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JP2005070582A - 高画質液晶表示器及びその駆動方法 - Google Patents

高画質液晶表示器及びその駆動方法 Download PDF

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JP2005070582A JP2003302355A JP2003302355A JP2005070582A JP 2005070582 A JP2005070582 A JP 2005070582A JP 2003302355 A JP2003302355 A JP 2003302355A JP 2003302355 A JP2003302355 A JP 2003302355A JP 2005070582 A JP2005070582 A JP 2005070582A
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呂奕良
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陳衣凡
Cheng-Jung Chen
陳政▲えい▼
Yuh-Ren Shen
沈毓仁
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Abstract

【課題】 駆動方式を改良する設計により、出力画像の品質を高めて、テレビ、コンピュータスクリーンおよびPDAなどの液晶表示器の使用に提供する液晶表示器を提供する。
【解決手段】 従来の液晶表示器の階調データ信号変調器に改良を加え、信号前処理装置を増設して入力した階調データ信号中のノイズを抑制処理に使用するか、入力信号の特性を測定するのに使用して、階調データ信号変調器により処理した後に、調整された最適な階調データ信号が得られるため、液晶表示器から最適な画像画質を出力することができる。
【選択図】 図5

Description

本発明は、液晶表示器の設計に関し、特に改良駆動方式の設計による信号前処理装置により、入力画像のノイズを抑制し、および/または、異なるフレームレートを測定して、過補償または補償不足の問題を解決し、出力画像の品質を高めて、テレビ、コンピュータスクリーン及びPDAなどの液晶表示器に使用する技術に関する。
従来より液晶表示器(liquid crystal displayer, LCD)の動作原理は電圧により液晶分子の配列を制御する方式であり、偏光と液晶分子間の交互作用を利用して、各画素(pixel)を通過する光の強度を制御することにより、各画素の色及び輝度を制御して画像を形成する(例えば、特許文献1)。
しかし、液晶分子自身の特性により制限を受けて、液晶分子は電圧を加えると回転する特定の反応時間コンスタントを備える。この反応特徴時間および液晶分子本体の性質は関係があり、それらは粘度係数(viscosity)、誘電率(dielectric constant)及び弾性係数などである。
一方、この反応時間も、充填液晶の両極間の隙間厚さなど、液晶パネルの設計と関係する。一般のTN型液晶を例にとると、上昇反応時間は約20-80msであり、下降反応時間は約20-30msである。しかし、このような反応時間は依然、一般のフレーム間隔(frame interval)の時間(16.67ms)より長いため、移動画面を表示する際、動作がはっきりしなくなる現象或いは、所謂残像(afterimage)現象が発生するため、良好な画像品質を得ることはできなかった。
このような残像現象に対し、液晶分子の回転速度を高める方法を探す以外に、適当な駆動設計により解決してもよい。一般に画像階調信号を入力した後、一個の階調信号変調器(gray signal modulator)により、液晶分子反応が遅すぎることにより発生する残像現象を改善する。
図1に示すのは、一般の液晶表示器の機能構造であり、それは主に階調データ信号を受信および調整する階調信号変調器10と、信号同期および表示タイミングを制御するタイミングコントローラ11と、すでに調整された階調信号データを対応するデータ電圧に変換して、画像信号を出力するデータ駆動器12と、連続的にスキャン信号を供給するゲート駆動器13と、それらのスキャン信号を伝送する複数のゲートライン15を含む液晶表示器パネル14と、画像信号を伝送するのに使用する複数本のゲートライン15と絶縁して交差したデータライン16と、ゲートライン15とデータライン16により囲まれた領域により構成された画素マトリックスとを含む。図1から、階調信号変調器10が液晶表示器及びその駆動回路中において果たす役割が簡単に分かる。原始画像の階調信号データは先ず階調信号変調器10により残像の問題を解決してから、調整後の階調信号データを液晶表示器の駆動回路へ出力して、適当なデータ電圧を液晶パネルの各画素へ提供し、画像の正確な色と輝度を表示する。
図2が示すのは、従来の階調信号変調器の基本動作原理である。それは主に入力画像階調信号を受信する一個の画像の階調信号データ入力端20と、一つ前のフレームの階調信号データを記憶するフレームメモリ(frame memory)21と、フレームメモリー21を制御してフレームメモリーの読取りと書込み作業に使用する制御器22(controller)と、階調信号を調整して入力する一個の信号変換器(signal converter)23と、調整された階調信号データをデータ駆動器へ出力する信号出力端24とを含む。この信号変換器23の主な機能は、入力された現在のフレームデータとフレームメモリー21中の前のフレームデータとを比較して、画像の電圧信号データを適当に調整し、適当な補償電圧(compensation voltage)により修正して、補償後の電圧信号を出力する。
図3および図4は、補償電圧により画像信号データを修正して残像現象を改善することを示す。図3に示すように、反応時間が遅すぎるため、出力輝度は一個のフレーム時間間隔内において、所定の輝度を達成することができない。しかし、図4から分かるように、適当な補償電圧の修正により、出力される画像輝度は一つのフレーム時間内で、出力輝度を出力画像データに合致する程度まで向上させて、液晶分子回転の反応時間が遅すぎるために発生する残像現象を、効果的に改善させることができる。 一般に、信号変換器処理画像のデータ計算補償電圧の効率を向上させるため、通常は予め設計されたルックアップテーブルにより処理速度を向上させる。
上述した技術により、液晶分子の反応時間により発生する画像の残像問題を効果的に改善することができるが、一般の階調信号変調器の設計では画像の信号ノイズの問題を考慮していない。図3および図4から分かるように、補償電圧の主な機能は信号電圧を適当な程度にまで増幅させることであるが、この電圧増幅過程においては同時に入力信号のノイズ比も一緒に増幅させてしまい、画像信号対ノイズ比(S/N ratio)の悪化を招くため、出力画像の品質が下がってしまった。
一方、現在の駆動設計は異なるフレームレート(frame rate)を考慮していない。しかし、フレームレートは異なり、フレーム時間内での液晶分子の反応レベルも異なるため、過補償(over compensation)あるいは補償不足の現象を招いてしまっていた。これに鑑み、液晶表示器の駆動方式に対し、いくらか修正する必要があり、特にそのうちの階調信号変調器の設計に適当な改良を施し、最適な画像品質を達成するべきである。
本発明は、これに鑑みなされたもので、上述した従来の欠点を改善した高画質液晶表示器及びその駆動方法である。
特開2003−84717号公報
本発明の主な目的は、駆動方式を改良する設計により出力画像の品質を向上する液晶表示器の設計を提供することである。
本発明の高画質液晶表示器は、階調信号データを受信するとともに、現在のフレーム及び前のフレームの階調信号データを考慮して、考慮した階調信号データの特性により既に調整した階調信号データを出力する階調信号変調器。既に調整された階調信号データを対応したデータ電圧に変換して、画像信号を出力するデータ駆動器。スキャン信号を連続供給するゲート駆動器。スキャン信号を伝達する複数本のゲートライン。画像信号を伝達するゲートラインと絶縁されて交差された複数本のデータライン。ゲートラインとデータラインで囲む領域で構成される画素マトリックスとを含む液晶表示器パネルであり、本発明はその駆動方法である。
すなわち、請求項1の発明は、階調信号データを受信するとともに、現在のフレーム及び前のフレームの階調信号データを考慮して、考慮した階調信号データの特性により既に調整した階調信号データを出力する階調信号変調器と、既に調整した階調信号データを対応したデータ電圧に変換して、画像信号を出力するデータ駆動器と、スキャン信号を連続供給するゲート駆動器と、前記スキャン信号を伝達する複数本のゲートラインと、前記画像信号を伝達する前記ゲートラインと絶縁されて交差された複数本のデータラインと、前記ゲートラインと前記データラインで囲む領域で構成される画素マトリックスとを含む液晶表示器パネルを備えることを特徴とする高画質液晶表示器である。
請求項2の発明は、前記階調信号変調器の信号前処理装置は、入力した階調信号データに対してノイズ抑制(noise reduction)の処理を行うことを特徴とする請求項1記載の高画質液晶表示器である。
請求項3の発明は、前記階調信号変調器が、階調信号データ入力端と、一つ前のフレームの階調信号データを記憶するフレームメモリと、前記フレームメモリ及びフレームメモリの読取りと書入れ動作を制御する制御器と、階調信号データ入力端からの階調信号データの特性を予め処理或いは測定する信号前処理装置と、前処理装置による処理或いは測定を考慮する階調信号データ及び前記階調メモリから受信した一つ前のフレームの階調信号データを考慮して、既に調整した前記階調信号データを出力する階調データ信号変換器と、既に調整した階調信号データをデータ駆動器へ出力する階調信号データ出力端とを含むことを特徴とする請求項1記載の高画質液晶表示器である。
請求項4の発明は、前記階調信号変調器の信号前処理装置は、入力した階調信号データに対してノイズ特性の測定を行い、信号変換器へ適当な変換方式を提供することを特徴とする請求項3記載の高画質液晶表示器である。
請求項5の発明は、前記階調信号特性測定は、画像システム(NTSC、PAL又はHDT)、フレームレート(frame rate)、信号対ノイズ比特性の画像内容(TV game又はmovie)、インターフェイス(AV又はDVI)或いはユーザの好みの違いにより、異なる信号特性を有することを特徴とする請求項4記載の高画質液晶表示器である。
請求項6の発明は、画像の階調信号データを先ず階調信号変調器から入力するステップと、階調信号変調器により、入力した階調信号データを適当に調整するステップと、調整した階調信号データを、データ駆動器へ出力するステップと、データ駆動器により、すでに調整した階調信号データを対応した画像データ電圧へ変換するステップと、画像データ電圧の駆動液晶表示器の各画素により、画像所定の色および輝度を達成するステップとを含むことを特徴とする高画質液晶表示器の駆動方法である。
請求項7の発明は、前記階調信号変調器により入力画像信号データを調整するステップは、現在のフレーム及び以前のフレームの階調信号データの考慮、および階調信号データの特性を考慮して、調整された階調データ信号を出力することを特徴とする請求項6記載の高画質液晶表示器の駆動方法である。
請求項8の発明は、前記階調信号変調器により入力画像信号データを調整するステップが、信号前処理装置により予めノイズ抑制を処理することを特徴とする請求項7記載の高画質液晶表示器の駆動方法である。
請求項9の発明は、前記ノイズ抑制処理ステップは、現在のフレーム階調データ信号および一個前のフレーム階調データ信号の違いを考慮し、もし設定した信号ノイズ境界線を超える場合、入力データを信号として直接出力し、もし設定した信号ノイズ境界線より小さい場合はノイズであり、先ず抑制修正をした後に出力しなければならないことを特徴とする請求項8記載の高画質液晶表示器の駆動方法である。
請求項10の発明は、前記ノイズ抑制処理ステップの抑制修正方法は、
|F−Fn−1|≧Nth、F’=F、および
|F−Fn−1|<Nth、F’= Fn−1+a(F−Fn−1)であり、 そのうちFは現在のフレームデータであり、Fn−1は一つ前のフレームデータであり、F’は修正後の現在のフレームデータであり、Nthは予め設定した信号ノイズ境界線であり、aは予め設定されたパラメータであり、0≦a<1を満足し、或いはaはノイズの大きさにより変化して、a=f(F、Fn−1、Nth)を満足することを特徴とする請求項9記載の高画質液晶表示器の駆動方法である。
請求項11の発明は、前記階調信号変調器により入力画像信号データを調整するステップが、一つの信号前処理装置により予め入力階調信号データの特性を測定するとともに、信号前処理装置により特性を代表するフラグを生成して、フラグを信号変換器へ伝送して異なる信号変換方式を提供することを更に含むことを特徴とする請求項8記載の高画質液晶表示器の駆動方法である。
請求項12の発明は、前記信号前処理装置が測定する入力階調信号特性は、画像システム(NTSC、PAL或いはHDT)、フレームレート(frame rate)、ノイズ比特性の画像内容(TV game或いはmovie)、インターフェイス(AV或いはDVI)或いは、ユーザの好みにより異なる信号特性を有することを特徴とする請求項11記載の高画質液晶表示器の駆動方法である。
請求項13の発明は、前記異なる信号変換方式は信号変換器により修正するか、或いは異なるルックアップテーブルを選択することを特徴とする請求項11記載の高画質液晶表示器の駆動方法である。
本発明は液晶表示器の構造を変更せずに、信号端の信号特性を考慮することにより、新しい信号駆動方法を提供して液晶表示反応速度を向上させるとともに、良好な画像品質を同時に得ることもできる。
本発明が採用する方式は従来の液晶表示器内の階調信号変調器を改良することであり、前置信号処理器を増設して、入力した階調データ信号の処理あるいは入力信号の特性の測定に使用して、信号変換器により処理した後、調整された最適な階調データ信号を得ることにより、液晶表示器に最適な画像画質を出力させることができる。
本発明の前置信号処理器は、入力画像のノイズを抑制して、電圧補償により発生する画像信号対ノイズ比の悪化を解決することができる。一方、前置処理器を設計して異なるフレームレートを計測し、異なるフレームレートにより発生する過補償或いは補償不足の現象を解決して出力する画像の品質を向上することもできる。
本発明の好適な実施例を図に沿って説明する。
図5は、本発明の実施例の階調信号変調器40であって、階調信号変調器40の改良設計の機能を示した図である。
この階調信号変調器40と従来技術の階調信号変調器は類似しているが、同様に画像階調信号入力端41、フレームメモリ(frame memory)42、フレームメモリの制御器43、信号変換器(signal converter)44、スピーディーに信号変換するルックアップテーブル45、そして信号出力端46を備える。
本発明の実施例の特徴は、画像入力端と信号変換器との間に信号前処理装置(signal preprocessor)47を増設することである。現在のフレームデータFを入力端から入力した後、先ずこの信号前処理装置47によりF’に修正する。この部分の修正は、フレームメモリ42内の一つ前のフレームデータFn−1と比較し、演算により修正後のF’を得ることができる。続いて、F’及びフレームメモリ42内のFn−1を信号変換器44へ入力し、信号変換器44とルックアップテーブル45により、調整後の画像フレームデータMFをスピーディーに換算して出力することができる。
この調整後の画像フレームデータMFは正確な補償電圧を提供することができるため、不必要な過補償現象を避けて、液晶表示器に正確な色と輝度を出力させる。ある状況においては、信号前処理装置47を適宜に設計して入力信号の特性を測定することができるため、前のフレームデータFn−1と比較する必要がなく、適当な測定或いは演算によるだけで、その特性を代表するフラグ(flag)を信号変換器に出力する。その特性のフラグを受信することにより、信号変換器44は適当な方式により補償電圧を提供し、そのために正確な調整画像フレームデータMFを出力することができる。
上述した階調信号変調器40のように、そのうちの信号前処理装置47は入力画像のノイズ抑制手段を使用する設計にするが、それも具体的な第1の実施例である。
図6は機能を示す図であり、本発明の実施例は信号前処理装置を、ノイズを抑制する機能の処理器51として設計するとともに、それを使用して信号変換器が発生する過度補償現象を改善する可能性がある第1の実施例である。ノイズを抑制する方法を図7及び図8により説明する。図7に示すように、先ず一つ前のフレームデータFn−1と現在のフレームデータFを減算器61へ入力し、続いて得たF−Fn−1をコンパレータ62へ入力し、予め設定したノイズ境界値Nthと比較する。そして比較した結果により、異なる修正パラメータa(a≦1)63を選択する。その選択方法は以下の通りである。
a=1、if|F−Fn−1|>Nth
a≦1、if|F−Fn−1|≦Nth
そのうちaは、a=f(F、Fn−1、Nth)を満足させる。修正パラメータaを選定した後、修正されたフレームデータF’は以下の関係から得ることができる。
’=F、if a=1、
’= Fn−1+a(F−Fn−1)、where a<1
つまり、|F−Fn−1|>Nthは、Fを信号と判定し、出力するF’は修正する必要がない。しかし、もし|F−Fn−1|≦Nthの場合、Fをノイズと判定し、修正されたF’は特に1よりも小さいa値がノイズを低下させることができる。
上述したノイズ抑制処理方法を、図8によりノイズ抑制の効果を説明する。図から明らかなように、ノイズが発生する信号変動(fluctuation)は、ノイズ抑制の機能により効果的に低下する。一方、信号は修正されないために、原信号の特性を保つことができる。
上述したように、階調信号変調器中の信号前処理装置も入力画像特性を測定する機能を備えるように設計することができる。図9に示すのは機能図で、それは本実施例の信号前処理装置を入力信号のフレームレートを測定することができる回路71に設計して、信号変換器が発生するかもしれない過補償現象を改善するもう一つの実施例である。
フレームレートを測定する方法を図10により詳しく説明するが、それは画像同時信号の入力端80、カウンタ(counter)81、参考カウンタ82、特定のフレームレートを代表するフラグ出力端83を備えており、入力の画像同期信号及び本体の参考計時器により、カウンタを利用して入力信号のフレームレートを探し出すとともに、レートを代表するフラグを出力する。このフラグを利用して修正し、適当なバックアップテーブルが取得できるため、異なるフレームレートにより発生する過度補償現象を改善することができる。
上述の本発明の高画質液晶表示器およびその駆動方法の特徴を損なうものでなければ、上述した実施例に限定されないことは勿論であり、本発明の特許請求の範囲を利用した表示器の駆動方法は、テレビ、コンピュータスクリーン及びPDAなどの液晶表示器に適用できる。
従来の液晶表示器の機能を示すブロック図である。 従来の液晶表示器に使用する出力反応を改善する階調信号変調器の機能を示すブロック図である。 従来の階調信号変調器を利用して、適当な補償電圧を出力し、出力電圧がフレーム時間の間隔内で、駆動表示器が正確な色或いは輝度を達成する図である。 従来の階調信号変調器を利用して、適当な補償電圧を出力し、出力電圧がフレーム時間の間隔内で、駆動表示器が正確な色或いは輝度を達成する図である。 本発明の実施例の階調信号変調器中に信号前処理装置を増設して、入力信号の特性の処理或いは測定を示すブロック図である。 本発明の実施例の信号前処理装置を入力信号ノイズを抑制するように設計したブロック図である。 本発明の実施例の信号ノイズを抑制する信号前処理装置の作動原理を示すブロック図である。 本発明の実施例の信号ノイズを抑制する信号前処理装置の効果を示す図である。 本発明の実施例の信号前処理装置を、入力信号の特性を測定するように設計したブロック図である。 本発明の実施例の異なるフレームレートの動作原理を示すブロック図である。
符号の説明
10 階調信号変調器
11 タイミングコントローラ
12 データ駆動器
13 ゲート駆動器
14 液晶表示器パネル
15 ゲートライン
16 データライン
20 階調信号データ入力端
21 フレームメモリ
22 制御器
23 信号変換器
24 信号出力端
40 階調信号変調器
41 階調信号入力端
42 フレームメモリ
43 フレームメモリの制御器
44 信号変換器
45 ルックアップテーブル
46 信号出力端
47 信号前処理装置
51 ノイズ抑制機能の処理器
61 減算器
62 コンパレータ
63 修正パラメータ選択器
71 入力信号フレームレート測定の回路
80 画像同期信号の入力端
81 カウンタ
82 参考カウンタ
83 特定フレームレートを代表するフラグ出力端

Claims (13)

  1. 階調信号データを受信するとともに、現在のフレーム及び前のフレームの階調信号データを考慮して、考慮した階調信号データの特性により既に調整した階調信号データを出力する階調信号変調器と、
    既に調整した階調信号データを対応したデータ電圧に変換して、画像信号を出力するデータ駆動器と、
    スキャン信号を連続供給するゲート駆動器と、
    前記スキャン信号を伝達する複数本のゲートラインと、前記画像信号を伝達する前記ゲートラインと絶縁されて交差された複数本のデータラインと、前記ゲートラインと前記データラインで囲む領域で構成される画素マトリックスとを含む液晶表示器パネルを備えることを特徴とする高画質液晶表示器。
  2. 前記階調信号変調器の信号前処理装置は、入力した階調信号データに対してノイズ抑制処理を行うことを特徴とする請求項1記載の高画質液晶表示器。
  3. 前記階調信号変調器は、階調信号データ入力端と、
    一つ前のフレームの階調信号データを記憶するフレームメモリと、
    前記フレームメモリ及びフレームメモリの読取りと書入れ動作を制御する制御器と、階調信号データ入力端からの階調信号データの特性を予め処理或いは測定する信号前処理装置と、
    前処理装置による処理或いは測定を考慮する階調信号データ及び前記階調メモリから受信した一つ前のフレームの階調信号データを考慮して、既に調整した前記階調信号データを出力する階調データ信号変換器と、
    既に調整した階調信号データをデータ駆動器へ出力する階調信号データ出力端とを含むことを特徴とする請求項1記載の高画質液晶表示器。
  4. 前記階調信号変調器の信号前処理装置は、入力した階調信号データに対してノイズ特性の測定を行い、信号変換器へ適当な変換方式を提供することを特徴とする請求項3記載の高画質液晶表示器。
  5. 前記階調信号特性測定は、画像システム、フレームレート、信号対ノイズ比特性の画像内容、インターフェイス或いはユーザの好みの違いにより、異なる信号特性を有することを特徴とする請求項4記載の高画質液晶表示器。
  6. 画像の階調信号データを先ず階調信号変調器から入力するステップと、
    階調信号変調器により、入力した階調信号データを適当に調整するステップと、 調整した階調信号データを、データ駆動器へ出力するステップと、
    データ駆動器により、すでに調整した階調信号データを対応した画像データ電圧へ変換するステップと、
    画像データ電圧の駆動液晶表示器の各画素により、画像所定の色および輝度を達成するステップとを含むことを特徴とする高画質液晶表示器の駆動方法。
  7. 前記階調信号変調器により入力画像信号データを調整するステップは、現在のフレーム及び以前のフレームの階調信号データの考慮、および階調信号データの特性を考慮して、調整された階調データ信号を出力することを特徴とする請求項6記載の高画質液晶表示器の駆動方法。
  8. 前記階調信号変調器により入力画像信号データを調整するステップが、信号前処理装置により予めノイズ抑制を処理することを特徴とする請求項7記載の高画質液晶表示器の駆動方法。
  9. 前記ノイズ抑制処理ステップは、現在のフレーム階調データ信号および一個前のフレーム階調データ信号の違いを考慮し、もし設定した信号ノイズ境界線を超える場合、入力データを信号として直接出力し、もし設定した信号ノイズ境界線より小さい場合はノイズであり、先ず抑制修正をした後に出力しなければならないことを特徴とする請求項8記載の高画質液晶表示器の駆動方法。
  10. 前記ノイズ抑制処理ステップの抑制修正方法は、
    |F−Fn−1|≧Nth、F’=F、および
    |F−Fn−1|<Nth、F’= Fn−1+a(F−Fn−1)であり、 そのうちFは現在のフレームデータであり、Fn−1は一つ前のフレームデータであり、F’は修正後の現在のフレームデータであり、Nthは予め設定した信号ノイズ境界線であり、aは予め設定されたパラメータであり、0≦a<1を満足し、或いはaはノイズの大きさにより変化して、a=f(F、Fn−1、Nth)を満足することを特徴とする請求項9記載の高画質液晶表示器の駆動方法。
  11. 前記階調信号変調器により入力画像信号データを調整するステップが、
    一つの信号前処理装置により予め入力階調信号データの特性を測定するとともに、信号前処理装置により特性を代表するフラグを生成して、フラグを信号変換器へ伝送して異なる信号変換方式を提供することを更に含むことを特徴とする請求項8記載の高画質液晶表示器の駆動方法。
  12. 前記信号前処理装置が測定する入力階調信号特性は、画像システム、フレームレート、ノイズ比特性の画像内容、インターフェイス或いは、ユーザの好みにより異なる信号特性を有することを特徴とする請求項11記載の高画質液晶表示器の駆動方法。
  13. 前記異なる信号変換方式は信号変換器により修正するか、或いは異なるルックアップテーブルを選択することを特徴とする請求項11記載の高画質液晶表示器の駆動方法。
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