液晶显示过驱动技术发展及专利分析

马银银

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心

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（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1V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CNABS、CNTXT、DWPI和SIPOABS数据库，检索式选择表示液晶显示驱动领域的IPC分类号G09G3/36、G02F1/133与关键词过驱动、overdrive、OD、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，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。

图3-2主要国家/地区申请量所占的比例

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，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。

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