CN102547361A - 立体影像显示系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立体影像显示系统及方法，该系统包含：一显示面板，用以周期性显示一左眼影像及一右眼影像；一背光板，对应该显示面板而设置，该背光板由上而下分成复数个区域光源；一背光控制器，提供控制信号以开启该等区域光源，其中于一帧图像显示期间，各区域光源开启的时间点不同，且各区域光源开启的时间长度不等长；以及一快门眼镜，其包含周期性开关的一左镜片及一右镜片，用以分别接收该左眼影像及该右眼影像。该立体影像显示系统可提升立体影像显示过程中液晶显示面板的亮度表现，同时使得鬼影现象或交迭现象的发生减到最小。

Description

立体影像显示系统及方法

技术领域

本发明是关于一种立体影像显示系统及方法，特别有关一种控制背光开启时间的立体影像显示系统及方法。

背景技术

目前的立体影像显示系统中，有一种是液晶显示面板以时分方式交替显示左眼影像和右眼影像，使用者佩戴快门眼镜在左眼接收左眼影像，右眼接收右眼影像，以达立体影像的感知。此种立体影像显示系统需将图框频率(frame rate)提升到120Hz，并增加垂直空白期间(vertical blanking interval，VBI)，以提供人眼接受影像的时间。

图1显示公知的液晶显示面板中扫描时序和背光开启时序的示意图。图2显示公知的液晶显示面板中影像写入时序和背光开启时序的示意图。在图1和图2中，水平轴表示时间，垂直轴表示液晶显示面板从上方至下方对应的位置，液晶显示面板由上至下透过栅极线进行扫描。一帧图像显示期间包含影像显示区间和垂直空白期间。

公知的立体影像显示的工作程序如下：写入右眼影像数据时，快门眼镜的两个镜片关闭，背光也关闭；右眼影像数据写完时，快门眼镜的右镜片打开，扫描时序进入VBI区间，背光也打开，此时右眼影像进入使用者右眼。类似地，写入左眼影像数据时，快门眼镜的两个镜片关闭，背光也关闭；左眼影像数据写完时，快门眼镜的左镜片打开，扫描时序进入VBI区间，背光也打开，此时左眼影像进入使用者左眼。依上述操作循序作动，人透过双眼影像传到大脑结合成立体影像。

由于快门眼镜的左镜片和右镜片由液晶材料构成，而液晶本身需要反应时间才可达到最大穿透度，因此公知的立体影像显示系统中，快门眼镜的镜片与背光同时开启且具有相同的开启时间长度，此种方式使用者观看到的影像不完整，影像质量不佳。再者，液晶显示面板中的液晶分子需要反应时间才可以呈现正确的影像，影像数据写入液晶显示面板到快门眼镜的镜片打开的时间，由上至下递减，亦即屏幕上方的区域有较长的时间可使液晶反应，而屏幕下方区域的液晶反应时间相对不足。如图3所示，公知技术使用单一过驱动查表(over driving look-up table)时，屏幕各区域的液晶驱动电压相同，屏幕上方区域的液晶会有转向过度的情形，而屏幕下方区域的液晶则转向不足，因此在屏幕上方及下方区域的亮度不同，影像显示的质量不佳。

请参阅图4，另一种公知的立体影像显示系统采用多区过驱动查表，其透过判断扫描位置来选定最佳的LUT值(查表值)，例如，屏幕上方区域使用液晶驱动电压V1，屏幕中间区域使用电压V2，屏幕下方区域使用电压V3，其中V1＜V2＜V3。液晶显示面板上方区域的影像数据写入的时间点到快门眼镜的镜片的开启时间点较长，因此选用较弱的LUT值(如V1)，来修正液晶的反应速度；而液晶显示面板下方区域的影像数据写入的时间点到快门眼镜的镜片的开启时间点较短，因此选用较强的LUT值(如V3)，来加快液晶的反应速度，使得液晶显示面板上方、中间及下方的液晶在快门眼镜的镜片开启时同时反应完成。

但是，公知采用多区过驱动查表的技术，屏幕下方区域的影像显示质量仍然不佳，因液晶反应速度仍有局限，无法达到即使反应完成。屏幕下方区域的容易出现左右眼影像交迭(crosstalk)的情形，而造成鬼影(ghost image)现象。而且，使用多区过驱动查表的技术需要不断根据扫描位置来设定LUT值，系统在运作时会有负荷过重的情形。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种立体影像显示系统及方法，以提升立体影像显示过程中液晶显示面板的亮度表现。

本发明的另一目的在于提供一种立体影像显示系统及方法，以使得鬼影现象或交迭现象的发生减到最小。

为达前述目的，本发明提供一种立体影像显示系统，其包含：一显示面板，用以周期性显示供一使用者左眼观看的一左眼影像及供该使用者右眼观看的一右眼影像；一背光板，对应该显示面板而设置，该背光板由上而下分成复数个区域光源；一背光控制器，提供控制信号以开启该等区域光源，其中于一帧图像显示期间，各区域光源开启的时间点不同，且各区域光源开启的时间长度不等长；以及一快门眼镜，其包含周期性开关的一左镜片及一右镜片，用以分别接收该左眼影像及该右眼影像。

本发明另一方面提供一种立体影像显示方法，适用于一显示装置，该显示装置包含一显示面板及对应该显示面板设置的一背光板，该背光板由上而下分成复数个区域光源，该立体影像显示方法包含步骤：周期性显示供一使用者左眼观看的一左眼影像及供该使用者右眼观看的一右眼影像；提供控制信号以开启该等区域光源，其中于一帧图像显示期间，各区域光源开启的时间点不同，且各区域光源开启的时间长度不等长；以及提供周期性开关的一左镜片及一右镜片，以分别接收该左眼影像及该右眼影像。

本发明是对背光板的各区域光源的开启时间点和开启时间长度作最适化的设计，在一帧图像显示期间，本发明的各区域光源开启的时间点不同，且各区域光源开启的时间长度不等长，相较于将快门眼镜与背光同时开启以及使用多区过驱动查表的公知技术，本发明可提升立体影像显示过程中液晶显示面板的亮度表现，同时使得鬼影现象或交迭现象的发生减到最小。

附图说明

图1显示公知的液晶显示面板中扫描时序和背光开启时序的示意图。

图2显示公知的液晶显示面板中影像写入时序和背光开启时序的示意图。

图3显示公知的液晶显示面板使用单一过驱动查表时液晶分子的反应曲线图。

图4显示另一种公知的液晶显示面板使用多区多驱动查表时液晶分子的反应曲线图。

图5显示本发明的立体影像显示系统的示意图。

图6显示本发明的立体影像显示系统中背光驱动原理的示意图。

图7显示本发明中各区域光源开启期间不可跨入液晶显示面板的液晶分子的反应期间的示意图。

图8显示本发明中各区域光源开启期间不可跨入液晶快门眼镜的液晶材料的反应期间的示意图。

图9显示本发明各区域光源开启的时间点和时间长度的示意图。

图10显示本发明中背光控制器与背光光源的示意图。

具体实施方式

图5显示本发明的立体影像显示系统的示意图。如图5所示，本发明的立体影像显示系统10包含显示装置中的显示面板11(如液晶显示面板)和用以观看显示面板11显示的影像的快门眼镜17(如液晶快门眼镜)。在本发明中，显示面板11是以时分(time division)方式周期性显示供使用者左眼观看的左眼影像及供使用者右眼观看的右眼影像，本发明的显示面板11的影像显示频率至少大于120Hz，为传统显示面板的影像显示频率的两倍以上。快门眼镜17具有一左镜片171和一右镜片172，左镜片171和右镜片172呈现周期性交替开关操作。在具体实施上，左镜片171开启时可接收左眼影像，此时右镜片172关闭；而右镜片172开启时可接收右眼影像，此时左镜片171关闭。左眼影像和右眼影像运用视差影像的原理，使用者可在佩戴快门眼镜17的情况下，显示面板11显示的影像可被立体感知。

如图5所示，本发明的立体影像显示系统10还包含源极驱动电路13、栅极驱动电路14、时序控制器15、背光板12和背光控制器16。背光板12对应设置在液晶显示面板11的后方，用以提供影像显示所需亮度。背光板12可采用具有良好发光特性的发光二极管(LED)配合导光板而形成。

如图5所示，左右眼影像数据输入到时序控制器15，时序控制器15将输入的左眼影像数据和右眼影像数据转换为要输入到液晶显示面板11的信号，并且产生时序脉冲信号提供给源极驱动电路13和栅极驱动电路14。源极驱动电路13和栅极驱动电路14根据接收的左右眼影像信号和时序脉冲信号，驱动液晶显示面板11，以周期性交替显示左眼影像和右眼影像。背光控制器16会参考时序控制器15产生的时序信号，来控制背光板12开启或关闭(容后详述)。

图6显示本发明的立体影像显示系统中背光驱动原理的示意图。在图6中，水平轴表示时间，垂直轴表示液晶显示面板11从上方至下方对应的位置，在本例中，液晶显示面板11具备1080条栅极线，在起始信号STV输入后，液晶显示面板11由上至下透过栅极线进行扫描。如图6所示，一帧图像显示期间包含影像显示区间和垂直空白期间。在影像显示区间中，图6中的点状区域表示液晶显示面板11中液晶层的液晶分子在薄膜晶体管开启而接收像素数据后的反应时间，液晶快门眼镜17的左镜片171和右镜片172也会有液晶的反应时间。图6下方部份显示液晶快门眼镜17的左镜片171和右镜片172开启/关闭的时序图。

在本发明中，背光板12是对应液晶显示面板11由上而下分成复数个区域光源，如第1条栅极线至第135条栅极线之间对应第一区光源，第135条栅极线至第270条栅极线之间对应第二区光源，以此类推。背光控制器16提供控制信号来分别控制该等区域光源的开启和关闭，图6中的斜线区域即表示背光板12的各区域光源开启的时序和时间长度。本发明是考虑液晶显示面板11的液晶分子的反应时间，配合液晶快门眼镜17的开启时序，在仅使用单一过驱动查表的技术下，对背光板12的各区域光源的开启时间点和开启时间长度作最适化的设计，藉此提升立体影像显示过程中液晶显示面板11的亮度表现，同时使得鬼影现象的发生减到最小。

以分辨率为1920×1080的立体影像显示系统来举例说明，假设扫描一条栅极线所需的时间为1H，则在一帧图像显示期间需时1588H，其中显示区间占1080H，VBI占508H。在影像显示频率为120Hz的情况下，1H实际对应的时间为1/(120×1588)＝5.25μs。扫描一条栅极线，液晶分子的反应时间约为3.6ms，但此反应时间可能因输入的像素数据不同而有所差异，在此设定液晶分子反应时间为4ms＝764H。液晶快门眼镜17中液晶材料的反应时间约为2ms＝380H。本发明考虑液晶显示面板11和液晶快门眼镜17中液晶的反应时间，来控制背光板12中各区域光源的开启时序，可改善公知使用多区过驱动查表的技术中无可避免的在屏幕下方区域影像质量不良的问题。

使用者佩戴液晶快门眼镜17观看液晶显示面板11显示的影像时，为避免使用者左眼看到右眼影像或右眼看到左眼影像所产生的交迭现象，俗称鬼影，本发明的立体影像显示系统10在进行背光控制时需遵守以下原则：

(1)如图7所示，各区域光源的开启期间需避免跨入液晶显示面板11的液晶层内的液晶分子的反应期间，如图7中的点圆所指，斜线区域代表的各区域光源的开启期间应避免与点状区域代表的液晶反应期间重迭，否则使用者看到的左右眼影像会产生交迭现象。

(2)如图8所示，各区域光源的开启期间需避免跨入快门眼镜11的左镜片171和右镜片172的液晶材料的反应期间，如图8中的点圆所指，斜线区域代表的各区域光源的开启期间应避免与左镜片171和右镜片172的反应期间重迭，否则使用者看到的左右眼影像会产生交迭现象。

本发明是对背光板12的各区域光源的开启时间点和开启时间长度作最适化的设计，在一帧图像显示期间，本发明的各区域光源开启的时间点不同，且各区域光源开启的时间长度不等长。具体来说，请参阅图9显示的本发明的扫描时序和背光时序图，现以左镜片171对应的左眼影像的显示时序来作说明，右镜片172对应的右眼影像的显示时序类似。背光板12的区域光源分为8区，每一区涵盖135条栅极线，第1区的区域光源在VBI起始时开启而在VBI结束时关闭，VBI占了508H，因此第1区的区域光源开启的时间长度也占了508H。左镜片171在第1区的区域光源开启时完全开启，而左镜片171的反应时间约2ms＝380H，以此往前回推，左镜片171在700H(1080H-380H＝700H)时开始进行致动。第2区的区域光源开启的时间长度比第1区的区域光源开启的时间长度多了一条栅极线的扫描时间，即多了135H，因此第2区的区域光源开启的时间长度为643H(508H+135H＝643H)。由上可知，图9中各区域光源开启时序的右侧三角形的底占了135H的时间。第3区的区域光源开启的时间长度可用几何方式计算得出为689H(1588H-135H-764H＝689H)，第4-6区的区域光源开启的时间长度与第3区的区域光源开启的时间长度相同，亦为689H。第8区的区域光源开启的时间长度为一帧图像显示期间扣除液晶显示面板11的液晶分子反应期间及右镜片的反应期间，亦即为444H(1588H-764H-380H＝444H)。第7区的区域光源开启的时间长度比第8区的区域光源开启的时间长度多了135H，因此第7区的区域光源开启的时间长度为579H(444H+135H＝579H)。如图9所示，位于背光板12上方的区域光源的开启时间长度较位于背光板12中间的区域光源的开启时间长度为短；位于背光板12下方的区域光源的开启时间长度较位于背光板12中间的区域光源的开启时间长度为短，藉此可减少左右眼影像会产生交迭现象，同时液晶显示面板11的上方和下方区域仍保有一定的显示质量。

本发明对背光板的各区域光源的开启时间点和开启时间长度作最适化的设计，相较于将快门眼镜与背光同时开启以及使用多区过驱动查表的公知技术，本发明可提升立体影像显示过程中液晶显示面板的亮度表现，同时使得鬼影现象或交迭现象的发生减到最小。运用本发明的立体影像显示方法及系统，背光板确各区域光源开启的时间占一帧图像的显示时间可达38.8％，而且左眼影像产生交迭现象的平均值为9.7％，右眼影像产生交迭现象的平均值为6.2％，优于公知技术影像交迭的平均值35.2％。

图10显示本发明中背光控制器与背光光源的示意图。在此例中，背光光源以光电二极管(LED)光源来实现。背光控制器16包含LED驱动器33和微处理器34，LED驱动器33与微处理器34透过串行周边接口(serial peripheral interface，SPI)35连接在一起。LED光源31由复数个光电二极管32构成，LED光源31可实现为侧入式或直下式光源。如图10所示，微处理器34根据各区域光源的开启时间点及开启时间长度提供致动信号给LED驱动器33。LED驱动器33通过不同的通道分别与各光电二极管32连接，并根据致动信号通过不同的信道驱动各光电二极管32。在本发明中，LED驱动器33通过该等通道提供予各光电二极管32的驱动电流不同，且每一光电二极管32在一帧图像显示期间发光的总能量相同，以使液晶显示面板11整体的亮度均匀。现假设图9中第3区至第6区的区域光源通过的电流为80mA，各区域光源在一帧图像显示期间发光的总能量为80×689mA□H，则提供予第1区的区域光源的驱动电流为108.5mA(80×689÷508＝108.5mA)，提供予第2区的区域光源的驱动电流为85.7mA(80×689÷643＝85.7mA)，提供予第7区的区域光源的驱动电流为95mA(80×689÷579＝95mA)，提供予第8区的区域光源的驱动电流为124mA(80×689÷444＝124mA)。

综上所述，虽然本发明已用较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视前述的申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种立体影像显示系统，其特征在于，包含：

一显示面板，用以周期性显示供一使用者左眼观看的一左眼影像及供该使用者右眼观看的一右眼影像；

一快门眼镜，其包含周期性开关的一左镜片及一右镜片，用以分别接收该左眼影像及该右眼影像；

一背光板，对应该显示面板而设置，该背光板由上而下分成复数个区域光源；以及

一背光控制器，提供控制信号以开启该等区域光源，其中于一帧图像显示期间，各区域光源开启的时间点不同，且各区域光源开启的时间长度不等长，其中该背光控制器包含：

一微处理器，用以根据各区域光源的开启时间点及开启时间长度提供一致动信号；以及

一光源驱动器，与该微处理器耦接，用以根据该致动信号通过不同的信道以分别驱动该等区域光源，其中该光源驱动器通过该等信道提供予各区域光源的驱动电流不同，且每一区域光源在一帧图像显示期间发光的总能量相同。

2.如权利要求1所述的立体影像显示系统，其特征在于，该显示面板为一具有液晶层的液晶显示面板，该背光控制器控制各区域光源以避免各区域光源的开启期间跨入该液晶层内的液晶分子的反应期间。

3.如权利要求1所述的立体影像显示系统，其特征在于，该快门眼镜的该左镜片及该右镜片是由液晶材料所构成，该背光控制器控制各区域光源以避免各区域光源的开启期间跨入该液晶材料的反应期间。

4.如权利要求1所述的立体影像显示系统，其特征在于，位于该背光板上方的区域光源的开启时间长度较位于该背光板中间的区域光源的开启时间长度为短。

5.如权利要求1所述的立体影像显示系统，其特征在于，位于该背光板下方的区域光源的开启时间长度较位于该背光板中间的区域光源的开启时间长度为短。

6.一种立体影像显示方法，适用于一显示装置，其特征在于，该显示装置包含一显示面板及对应该显示面板设置的一背光板，该背光板由上而下分成复数个区域光源，该立体影像显示方法包含步骤：

周期性显示供一使用者左眼观看的一左眼影像及供该使用者右眼观看的一右眼影像；

提供周期性开关的一左镜片及一右镜片，以分别接收该左眼影像及该右眼影像；

提供控制信号以开启该等区域光源，于一帧图像显示期间，各区域光源开启的时间点不同，且各区域光源开启的时间长度不等长，其中该等区域光源是通过不同的信道而分别驱动，通过该等信道提供予各区域光源的驱动电流不同，且每一区域光源在一帧图像显示期间发光的总能量相同。

7.如权利要求6所述的立体影像显示方法，其特征在于，该显示面板包含液晶分子，而在提供控制信号以开启该等区域光源的步骤中，避免各区域光源的开启期间跨入该显示面板内的液晶分子的反应期间。

8.如权利要求6所述的立体影像显示方法，其特征在于，该左镜片及该右镜片是由液晶材料所构成，而在提供控制信号以开启该等区域光源的步骤中，避免各区域光源的开启期间跨入该液晶材料的反应期间。

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