液晶显示器的驱动方法

专利名称：液晶显示器的驱动方法
技术领域：
本发明相关于一种液晶显示器的驱动方法，尤指一种使用黑像 素插入的液晶显示器驱动方法。
背景技术：
由于液晶显示器(Liquid Crystal Display, LCD)具有外型轻薄、 低耗电量以及无辐射污染等特性，因此被广泛地应用在笔记型计算 才几、个人凄t字助理(Personal Digital Assistant, PDA)、数字相机 及数字摄影机等可携带式信息产品上，并逐渐取代传统的阴极射线 管(Cathode Ray Tube, CRT)显示器。但是液晶显示器亦有其缺点， 由于液晶分子特性的限制，在切换图像数据的时候，必须扭转液晶 分子以改变其排列方向，如此才能显示不同色阶的图像。当液晶材 料的反应速度跟不上图像数据的切换速度时，此时容易出现图像色 阶不正确的情形，尤其当液晶显示器在显示动态图像时，这种图像 色阶不正确的现象会更加明显。而由于人眼碎见觉暂留的效应，在观 看动态图像时，容易产生画面延迟的感受，为了因应多媒体图像的 快速切换，如何改善图像色阶显示的正确度及降低画面延迟也成为 设计液晶显示器的重要课题。
请参考第1图，第1图为现有技术中一液晶显示器之像素(Pixel) 驱动电压与其光线穿透率之时序图。在第1图中，CI和C2代表输 出至像素的数据电压，当像素接收到数据电压CI和C2时，其理想 光线穿透率的曲线由第1图的实线来表示；曲线VI代表像素的实际 光线穿透率，由第1图的破折线来表示；Fn-Fn"代表相邻的帧周期 (Frame Period)。假使在帧周期F。时，液晶显示器中的一像素需由 数据电压CI切换到数据电压C2。由于液晶分子在旋转时会有一个 延迟时间，并无法在帧周期Fn开始时马上偏转到预定的角度，因此 可能无法在帧周期Fn的时间内达到预定的光线穿透率。如第1图中
光线穿透率VI的曲线所示，光线穿透率VI无法在帧周期F。内到达
预定的穿透率，而必须等到帧周期Fn+2才会到达预定的穿透率。前
述情形会使液晶显示器出现画面延迟的现象，影响液晶显示器的显
杀品盾。
改善前述画面延迟现象最有效的方法是加快液晶材料的反应速
度， 一般会使用过驱动(Over Drive)方式来驱动液晶显示器。请参 考第2图，第2图为现有技术中一液晶显示器使用过驱动方法时其 像素电压与其光线穿透率的时序图。在第2图中，CI和C2代表输 出至像素的数据电压，当像素接收到数据电压CI和C2时，其理想 光线穿透率的曲线由第1图的实线来表示；C3代表输出至像素的过 驱动数据电压，当像素接收到过驱动数据电压C3时，其理想光线穿 透率的曲线亦由第1图相对应的实线来表示；曲线V2代表像素的实 际光线穿透率，由第2图的破折线来表示；Fn和F^代表两相邻的 帧周期。假使在帧周期Fn时，液晶显示器中的一像素需由数据电压 Cl切换到数据电压C2,此时现有技术会施加过驱动数据电压C3至 像素，以加快液晶分子的反应速度。如第2图所示，由于过驱动数 据电压C3高于数据电压C2，可加快液晶材质的反应速度，因此像 素在帧周期Fn内即可偏转至预定角度而达到预定的光线穿透率，如 第2图中光线穿透率V2的曲线所示。
使用过驱动方式来加快液晶的速度虽可改善图像色阶显示的正 确度，然而，人眼视觉暂留现象由于液晶是以保持状态显示，因此 人眼仍会感受造成画面延迟的效应，因此 一 般另会采用黑帧插入 (Black Frame Inser t ion)的4支术，在每个帧周期之间插入显示黑色 图像，产生与阴极射线管相似的快速脉冲调变效应，解决人眼感受 降低画面延迟的视觉影响。请参考第3图，第3图说明了现有技术
中藉由黑图像插入来改善液晶显示器画面延迟现象的方法。在第3 图中，画面P「Pn代表一液晶显示器在时间点T!-L时所显示的正常 画面，而画面B「Bn为全黑画面。为了降低液晶显示器的画面延迟现
象，现有技术的解决方式是在一帧周期的正常显示图像和下一帧周 期的正常显示图像之间插入显示 一 个全黑的画面，亦即依序显示 P广B广P广B广…—P -Bn。
第3图所示现有技术的方法虽然可改善液晶显示器画面延迟的 现象，但由于每 一 帧周期皆需分割出 一 子帧周期以显示全黑画面， 如此会降低液晶显示面板在视觉上的亮度表现。当观众在观赏画面
P广Pn的图^f象时，由子在输出画面P广Pn之间会输出全黑画面B「Bn, 观众会觉得画面P「Pn的图像偏暗。因此，现有技术虽可改善画面延 迟的现象，但同时也会大幅降低液晶显示器的亮度表现，影响显示品质。
请参考第4图，第4图为现有技术中使用过驱动方式时液晶显 示器所显示图像亮度的示意图。在第4图中，横轴代表时间，而纵 轴代表液晶显示器所显示图像的亮度。第4图显示了6个帧周期 Fi-F6，假设一像素在帧周期F,、 F2、 F5和F6时欲显示图像的色阶相 同，此时理想图像亮度由I,来表示。同时，像素在帧周期F3和F; 时i夂显示图像的色阶相同，且高于在帧周期F,、 F2、 F5,和FJ寸欲 显示图像的色阶，此时理想图像亮度由12来表示。换而言之，像素 在帧周期F,、 F2、 F3、 F4、 Fs和F6时所显示图像的理想亮度分别为 Ii、 Is、 I2、 12、 L和I"其理想的亮度曲线由第4图中的破折线来 表示。从帧周期F,至帧周期FJ寸，像素在两相邻帧周期F2和F3中 欲显示图像的色阶不同， 一般会在时间点T2时施加 一 高于理想数据 电压的过驱动数据电压，使得像素所显示图像亮度能够尽快地从L 升至12。同理，从帧周期F,至帧周期F—;时，像素在两相邻帧周期 h和F5中欲显示图像的色阶不同， 一般会在时间点L时施加一低于 理想数据电压的过驱动数据电压，使得像素所显示图像亮度能够尽 快地从12降至L。
请参考第5图，第5图为现有技术中使用黑画面插入时液晶显 示器所显示图像亮度的示意图。在第5图中，横轴代表时间，而纵 轴代表液晶显示器所显示图像的亮度。第5图中显示了6个帧周期 F「F6,假设一像素在帧周期F,、 F2、 Fs和F6时欲显示图像的色阶相 同，此时像素的理想图像亮度由L来表示。同时，假设像素在帧周 期F3和F4时欲显示图像的色阶相同，且高于在帧周期F" F2、 F;和 F6时欲显示图像的色阶，此时像素的理想图像亮度由12来表示。换 而言之，像素在帧周期F,、 F2、 F3、 F4、 Fs和F6时所显示图像的理想
亮度分别为I" I、I2、 I2、 I:和I!，其理想的亮度曲线由第5图中 之破折线来表示。为了改善液晶显示器画面延迟的现象，像素在每 一帧周期除了显示正常画面外，亦会显示全黑画面。因此，黑画面
插入使得像素在时间点T-T 6时所显示图像的亮度远低于理想值，如 第5图所示。
现有技术使用黑画面插入来驱动液晶显示器，在插入黑画面数 据时系以扫描线为单位，在每一帧周期内，不论扫描线欲显示图像 的色阶变化，皆会插入显示黑画面数据。如此虽可改善画面延迟的 现象，但同时也会大幅降低液晶显示器之亮度表现，影响显示品质。

发明内容
本发明提供一种液晶显示器的驱动方法，其包含判断在一第N 帧周期欲输出至一像素的第N图像数据是否相异于在一第(N-1)帧 周期输出至该像素的第(N-l)图像数据；当该第N图像数据相异于该 第(N-l)图像数据超过一预定范围时，在输出该第N图像数据至该像 素之前，先输出一黑像素数据至该像素；以及当该第N图像数据相 异于该第(N-l)图像数据不超过该预定范围时，直接输出该第N图像 数据至该像素。
本发明另提供一种可执行黑像素插入的液晶显示器，其包含一 第一存储装置，其内存有每一帧周期内输出至一像素的图像数据； 一比较装置，用来接收相关于该像素于一第N帧周期内欲显示图像 的一第N图像数据，从该第一存储装置读取相关于该像素于一第 (N-l)帧周期内所显示图像的一第(N-1)图像数据，并判断该第N图 像数据和第(N-l)图像数据是否相同；以及一黑像素插入运算装置， 用来在当该比较装置判断该第N图像数据和第(N-l)图像数据相同 时输出该第N图像数据至该像素，并在当该比较装置判断该第N图 像数据和第(N-1)图像数据不同时输出该第N图像数据和一黑像素 数据至该像素。


第1图为现有技术中一液晶显示器的像素电压与其光线穿透率
的时序图。
第2图为现有技术中一液晶显示器使用过驱动方法时其像素电 压与其光线穿透率的时序图。
第3图为现有技米中使用黑图像插入来驱动波晶显示器时的示意图。
第4图为现有技术中使用过驱动方式时液晶显示器所显示图像 亮度的示意图。
第5图为现有技术中使用黑画面插入时液晶显示器所显示图像 亮度的示意图。
第6图为本发明第一实施例中一液晶显示器驱动方法的流程图。
第7图为本发明第一实施例中液晶显示器所显示图像亮度的示意图。
第8图为本发明第二实施例中一液晶显示器驱动方法的流程图。
第9图为本发明中一图像数据产生器的功能方块图。 第10图为本发明中一液晶显示器的功能方块图。
主要组件符号说明
Cl、C2数据电压C3过驱动数据电压VI、V2光线穿透率I" 12图像亮度p广pn正常画面全黑画面
82驱动电路86电子可擦除可编程只读存储器
84帧存储单元88黑像素插入运算单元
94比较单元95栅极驱动器
96源极驱动器97黑像素插入电路
98液晶显示面板99电源供应电^各
100液晶显示器
SW「-swN开关T广Tn 时间点
DN、Dn-!、 dn， 、 DJl)--D"m)、
Dn一！(1)—DN—(m) 、 DN，(I)-Dn，(m) 图像数据 6 00-64 0 、 8 00-860 步骤
具体实施例方式
本发明使用黑像素插入(Black Pixel In s er t i on)来驱动波晶显 示器，在插入黑画面数据时以像素为单位，并依据在每一帧周期内 像素欲显示图像的色阶变化，来决定是否插入显示黑像素数据。
请参考第6图，第6图为本发明第一实施例中一液晶显示器驱 动方法的流程图。第6图的流程图包含下列步骤
步骤600:储存相关一像素于一第(N-l)帧周期内欲显示图像的 一第(N-1)图像数据。
步骤610:产生相关此像素于一第N帧周期内欲显示图像的一 第N图像数据。
步骤62 0:判断第N图像数据是否相异于第(N-1)图像数据若 第N图像数据相异于第(N-1)图像数据的值超过一预定值，执行步骤 6 3 0;若第N图像数据相异于第(N-1)图像数据的值不超过预定值， 执行步骤64 0。
步骤630:输出一黑像素数据至像素；执行步骤64 0。
步骤64 0:输出第N图像数据至像素。
在本发明第一实施例中，首先于步骤600中储存相关于像素于 第(N-l)帧周期内欲显示图像的第(N-l)图像数据，再于步骤"0中 针对像素于第N帧周期内欲显示的图像，产生相关的第N图像数据。 在输出第N图像数据至像素前，本发明于步骤620判断第N图像数 据是否相异于第(N-l)图像数据。若第N图像数据相异于第(N-l)图 像数据的值超过预定值，表示前一图像数据与目前图像数据差异过 大，此时会于步骤6 30中执行黑像素插入，将一黑像素数据输出至 像素。若第N图像数据不相异于第(N-l)图像数据，此时并不会执行 黑像素插入，而是会于步骤64 0中将第N图像数据输出至像素。
请参考第7图，第7图为本发明第一实施例中液晶显示器所显 示图像亮度的示意图。在第7图中，横轴代表时间，而纵轴代表液 晶显示器所显示图像的亮度。第7图中显示了6个帧周期F广F6，假 设一像素在帧周期F。 F2、 F:.和Fs时欲显示图像的色阶相同，此时
理想图^象亮度由I,来表示。同时，假设像素在帧周期F3和F4时欲显 示图像的色阶相同，且高于在帧周期F、F2、 F5和F6时欲显示图像 的色阶，此时理想图像亮度由12来表示。换而言之，像素在帧周期 Fb F2、 F3、 F4、 F;和F6时所显示图像的理想亮度分别为I:、 I!、 I2、 I2、 L和其理想的亮度曲线由第7图中的破折线来表示。当像 素在两相邻帧周期中欲显示图像的色阶不同时(例如从帧周期F:至 帧周期F"以及从帧周期已至帧周期F5),本发明第一实施例会执 行黑像素插入，因此像素在时间点L和T,时所显示图像的亮度会低 于理想值。当像素在两相邻帧周期中欲显示图像的色阶相同时(例如 从帧周期F至帧周期F2、帧周期F3至帧周期F,，以及从帧周期F: 至帧周期FJ，本发明第一实施例并不会执行黑像素插入，因此像素 在时间点T,、 T;和Ts时所显示图像的亮度相同于理想值。本发明第 一实施例仅在像素于两相邻帧周期中欲显示图像的色阶差异大于一 预定值时，才会执行黑像素插入。因此，本发明既能改善液晶显示 器画面延迟的现象，却不会大幅降低液晶显示面板的亮度表现。
请参考第8图，第8图为本发明第二实施例中一液晶显示器驱 动方法之流程图。第8图之流程图包含下列步骤
步骤8 0 0:储存相关一像素于一第(N-l)帧周期内欲显示图像的 一第(N-1)图像数据。
步骤810:产生相关此像素于一第N帧周期内欲显示图像的一 第N图像数据。
步骤82 0:判断第N图像数据是否相异于第(N-1)图像数据若 第N图像数据相异于第(N-1)图像数据的值超过一预定值，执行步骤 8 3 0;若第N图像数据相异于第(N-1)图像数据的值不超过预定值， 执行步骤8 6 0 。
步骤8 3 0:产生一相关于第N图像数据之过驱动数据；
执行步骤84 0。
步骤840:输出一黑像素数据至像素；执行步骤85 0。 步骤8 5 0:输出第N图像数据和过驱动数据至像素。 步骤86 0:输出第N图像数据至像素。
相较于本发明第一实施例，当本发明第二实施例于步骤82 0中
判断第N图像数据相异于第(N-l)图像数据时，另会于步骤8 3 0产生 一相关于第N图像数据的过驱动数据，在于步骤840输出一黑像素 数据至像素后，本发明第二实施例会于步骤8 5 0中同时输出第N图 像数据和过驱动数据至像素。同样参者第7图，当像素在两相邻帧 周期中欲显示图像的色阶不同时(例如从帧周期F2至帧周期F3,以 及从帧周期h至帧周期F5)，本发明第二实施例会先执行黑像素插 入再输出过驱动数据，使得时间点T2时像素所显示图像亮度能够尽 快地从L升至12，而时间点1\时像素所显示图像亮度能够尽快地从 工2降至L。本发明第二实施例仅在像素于两相邻帧周期中欲显示图 像的色阶差异大于一预定值时，才会执行黑像素插入和过驱动方式。 因此，本发明第二实施例能更进一 步地改善液晶显示器画面延迟的 现象，但却不会大幅降低液晶显示面板的亮度表现。
在本发明第一和第二实施例中，在时间点L和L时可执行最黑 阶调的黑像素插入，或是其它较低黑阶调的黑像素插入。
请参考第9图，第9图为本发明中一图像数据产生器9 0的功能 方块图。图像数据产生器9 0包含一驱动电路82、 一帧存储单元84， 以及一电子可纟察除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read—Only Memory, EEPROM)86。马区云力电^各82包含一 黑像素插入运算单元88和一比较单元94。帧存储单元84内存有每 一帧周期内输出至像素的图像数据。针对一像素于一第N帧周期内 欲显示的图像，图像数据产生器90首先产生相对应的图像数据1"， 并将图像数据D"专至帧存储单元84和驱动电路82。驱动电路82的 比较单元94从帧存储单元84读取相关于像素于前一第(N-1)帧周期 内欲显示图像的图像数据DN—,,并判断图像数据Dn和圉像数据 之间的差异是否大于一预定值。驱动电路82的黑像素插入运算单元 88可依据比较单元94的判断结杲，来决定输出至像素的图像数据 DN，是否需要包含黑像素数据。此外，驱动电路82内存的查找表 (Lookup Table, LUT) 9 2和电子可擦除可编程只读存储器8 6包含执 行过驱动时所需的数据，可依据图像数据DN的值提供相对应的过驱 动电压至驱动电路82。
请参考第10图，第10图为本发明中一液晶显示器100的功能
方块图。液晶显示器100包含一闸才及驱动器(Gate Driver) 95、 一源 极驱动器(Source Driver)96、 一黑像素插入电路97、 一液晶显示 面板98，以及一电源供应电路99。电源供应电3各99可提供栅极驱 动器95、源极驱动器96和黑像素插入电路97运作时所需的电源。 黑像素插入电路97可包含如第9图所示的图像数据产生器90及时 钟控制器功能，因此能针对一像素于 一 帧周期内欲显示图像和前一 帧周期所显示图像之间的差异，来输出相对应的源极驱动讯号至源 极驱动器96，源极驱动器96则可依据源极驱动讯号来输出包含黑 像素数据或不含黑像素数据的图像数据至此像素。
本发明依据在每一帧周期内 一像素欲显示图像的色阶变化，来 决定是否执行黑像素插入和过驱动方式。因此，本发明能改善液晶 显示器画面延迟的现象，但不会大幅影响液晶显示面板的亮度表现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做 的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种液晶显示器的驱动方法，其包含判断在一第N帧周期欲输出至一像素的第N图像数据是否相异于在一第(N一1)帧周期输出至该像素的第(N-1)图像数据；当该第N图像数据相异于该第(N-1)图像数据超过一预定范围时，在输出该第N图像数据至该像素之前，先输出一黑像素数据至该像素；以及当该第N图像数据相异于该第(N-1)图像数据不超过该预定范围时，直接输出该第N图像数据至该像素。
2. 如权利要求1所述的方法，其另包含 比较该第N图像数据与该第(N-1)图像数据。
3. 如权利要求2所述的方法，其另包含 储存该第(N-l)图像数据。
4. 如权利要求3所述的方法，其另包含 读取该第(N-l)图像数据以和该第N图像数据作比较。
5. 如权利要求1所述的方法，其包含 产生该第N图像数据和第(N-1)图像数据。
6. 如权利要求1所述的方法，其另包含在输出该黑像素数据至该像素后，输出该第N图像数据至该像素。
7. 如权利要求1所述的方法，其另包含当该第N图像数据相异于该第(N-l)图像数据时，产生相关于该 第N图像数据的一过驱动数据。
8. 如权利要求7所述的方法，其另包含 输出该第N图像数据和该过驱动数据至该像素。
9. 一种可执行黑像素插入的液晶显示器，其包含 一第一存储装置，其内存有每一帧周期内输出至一像素的图像数据；一比较装置，用来接收相关于该像素于一第N帧周期内欲显示 图像的一第N图像数据，从该第一存储装置读取相关于该像素于一 第(N-l)帧周期内所显示图像的一第(N-l)图像数据，并判断该第N 图像数据和第(N-l)图像数据是否相同；以及一黑像素插入运算装置，用来在当该比较装置判断该第N图像 数据和第(N-l)图像数据相同时输出该第N图像数据至该像素，并在 当该比较装置判断该第N图像数据和第(N-1)图像数据不同时输出 该第N图像数据和一黑像素数据至该像素。
10. 如权利要求9所述的液晶显示器，其另包含一第二存储装 置，其内存有相关于一图像数据的过驱动电压的数据，其中该黑像 素插入运算装置系依据该第二存储装置内存的数据来输出数据。
11. 如权利要求10所述的液晶显示器，其中该第二存储装置系 包含一电子可擦除可编程只读存储器。
12. 如权利要求9所述的液晶显示器，其另包含一图像产生装 置，用来产生该第N图像数据和第(N-l)图像数据。
13. 如权利要求9所述的液晶显示器，其另包含一图像产生装 置，用来产生该第N图像数据、第(N-1)图像数据，以及该黑像素数 据。
全文摘要
液晶显示器的驱动方法包含判断在一第N帧周期欲输出至一像素的第N图像数据是否相异于在一第(N-1)帧周期输出至该像素的第(N-1)图像数据。当该第N图像数据相异于该第(N-1)图像数据时，在输出该第N图像数据至该像素之前，输出一黑像素数据至该像素。当该第N图像数据不相异于该第(N-1)图像数据时，输出该第N图像数据至该像素。
文档编号G02F1/133GK101165548SQ20061013598
公开日2008年4月23日 申请日期2006年10月16日 优先权日2006年10月16日
发明者徐锦鸿 申请人:联詠科技股份有限公司