CN100411001C

CN100411001C - 在液晶显示面板显示灰阶的系统、方法与装置

Info

Publication number: CN100411001C
Application number: CNB2005100998606A
Authority: CN
Inventors: 克拉克·夏弗德
Original assignee: Via Technologies Inc
Current assignee: Via Technologies Inc
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: TWI307070B; CN1776798A; US8022909B2; TW200620197A; US20060119558A1

Abstract

本发明揭示了一种在显示器上产生灰阶的装置、方法与系统。其中该装置包含多数个灰阶值，在这些灰阶值的一有一当前灰阶值，该装置并且包含至少一灰阶图样，一灰阶图样包含至少一图样位并且与每一个灰阶值相应。该装置包含至少一储存至少一灰阶图样的可程序化缓存器，以及包含一第一列多任务器，此第一列多任务器不仅与上述的灰阶值的数量相应，且接收来自各灰阶图样的一图样位，更以共同配置型态依据该当前灰阶值选出一所需的灰阶图样。该装置尚包含一决定一所需的图样位的像素选择电路，再者，一第二列多任务器是耦合于该第一列多任务器，用以选出该所需的图样位。

Description

在液晶显示面板显示灰阶的系统、方法与装置

技术领域

本发明是相关于在液晶(liquid crystal display；LCD)面板上产生灰阶的装置、方法与系统，尤其是相关于在超扭转向列(super-twist nematic；STN)液晶面板上以可程序化缓存器产生灰阶的装置、方法与系统。

背景技术

超扭转向列液晶面板(STN LCD panels)包含有许多的像素，各像素可以在指定的时间启闭，且每个面板具有y条扫描线，每一条扫描线具有x个像素。一个页框的数据是被提供来更新所有扫描线上的所有像素，由于作用在超扭转向列液晶面板上的每一个像素具有两种状态(启或闭)，每一个像素能够达成两种灰阶值，黑或白。为了达到更多的(可感知到的)灰阶值，像素必需能以非常高的频率启闭，因为人的眼睛无法察觉高频的切换，所导致的灰阶值会位于黑与白之间，以产生一种透明或可感知到的灰阶值。

高频的切换会产生的闪烁(flickering)的现象，闪烁的现象会让人的眼睛感到面板画面在闪动，而画面本来应该是一致的，这种现象会令人分心与不快。

在液晶面板上的闪烁也有几种不同的型式，如单像素闪烁(single pixel flickering}与相邻像素闪烁(adjacentpixel flickering)。单像素闪烁会在启闭频率低的时候发生，而相邻像素闪烁会在受制像素的相邻像素间发生，这些像素是根据相同的排程来控制。然而，当单像素闪烁时，那些像素会被察觉出有闪动的情形，而邻近像素闪烁时，会有区域性地闪动。

在超扭转向列液晶面板上产生灰阶阴影的想法是建构在以下的理论上，如果供给于一像素的电力振荡得够快，人的眼睛将无法感知这样的振荡，因此将只会看到所预期的阴影。应用此理论的方法之一就是将时间切割，例如切成16份，为了达成一特定的阴影，像素会以一预设时间区间的小片段来开启。

如一非限制本发明的例子所示，如果在一特定点的像素上，其所预期的阴影是在全电力的一半时间内，所预期的阴影值可能被指定为一个8的值，如果有16种可能的灰阶值(如果时间区间可以被打碎成16部份)，则相对应的表示为8/16。要达到这样的阴影，像素可以是在前8次计数(counts)启，而后8次计数闭。

有关于单像素闪烁，是让像素的状态维持一段时间来做为切换，这样的切换会被人的眼睛所察觉。参考先前的非限制例子，让像素在一状态维持8次计数的切换就可能会被人察觉，如此，像素看起来就像暂停。当然，在每个不同的计数中启或闭是有可能降低这样的暂停效果。

相邻像素闪烁的现象会导致在画面上多个像素在晃动，这样的晃动是在指定时间区间中根据相同的排程而产生。同样在先前的例子中，假设一像素在8次计数(在16的范围)中开启，并且其在每个不同的计数中启或闭，这样的方法或许可以避免单像素闪烁的问题，但是所有的像素都以相同的计数启闭，则会观察到相邻像素闪烁。

在设计一超扭转向列液晶面板时，另一种应该被提到的现象是人的眼睛所能察觉的亮度是一种非线性的形式，因此，相较于在亮灰阶上的相同亮度的改变，在暗灰阶上的亮度小改变比较不会被注意到。因此在设计一超扭转向列液晶面板时，以线性的阴影分布不如描绘所有可能观察到的阴影来得有效。

在设计一超扭转向列液晶面板时，常需要一页框频率控制(frame rate control；FRC)区块。页框频率控制的一种简单设计方法为从0到15计数完后便重新开始，在一指定的页框开启一像素时，可以是建构在这样的简单伪码(pseudo-code)上：

If(data[3:0]＞＝counter)，then output＝1，else output＝0，其中data[3:0]为灰阶值，并且“counter”为贝框计数器中目前之值。

这样的技术一般而言都太过于简化，并且会造成单像素闪烁加上相邻像素闪烁。

据此，迄今尚未述及要如何克服上述的缺点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在液晶显示面板显示灰阶的系统、方法与装置，其可克服上述的缺点。

一种在显示器上产生灰阶的装置，其特征在于，包含：

一可程序化缓存器，是储存至少一灰阶图样，每一灰阶图样包含至少一图样位；

一第一列多任务器，是对应于多数个灰阶值，且由每一灰阶图样各自相对应于一灰阶值，其中的一灰阶值是一当前灰阶值，该第一列多任务器自每一灰阶图样接收一图样位，更依据该当前灰阶值选出一所需的灰阶图样至一总线；

一像素选择电路，是决定一所需的图样位，该所需的图样位是依据一随机的开始点而被决定；以及

一第二列多任务器，是透过该总线耦合于该第一列多任务器，用以从该总线其中一个位选择该所需的图样位。

其中上述的像素选择电路包含以下至少其一：

至少一缓存器；

一加法器，该加法器是耦合于复数个缓存器；以及

一计数器。

其中上述的至少一缓存器是一线性回馈平移缓存器。

其中上述的每一灰阶图样包含32个图样位。

其中上述的每一灰阶图样是由一使用者所配置。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例计

附图详细说明如后，其中：

图1举例了复数个灰阶值与所相应的时间片段，以达成一特定的灰阶；

图2是一液晶显示控制器的一具体实施例的示意图，该控制器是用来产生来自图1的灰阶值；

图3是表示图2的控制器的执行步骤的流程示意图；

图4是表示图2的控制器的像素电力排程的具体实施例的示意图；

图5是一像素电力排程的一具体实施例的示意图，其运用图样以解除在图2的液晶显示面板的单像素闪烁；

图6是一像素电力排程的一具体实施例的示意图，其运用图样以解除在图2的液晶显示面板的闪烁与非线性影响；

图7是图2的控制器的一具体实施例的逻辑步骤的流程示意图；

图8是用于选择一页框图样的电路的功能方块示意图，其位于图2的控制器中；

图9是用于选择一页框图样的电路的一具体实施例的功能方块示意图，其位于图2的控制器中；

图10是用于选择一页框图样的电路的功能方块示意图，其位于图2的控制器中；

图11是用于选择一页框图样的电路的功能方块示意图，其位于图2的控制器中。

具体实施方式

本发明在此所探讨的方向为一种在显示器上产生灰阶的装置与方法。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并未限定于在显示器上产生灰阶的技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不限制本发明定，其以之后的专利范围为准。

解决相邻像素闪烁的一种方法是将两个线性回馈平移缓存器(linear feedback shift registers；LFSR)引入液晶显示控制器。

一个线性回馈平移缓存器具有两个主要部份，即平移缓存器与回馈函式。一平移缓存器是一种主要功能为平移其内容至相邻位置的装置，此相邻位置可能位在缓存器内或外，另一边的位置会被空出，除非一些新的内容被平移至此缓存器。在回馈函式中，那些平移缓存器中被选择位置的位被组合成函式的某种形式，并且其结果会被传回缓存器的输入位。在定义上，被选择的位值在缓存器被时脉触动(clocked)前会被收集，并且回馈函式的结果在平移时会被插入平移缓存器，填入空出的位以做为平移的结果。

第一线性回馈平移缓存器是依据目前像素的递增，以降低在相同横列的相邻像素闪烁，第二线性回馈平移缓存器是因应每一新横列而递增以解除在相同纵列的相邻像素闪烁。该伪码在此看起像：

If(data[3:0]＞＝(row_lfsr+column_lfsr)thenoutput＝1 else output＝0.

其中“data[3:0]”为灰阶值，“row_lfsr”为由横列线性回馈平移缓存器所输出的值，并且“column_lfsr”为由纵列线性回馈平移缓存器所输出的值。

这样的技术能解除相邻像素闪烁，却没有解除单像素闪烁，这是因为使用页框频率控制算法时，线性回馈平移缓存器可能造成一横列中的一像素在许多的时脉周期中开启，而非平均地分散在那些页框的总数上。这个技术的另一个问题是没有计算到人的眼睛对亮度的感受程度，这是导因于在开启的页框的总数中所有灰阶程度具有一等值增量(例如每一个灰阶值都以相同的量大于先前的灰阶值)。这种固定的算法也并未考量各种面板制造商间各种不同面板的特性。

在超扭转向列面板中使用了一种可程序化缓存器，其中每一种灰阶值具有与其相关的启/闭值的图样(pattern)，个别的横列及纵列的线性回馈平移缓存器是伴随着一页框计数器来加总以便从图样中选出一单一位。在每次新页框的资料开始时，横列及纵列线性回馈平移缓存器会重置，并且页框计数器会相应于每一页框递增1。当此递增的页框计数器让像素经由线性形式的图样来进行时，线性回馈平移缓存器被用来随机选择相应于每一个像素的一开始位置，换言之，这些图样是用来因应单像素闪烁，其是于单像素闪烁被因应时，小心地选择灰阶图样以具有较好的启/闭时间分布。

为了对付非线性亮度侦测，遍及32个页框的16种灰阶值会被产生，由在一32个页框区间来选择这些灰阶图样，在暗灰阶时，可以是较大百分比的亮度递增，在亮灰阶时可以是非常小的亮度递增。这些缓存器的可程序化部份让不同面板制造商可以微小地调整这些图样来符合一相关面板的特性。

图1是举例了复数种灰阶值与相应时间片段来达成一特定灰阶值的示意图，如图1的表格10所示，一种在液晶显示画面上产生不同灰阶值的方法是建立16个值，此16个值相应于16个不同的时间片段。如该非限制本发明的例子所示，如果所需的是一种2的灰阶，相应的像素被维持在“开启”位置上为16次计数中的前两个。尤其是，如果设计一种建构在16微秒的时间，则时间的每一个切割为16微秒/16次计数，等于每次计数为1微秒。亦即如果所需要的是一种2的灰阶，相应的像素被维持在“开启”位置为16微秒周期的前两个微秒，并且在16微秒周期的后续14微秒维持在“关闭”位置。

基于先前技术中，这个例子只是种灰阶片段例子中的一种。以一微秒为基础的时间片段，只是为了方便数学上的简化，并非作为一种适当或所需的时间页框(time frame)的表示。

图2是一液晶显示控制器20的功能方块示意图，其用来产生图1中的灰阶值。如图2所示，系统进阶高效能总线(Advanced High-performance Bus；AHB)12经由进阶高效能总线从属界面(AHB slave interface)26、进阶高效能总线主控界面(AHB master interface)32与直接内存存取(Direct Memory Access；DMA)模块14耦合于液晶显示模块22。经由进阶高效能总线从属界面26是耦合于缓存器16，而进阶高效能总线主控界面32是耦合于先进先出输入(input FIFO；input First-In First-Out)模块18，而色盘(Palette)模块24联络于解封(Unpack)模块46与直接内存存取模块14。先进先出模块18被用来暂时储存从进阶高效能总线系统12而来的资料，而直接内存存取模块14允许外围在没有中央处理单元(Central Processing Unit；CPU)介入下读取或写入内存，直接内存存取模块14并且耦合于先进先出输入模块18与色盘模块24，且先进先出输入模块18耦合于解封模块46、第一多任务器28与第二多任务器38。解封模块46是被配置来开启一档案，该档案具有由一压缩程序所压缩的资料，解封模块46并将该档案还原回成原本的大小。

解封模块46是耦合于色盘模块24，色盘模块24是被配置来转换像素中的逻辑阴影数字成为实际阴影。在非限制本发明例子中，色盘模块24可以是一个快速随机存取内存(fast Random Access Memory；fast RAM)的区块，其是以逻辑阴影来表示，并且其输出被分成各种阴影，以达到实际的显示。

首先多任务器28从先进先出输入模块18、色盘模块24与缓存器16接收输入值，多任务器28是耦合于页框频率控制模块34与第二多任务器38。页框频率控制模块34可被配置来在每一个时脉周期处理一像素，并且其耦合于封装模块36，而封装模块36可被配置来收集像素并且一次将这些像素输出。第二多任务器38是从缓存器16、封装模块36、第一多任务器28与先进先出输入模块18接收输入值，此第二多任务器38是耦合于先进先出输出模块42，先进先出输出模块42会将数据读入液晶显示面板48。此外，时间产生器44是耦合于液晶显示面板18、先进先出输出模块42、先进先出输入模块18与缓存器16。

在熟悉相关技术的人士所能推知，图2仅为一液晶显示控制器的一种举例，此图标仅显示了一种可能的配置，并非用以限制本发明的揭示，该图标可被插入或删除任何其它的模块，同样地，任何的模块可由该图标中移出。

图3举例了复数种灰阶值与其所相应的时间片段，以达成一特定的灰阶，其类似于图1。图3的表格30与表格10的不同之处为其时间基础被切割为32次计数。在维持有16种灰阶值的条件下，由将时间基础分割为32次计数，液晶显示控制器具有解决人的眼睛会感知非线性阴影的能力。亦即在暗区域中的阴影改变不会像在较亮区域中阴影改变那样的大，由将时间基础分割成32次计数(而非16次计数)，液晶显示控制器能够将从一阴影至另一阴影间的偏差依据其相对暗度来加以标示。

如图1，在一非限制本发明例子中，每一个灰阶是相应于一个用以表示像素开启的时间计数的数字，由于时间区间被分割为16部份，并且灰阶有16种，每一种灰阶被指定一时间部份。也就是灰阶10维持在开启位置的记数会比灰阶久，这样会有一个问题，虽然人的眼睛能感知较亮灰阶的改变，却无法察觉在较暗灰阶的改变。

换言之，在图3中所举的例子中，时间区间被分割为32次计数，液晶显示程序设计师可以针对个别的液晶显示面版与人的感知来指出灰阶值。在非限制本发明例子中，灰阶0至2是以四次计数来递增，因为人的眼睛在这范围内不易感知到细微的变化。灰阶2至5是以3次计数来递增；灰阶5至9是以2次计数来递增；以及灰阶9至15是以1次计数来递增。这样的配置举例了错开式增加如何能够在液晶显示面版帮助清晰度的改进。

从先前技术中显然可知，表格30仅仅是灰阶配置中的一种例子，该图仅是众多灰阶配置的一种，并非用以限制本发明的揭露。

如先前所述，超扭转向列液晶面显示面板相关的显示问题有三种型态，分别为：单像素闪烁、相邻像素闪烁与导因于人的眼睛的非线性感知所产生的问题。非线性问题可以用如图3所示的配置来解决，然而闪烁(单像素闪烁与相邻像素闪烁皆是)仍然是个潜在的问题。

图4是本发明的一具体实施例的一示意图，其表示位于图2的控制器中的一像素电力排程(power schedule)，该排程以二进制表示。如图4所示，灰阶0-15被提供于其中，在表格40的右边所列的典型电力排程是与表格左边所列的灰阶相应。在非限制本发明例子中，在一典型的超扭转向列面板中，一个4的灰阶值将具有逻辑为“11110000000000000000000000000000.”的32位电力排程。

这样的电力排程会潜在地产生单像素闪烁，其导因于像素长时间在“关闭”的位置(逻辑“0”来表示)，同样地，在较亮的灰阶中，像素长时间在”开启”的位置也会导致相同的闪烁问题。

降低闪烁的其中一种方法可以是将图样导入灰阶电力排程中，可由液晶显示程序设计师将图样导入可程序化缓存器中，依照液晶显示面板的类型或面板的特定观看者来变动。

图5是一具体实施例的一像素电力排程，其运用图样来解除图2的液晶显示面板的单像素闪烁，该图样以二进制来表示。如图5中的表格50所示，每一个灰阶是相应于一指定的电力排程，如图4所示。由使用一图样，如图5所示，让每一个像素经常性地改变电力状态可使闪烁会被降低或解除。在非限制本发明例子中，在图4的灰阶9会在前9次计数中开启，然而如前述，如此会导致单像素闪烁。改用图5的灰阶9图样，像素的任何状态(开启或关闭)不会维持超过3次计数，由使用像这样的图样，切换频率会增加，使得单像素闪烁降低或解除。

熟悉相关技术的人士可推知，图5的图样只是为了对非限制本发明例子举例，液晶显示程序设计师可能会对每一种灰阶选用任意的图样。

图6为一具体实施例的一像素电力排程，其运用图样来解决在图2的液晶显示面板的除闪烁与非线性效果，其图样是以二进制表示。如图6的表格60所示，图样的使用与图5相似。然而表格60是运用32位来建立图3中相关值的图样。在一非限制本发明例子中，图3中的灰阶7是相应于一时间片段21/32，同样地，在图6的图样中，程序设计师可能选择灰阶7所包含在的32次计数中21次为逻辑“1”，此灰阶7的图样可以为“11101110101110101110101110101010”这样的形式，其中像素在32次计数中开启了21次。

图样(如图6所示)可让程序设计师降低、甚至解除被人的眼睛所感受到的单像素闪烁与非线性问题，要达到如此首先需要先建立一个新的灰阶线性分布，其次要建立一灰阶图样。

根据一具体实施例，图7是图2的控制器的逻辑步骤流程示意图，如流程图70所示，页框频率控制模块34(图2)开始时会同时决定页框计数、决定横列线性回馈平移缓存器值以及决定纵列线性回馈平移缓存器值(分别为第52、54及56阶段)。页框频率控制模块34接下来会相加由功能方块52、54及56来的值，如第58阶段所示。一旦这些值被相加后，页框频率控制模块34会从可程序化缓存器(未显示于图标)读取灰阶图样，如第62阶段所示。一旦灰阶图样被读得后，页框频率控制模块34会决定用于目前的像素的灰阶值(第64阶段)，并且决定要选择图样中的哪一项(第72阶段)。一旦这些阶段完成，页框频率控制模块34会输出数据给液晶显示面板48。

如先前所述，横列线性回馈平移缓存器是被实作来沿着一像素列来解除相邻像素闪烁。由随机地针对每一个像素选择页框计数的一点，横列上的这些像素一般会在不同状态开始，因此能降低或解除该横列的相邻像素闪烁，同样地，纵列线性回馈平移缓存器沿着液晶显示面板的纵列执行相同的作业。经由一起运用纵列线性回馈平移缓存器与横列线性回馈平移缓存器，整个液晶显示面板的相邻像素闪烁会被降低或解除。

图8是一种用来选择一页框图样的电路的功能方块示意图，该电路是位于图2的控制器中。如图8的电路80所示，页框缓存器78接收并储存目前页框计数，同样地，横列缓存器82接收并储存从相应的横列线性回馈平移缓存器模块而来的新的线信号，而纵列缓存器84接收并储存从相应的纵列线性回馈平移缓存器模块而来的新的列信号。在这些缓存器已经取得所需要信号后，他们会传送资料给加法模块86，加法模块会加总这些资料并传送总和(位选择信号98(bitselect signal))给控制电路的其它部份。

图9是一例的功能方块示意图，其为用于选择一页框图样的电路的一种具体实施，该电路是位于图2的控制器中。如图9的电路90所示，第一列多任务器88可接收输入值92，依次标示为灰阶0至灰阶15(GRAYSCAL 0-GRAYSCAL 15)，这些输入值可以是以16的32位的灰阶值送给多任务器88。在非限制本发明的例子中，假设使用图6的灰阶值，每一个灰阶值包含32位的资料，必然地，每一条输入线路92具有32位的通讯能力。在本例中，第0灰阶值是由灰阶0(GRAYSCAL 0)输入线路92输入至多任务器88，剩余灰阶值也同样地由灰阶1至灰阶15(GRAYSCAL 1-GRAYSCAL 15)送给多任务器88。

此外，第一列多任务器88并可接收显示值[3:0]94，其一用来表示目前像素所需的灰阶值。在非限制本发明例子中，假设灰阶值0(来自图6)被用于目前像素，显示值[3:0]94可传送一逻辑“0000”至第一列多任务器88。通讯线102接下来会将灰阶0(GRAYSCALE 0)从第一列多任务器88经由32位通讯线102送入第二列多任务器96。如图9所示，通讯线102为一32位的通讯线，其将灰阶值的32位的每一位由第一列多任务器88送至第二列多任务器96。

图10是用于选择一页框图样的电路的功能方块示意图，该电路是位于图2的控制器中。如图10所示，第一列多任务器88由输入线路92接收灰阶0至灰阶15(GRAYSCALE 0-GRAYSCALE 15)，第一列多任务器接下来可选择所需的灰阶值，该灰阶值是依据以显示值[3:0]94来决定，其可是经由选择输入线路送给第一列多任务器88。当所需的灰阶值被选出后，第一列多任务器88由32位通讯线路102输出资料，该总线的各自独立的位103接下来会被分开来各自输入第二列多任务器96。

另外，第二列多任务器96可以被配置来选出在被选出的灰阶值中的所预期的位。32位的灰阶图样经由总线103被分为个别独立的位，此资料可被输入第二列多任务器96。接下来位选择[4:0]可送出以用来为第二列多任务器96选出所需的位。在非限制本发明的例子中，假设来自图6的灰阶7为所需的灰阶值，并且经由显示值[3:0]94从第一列多任务器88选出，与灰阶7相关的资料会被总线103分开送出，此资料(可以是以二进制表示，如“11101110101110101110101110101010”)接下来会被送入第二列多任务器96。假设在灰阶7中所需的位是灰阶值中的第3位(第2号逻辑位)，位选择信号[4:0]98会送出一个逻辑“00010”，以表示第三位应该要从第二列多任务器96的输出通过(在本例中为逻辑“0”)。

图11是一个用来选择一页框图样的电路的功能方块示意图，该电路是位于图2的控制器中。如图11所示，第二列多任务器96接收此位图样，此位图样经由32位线路102相应于目前像素所预期的灰阶值。第二列多任务器并且接收位选择信号[4:0]98(来自图8)做为其选择输入，如电路80所选择的(来自图8)，该信号代表位图样中所指定的位。此信号为一随机的数字，用以送至第二列多任务器96来随机选择每一个像素的开始点，此开始点的随机选择降低或解除了相邻像素闪烁。

一旦选择了指定之位，第二列多任务器96将指定信号送至缓存器104，缓存器接下来会信号送给液晶显示面板48(图2)。

显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求项的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述申请专利范围内。

Claims

1. 一种在显示器上产生灰阶的装置，其特征在于，包含：

2. 根据权利要求1所述的在显示器上产生灰阶的装置，其特征在于，其中上述的像素选择电路包含以下至少其一：

至少一缓存器；

一加法器，该加法器是耦合于复数个缓存器；以及

一计数器。

3. 根据权利要求2所述的在显示器上产生灰阶的装置，其特征在于，其中上述的至少一缓存器是一线性回馈平移缓存器。

4. 根据权利要求1所述的在显示器上产生灰阶的装置，其特征在于，其中上述的每一灰阶图样包含32个图样位。

5. 根据权利要求1所述的在显示器上产生灰阶的装置，其特征在于，其中上述的每一灰阶图样是由一使用者所配置。