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1、液晶显示过驱动技术发展及专利分析摘要：过驱动技术是液晶显示驱动技术研究的重点之一，过驱动技术对于 液晶显示器实现动态、清晰的画面显示，解决画面残影问题具有重要作用。本文 介绍了目前基于过驱动技术原理提高响应速度的方法，并针对液晶显示过驱动技 术在国内外的专利申请进行检索，对历年申请量变化趋势、申请人的国家/地区 分布、中国主要申请人情况进行分析。关键词：液晶；显示；过驱动；专利分析液晶显示器(Liquid Crystal Display, LCD)作为一种高性能、色彩丰富、 高分辨率、功耗低、重量轻的显示器，自20世纪70年代诞生以来，在几十年的 发展历程中，已经逐渐取代了有百年历史的CRT(
2、Cathode Ray Tube，CRT)显示 器。伴随着平板电脑、智能手机等消费电子类产品在生活中的大量普及,液晶显 示器作为此类消费电子产品的显示屏幕，为用户提供了动态、清晰的画面显示， 而实现动态、清晰画面显示的一个关键技术是对液晶显示器进行过驱动。由于能 够进行动态、清晰的画面显示已经逐渐的成为衡量液晶显示器性能的一个重要指 标，液晶显示过驱动技术因而也成为了液晶显示器领域的研究重点。1液晶显示过驱动技术介绍液晶显示器是一种被动发光显示器，它的构造是在两片平行的玻璃当中放置 液态的晶体，通过施加电压来控制液晶分子的偏转，光线透过偏转的液晶分子进 行画面显示。然而在实际工作中，即使在液晶
3、两端的电极上施加电压，液晶分子 也不是马上转动到目标状态，而是需要一定的时间，即常说的液晶响应时间。液 晶显示器在显示动态画面时，由于液晶响应时间的存在，液晶分子的转动滞后于 施加电压的转变，这样观看者在观看液晶显示器中的画面时，就会看到上一个画 面留下的残影。过驱动(Overdrive，OD)技术可以解决液晶显示器的动态画面 残影问题。测试液晶的响应时间经常用到黑白模板，因此，对于过驱动技术的原 理用黑白模板的转换来进行举例说明，在液晶两端的电极上施加IV驱动电压的 情况下，液晶分发生偏转，液晶画面从黑到白的转换时间需要40ms，在液晶两端 的电极上施加2V驱动电压的情况下，液晶分子偏转的速
4、度加快，液晶画面从黑 到白的转换时间需要20ms，这样液晶分子从黑到白的转换时间就被缩短为了 20ms。过驱动技术通过施加比标准驱动电压高的过驱动电压，加快了液晶分子的 偏转速度，在液晶显示器进行动态画面显示时，消除了残影问题，使播放的画面 更加流畅。图1(a)和(b)所示分别为普通液晶显示器和加入过驱动技术的液晶显示器的 画面显示效果，可以看出拖影和模糊的现象得到了显著的改善，图像更加明艳和 清晰。(a)无过驱动(b)有过驱动图1 液晶显示器的画面显示效果2液晶显示过驱动技术发展现状基于过驱动技术，随着对卓越显示画质的追求有很多新的技术被开发出来，但它们的实现都离不开过驱动技术，以下是相关的
5、改善动态画质的几种方法。(1) 倍帧技术(Double Frame Rate, DFR)倍帧技术也采用过驱动方式，并将帧频由原来的60Hz增加到120Hz。帧的频率越高，人眼看到的动态画面的模糊现象越不明显。(2) 倍帧+插黑技术(DFR + Black Insertion)该技术采用的帧频也为120Hz,它的目的是模拟脉冲驱动方式，但是由于插 入黑画面，LCD的亮度和对比度都会减小。所以在插黑技术的基础上，人们又发 明了插灰技术，也就是在连续两帧画面之间根据上一个画面的平均亮度来插入一 定灰阶的全画面。(3) 倍频+运动估计及运动补偿技术(DFR + MEMC)该技术也采用了倍频技术，通过图
6、像处理的手段根据连续两帧画面的场景内 容以及前后图像的相关性，选取关联点进行动态点对点像素预估，重新产生一帧 亮度、对比度和连续性更为精确的过渡画面，插入到这两帧画面之间，从而消除 了快速运动画面的图像边缘模糊现象，并有效修正人眼视觉暂留形成的“错觉” 让物体运动的轨迹更连续，提高画面的稳定性，动态清晰度也大幅度提高。(4) 倍频+扫描背光源技术(DFR + Scanning Backlight)该技术除了采用倍频技术外，还将图像显示与背光源扫描结合起来，当 4TFT-LCD 对应区域背光源为亮时，对应区域的栅极打开，图像信号可以输入并 显示。这种方法的缺点是亮度减少了。为了尽可能达到标准的亮
7、度，如果是以 1/3区域扫描时，就需要3倍数量的背光源灯管。所以选择高亮度灯管就成为该 方法必须使用的手段，目前业界一般会使用LED背光源，因为它具有高亮度，高 发光效率。图2给出了过驱动处理前后的响应时间的比较图，普通液晶显示器的响应时 间的大小与其起始灰阶以及目标灰阶的值密切相关，特别是在中间灰阶进行切换 时其响应时间都会超过16ms ；而加入过驱动技术的液晶显示器的响应时间的大小 基本与其起始灰阶以及目标灰阶的值无关，并且所有灰阶切换时其响应时间都不 超过16ms。(a)灰阶响应时间(b)过驱动处理后灰阶响应时间图 2 过驱动处理前后的响应时间的比较3 液晶显示过驱动技术专利分析选用CN
8、ABS、CNTXT、DWPI和SIPOABS数据库，检索式选择表示液晶显示驱 动领域的I PC分类号G09G3/36、G02F1/133与关键词过驱动、overdrive、0D、 ODC 进行“与”运算，获得多篇专利文献，以下从液晶显示过驱动技术专利历年 专利申请量、申请国家/地区分布、在中国申请专利的主要申请人分析等几个角 度展开分析。3.1 历年专利申请量分析图 3-1 为液晶显示过驱动技术专利申请量分布图。可以看出，从 2001 年开 始，液晶显示过驱动技术专利申请逐年增多，至 2008 年，过驱动技术迎来了申 请高峰。2008年至2013 年间，专利申请量有小幅的波动，整体进入了平稳发
9、展 期，期间虽然没有出现爆发性的增长，但每年的专利申请量都维持在较高的水平 专利申请量上也呈现出了下降的态势，2014 年至今，专利申请量急剧减少。因液 晶显示过驱动技术涉及硬件技术，多与制造业有关，因此液晶显示过驱动技术领 域中绝大部分为公司申请。图 3-1 液晶显示过驱动技术专利申请量分布图3.2 申请人的国家/地区分布液晶显示过驱动技术起源于日本，随后韩国和中国台湾都开发了自己的基于 过驱动技术的液晶显示器，目前液晶显示器制造中心开始从日本和中国台湾逐渐 转移到中国大陆，中国大陆的过驱动技术也发展很快。图 3-2 统计了主要国家/ 地区申请量所占的比例。在 2001-2016 年的申请中
10、，中国大陆地区的申请量领先 于其他国家和地区，占比 43%，这体现出了国内公司对于液晶显示过驱动技术非 常重视。日本占申请量比例为 32%，韩国占比为 12%，台湾占比为9%。由于液晶 显示过驱动技术解决的是液晶显示动态画面的残影问题，可以在液晶显示器上实 现更加流畅、清晰的画面，而智能手机、平板电脑等电子产品具有巨大的市场， 因此，从上述占申请量比数据也可以看出，这些国家和地区对专利申请的重视。3.3 在中国申请专利的主要申请人分析图 3-3 给出了液晶显示过驱动技术中国主要申请人申请量排名。参见图 3-3 排在第一、第二位的是中国的京东方科技集团股份有限公司、深圳市华兴光电技 术有限公司，
11、其余的为日本、韩国、台湾地区的公司，这一定程度上反映了中国 企业在液晶显示过驱动技术上的投入和技术力量，说明了中国企业对液晶显示过 驱动技术的专利申请比较重视。由于在前十名的排名中，我国企业只占据两个名 额，说明在研发制造高性能液晶器领域，我国的相关企业数量还是比较少，日本、 韩国以及台湾地区还存在着较大技术优势。需要进一步鼓励、扶持我国液晶面板 企业投入更多的研发力量，进行技术创新。图3-3 中国主要申请人申请量排名4小结在这个数字电视的时代，随着高清晰度电视和各类新型显示器件的出现，人 们对图像质量的要求越来越高了，而TFT-LCD显示器却存在着运动伪像的缺陷， 因此过驱动技术就是这么应运
12、而生的，它可以消除运动图像残影的不足，使处理 后的图像有更好的显示效果。液晶显示过驱动技术申请的主要申请人分布中国、日本、韩国、台湾等，中 国企业在液晶面板行业内，同国外企业相比，国内具有自主研发能力的企业数量 还是偏少，国内更多的液晶面板企业需要投入更多的研发力量，进行技术创新。参考文献1 王文根液晶显示器的快速响应技术J.现代显示，2006, (4):45-48.2 邹丽娜.液晶背光领域专利技术现状与发展趋势J.中国发明与专利， 2012，(11):39-43.3 高鸿锦等.液晶与平板显示技术M.北京，北京邮电大学出版社.4 顾筠筠等.TFT-LCD的过驱动技术及其发展.现代显示，2008，(90):33- 405 曹叶TFT_LCD过驱动技术的研究及其FPGA实现J.上海交通大学, 2009.6 丁沐沂，李驰平板显示技术的现状与展望J.电脑知识与技术，2010,6（34）：9854-9856.
