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CN1941062A - 具有提高的图像品质的液晶显示器 - Google Patents

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CN1941062A
CN1941062A CNA2006101516535A CN200610151653A CN1941062A CN 1941062 A CN1941062 A CN 1941062A CN A2006101516535 A CNA2006101516535 A CN A2006101516535A CN 200610151653 A CN200610151653 A CN 200610151653A CN 1941062 A CN1941062 A CN 1941062A
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CN
China
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liquid crystal
last
crystal display
dithering
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CNA2006101516535A
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文胜焕
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Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种具有提高的颜色再现性和图像品质的液晶显示器。该液晶显示器包括液晶面板组件、信号控制器和数据驱动器，所述液晶面板组件包括多个像素。信号控制器存储抖动数据模式，基于具有第一位数的输入图像数据来选择抖动数据模式中的一个，并利用所选择的抖动数据模式将输入图像数据转换成具有不同位数的输出图像数据。数据驱动器向像素施加数据电压，数据电压与来自信号控制器的输出图像数据对应。输入图像信号的频率和来自信号控制器的输出图像信号的频率均为大约120Hz，每8帧重复抖动数据模式。信号控制器包括存储抖动数据模式的查询表。

Description

具有提高的图像品质的液晶显示器
本申请要求于2005年9月29日在韩国知识产权局提交的第10-2005-0091253号韩国专利申请的优先权和利益，其全部内容通过引用包含于此。
                        技术领域
本发明涉及一种液晶显示器。
                        背景技术
LCD包括具有像素电极和共电极的两个面板以及具有介电各向异性的液晶(LC)层，液晶层置于两个面板之间。像素电极布置成矩阵，并连接到开关元件比如薄膜晶体管(TFT)，开关元件给像素电极提供数据电压。共电极基本上覆盖两个面板中的一个面板的整个表面，并被提供共电压。像素电极、共电极和LC层形成LC电容器。除了连接到像素的开关元件以外，LC电容器也是像素的基本元件。
在LCD中，当施加电压时，像素电极和共电极在LC层中产生电场。通过控制电场强度来调节通过LC层的透光率，因此得到期望的图像。
显示装置从外部图形源接收三原色比如红色、绿色和蓝色的数字输入图像数据。显示装置的信号控制器适当地处理输入图像数据，并将处理过的图像数据提供到数据驱动器，所述数据驱动器以IC(集成电路)芯片等来实现。
数据驱动器将数字图像数据转换为模拟数据电压，并将数据电压施加到像素。
通常，来自图形源的输入图像数据的位数与可以被数据驱动器处理的图像数据的位数不匹配。例如，当输入图像数据的位数为13时，为了降低制造成本，通常使用只能处理10位数据的数据驱动器。
为了将13位的图像数据转换为能够被数据驱动器处理的10位的图像数据，建议在显示装置中应用抖动法(dithering)。抖动法将高位数据表示为低位数据，并转换它们的时间布置和空间布置，以符合10位的数据格式。在抖动过程中，根据像素的位置和帧的序数，信号控制器将像素的帧中的高位输入数据改变成低位数据。根据存储在存储器比如帧存储器中的抖动数据模式来进行这种改变。抖动数据模式包括被用于改变作为像素位置和帧序数的函数的数据的模式。
通过利用抖动数据模式来降低制造成本。然而，由于表示图像灰度的位数较少，所以对颜色再现性不利。灰阶的数量减少导致表现出的颜色的数量减少。
                        发明内容
本发明的动机在于解决传统技术中的问题。
一方面，本发明是一种液晶显示器，该液晶显示器包括显示面板、信号控制器和数据驱动器，显示面板包括多个像素。信号控制器存储包括具有第一值和第二值的数据元素的多个抖动数据模式，基于具有第一位数的输入图像数据来选择抖动数据模式中的一个，并基于所选择的抖动数据模式将输入图像数据转换成具有第二位数的输出图像数据，其中，第二位数小于第一位数。数据驱动器向像素施加数据电压。数据电压与信号控制器提供的输出图像数据对应，其中，输入图像信号的频率和来自信号控制器的输出图像数据的频率均为大约120Hz，每8帧重复抖动数据模式。
                        附图说明
通过参照附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明将变得更清楚，在附图中：
图1是根据本发明实施例的LCD的框图；
图2是根据本发明实施例的LCD中的像素的等效电路图；
图3示出了根据本发明实施例的抖动数据模式。
                      具体实施方式
在下文中，现在将参照示出了本发明实施例的附图来更充分地描述本发明。
在附图中，为了清晰起见，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。在整个说明书中，相同的标号表示相同的元件。将理解的是，当元件比如层、膜、区域或基底被称为在另一元件上时，它可以直接在另一元件上，或者也可存在中间元件。
现在将参照附图来描述根据本发明实施例的液晶显示器。
将参照图1和图2来描述根据本发明实施例的LCD。
图1是根据本发明实施例的LCD的框图，图2是根据本发明实施例的LCD中的像素的等效电路图。
参照图1，根据本发明实施例的LCD包括：LC面板组件300；栅极驱动器400和数据驱动器500，连接到LC面板组件300；灰度电压发生器800，连接到数据驱动器500；信号控制器600，用于控制上述元件。
在图2中示出的结构图中，LC面板组件300包括下面板100、上面板200、置于上面板100和下面板200之间的液晶层3。下面板100还包括多条信号线G1～Gn和D1～Dm以及连接到多条信号线的多个像素PX。在图1和图2的电路图中，像素PX基本上布置成矩阵形式。
信号线G1～Gn和D1～Dm设置在下面板100上，并包括用于传输栅极信号(称作扫描信号)的多条栅极线G1～Gn和用于传输数据信号的多条数据线D1～Dm。栅极线G1～Gn基本在行方向上延伸并基本上彼此平行，而数据线D1～Dm基本在列方向上延伸并基本上彼此平行。
参照图2，各像素PX例如连接到第i条栅极线Gi(i＝1，2，...，n)和第j条数据线Dj(j＝1，2，...，m)的像素PX包括：开关元件Q，连接到信号线G1～Gn和D1～Dm；LC电容器CLC和存储电容器CST，连接到开关元件Q。在一些实施例中可以省略存储电容器CST。
开关元件Q比如TFT设置在下面板100上，并具有三个端子：控制端，连接到栅极线G1～Gn中的一条；输入端，连接到数据线D1～Dm中的一条；输出端，连接到LC电容器CLC和存储电容器CST。
LC电容器CLC包括作为两个端的像素电极191和共电极270，像素电极191设置在下面板100上，共电极270设置在上面板200上。设置在两个电极191和270之间的LC层3用作LC电容器CLC的电介质。像素电极191连接到开关元件Q。共电极270被供给共电压Vcom，并基本上覆盖上面板200的整个表面。与图2中的实施例不同，共电极270可以设置在下面板100上，像素电极191和共电极270可以形成为条形或带形。
存储电容器CST是LC电容器CLC的辅助电容器。存储电容器CST包括像素电极191和单独的信号线(未示出)，所述单独的信号线设置在下面板100上且与像素电极191叠置但没有建立电连接。存储电容器CST被提供预定电压比如共电压Vcom。可选择地，存储电容器CST包括像素电极191和相邻的栅极线(称为前栅极线)，所述相邻的栅极线与像素电极191叠置但没有建立电连接。
为了显示颜色，各像素PX唯一地表示一种原色(即空分)或者各像素PX顺序地表示顺次的原色(即时分)，使得原色的空间和或时间和被识别为期望的颜色。一组原色的示例包括红色、绿色和蓝色。图2示出了空分的示例，其中，各像素PX包括上面板200的面对像素电极191的区域中表现原色的滤色器230。在一些实施例中，滤色器230设置在下面板100上的像素电极191的上面或下面。
一个或多个偏振器(未示出)附于面板100和200中的至少一个上。
参照图1，灰度电压发生器800产生与像素PX的透光率相关的两组灰度电压。一组灰度电压相对于共电压Vcom具有正极性，而另一组灰度电压相对于共电压Vcom具有负极性。
栅极驱动器400连接到面板组件300中的栅极线G1～Gn，并将来自外部装置的栅极导通电压Von和栅极截止电压Voff合成，以产生适用于栅极线G1～Gn的栅极信号。
数据驱动器500连接到面板组件300中的数据线D1～Dm。数据驱动器500从灰度电压发生器800提供的灰度电压中选择数据电压，并将所选择的数据电压施加到数据线D1～Dm。灰度电压发生器800产生与像素PX的透光率相关的多个灰度电压。然而，灰度电压发生器800可只产生特定数目的灰度电压(称为基准灰度电压)，而不是产生所有可能的灰度电压。
信号控制器600包括数据处理器610和查询表620，并控制栅极驱动器400和数据驱动器500等。查询表620存储用于抖动的抖动数据模式。
处理单元400、500、600和800中的每个可包括至少一个集成电路(IC)芯片并附于面板组件300上，其中，所述IC芯片安装在LC面板组件300上或以载带封装(TCP)型安装在柔性印刷电路(FPC)膜上。可选择地，处理单元400、500、600和800中的至少一个可以与信号线G1～Gn和D1～Dm以及开关元件Q一起与面板组件300集成。作为另一可选择的，所有的处理单元400、500、600和800可以集成为单个IC芯片，但是处理单元400、500、600和800中的至少一个或者处理单元400、500、600和800中的至少一个中的至少一个电路元件可设置在单个IC芯片的外部。
现在，将详细描述LCD的操作。
给信号控制器600提供来自外部图形控制器(未示出)的输入图像信号R、G、B和输入控制信号，输入控制信号用于控制输入图像信号R、G、B的显示。输入图像信号R、G、B包含像素PX的亮度信息，该亮度信息确定要施加的灰度的预定数目(例如，1024(＝210)，256(＝28)或64(＝26))。输入控制信号包括垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、主时钟信号MCLK和数据使能信号DE。
在输入控制信号和输入图像信号R、G、B的基础上，信号控制器600产生栅极控制信号CONT1和数据控制信号CONT2，并且信号控制器600将图像信号R、G、B进行处理以使其适于面板组件300和数据驱动器500的操作。
信号控制器600将扫描控制信号CONT1发送到栅极驱动器400，并将处理过的图像信号DAT和数据控制信号CONT2发送到数据驱动器500。
信号控制器600的数据处理包括利用存储在查询表620中的抖动数据模式的抖动。当能够被数据驱动器500处理的图像数据的位数小于输入图像数据R、G、B的位数时，抖动过程取出输入图像数据的前面几位，并使得剩下的后面的位被表示为所述前面几位的时间布置和空间布置。例如，当输入图像数据R、G、B的位数为8且能够被数据驱动器500处理的图像数据的位数为6时，信号控制器600可以将像素的帧中的8位图像数据转换成6位图像数据，所述6位图像数据的值等于8位图像数据的前6位的值或者比8位图像数据的前6位的值大1。由8位图像数据的后2位、像素的位置、帧的序数来确定这个值。以下将详细描述抖动过程。
栅极控制信号CONT1包括扫描起始信号STV和至少一个时钟信号，扫描起始信号STV用于指示开始扫描，时钟信号用于控制栅极导通电压Von的输出时间。栅极控制信号CONT1还可包括输出使能信号OE，输出使能信号OE用于限定栅极导通电压Von的持续时间。
数据控制信号CONT2包括水平同步起始信号STH、加载信号LOAD和数据时钟信号HCLK，水平同步起始信号STH用于告知一组像素PX数据传输的开始，加载信号LOAD用于指示将数据电压施加到数据线D1～Dm。数据控制信号CONT2还可包括反转信号RVS，反转信号RVS用于将数据电压的极性(相对于共电压Vcom)反转。
响应来自信号控制器600的数据控制信号CONT2，数据驱动器500从信号控制器600接收用于像素PX的组的一包图像数据DAT，并从灰度电压发生器800接收两组灰度电压中的一组。数据驱动器500将图像数据DAT转换成从灰度电压中选择的模拟数据电压，并将该数据电压施加到数据线D1～Dm。
响应来自信号控制器600的栅极控制信号CONT1，栅极驱动器400将栅极导通电压Von施加到栅极线G1～Gn，因此使连接到栅极线G1～Gn的开关元件Q导通。施加到数据线D1～Dm的数据电压通过被激活的开关元件Q被提供到像素PX。
数据电压和共电压Vcom之间的差表示为LC电容器CLC两端的电压，该电压被称为像素电压。LC电容器CLC中的LC分子具有取决于像素电压大小的取向，分子取向决定了穿过LC层3的光的偏振。偏振器将光的偏振转换成光的透过率，使得像素PX显示图像数据DAT表示的亮度。
通过以水平周期(也称作“1H”，等于水平同步信号Hsync和数据使能信号DE的一个周期)为单位重复这个过程，顺序地给所有的栅极线G1～Gn提供栅极导通电压Von，因此将数据信号施加到一帧图像的所有像素PX。当一帧结束下一帧开始时，控制施加到数据驱动器500的反转控制信号RVS，使得数据信号的极性反转(称作“帧反转”)。也可以控制反转控制信号RVS，使得流入数据线的数据信号的极性在一帧内周期性地反转(例如，行反转和点反转)，或者一个数据包中的数据信号的极性反转(例如，列反转和点反转)。
现在将参照图3和图1来详细描述根据本发明实施例的信号控制器600中的数据处理器610的抖动控制。
图3示出了根据本发明实施例的抖动数据模式的组。
在本发明的实施例中，帧频为大约120Hz，使得输入到信号控制器600的信号和从信号控制器600输出的信号具有大约120Hz的频率。即，输入图像信号R、G、B的频率为大约120Hz，输出图像数据DAT的频率也为大约120Hz。一帧的时间大约是8.4ms。
图3示出了根据本发明实施例的抖动数据模式的组。
图3中示出的抖动数据模式组存储在信号控制器600的查询表620中。
通过输入图像数据的后3位数据的值和帧的序数来确定在抖动数据模式组中的抖动数据模式的每个。给出了八个连续的帧、七个后3位数据的值“001”、“010”、“011”、“100”、“101”、“110”和“111”的抖动数据模式，因此，在抖动数据模式组中的抖动数据模式的总数为56。这里没有后3位数据为“000”的抖动数据模式。
参照图3，通过输入图像数据R、G、B的后3位和输入到8帧的单元中的输入图像数据R、G、B的帧的序数，来确定各抖动数据模式。各抖动数据模式的空间布置的基础单元是包括数据元素的2×2的数据矩阵，这意味着抖动数据模式被重复地施加到按2×2的像素矩阵布置的像素。各数据元素具有“1”或“0”的值。在图中，白色块或空白块表示具有“0”的值的数据元素，阴影块表示具有“1”的值的数据元素。
对于像素的特定的输入图像数据R、G、B，基于输入图像数据R、G、B的后3位和帧序数，控制器600中的信号处理器610从抖动数据模式中选择一个图像数据。信号控制器600中的信号处理器610读取对应于像素的位置选择的抖动数据模式的四个数据元素中的一个的值。基于被读取的数据元素的值，信号控制器600确定将要提供到数据驱动器500的输出图像数据。
详细地，当读取的数据元素的值为0时，数据处理器610确定输出灰度等于输入图像数据R、G、B的前10位表示的灰度。相反地，当读取的数据值为1时，数据处理器610确定通过对输入图像数据R、G、B的前10位表示的灰度加上1来得到输出灰度。信号控制器600将表示输出灰度的10位图像数据DAT输出到数据驱动器500。
当输入图像数据R、G、B的后3位等于“000”时，信号处理器610确定输出灰度等于输入图像数据R、G、B的前10位表示的灰度，而不访问查询表620。
现在将详细描述图3中示出的抖动数据模式。
当后3位数据分别为“001”、“010”和“011”时，偶数帧的抖动数据模式的数据元素值为0，而奇数帧的抖动数据模式的值基于后3位数据来确定。
即，当后3位数据为“001”时，第一、第三、第五和第七帧的各抖动数据模式中的3/4即四个数据元素中的三个数据元素具有“0”的数据值，剩下的一个数据元素具有“1”的数据值。当后3位数据为“010”时，第一、第三、第五和第七帧的各抖动数据模式中的2/4即四个数据元素中的两个数据元素具有“0”的数据值，剩下的两个数据元素具有“1”的数据值；当后3位数据为“011”时，第一、第三、第五和第七帧的各抖动数据模式中的1/4即四个数据元素中的一个数据元素具有“0”的数据值，剩下的三个数据元素具有“1”的数据值。
当后3位数据为“100”时，所有帧的各抖动数据模式中的2/4即四个数据元素中的两个数据元素具有“0”的数据值，剩下的两个数据元素具有“1”的数据值。
当后3位数据分别为“101”、“110”和“111”时，偶数帧的各抖动数据模式中的所有数据元素具有“1”的数据值，奇数帧的各抖动数据模式中的数据元素基于后3位数据而改变。
即，当后3位数据为“101”时，第一、第三、第五和第七帧的各抖动数据模式中的3/4即四个数据元素中的三个数据元素具有“0”的数据值，剩下的一个数据元素具有“1”的数据值。当后3位数据为“110”时，第一、第三、第五和第七帧的各抖动数据模式中的2/4即四个数据元素中的两个数据元素具有“0”的数据值，剩下的两个数据元素具有“1”的数据值；当后3位数据为“111”时，第一、第三、第五和第七帧的各抖动数据模式中的1/4即四个数据元素中的一个数据元素具有“0”的数据值，剩下的三个数据元素具有“1”的数据值。
如上所述，在8帧中的4帧中，值为“1”或“0”的数据元素的数目取决于后3位数据的值。这个规则称作“空间抖动”。
此外，在8帧中的4帧中，任何一个数据元素的值为“1”或“0”的数目取决于后3位数据的值。这种方法有时称作“瞬时抖动”。
同时，当后3位数据为“000”时，抖动数据模式的所有的数据元素值为“0”，因此不需要存储单独的抖动数据模式。因此，当13位的图像信号R、G、B被转换为10位的图像信号DAT时，抖动数据模式的总数基本上是64。然而，只有总数为56个的抖动数据模式存储在查询表620中，没有算上当后3位数据为“000”时的8个抖动数据模式。
现在，将详细描述图3中示出的抖动数据模式的特性。
在图3中示出的56个抖动数据模式中，在偶数帧中，后3位数据为“001”、“010”和“011”时的抖动数据模式分别是后3位数据为“101”、“110”和“111”时的抖动数据模式的反转形式。在奇数帧中，后3位数据为“001”、“010”和“011”时的抖动数据模式与后3位数据为“101”、“110”和“111”时的抖动数据模式彼此相同。
当后3位数据分别为“001”和“101”时，偶数帧中的抖动数据模式互不相同。
在后3位数据分别为“010”或“110”的情况下，在奇数帧的抖动数据模式中的彼此相对地对角设置的数据元素的值相同。第一帧的抖动数据模式和第五帧的抖动数据模式相同，第三帧的抖动数据模式和第七帧的抖动数据模式相同。此外，第一帧的抖动数据模式和第五帧的抖动数据模式是相对于第三帧的的抖动数据模式和第七帧的抖动数据模式的镜像。
当后3位数据为“100”时，奇数帧的抖动数据模式相同，偶数帧的抖动数据模式也相同。此外，奇数帧的抖动数据模式是相对于偶数帧的抖动数据模式的镜像。
当后3位数据为“011”和“111”时，奇数帧的抖动数据模式互不相同，第一帧的抖动数据模式和第七帧的抖动数据模式为彼此的镜像，第三帧的抖动数据模式和第五帧的抖动数据模式为彼此的镜像。
图3中示出的抖动数据模式的结构或次序可以以行、列或帧为单位来改变。
根据本发明，利用后3位数据以8帧为单位来执行抖动，使得可以被表示的颜色的数量增加。结果，提高了显示装置的颜色再现性和整体的图像品质。
此外，由于一帧的频率为大约120Hz，且以8帧为单元执行抖动，所以抖动单位频率为大约15Hz(＝120Hz/8)。因此，本发明不发生图像品质的劣化，比如由大约15Hz或更小的抖动单位频率造成的闪烁现象(flicker)。
虽然结合当前被认为是实际示例性实施例的内容已经描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于公开的实施例，而是相反地，本发明意在覆盖包括在权利要求的精神和范围内的各种更改和等效布置。

Claims (16)

1、一种液晶显示器，包括：
显示面板，包括多个像素；
信号控制器，存储包括具有第一值或第二值的数据元素的多个抖动数据模式，基于具有第一位数的输入图像数据来选择所述抖动数据模式中的一个，并基于所选择的抖动数据模式将所述输入图像数据转换成具有第二位数的输出图像数据，其中，所述第二位数小于所述第一位数；
数据驱动器，向所述像素施加数据电压，所述数据电压与来自所述信号控制器的所述输出图像数据对应，
其中，所述输入图像信号的频率和来自所述信号控制器的所述输出图像信号的频率均为大约120Hz，每8帧重复所述抖动数据模式。
2、如权利要求1所述的液晶显示器，其中，所述信号控制器包括：
查询表，存储所述抖动数据模式；
数据处理器，基于存储在所述查询表中的抖动数据模式将所述输入图像数据转换成所述输出图像数据。
3、如权利要求2所述的液晶显示器，其中，所述抖动数据模式中的每个具有2×2的矩阵。
4、如权利要求3所述的液晶显示器，其中，所述第一位数和所述第二位数之间的差等于3。
5、如权利要求4所述的液晶显示器，其中，对应于抖动数据模式的输入图像信号来选择抖动数据模式是基于所述输入图像数据的后3位数据和帧的序数进行的。
6、如权利要求5所述的液晶显示器，其中，当所述后3位数据为“000”时，所述数据处理器确定所述前面位的数据作为所述输出图像数据。
7、如权利要求5所述的液晶显示器，其中，所述后3位数据为“001”、“010”、“011”时的第一帧的抖动数据模式分别与所述后3位数据为“101”、“110”、“111”时的抖动数据模式基本相同。
8、如权利要求7所述的液晶显示器，其中，在第二帧中，所述后3位数据为“001”、“101”时的抖动数据模式分别等于后3位数据为“010”、“110”时的抖动数据模式，所述后3位数据为“001”、“101”时的抖动数据模式也分别等于后3位数据为“011”、“111”时的抖动数据模式。
9、如权利要求7所述的液晶显示器，其中，在第二帧中，当所述后3位数据分别为“001”和“101”时，抖动数据模式互不相同。
10、如权利要求7所述的液晶显示器，其中，在第二帧中，当所述后3位数据分别为“011”和“111”时，抖动数据模式互不相同。
11、如权利要求7所述的液晶显示器，其中，所述第一帧为偶数帧。
12、如权利要求5所述的液晶显示器，其中，当所述后3位数据分别为“001”、“010”和“011”时，所述第一帧的抖动数据模式相同；当后3位数据分别为“101”、“110”和“111”时，所述第一帧的抖动数据模式相同。
13、如权利要求12所述的液晶显示器，其中，所述后3位数据分别为“001”、“010”和“011”时的第二帧的抖动数据模式分别等于所述后3位数据分别为“101”、“110”和“111”时的第二帧的抖动数据模式。
14、如权利要求12所述的液晶显示器，其中，所述第一帧是偶数帧。
15、如权利要求5所述的液晶显示器，其中，当所述后3位数据为“100”时，相邻帧的抖动数据模式为彼此的镜像。
16、如权利要求15所述的液晶显示器，其中，当所述后3位数据为“100”时，彼此相对地对角设置的抖动数据模式的数据元素值相等。
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