专利名称：：矩阵液晶显示器的灰度显示驱动方法
技术领域：
：本发明涉及矩阵液晶显示器(LCD)的一种灰度显示驱动方法和驱动设备，该方法和设备既能降低驱动电压，又能大幅度减小副帧驱动电压值的变化而不致使其灰色电平变坏。简单的矩阵LCD装置主要由一些扫描电极和一些数据电极构成，前者供控制显示器的扫描线用，后者在选取各扫描线时供控制各像素上的数据显示用。一般由2×66个像素构成的简单矩阵LCD是用采用行顺序驱动法的电压平均法驱动的。如图1A中所示，电压Vs的脉冲(扫描电极驱动信号)顺次加到扫描电极1、2、3、4、5和6上，电压+Vd和-Vd的脉冲(数据电极驱动信号)加到数据电极1和2上。因此，如图1D中所示，LCD由图1C所示通过示出电压Vs和Vd形成的像素信号(电压Vd、2Vd、3Vd和-Vd)驱动。然而，这个方法只能在液晶的向应速度慢(即LCD的响应时间约为400毫秒)时使用，这时才不致失去图像对比度。因此，在要求高速响应特性，即要求对计算机鼠标的移动快速反应或对动画显示快速反应的场合，一般都采用多行扫描(MLS)法或主动寻址(AA)法。图2示出了用MLS法或AA法驱动LCD时驱动扫描电极和数据电极的方法。可以看到，按照AA法，多个扫描电极F1(t)和F5(t)是在时间t同时选取加以驱动的。在此时间t，数据电极由加到其上以关系式G1(t)＝-CF1(t)＋CF2(t)－CF3(t)＋CF4(t)＋CF5(t)表示的数据电极驱动信号驱动，于是两个像素导通。这样，这种方法可应用于高速响应的LCD(因为这种LCD的占空因数提高)，同时驱动多个电极。然而，这种方法需要多个数据电压电平。此外，在电流驱动的情况下，这种方法还需要给屏数据另外配备存储器和操作电路。综上所述，采用行顺序驱动方法的电压平均法只选取一个扫描电极顺次加以驱动，AA法则同时选取多个电极顺次加以驱动。采用应用行顺序驱动法的电压平均法或应用MLS法的AA法显示灰色电平总共有六种方法调帧灰度显示，调幅灰度显示，分区灰度显示，调电压和调帧灰度显示，电压幅值调制灰度显示和误差分散灰度显示。1.调帧灰度显示法这是简单矩阵LCD最广泛使用的方法，该方法取多个副帧作为显示屏待驱动的显示单元。换句话说，灰色电平用从多个副帧选取“导通”状态的副帧所需的回合数表示。鉴于扫描电极驱动信号和数据电极驱动信号在驱动只能控制液晶通/断状态的简单矩阵LCD时只有二进制值，这种方法因费用低而用作一般的灰度显示法。然而，随着所显示灰色电平的提高，显示屏的显示频率变低，从而难以达到电影适用的显示速度。而这正是电视界的最新趋势。此外，显示屏因显示频率下降而产生的闪烁破坏了图像的质量。图3示出了处理有7个子帧的8个灰色电平的调帧灰度显示法。这里，扫描电极驱动信号的脉冲宽度和电压以及基准电压分别用t(s)、V(s)和Vns表示。数据电极驱动信号的脉冲电压由+Vd和-Vd组成。从图3中可以看到，由于图像信号频率(数据电极驱动信号频率)在第二和第七灰色电平显示中显著下降，因而副帧的数目大量增加。2.调幅灰度显示法这种方法的好处是，数据电极驱动信号(X)和具有选择脉冲宽度的扫描电极驱动信号(Y)分别只在两个电压电平下驱动，如图4中所示。然而，由于数据电极驱动信号电压的脉冲宽度(f)应按被视为所采用的灰色电平数加以分隔，因而数据电极驱动信号的频率提高了。此外，LCD本身不能快速响应快速的数据电极驱动信号，因而限制了待显示灰色电平的数目。3.分区灰度显示法这种方法的问题在于，由于分隔而使清晰度低，受驱动的集成电路和屏扫描线增加，因而除特殊情况外，一般都不加以采用。4.调电压和调帧灰度显示法这种方法考虑到各二进制位的加权值通过分派数据电极驱动信号各二进制位一个回合的副帧来调节驱动电压的大小，如图5中所法。鉴于显示图5所示16个灰色电平的调电压和调帧灰度显示法中的数据系统为8∶4∶2∶1，因而驱动信号电压Vs和Vd的帧幅比为2∶2∶∶1。换句话说，各副帧之间的驱动信号电压差大，因而驱动信号电压值增大。在这个方法中，在扫描电压Vs值变为大约35-4伏的情况下采用调帧灰度显示法，MSB(最高有效位)数据在占空因数为1/240和Vth为2.0优的情况下驱动。可以看出，Vs比调帧灰度显示法提高了1.56倍左右。在上述同样的情况下，扫描电极驱动信号Vs的值变为22.65伏左右。因此，由于因驱动电压电平和副帧而产生的驱动电压值随着灰色电平数的增大而增大，因而应限制所显示的灰色电平数。尽管各副帧之间的驱动信号电压差极大，但这种方法由于最大限度地减小数据电极的驱动电压电平，因而一般认为其前途是极其诱人的。5.电压幅值调制灰度显示法这种方法以采用多电极同时选择法(AA法)使LCD快速响应而著称，其典型实例有图6所示的脉冲高度调度(PHM)。这里，数据电极驱动信号(Y)不同高度的脉冲在扫描电极驱动信号(X)选择脉冲宽度(dt)的半个周期(dt/2)期间加到数据电极上。在此情况下，由于数据电极需要有多个驱动电压电平，因而驱动IC的成本大幅提高。此外，在模拟IC的情况下，数据处理速度慢。6.误差分散灰度显示法这种方法用图像处理技术进行空间调制来实现灰色图像，既降低了图像显示器的驱动费用，还易于得出数量充分的灰色电平。采用误差分散法的空间调制法通常是用误差分散系统进行的，如图7中所示。在此系统中，有效值(Um，n)通过将先前各像素处产生的误差值(e’m，n)加到被认为在显示中的原图像数据(Xm，n)上获取，取其近似的量化值(bm，n)用作图像显示数据，有效值(Um，n)与量化值(bm，n)之间的差值则取为新的误差值，准备按误差分散法按预定比值分散到毗邻的各像素中。这些操作是按扫描方向顺次采用的，从而显示出所要求的灰色电平。这里，Q(*)表示量化器，hm，n表示低通滤波器。误差分散系统的各数值可用以下各式表示。Um，n＝Xm，n+e’m，nbm，n＝Q(Um，n)(经量化)em，n＝Um，n-bm，ne”m，n＝hm，n(em，n)(低通滤波)将系统产生的误差值分散到毗邻各像素中，最广泛采用的方法是Floyd和Steinberg算法。此外广泛采用的算法还有Javis算法、Judice和Ninke算法以及Stucki算法。此外还研究出了其它各种算法。Floyd和Steiberg算法如图8所示，是将误差分别以7/1b(eA)、1/16(eB)、5/16(eC)和3/16(eD)分散到毗邻的各像素A、B、C和D中。这时，图像数据按图10中所示的顺序分散其误差。换句话说，若输入N位的图像数据，则分散n位的误差，然后将N-n位图像数据作为图像显示出来。然而，这种方法有这样的问题，在MSB灰色电平下产生饱和区。图9示出了用误差分散法显示8位数据的情况下按显示器灰度显示能力出现的灰度显示状态。这里，实线表示LCD有两个灰色电平情况下的灰度显示状态，即超过128(8位数据28＝256的最大灰度显示数的一半)的灰色电平转入饱和状态，从而避免各灰色电平之间有差别。曲线b，c，d分别表示LCD的灰色电平为4，8和16的灰度显示状态的情况。如图10中所示，按照传统的误差分散法，输入的N位图像数据中，LSB(最低有效位)中有n位是按误差分散算法进行数据处理，接着得出的经调制的图像数据中，MSB中有N-n位是输出给图像显示器的。本发明的目的就是要解决上述问题，提供一种能大幅度降低驱动电压和各驱动电压电平之间的差值且最大限度地减少图像质量下降程度的矩阵液晶显示器(LCD)驱动方法。因此，本发明提供的矩阵液晶显示器驱动方法包括下列步骤确定N位图像数据的n位误差分散值，其中n小于N；将N位图像数据转换成M位码，其中m大于或等于N；分散n位经转换图像数据的误差；用灰度显示法将n位经误差分散的m-n位图像数据作为图像显示出来。最低有效位最好在经误差分散的值小于或等于1时将其误差加以分散；误差分散值小于或等于2时将两个较低的有效位进行误差分散；误差分散值小于或等于3时将较低的两个有效位进行误差分散；误差分散值小于或等于7时将较低的三个有效值进行误差分散。最好将经转换的M-n位最大值定为与N位图像数据的最大值相同。此外，图像数据码最好转换得使经转换的m-n位数据各二进制位的加权值之间的差值小于输入图像数据的相应差值。本发明还涉及矩阵液晶显示器的一种灰度显示驱动设备，该设备包括图像数据转换装置，用以将图像数据转换成最佳码；误差分散装置，用以将最低有效位转换成最佳码；误差缓冲存储器，用以提供最低有效位的信息；和液晶显示驱动装置，用以就所述最佳码转换装置，误差分散装置和误差缓冲存储器所处理的所述图像数据采用顺序驱动法驱动一个液晶显示器。上述设备最好适宜按本发明的方法工作。参看附图详细说明本发明的最佳实施例可以更清楚地了解本发明的上述目的和优点。附图中图1A至图1D是扫描和数据电极驱动信号和用应用行顺序驱动法的电压平均法加到各象素上的信号的波形图；图2示出了当LCD采用MLS法或AA法驱动时驱动扫描和数据电极的方法；图3示出了采用传统的调帧灰度显示法显示8个灰色电平时扫描和数据电极驱动信号的波形图；图4示出了采用传统的调幅灰度显示法时扫描和数据电极驱动信号的波形图；图5示出了采用传统的电压和帧调制灰度显示方法显示16个灰色电平时扫描和数据电极驱动信号的波形图；图6示出了采用传统的调幅灰度显示法时扫描和数据电极驱动信号的波形图；图7是误差分散系统的方框图；图8举例说明了误差分散法的一个实例；图9是8位数据处理器的硬件上灰色电平数与灰度显示能力之间的关系曲线；图10是采用传统误差分散法处理图像数据的流程图；图11是采用本发明的误差分散法处理图像数据的流程图；图12是本发明一个实施例转换图像数据码的示意图；图13示出了采用本发明的灰色图像显示法时扫描和数据电极驱动信号的波形图；图14是采用本发明的灰色图像显示法的LCD驱动设备的方框图。本发明是一种新型的灰色图像显示法，该方法考虑到LCD特性和诸如驱动灰色图形时副帧的数目或驱动电压的情况将传统的图像二进制数据码系统转移成最佳码。出现频率低的灰色电平其误差部分分散在经转换的码值中，灰度驱动法则通过电压和帧调制进行。图11示出了采用本发明的误差分散法的图像数据序列。与图10所示采用传统误差分散法的图像灰度显示法相比，在图1所示的本发明新像素灰色电平显示方法中，二进制码的图像数据转换成M位码，这是LCD在对输入图像数据应用误差分散法之前最佳形式的灰色电平显示，经转换的M位图像数据的n位按同一传统的方式进行误差分散处理，然后将最高有效位(MSB)的m-n位图像数据输出给LCD。现在更详细地说明本发明的图像灰度显示法。首先，下面的算法将图像数据的二进制码系转换成供驱动LCD用的最佳码。1.确定输入N位图像数据码的误差分散值为较低的n有效位若误差分散值小于或等于1，则为1位(最低有效位(LSB))；若误差分散值小于或等于2，则为2位(LSB，LSB+1)；若误差分散值小于或等于3，则为2位(LSB，LSB+1)；若误差分散值小于或等于7，则为3位(LSB，LSB+1，LSB+2)。2.将图像数据码从二进制码转换成LCD灰度显示最佳状态的M位码转换进行得使m-n位最大灰度显示值与原输入N位图像数据码的最大灰度显示值相同；现在举个最佳码转换法的实例。为了如在传统的电压和帧调制灰度显示法那样用4个由4位数据构成的副帧实施16个灰色电平，按下列顺序进行代码转换。首先，确定误差分散值小于或等于2。图12示出了二进制码和经转换数据位(6位)的输入图像数据位(4位)。其次，将数据转换成最佳码。数据码取得使经转换数据位(6位)中四个较高有效位值的总和变为15，四个较高有效位各位的加权值之间的差值尽可能小。换句话说，将8∶4∶2∶1比值范围内的加权值转换成5∶4∶3∶3(∶1∶1)的相应值。此外，如下面表1中所示，经转换码5∶4∶3∶3∶1∶1的四个较高有效位用电压和帧灰度显示法驱动，代码1∶1的两个较低有效位的误差则加以分散。因此，用电压和帧调制灰度显示法显示的灰色电平分别为0，3，4，5，6(3+3)，7(4+3)，8(5+3)，9(5+4)，10(4+3+3)，11(5+3+3)，12(5+4+3)和15(5+4+3+3)。其余加权值低的灰色电平1，2，13和14用误差分散法体现。换句话说，不言而喻，只有出现的可能性低的灰色电平才经过误差分散处理。表1</tables>其次，虽然误差分散法采用传统的Floyd和steinberg算法，但也可以提出新的误差分散法按用途加以采用。第三步，用电压和帧高制灰度显示法驱动通过采用电压和帧调制灰度显示法实现灰度显示而加以采用的实例得出的就出现频率较低的1，2，13和14部分误差分散处理过的数据来灰度显示LCD。被驱动的图像数据由新的加权值比值为5∶4∶3∶3的4位码组成，各位分配以一个副帧然后加以驱动。扫描电极驱动信号电压Vs和数据电极驱动信号电压Vdl的值分别按下列方式求出。由于数据位加权值比为5∶4∶3∶3，因而这些值就LSB加权值(3)进行标准化后变为5/3∶4/3∶1∶1。根据标准化加权值比，LSB数据的数据电压Vdl可按(1)式求出Vdl=12/15N2(N-1)Vth---(1)]]>其中N表示扫描电极数目，用传统APT(Altoplesko技术)法的Vd值代之后转换成下式(2)Vdl=12/15Vd---(2)]]>其中，由于在扫描电极的个数(N)为240和Vth为2伏的情况下Vd＝1462伏，因而得出下式(3)Vdl＝1.308伏(3)扫描电极驱动信号电压Vsl从Vsl=NVdl]]>这个式子求出如下Vsl＝20.263伏(4)以上两式中求出的值分别表示驱动LSB的数据和扫描电极驱动信号电压。驱动MSB用的数据和扫描电极驱动信号电压如下表2示出了本发明的驱动条件，图13示出了采用本发明的方法时采用4个副帧体现16个灰色电平所使用的波形的一个例子。Vs和Vd的各电压值的比值为53:43:1:1.]]>表2</tables>图14示出了采用本发明的灰度显示法的LCD驱动设备，这是只通过往采用传统MLS或AAT法的线路上加上一个编码器、一个误差分散逻辑电路和一个缓冲存储器制取的，如图14的方框A中所示。按照本发明的另一个实施例，16个灰色电平可以用3个副帧体现出来，从而使传统的加权值数据码8∶4∶2∶1转换成7∶5∶3∶1∶1，两个较低有效位经过误差分散，然后用电压和帧调制灰度显示法驱动数据值7∶5∶3。综上所述，传统的二进制图像数据码系统经转换成另一个代码系统供各种用途用，可用于各种显示装置，例如阴极射线管，等离子体显示板或场致发光显示器以及液晶显示器等。现在参看表3说明采用本发明的上述灰度显示法取得的效果，将其与传统灰度显示法的特性加以比较。表3</tables>表3中，方法1是传统的电压和帧调制灰度显示法，16个灰色电平即用这个方法通过从加权值为8∶4∶2∶1的图像数据构成4个副帧显示出来的。方法2通过在方法1将数据码8∶4∶2∶1的LSB误差分散之后从加权值为8∶4∶2的图像数据码构成其余三个较高有效位的3个副帧来显示16个灰色电平。方法3对应于本发明的第一实施例，该方法显示16个灰色电平是通过误差分散两个较低有效位(1∶1)再将传统加权值为8∶4∶2∶1的图像数据码转换成加权值为5∶4∶3∶3∶1∶1的数据码之后构成其余4个较高有效位的4个副帧进行的。方法4对应于本发明的第二实施例，该方法显示16个灰色电平是通过误差分散两个较低有效位(1∶1)再将传统加权值为8∶4∶2∶1的图像数据码转换成加权值为7∶5∶3∶1∶1的数据码之后构成其个三个较高有效位的3个副帧进行的。上述表3示出了最大扫描电极驱动电压，最大数据电极驱动电压，各副帧之间的扫描电极驱动信号电压偏差和各副帧之间的数据电极驱动信号电压偏差。从表3中可以看出，本发明的方法3和方法4，其驱动电压比传统方法1和方法2的低。换句话说，方法3和方法4中的驱动信号电压分别比方法1中的低21％和19％，分别比8方法2的低12％和10％。此外，本发明的方法3和方法4，其电压偏差值也比传统方法1和方法2的低。就是说，各副帧之间的驱动电压偏差分别比方法1的低72％和57％，分别比方法2的低60％和38％。因此，由于采用了偏差低的稳定电极驱动信号，因而图像显示稳定，驱动信号小，从而既减小了驱动IC，也减小了串扰。下面的表4示出了本发明的方法3和方法4各灰色电平的有效电压。表4如表4中所示，本发明的方法各灰色电平的有效电压值之间的差值均匀，灰色电平都没有达到饱和状态，这从图9与传统误差分散法的对比中可以看出来。此外，不像传统的调帧灰度显示法那样，构成屏面用的副帧数目大大地减少了。这里只采用开关电路无需增加被驱动IC输出的灰色电平数就可以进行灰度显示。此外，对出现可能性低、加权值小的灰色是平一部分进行误差分散来进行代码转换，从而减小灰色电平在整个图像中的影响。这样，在进行最佳化的代码转换之后采用误差分散处理，同时保持误差分散的整个图像质量的影响极其轻微的状态，从而消除了灰色电平的饱和区，如图9中所示。综上所述，本发明的LCD灰度显示驱动法能大幅度降低扫描和数据电极驱动信号电压以及各副帧驱动电压幅值的偏差。此外，本发明的方法还能通过将图像数据转换成LCD特性和系统情况的最佳代码最大限度地减小图像质量因空间调制而引起的下降。此外，本发明的方法还可以用于普通的APT驱动法、重叠驱动法或多电极同时选择驱动法。另外，从响应速度看，本发明的方法可用以驱动从反应慢的LCD到反应快的LCD的各种简单矩阵LCD。权利要求1.驱动矩阵液晶显示器的一种方法，其特征在于，它包括下列步骤确定N位图像数据的n位误差分散值，其中n小于N；将所述N位图像数据转换成M位代码，其中m大于或等于N；分散n位所述经转换的图像数据的误差；用灰度显示法将n位在误差分散中的m-n位数据作为图像显示出来。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述误差分散值小于或等于1，分散最低有效位的误差；若所述误差分散值小于或等于2，分散两个较低有效位的误差；若所述误差分散值小于或等于3，分散两个较低有效位的误差；若所述误差分散值小于或等于7，分散三个较低有效位的误差。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述经转换的m-n位的最大值与所述N位输入图像数据的最大值相同。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述经转换的m-n位的最大值与所述N位输入图像数据的最大值相同。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，图像数据码经过转换，从而使所述经转换的m-n位图像数据各二进制位的加权值之间的差值小于N位图像数据的相应值。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，图像数据码经过转换，从而使所述经转换m-n位图像数据的各二进制位加权值之间的差值小于N位图像数据的相应值。7.矩形液晶显示器的一种灰度显示驱动设备，其特征在于，它包括图像数据转换装置，用以将图像数据转换成最佳代码；误差分散装置，用以将加权值小的较低有效位转换成所述经转换的最佳代码；一个误差缓冲存储器，用以提供所述较低有效位的信息；和液晶显示驱动装置，用以就所述最佳码转换装置，误差分散装置和误差缓冲存储器所处理的所述图像数据采用顺序驱动法驱动一个显示器。8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述液晶显示驱动装置用多电极同时选择驱动法驱动所述液晶显示器。9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述液晶显示驱动装置用主动寻址法驱动所述液晶显示器。10.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述误差分散存储器确定输入N位图像数据的误差分散值为n位，其中n小于N。11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述最佳代码转换装置将输入N位图像数据转换成M位最佳码，其中M大于或等于N。12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述误差分散装置将n位所述误差分散值的误差从所述经转换M位最佳码图像数据分散开来。13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述液晶显示驱动装置用灰度显示法显示n位在误差分散中的m-n图像数据。14.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述误差缓冲存储器确定输入N位图像数据的误差分散值为n位，其中n小于N。15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述最佳代码转换装置将N位图像数据转换成M位最佳代码，其中M大于或等于N。16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述误差分散装置将n位所述误差值的误差从所述经转换的M位最佳代码图像数据分散开来。17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述液晶显示驱动装置用灰度显示法显示n位在误差分散中的m-n位图像数据。18.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述误差缓冲存储器确定输入N位图像数据的误差分散值为n位，其中n小于N。19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述最佳代码转换装置将输入的N位图像数据转换成M位最佳代码，其中M大于或等于N。20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述误差分散装置将n位所述误差分散值的误差从所述经转换的M位最佳代码图像数据分散开来。21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述液晶显示驱动装置用灰度显示法显示n位在误差分散中的m-n位图像数据。全文摘要矩阵液晶显示器(LCD)的一种灰度显示驱动法，可降低扫描和数据电极驱动信号电压和减小各副帧驱动电压幅值的变化和提高图像的质量。首先确定N位图像数据的n位误差分散值，其中n小于N。其次，将N位图像数据转换成最佳M位码，考虑到器件和系统的特性，M大于或等于N。n位经转换的图像数据经过误差分散处理，将m-n位图像数据显示出来，其中n位经过误差分散处理。此外还公开了实现这种方法的显示驱动器。文档编号G02F1/133GK1161466SQ9611290公开日1997年10月8日申请日期1996年9月6日优先权日1995年9月6日发明者崔善静,朴哲佑,吴春烈,金玟锡申请人:三星电管株式会社