0，小于等于液晶驱动的最高电压。而三原色数据转为YCbCr 压缩取才羊为Y : Cb : Cr = 4 : 2 : 2、 Y : Cb : Cr = 4 : 2 : 0及Y : Cb : Cr =4:1:1的其中一取^羊演算A见则。
因为， 一般在一个图框(frame)时间内输出一次的数据电压对 液晶电容充电，但因为被动矩阵型液晶显示器(TN型与STN型) 每个像素内并无开关元件，液晶电容内的电荷会经杂散电容或其充 电鴻^圣漏电，所以在一个图沖医时间后，'液晶电容上的电压不足以达 到输入数据总线预期的电压准位。我们改以在一个图框时间内重复 输出N次(即在一个图框时间内对像素电容N次充电)，并给以更 高(或更低)的过驱动补偿电压，所以能在更短的时间内就让液晶 旋转达到我们期望的目标亮度，大幅改善(TN)与超(STN)等被 动矩阵型液晶显示器反应时间过慢造成移动影像模糊(blurring)的 问题。
通过过驱动方法在一个画冲匡时间内要经过多次的驱动才会达 到目标亮度，所以少了几个位以较不精确的电压驱动也有同样改善 反应时间的效果，因此在不增加额外的绘图存储器的情况下，可直 ^接将上一张画面与目前画面经过过驱动补偿处理后的凄t据都一起 储存在原始驱动IC内部的一颗绘图存储器，也达到我们改善扭转向列型和超纟丑转向列型(TN/STN);故动矩阵式液晶显示器反应时 间的目的。
图1是一般过驱动电路的运算方框示意图，
图2是数据电极信号在一个扫描图框的时间内输出波形的示意
图，
图3是数据电极信号在一条线时间分割成16个等份的输出准 位波形的示意图，
图4是一个像素内液晶由初始亮度到目标亮度的位置示意图，
图5是本发明过驱动电路的方框示意图，
图6描述驱动元件的^:据电4及写入面板的频率将是输入^:据总 线更新频率的N倍(6倍)与原更新频率的比4交示意图，
图7描述驱动元件的数据电极以过驱动电压写入面板，且频率 将是输入数据总线更新频率的N倍(6倍)与原电压原更新频率的 比较示意图，
图8是过驱动补偿数据电极信号(SEG)在一条线时间分割成 16个等份的输出准位波形的示意图，
图9是三原色数据经过YCbCr( 4:2:2 )转换与减位的示意图。
具体实施例方式
有关本发明的详细内容及技术说明，现以实施例来作进一 步说 明，但应了解的是，该等实施例仅为举例说明之用，而不应被解释 为本发明实施的限制。
按照扭转向列型和超扭转向列型(TN/STN)等被动矩阵型液 晶显示器所用的驱动法，驱动IC的数据根据每个图框输入的数字 红绿蓝三原色数据的不同而转换不同的输出灰阶电压。因为扭转向 列型(TN)与超扭转向列型(STN)只有黑白两种状态，而灰阶的 产生是在一条扫描线(1 line)的时间内以脉宽调变(Pulse Width Modulation; PWM)的方式来区分。请参阅图2所示，是凄史据电才及 信号在一个扫描图框的时间内输出波形的示意图。4叚i殳一个图框的 时间内有m条的扫描线(m x n矩阵型液晶显示器)， 一个读写(WR) 周期表示一条扫描线的时间(1 line time),由图2可看出凄t据电极 信号依照数据中不同的输出灰阶电压，而输出不同的脉宽调变波 形。
如图3所示，布ii殳把一条扫描线充电的时间分割成16个等4分， 数据电极信号SEG0在某一条线的时间内全黑的等份占6/16，下一 条线则是12/16,而数据电极信号SEG1在此条线的时间内全黑所 占的等份是13/16,下一条线则是10/16。但是，因为被动矩阵型液 晶显示器，每个像素内并无开关元件，所以当数据电极输出电压后， 液晶电容内的电荷会经杂散电容或其充电^各径漏电，所以液晶电容 无法维持固定准位，所以数据电极在一个图框时间充电后，在液晶 像素电容的真正有效电位会比数据电极输出的小很多。
请参阅图4所示，是一个像素内液晶由初始亮度到目标亮度的 位置示意图。数据电极需要经过多个图框时间的充电后，像素内液 晶由初始位置到目标位置的有效电压Veff才会达到，所以扭转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)等被动矩阵型液晶显示器的反应 时间才会如此緩慢。当第 一个图框时间数据电极对液晶电容内的充 电电压为VI， ^旦因为杂散电容或其充电^各径漏电电压dl，所以第 一个图框时间凄t据电极最后对液晶电容的有效电压为VI -dl = Veffl;依此类推，第二个图框时间数据电极对液晶电容的有效电压 也是VI-dl=Veff2。假设经过数据电极送出十二次的相同电压后 才达到我们的目标亮度，所以液晶显示器的反应时间就是每个图框 的时间16.67 ms x 12，接近200ms。
请参阅图5所示，是本发明过驱动电路的方框示意图。本发明 利用一^L过驱动的才喿作原理，针对不同画面症合定的不同过驱动电压 V，的值，利用画面判断电i 各20将新进来的现行图框(Current Field ) 数据与先前被储存于设置于驱动装置内部(或外部)的图形存储器 21的前一图框(Previous Field )数据经过比较装置22的互相比较， 若不相同表示是动态画面，一^殳对于动态画面的^t据通过查表 (LUT)运算电路23利用查表的方式去查表后，送出相对应的过 马区动电压V'的i"直。
本发明在输入三原色(RGB)数据总线后方经过判断动态画面 的比较装置22，只要发现目前的数据与前一个画面的数据不同，通 过位于该查表运算(LUT)电路23后的输出倍频电路24,弹性地 在每个数据总线更新的时间内给定N次比原来输出电位V更高(或 更低)的过驱动补偿电位V，，且该N为大于等于2，小于等于8的 正整数(2<N<8)，而该补偿电位V，是原来输出电位V经过查表 运算(LUT)所对应的值，送出相对应的过驱动的输出电压值，其 电压范围为0《V，《液晶驱动的最高电压。所以驱动元件的数据电 极写入显示面板的频率将是输入三原色(RGB)数据总线更新频率 的N倍。请参阅图6所示，是描述驱动元件的数据电极写入面板的频率 将是输入数据总线更新频率的N倍(6倍)与原更新频率的比4支示 意图。右边所示为一个像素内液晶由初始零准位到目标亮度的电压 准位(Target Voltage )，数据电极需要经过六个图框的时间送出相同 输出电压VI之后才能达到我们的目标亮度，所以反应时间就是每 个图框(Frame)的时间16.6 ms><6，接近100 ms,其中dl是因像 素的漏电^各径所4立下的电压准位。而在图6的左边，我们使凄t据电 极原来输出电位VI在一个数据更新时间(即一个图框时间)内， 通过该输出倍频电路24使该输出电压VI重复输出六次，因此能在 一个图框的时间内就让液晶旋转达到我们期望的目标亮度，所以反 应时间能缩短到 一个图才匡的时间=16.6 ms。
请参阅图7所示，是描述驱动元件的凄t据电才及以过驱动电压写 入面板，且频率将是输入数据总线更新频率的N倍(6倍)与原电 压原更新频率的比4交示意图。图中的左边，若将凄t据电极的输出电 压VI改用过驱动电压V，来代替，将使反应时间更为缩短(反应时 间能小于一个图框的时间)，对于改善扭转向列型(TN)与超扭转 向列型(STN)等被动式矩阵显示器反应时间过慢的效果更好。通 过此做法，不但使凄t据电极输出比原来输出电位V更大(或更小) 的有效电压，也在一个数据更新时间内重复输出多次，因此能在更 短的时间内就让液晶旋转达到我们期望的目标亮度，大幅改善扭转 向列型(TN)与超扭转向列型(STN)等被动矩阵型液晶显示器反 应时间过慢造成移动影像模糊(blurring)的问题。
请参阅图8所示，为过驱动(Over-Driving)补偿数据电极准 位波形的示意图(将图3的输出准位波形过驱动)，在过驱动后数 据电极SEG0在某一条线的时间内全黑的等份是占整条扫描线时间 (1 line time)的13/16,下一条线则是14/16，而数据电极SEG1在 某一条线的时间内全黑的等份是占15/16,下一条线则是12/16。本发明通过在每个数据更新时间内让数据电极输出N次的过
驱动补偿使得像素内的液晶能在更短的时间内(接近一个图框时 间)达到或"l妄近^f吏一个^f象素内液晶由初始位置到目标位置的有效电
压Veff的目标亮度，所以能大幅改善移动画面模糊的现象。且，由 于4丑转向列型(TN)与超扭转向列型(STN)的基本驱动法为，展幅 选择驱动(APT )，其操作原理是利用液晶材料对所施加电压的均方 根值(RMS)所产生的电光效应，因此本发明的过驱动电压补偿法 经过均方根值(RMS)后，并不会有严重的闪烁现象。
另外，在图形数据的储存方面，原本过驱动补偿法需增加一个 额外的图形存储器(GRAM)用以々者存前一个画面比4交后整个补偿 画面的数据，用来与目前进来画面数据作比较，我们可以将影像数 据的三原色(RGB)数据转换成YCbCr数据，按照视讯压缩标准 压缩取样及结合(如图5所示)，前一图框数据先经过第一转换单 元25,该第一转换单元25接入前一图框的三原色(RGB)的影像 数据，且将三原色(RGB)数据转换成YCbCr数据，而对于动态 影像，也将YCbCr数据转换成过驱动YCbCr数据，再将YCbCr数 据与过驱动YCbCr数据按照视讯压缩标准压缩取样及结合，再将 YCbCr数据储存于驱动装置内部(或外部)的图形存储器21,而第 二转换单元26再将YCbCr数据转换成三原色(RGB)数据，且将 凄t据送给该比车交装置22。其中该压缩取才羊Y : Cb : Cr = 4 : 2 : 2、 Y : Cb:Cr-4:2:0及Y:Cb:Cr-4: 1 : 1的其中 一取才羊演算夫见则。因 为Y所代表的意义是亮度(luminance )信号，而Cb和Cr所代表 的意义是色差信号，针对人类视觉最敏感的Y成份，通过取样比例 的取样压缩后再储存于图形存储器内，减少驱动装置所需存储器的 大小。
如图9所示，假设RGB数据是6bits型式，未做色域间的转换 前，每组奇凄t和偶凄t 18 bits的三原色(RGB)的^t据加总起来共 36 bits。我们先利用奇数和偶数两个RGB作YCbCr 4:2:2色域间的转换以减少储存lt据量，所以转换后前一张画面的数据是24 bits 和整个过驱动补偿画面的数据也是24 bits,两者加总起来是48 bits， 比原来36 bits多了 12 bits,如此可能要增力口 1/3的存^f渚器。所以通 过色域间的转换如Y : Cb : Cr = 4 : 2 : 2。而且对于转换后的奇数和 偶数原始YCbCr数据的Cb和Cr进行位减少的位重新排列(Bit Allocation)动4乍，由原本应该+者存6 bits的？文为5 bits,所以原始 YCbCr数据最后会占存储器总共20 bits;而对于转换后的奇数和偶 数的过驱动YCbCr数据Y，、 Y，各只储存5 bit,且Cb，和Cr，只储存 3 bit,所以驱动YCbCr数据总共16 bits。 -使经过色域间数据的转换 和储存数据的位重新排列，前后笔奇数和偶数原始数据与过驱动的 数据两者相加的总合也等于36 bits,与未作色域转换前每一组的奇 凌t和偶lt RGB的凄t据量一样，所以本发明在不增加额外的图形存 储器的情况下，就可以改善扭转向列型(TN )及超扭转向列型(STN ) 等#皮动矩阵型液晶显示器的反应时间，改善动态画面才莫糊(Blurring ) 的现象。
可以如此减少储存位是因为被动矩阵式显示器的反应速度过 于緩慢，使用前述的过驱动方法在一个画框时间内要经过多次的驱 动才会达到目标亮度，所以少了几个位以较不精确的电压驱动也有 同样改善反应时间的效果，因此在不增加额外的图形存储器的情况 下，如此可直4妄将上一张画面与目前画面经过过驱动补偿处理后的 数据都一起储存在原始驱动IC内部的一颗图形存储器，达到我们 改善扭转向列型和超扭转向列型(TN/STN);故动矩阵式液晶显示 器反应时间的目的。
惟以上所述者，仅为本实用新型的优选实施例而已，当不能限 定本实用新型实施的范围。即凡依本实用新型申"i青范围所作的均等 变化与修饰等，皆应仍属本实用新型的专利涵盖范围内。
权利要求
1.一种不增加图形存储器且改善扭转型和超扭转型液晶显示器反应时间的驱动方法，其特征在于，其驱动方法包括利用过驱动的操作原理，将三原色数据经过动态画面的判断机制，当目前的数据与前一个画面的数据不同时，将输出过驱动的三原色数据；将目前画面的三原色数据转换成YCbCr数据，并且将过驱动的三原色数据也转换成过驱动YCbCr数据；且将目前画面的YCbCr数据与过驱动的YCbCr数据按照视讯压缩标准压缩取样及结合；然后减少目前画面YCbCr数据的CbCr储存位，且减少过驱动YCbCr的YCbCr储存位，通过重新排列再将减少位后的YCbCr数据与过驱动YCbCr数据储存于图形存储器；以及通过输出倍频电路(24)，在每个数据总线更新的时间内，按照过驱动YCbCr数据给定N次比原来输出电位更高/或更低的过驱动补偿电位。
2. 根据权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，所述过驱动三 原色数据是通过查表运算电路(23)，送出相对应不同画面给 定不同的过驱动补偿电位，且所述过驱动补偿电位范围为大于 等于O,小于等于液晶驱动的最高电压。
3. 根据权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，所述压缩取样 是Y: Cb : Cr = 4:2:2 、 Y: Cb:Cr = 4:2:0及Y:Cb:Cr = 4: 1 : 1的其中一:f又样演算MJI'J。
4. 才艮据权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，所述N为大 于等于2，小于等于8的正整数。
全文摘要
本发明涉及一种不增加图形存储器且改善扭转型和超扭转型液晶显示器反应时间的驱动方法，利用过驱动的操作原理，将影像的三原色数据转换成YCbCr数据与过驱动YCbCr数据，再按照视讯压缩标准压缩取样及结合后进一步减少YCbCr数据与过驱动YCbCr数据的部分储存位，以及通过输出倍频电路，弹性地在每个数据总线更新的时间内，按照过驱动YCbCr数据给定N次比原来输出电位更高/或更低的过驱动补偿电位，在不增加额外的绘图存储器下，改善液晶显示器的反应时间，改善动态画面模糊的现象。
文档编号G09G3/20GK101295471SQ20071009699
公开日2008年10月29日 申请日期2007年4月26日 优先权日2007年4月26日
发明者许槐益, 郑世明, 钱金维 申请人:矽创电子股份有限公司