專利名稱：增加灰階的驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種增加灰階的驅動方法，是關于液晶顯示裝置的灰階驅動技術，尤其是針對一種在幀頻調變(FRM)模式中加入脈沖寬度調變(PWM)模式的驅動方法。
背景技術：
液晶為一種介于固態與液態間的有機化合物，也是一種具有規則性分子排列的化合物，將其加熱會成透明液態，將其冷卻會成結晶的混濁固態，因此特性故稱液晶。由于液晶的基本特性，液晶顯示器的基本原理為將液晶封在玻璃箱中，然后施以電極使之產生冷熱變化，因此影響它的透光性，來達到明滅的效應。
常見的液晶顯示器(LCD)分為扭轉向列液晶顯示器(TN-LCD)、超扭轉向列液晶顯示器(STN-LCD)、雙層超扭轉向列液晶顯示器(DSTN-LCD)、和薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)四種。其中TN-LCD、STN-LCD、和DSTN-LCD三種基本的顯示原理都相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。STN-LCD的液晶分子扭曲角度為180度甚至270度，尺寸較TN-LCD大，可應用于尺寸較大的電子字典、電子娛樂產品、個人數字助理(PDA)、移動電話、低階筆記本型計算機等。
請參閱圖1所示，是一般超扭轉向列(STN)液晶顯示器面板電極的示意圖。X電極群X1～Xn與Y電極群Y1～Yn以矩陣狀交叉排列，每一交叉點即為面板上其中的一像素。共同(Common)驅動電路會以一條一條的順序來掃描Y方向排列的電極，其掃描的速度必須比人類眼睛的速度還要快，利用人類眼睛的視覺暫留，使畫面看起來不會有閃爍的感覺；區段(Segment)驅動電路依照液晶顯示器(LCD)控制電路送過來的數據來產生不同的電壓到X方向排列的電極，通過交點上的電壓差來決定該像素的點亮與否。
驅動方式為共同信號(Common Signal)在正負幀(Frame)時間里各有一最高電壓與最低電壓，再由區段電路負責傳送要顯示數據的電壓準位，以決定是否點亮該像素。
一般為了使液晶表現出灰階的效果，因此使用較精密變化的信號，提供不同能量驅動液晶分子，再借著人類眼睛的視覺暫留現象來作出深淺不同的灰度效果。常見的液晶灰階制作技術有幀率調變(Frame Rate Modulation；FRM)與脈沖寬度調變(Pulse WidthModulation；PWM)兩種模式。
幀頻調變(FRM)模式是利用每秒鐘在N個幀中點亮與否ON/OFF的次數來決定該點像素的灰階深淺程度。舉例來說，在黑白顯示的情況下，假設每秒鐘的幀數有N次，若某像素在全亮的情況下，該像素需被點亮N次。FRM的灰階原理就是控制像素的點亮次數，使得該像素的灰階程度由點亮次數在N個幀中所占的比例來決定的。請參閱圖2所示，假設每秒鐘的幀數有3次(4FRM)，則其灰階(G0～G3)視覺效果與像素點亮(FR0～FR2)次數的關系；若該像素被點亮3次，則該像素為全亮-白色(灰階G3)，而該像素被點亮0次，則該像素為黑色(灰階G0)。
在控制方面，由于此種原理只要改變點亮(turn-on)次數，通常LCD驅動電路不予更換，只要更換LCD控制電路即可。該幀頻調變(FRM)方式，最重要的環節就是幀的顯示速率，幀顯示的速度必須要比視覺暫留頻率高，通常范圍在42Hz～140Hz之間，否則便會造成閃爍(flicker)現象。由于利用FRM制作灰階視覺效果必須延長每一點像素的顯示時間，且在視覺暫留區間內也必須累積足夠的視覺光線，并且避免與背景光線的頻率重疊，這樣才能得到有效的灰階視覺效果。
脈沖寬度調變(PWM)模式是在每一個幀中去調整點亮(turn-on)的時間長短來決定該點像素的灰階深淺程度。舉例來說，假設幀的頻率為N次，則某像素也被點亮N次，但PWM的方式會將每一點亮的時間縮短，由縮短多少時間來決定該點的灰階程度。
請參閱圖3所示，是在相同頻率的水平同步信號Hsync與垂直同步信號Vsync的狀態下，3PWM模式被添加于區段驅動電路(3PWM in SEG)。3PWM是將一幀的點亮時間分為兩段，依像素被點亮的時間長短，即都不點亮、點亮半個幀時間、及點亮整個幀時間等三種灰階狀態。如該圖3是在一個幀內點亮半個幀時間。但是，因為PWM的模式需要調整驅動電路輸出的時間安排(timing)，故須同時更換原有的LCD控制電路與LCD驅動電路。也就是該區段驅動電路的輸出管理須特別設計，取代原有的區段驅動電路設計，這樣將增加不少電路上的復雜度與制造成本。
發明內容
為解決上述缺陷，本發明披露了一種增加灰階的驅動方法。本發明的主要目的是在幀頻調變(FRM)模式中加入脈沖寬度調變(PWM)模式，在低顯示速率的幀情況下增加像素顯示的灰階度，且可使用原有的LCD驅動電路，不需要特殊規格的LCD驅動電路。
本發明的另一目的是在低顯示速率的幀情況下增加像素顯示的灰階度，在幀頻調變模式中加入脈沖寬度調變模式，使像素不閃爍(Non-Flick)，且降低串音失真(Crosstalk Reduction)，使像素內驅動元件的輸出穩定，延長面板壽命及提升顯示品質。
本發明是在幀頻調變模式中加入脈沖寬度調變模式，其精神是將脈沖寬度調變模式設定在掃描Y方向電極的共同驅動電路上，而區段驅動電路依照液晶顯示器控制電路送過來的數據來產生不同的電壓到X方向排列的電極。利用水平同步信號調整，切割分段該脈沖寬度調變模式所需要的時間段數，改變一個幀時間內具有的水平同步信號數來切割其幀時段，從而就可將該PWM模式點亮像素的時間長短設計于該LCD控制電路即可，改變LCD控制電路對共同信號在一個幀內的點亮時間長短，而LCD驅動電路可不予更換。
本發明進一步可通過LCD控制電路分散PWM的點亮時間段落給鄰近具有不點亮的幀，使像素對于原連續幀中點亮的幀時間，分散到鄰近不具有點亮像素的幀時段，使相同的幀時間內像素保持原灰階度需要的相同點亮時間，但因為點亮與不點亮的時間間隔都相對變短，這樣可使圖像顯示速率高于人類的視覺暫留頻率，減少閃爍現象。
另外，本發明對同一區段電極，可使其上下方相鄰的共同電極的像素所接收的PWM點亮信號連續及不點亮的PWM信號連續，且相鄰的區段電極間像素的共同電極上的PWM點亮信號連續及不點亮的PWM信號連續與前一區段電極狀態錯開，使區段電極上的像素的點亮時間在最佳化分散后的PWM模式，可減少像素的驅動切換動作頻率，且相鄰區段電極上的像素也因為信號的錯開，可減少信號間的串音失真，使像素驅動元件的輸出穩定，延長面板壽命及提升顯示品質。
圖1是一般超扭轉向列液晶顯示器面板的電極的示意圖。
圖2是一般幀頻調變的灰階視覺效果與像素點亮次數的關系圖。
圖3是一般脈沖寬度調變的信號示意圖。
圖4是本發明的幀頻調變加入脈沖寬度調變的灰階視覺效果與像素點亮次數的關系圖。
圖5是本發明的脈沖寬度調變的信號示意圖。
圖6是本發明的16FRM+3PWM模式的灰階度的列表。
圖7是本發明的16FRM+4PWM模式的灰階度的列表。
圖8是本發明的脈沖寬度調變的點亮分散示意圖。
圖9是本發明在3PWM模式的像素點亮分配示意圖。
圖10是本發明在4PWM模式(1/3PWM)的像素點亮分配示意圖。
圖11是本發明在4PWM模式(2/3PWM)的像素點亮分配示意圖。
具體實施例方式
有關本發明的詳細內容及技術說明，現結合
如下
請參閱圖4所示，其是在幀頻調變模式中加入脈沖寬度調變模式(4FRM+3PWM)的灰階視覺效果與像素點亮次數的關系圖。幀頻調變模式是利用每秒鐘在N個幀中點亮與否ON/OFF的次數來決定該點像素的灰階深淺程度。FRM的灰階原理就是控制像素的點亮次數，使得該像素的灰階程度由點亮次數在N個幀中所占的比例來決定的。以每秒鐘的幀數有3次(4FRM)為例，傳統驅動方法中只有幀頻調變(FRM)模式的灰階(G0～G3)視覺效果與像素點亮(FR0～FR2)次數的關系如圖2所示，只有G0、G1、G2、及G3四階的灰階度。而本發明是在幀頻調變模式中加入脈沖寬度調變模式。脈沖寬度調變模式是在每一個幀中去調整點亮(turn-on)的時間長短來決定該點像素的灰階深淺程度。以每幀數加入3PWM模式為例(如圖4所示)，3PWM是將一幀的點亮時間分為兩段，即都不點亮、點亮半個幀時間、及點亮整個幀時間等三種灰階狀態。所以本發明的每一個幀的時間內像素的點亮將會有3種狀態，在4FRM+3PWM模式下每一個像素將會有G0、G1、G2、G3、G4、G5、及G6等七階的灰階度。
請參閱圖5所示，是本發明的脈沖寬度調變的信號示意圖。本發明是將脈沖寬度調變模式設定在掃描Y方向電極的共同驅動電路上，而區段驅動電路依照液晶顯示器控制電路送過來的數據來產生不同的電壓到X方向排列的電極。本發明是利用水平同步信號Hsync的調整，切割分段該脈沖寬度調變模式所需要的時間段數。如圖中，3PWM模式下原同步的水平同步信號Hsync與垂直同步信號Vsync，其中該水平同步信號Hsync將會多出一個區段信號，即在一個幀時間原只有一個水平同步信號Hsync區段與一個垂直同步信號Vsync區段，改變為一個幀時間內具有兩個水平同步信號Hsync區段切割其幀時段，這樣就可將該PWM模式點亮像素的時間長短設計于該LCD控制電路，改變LCD控制電路對共同信號在一個幀內的點亮時間長短，而LCD驅動電路可不予更換。
依前述原理對于16FRM+3PWM可得31階的灰階度，其灰階度如圖6所示，與傳統16FRM只有16階的灰階度相比較，本發明的16FRM+3PWM較傳統的16FRM多出近一倍的灰階度。相同的對于16FRM+4PWM可得46階的灰階度，其灰階度如圖7所示，與傳統的16FRM的灰階度相比較，16FRM+4PWM較傳統16FRM多出近兩倍的灰階度。
請參閱圖8，其為本發明的脈沖寬度調變的點亮分散示意圖。以3PWM為例，對于同一像素在連續幀FR0～FR5中，如果正常情況下將對于一幀點亮情況如圖中(上列)所示，在連續幀FR0～FR5中點亮幀FR0及幀FR1的前半段幀時間，與幀FR3及幀FR4的前半段幀時間。所以像素在幀FR1的后半段幀時間與幀FR2的時間內共有3/2個幀時間是不點亮的。本發明的另一精神在于進一步可通過LCD控制電路分散PWM的點亮時間于鄰近具有不點亮的幀，其分散后的PWM對于一幀點亮最佳化如圖中(下列)所示，像素對于原連續幀FR0～FR2中點亮幀FR0及幀FR1的前半段幀時間，分散為幀FR0～FR2各點亮幀的前半段幀時間；原連續幀FR3～FR5中點亮幀FR3及幀FR4的前半段幀時間，分散為幀FR3～FR5的各點亮幀的前半段幀時間；從而使相同的幀時間內像素保持原灰階度需要的相同點亮時間，但因為點亮與不點亮的時間間隔都變短。因此最佳分散PWM的點亮時間模式將較正常PWM的點亮時間模式在較低的幀速率情況下，便可使圖像顯示速率高于人類的視覺暫留頻率，減少閃爍(flicker)現象。
另外，為減少串音失真，使像素內驅動元件輸出的穩定，延長面板壽命及提升顯示品質，本發明是利用以下方式分配不同的PWM密度于顯示面板上。對同一區段電極上，使其上下方相鄰的共同電極的像素所接收的PWM點亮信號連續及不點亮的PWM信號連續，且相鄰的區段電極間像素的共同電極上的PWM點亮信號連續及不點亮的PWM信號連續與前一區段電極狀態錯開，使區段電極上的像素的點亮時間在最佳化分散后的PWM模式，可減少像素的驅動切換動作頻率，且相鄰區段電極上的像素也因為信號的錯開，可減少信號間的串音失真，使像素驅動輸出穩定，延長面板壽命及提升顯示品質。
請參閱圖9所示，以3PWM模式為例，其兩個水平同步信號Hsync搭配一個垂直同步信號Vsync，以1/2PWM密度(一個水平同步信號Hsync時間)對于6×4的面板，相鄰的共同電極C0～C3及相鄰的區段電極S0～S5的PWM密度分配為使單一區段電極(S0～S5)上下方相鄰的共同電極C0～C3上的像素所接收的PWM點亮信號及不點亮的PWM信號分配于相鄰共同電極C0～C3的幀前后階段，使該PWM點亮/不點亮的信號連續。且相鄰的區段電極S0～S5間的共同電極C0～C3上點亮/不點亮的PWM信號連續狀態與前一區段電極的PWM信號狀態錯開。
請參閱圖10及圖11，同上述原理，當本發明用的是4PWM模式時，因為4PWM模式是三個水平同步信號Hsync搭配一個垂直同步信號Vsync，對于6×4的面板情況為例，其1/3PWM密度(一個水平同步信號Hsync時間)的像素點量時間配置如圖10所示；而2/3PWM密度(兩個水平同步信號Hsync時間)的像素點亮時間配置如圖11所示。
綜合上述，本發明是在幀頻調變模式中加入脈沖寬度調變模式，將脈沖寬度調變模式設定在掃描Y方向電極的共同驅動電路上，利用水平同步信號調整，切割分段該脈沖寬度調變模式所需要的時間段數，改變一個幀時間內的水平同步信號數來切割其幀時段，因此將該PWM模式點亮像素的時間長短設計于該LCD控制電路即可，而不需要特殊的LCD驅動電路。
本發明進一步可分散PWM的點亮時間段給鄰近具有不點亮的幀，使像素對于原連續幀中點亮的幀時間，分散到鄰近的不具有點亮像素的幀時段，在相同的灰階度情況下，使點亮與不點亮的時間間隔相對變短，使圖像顯示速率高于人類的視覺暫留頻率，從而減少閃爍現象。
另外，對同一區段電極，使其上下方相鄰的共同電極的相鄰像素所接收的點亮及不點亮信號連續，且相鄰的區段電極間像素被點亮及不點亮的信號連續時段錯開，減少像素的驅動切換動作頻率，且相鄰像素也因為信號的錯開，可減少信號間的串音失真，使像素驅動元件的輸出穩定，延長面板壽命及提升顯示品質。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種增加灰階的驅動方法，用于具有幀頻調變模式的顯示面板，其特征在于，包括利用水平同步信號的調整，改變一個幀時間內的水平同步信號數來切割其幀時段；加入一脈沖寬度調變模式，且所述脈沖寬度調變模式設定在共同驅動電路上。
2.根據權利要求1所述的增加灰階的驅動方法，其特征在于，所述脈沖寬度調變模式進一步將幀內點亮時間段落分享給鄰近的具有不點亮的幀，使顯示面板上的像素對于原連續幀中點亮的幀時間分散到鄰近不具有點亮像素的幀時段。
3.根據權利要求2所述的增加灰階的驅動方法，其特征在于，所述點亮時間段落分享是在相同的幀個數內使像素保持原灰階度需要的相同點亮時間。
4.根據權利要求書2所述的增加灰階的驅動方法，其特征在于，所述顯示面板上同一區段電極上下方相鄰像素的脈沖寬度調變的點亮信號連續，及不點亮的脈沖寬度調變信號連續，以減少像素的驅動切換動作頻率。
5.根據權利要求書4所述的增加灰階的驅動方法，其特征在于，相鄰的區段電極的像素的點亮及不點亮的脈沖寬度調變信號錯開，以減少信號間的串音失真。
全文摘要
一種增加灰階的驅動方法，其在幀頻調變模式中加入脈沖寬度調變模式，且將脈沖寬度調變模式設定在共同驅動電路上，利用水平同步信號調整，切割分段該脈沖寬度調變模式所需要的時間段數，改變一個幀時間內的水平同步信號數來切割其幀時段，從而可將該脈沖寬度調變模式點亮像素的時間長短設計于控制電路，從而改變一個幀內的點亮時間長短，不需要特殊的驅動電路。
文檔編號G09G3/20GK101042842SQ20061006539
公開日2007年9月26日 申請日期2006年3月23日 優先權日2006年3月23日
發明者林嘉郎, 張育誠 申請人:矽創電子股份有限公司