CN116110345A - 影像显示设备及其控制方法 - Google Patents

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陈旻志
简光宏
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Qisda Suzhou Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种影像显示设备及其控制方法，影像显示设备包括显示单元及背光模块。显示单元用于在影像图框周期内显示画面。背光模块包括多个不同颜色的发光源。影像图框周期依序区分为第一时段、第二时段以及第三时段，第二时段紧邻第一时段。在第一时段背光模块提供第一强度的白光源，在第二时段背光模块提供第二强度的白光源，第二强度小于第一强度。并且，在第三时段背光模块关闭。

Description

影像显示设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种电子装置及其控制方法，尤其涉及一种影像显示设备及抑制背光残影的控制方法。
背景技术
基于人类视觉感知的视觉暂留特性，当显示器的影像图框更新时，前一个影像图框的残影可能干扰目前影像图框的视觉感知，导致显示器的画面拖曳不流畅而造成动态模糊(Motion Blur)的现象。
为了改善动态模糊的现象，显示器可支持「动态画面响应时间控制」(MovingPicture Response Time，MPRT)，在常规的影像图框之间插入全黑的影像图框，即「插黑」操作(Black Frame Insertion，BFI)。或者，亦可在显示常规影像图框的时段之间关闭背光模块以仿真插黑操作。
当模拟插黑操作时，虽已关闭背光模块而停止提供背光，然而，基于视觉暂留特性，背光模块关闭前的背光仍可能造成残影；其中，以背光模块中红光源的红色残影的持续时间为最长，其干扰视觉感知最甚。在习知技术中，降低各色背光源的荧光粉的色域范围，能改变红光源的光谱成分以降低红色残影。
然而，必须变更背光模块的硬件才能够改变背光源荧光粉的色域范围，此将耗费较多的硬件变更成本。
因此，有必要设计一种新型的影像显示设备及其操作方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种影像显示设备及其操作方法，用以控制影像显示设备的背光模块在影像图框周期中的不同时段提供不同强度的背光，以降低影像显示设备的残影。
为达到上述目的，本发明提供了一种影像显示设备，包括显示单元及背光模块。显示单元用于在影像图框周期内显示画面。背光模块包括多个不同颜色的发光源。影像图框周期依序区分为第一时段、第二时段以及第三时段，第二时段紧邻第一时段。在第一时段背光模块提供第一强度的白光源，在第二时段背光模块提供第二强度的白光源，第二强度小于第一强度。并且，在第三时段背光模块关闭。
较佳的，该第二强度的大小于该第二时段中递减。
较佳的，该第二强度的大小于该第二时段中以阶梯式的方式递减。
较佳的，该第二时段的时间长度大于该背光模块于该第一时段后的红色残影的持续时间的时间长度。
较佳的，该影像图框周期还具有第四时段，该第四时段介于该第二时段与该第三时段之间且该第四时段紧邻该第二时段，在该第四时段该背光模块提供第三强度的白光源，并且该第三强度小于该第二强度。
较佳的，该第四时段的时间长度大于背光模块于该第二时段后的红色残影的持续时间的时间长度。
较佳的，还包括：背光控制单元，用于根据垂直同步信号产生第一驱动讯号，并将该第一驱动讯号提供至该背光模块，其中，该垂直同步信号更新该影像图框周期，并且该背光模块根据该第一驱动讯号的电流值分别提供该第一强度、该第二强度及该第三强度的光源。
本发明还提供一种显示设备的控制方法，包括以下步骤。将显示单元的影像图框周期依序区分为第一时段、第二时段以及第三时段，其中第二时段紧邻第一时段。在第一时段，控制背光模块提供第一强度的白光源至显示单元。在第二时段，控制背光模块提供第二强度的白光源至显示单元，其中第二强度小于第一强度。以及，在第三时段，关闭背光模块。
较佳的，还包括：将该第二强度的大小控制为于该第二时段中递减。
较佳的，还包括：将该第二强度的大小控制为于该第二时段中以阶梯式的方式递减。
较佳的，还包括：将该第二时段的时间长度控制为大于该背光模块于该第一时段后的红色残影的持续时间的时间长度。
较佳的，还包括：将该影像图框周期还区分出第四时段，该第四时段介于该第二时段与该第三时段之间，并且该第四时段紧邻该第二时段；以及在该第四时段，控制该背光模块提供第三强度的白光源至该显示单元，其中该第三强度小于该第二强度。
较佳的，还包括：将该第四时段的时间长度控制为大于该背光模块于该第二时段后的红色残影的持续时间的时间长度。
较佳的，还包括：根据垂直同步信号控制背光控制单元产生第一驱动讯号，其中该垂直同步信号更新该影像图框周期；将该第一驱动讯号提供至该背光模块；以及根据该第一驱动讯号的电流值，控制该背光模块分别提供该第一强度、该第二强度及该第三强度的白光源。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种影像显示设备及其控制方法之中，在影像显示设备显示正规画面的时段与关闭背光模块仿真插黑操作的时段之间提供不同强度(亮度分段)白光源，将此白光源的强度控制为恒定、斜降式递减或阶梯式递减以达到分段式亮度。利用此白光源遮蔽正规画面后的残影，特别是持续时间最长的红色残影，以达到抑制或消除红残现象的技术功效。本发明的技术方案无须改变背光模块的背光源荧光粉的色域范围(无须变更背光模块的硬件)；本发明的技术方案仅以软件或韧体控制背光模块的背光即可抑制或消除红残现象。
附图说明
图1为本发明一实施例的影像显示设备1000的方块图。
图2为本发明一实施例的影像显示设备1000的各控制讯号的时序图。
图3A、图3B、图3C和图3D图为背光模块400的残影的示意图。
图4为本发明一实施例的背光模块400的背光控制的时序图。
图5为本发明另一实施例的背光模块400的背光控制的时序图。
图6A、图6B和图6C为本发明另三种实施例的背光模块400的背光控制的时序图。
图7A和图7B分别为影像显示设备1000的各控制讯号对应于图6A和图6B的实施例的时序图。
图8为本发明一实施例的影像显示设备1000的控制方法的流程图。
具体实施方式
本说明书的技术用语参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，此部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。本发明的各个实施例分别具有一或多个技术特征。在可能实施的前提下，本技术领域具有通常知识者可选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地将此些实施例中部分或全部的技术特征加以组合。
图1为本发明一实施例的影像显示设备1000的方块图。请参见图1，影像显示设备1000包括显示单元100、缩放控制芯片(scalar IC)200、背光控制单元300及背光模块400。影像显示设备1000例如为桌面计算机的外接屏幕或笔记本电脑的内建屏幕，亦可为家用电视机的显示屏幕或商用展场电视墙的显示屏幕。显示单元100为影像显示设备1000的显示面板(panel)，显示单元100具有多个像素(pixel)，此些像素可组成一个整体的画面。
请同时参见图2，本发明一实施例的影像显示设备1000的各控制讯号的时序图，在操作上，显示单元100根据垂直同步信号Vsync定义影像图框周期(image frame cycle)并根据垂直同步信号Vsync更新影像图框(image frame)。据此，显示单元100在每个影像图框周期显示对应的影像图框的画面，例如，在第一个影像图框周期Fc1显示第一个影像图框的画面、在第二个影像图框周期Fc2显示第二个影像图框的画面，依此类推。在一种示例中，显示单元100的显示更新频率为80fps，即，每秒显示80个影像图框；换言之，每个影像图框周期的时间长度为1/80秒(即，0.0125秒)。在显示单元100的操作方式中，可将每个影像图框周期进一步的依序区分为至少第一时段T1、第二时段T2以及第三时段T3；显示单元100可在第一时段T1显示包括影视内容(content)的常规画面。
请再次参见图1，背光模块400例如为影像显示设备1000的背光板(backlightplate)，背光模块400可设置多个发光二极管(LED)或微发光二极管(micro LED)以形成多个发光源(即，背光源(backlight source))，进而提供影像显示设备1000的背光。并且，此些发光源可具有不同颜色，例如为红光源、蓝光源及绿光源；而红光源、蓝光源及绿光源可混合成白光源。在背光模块400的操作方式中，如图2所示，显示单元100在第一时段T1显示常规画面时，背光模块400则在第一时段T1对应提供白光源；即，背光模块400完全开启红光源、蓝光源及绿光源，三者混合成为白光源。
另一方面，缩放控制芯片200及背光控制单元300可提供多个控制讯号或驱动讯号以控制背光模块400运作。在本实施例中，缩放控制芯片200可提供第一控制讯号S_PWM1及第二控制讯号S_ADC至背光控制单元300，并且背光控制单元300可对应产生第三控制讯号COMP；第三控制讯号COMP更可经由电路组件RC1及晶体管SW1转换为第一驱动讯号LB_C以驱动背光模块400。如图2所示，在第一时段T1，第一控制讯号S_PWM1、第二控制讯号S_ADC皆为致能(enable)状态(例如为高电位的状态)，对应的，第三控制讯号COMP亦为致能状态(未显示于图2)；据此，可提供致能状态的第一驱动讯号LB_C以驱动背光模块400。在本实施例中，第一驱动讯号LB_C为驱动电流，背光模块400可根据第一驱动讯号LB_C的电流值调整光源的强度；例如，在第一时段T1中，背光模块400根据第一驱动讯号LB_C的电流值I1产生第一强度L1的白光源。
然而，白光源在第一时段T1之后可能具有残影，如图3A、图3B、图3C和图3D为本发明一实施例的背光模块400的残影的示意图。背光模块400具有的多个不同颜色的发光源分别具有对应的残影，背光模块400在第一时段T1提供第一强度L1的白光源，背光模块400在第二时段T2提供第二强度L2的白光源以至少部分遮蔽持续时间最长的残影。第一时段T1的白光源W1具有红光成分R1、蓝光成分B1与绿光成分G1。红光成分R1在第一时段T1之后具有红色残影R2，红色残影R2的持续时间为TR。并且，蓝光成分B1具有蓝色残影B2，其持续时间为TB。绿光成分G1具有绿色残影G2，其持续时间为TG。进一步而言，背光模块400的红光源、蓝光源及绿光源可例如以红光二极管、蓝光二极管及绿光二极管来实现，上述各色二极管使用不同颜色的荧光粉，而不同颜色的荧光粉在人类视觉感知上的反应时间不同，其中以红色荧光粉的反应时间最长。因此，红光成分R1的红色残影R2的持续时间TR最长(即，红色残影R2的持续时间TR大于绿色残影G2的持续时间TG与蓝色残影B2的持续时间TB)。因此，对于人类视觉感知而言，红色残影R2最为显著，此称为「红残现象」。本发明的技术方案以软件或韧体控制背光模块400的背光以抑制或消除上述红残现象。
请参见图4，图4为本发明一实施例的背光模块400的背光控制的时序图。在本实施例的背光控制机制中，控制背光模块400在第一时段T1后持续提供白光源以遮蔽红色残影R2。具体而言，在第一时段T1之后且紧邻于第一时段T1的第二时段T2之中，背光模块400可提供第二强度L2的白光源W2(即，白光源W2的持续时间相等于第二时段T2的时间长度)以遮蔽红色残影R2。相较于第一时段T1的白光源W1，第二时段T2的白光源W2的第二强度L2较小(即，第二强度L2小于第一强度L1)。并且，白光源W2的持续时间(即，第二时段T2的时间长度)至少大于红色残影R2的持续时间TR。因此，对于人类视觉感知而言，白光源W2能够有效遮蔽红色残影R2而消除红残现象。
接下来，支持显示器的「动态画面响应时间控制」(Moving Picture ResponseTime，MPRT)模式，在第一时段T2之后且紧邻于第一时段T2的第三时段T3中关闭背光模块400以仿真插黑操作(Black Frame Insertion，BFI)，进而抑制显示单元100的动态模糊(Motion Blur)。
上述实施方式可应用于每个影像图框周期；例如，在第一个影像图框周期Fc1的第二时段T2背光模块400提供第二强度L2的白光源W2以遮蔽红色残影R2；基于相同的实施方式，在第二个影像图框周期Fc2的第二时段T2亦提供第二强度L2的白光源W2，依此类推。请再次参见图2，为了控制并驱动背光模块400在第一时段T1与第二时段T2分别提供第一强度L1与第二强度L2的白光源，缩放控制芯片200的第二控制讯号S_ADC在第二时段T2的电压位准低于第一时段T1的电压位准，以使得背光控制单元300的第一驱动讯号LB_C在第二时段T2的电流值I2小于第一时段T1的电流值I1。并且，在第三时段将第一驱动讯号LB_C的电流值大致降低为零以关闭背光模块400。
图5为本发明另一实施例的背光模块400的背光控制的时序图(仅绘示一个影像图框周期Fc1)。请参见图5，本实施例的白光源W2的第二强度L2’可小于图4的白光源W2的第二强度L2。并且，本实施例的白光源W2的持续时间(即第二时段T2’之时间长度)可小于图4的白光源W2的持续时间(即第二时段T2的时间长度)。即，本实施例减少白光源W2的强度与持续时间，使白光源W2具有更小的侧廓面积(profile)但仍可遮蔽红色残影R2。
例如，通过实验测量，在第一时段T1中，用以驱动产生白光源W1的第一驱动讯号LB_C的电流值I1为106mA使白光源W1具有第一强度L1，且白光源W1的持续时间(即第一时段T1的时间长度)与整个影像图框周期Fc1的比例为31.9％。对应的，在第二时段T2’中，可将第一驱动讯号LB_C的电流值I2’设定为15mA使白光源W2具有第一强度L2’，并将白光源W2的持续时间(即第二时段T2’的时间长度)的比例设定为19.2％。在上述的强度与持续时间的设定下，第二时段T2’的白光源W2仍能够大致遮蔽红色残影R2。
在本实施例中，纵然第二时段T2’的白光源W2本身仍具有红色残影R3，然而白光源W2的强度已减低为较小的第二强度L2’，其产生的红色残影R3的强度与持续时间较小，较不易影响人类视觉感知。
如上所述，在图4和图5所示的实施例中，背光模块400在第一时段T1之后提供恒定强度的白光源，例如，白光源W2的强度是恒定的第二强度L2(或第二强度L2’)。另一方面，由于红色残影R2、蓝色残影B2及绿色残影G2的强度为递减，因此，亦可提供强度递减的白光源W2即可大致遮蔽红色残影。图6A、图6B和图6C为本发明另三种实施例的背光模块400的背光控制的时序图，请先参见图6A，白光源W2的第二强度L2可在第二时段T2中递减；例如，第二强度L2以斜降方式由第一强度L1递减至零。另一方面，请参见图6B，白光源W2的第二强度L2可在第二时段T2中以阶梯式的方式递减为第三强度L3。
图6B的实施例亦可表示为图6C的样式。如图6C所示，可将影像图框周期Fc1进一步区分出第四时段T4，其中，第四时段T4介于第二时段T2与第三时段T3之间，且第四时段T4紧邻第二时段T2；而背光模块400在第二时段T2提供白光源W2且在第四时段T4提供白光源W3。换言之，图6C的实施例将白光源进一步区分为白光源W2与白光源W3以分别遮蔽红色残影R2、R3。并且，白光源W3的第三强度L3小于白光源W2的第二强度L2，即，白光源W2以阶梯式的方式递减为白光源W3。再者，白光源W3的持续时间(即，第四时段T4的时间长度)至少大于第二时段T2之后的红色残影R3的持续时间。
图7A和图7B分别为本发明影像显示设备1000的各控制讯号对应于图6A和图6B的实施例的时序图。为了使背光模块400控制白光源W2的第二强度L2在第二时段T2中以斜降方式递减(图6A的实施例)，如图7A所示，缩放控制芯片200的第二控制讯号S_ADC的电压位准在第二时段T2中亦以斜降方式递减，且背光控制单元300的第一驱动讯号LB_C的电流值I2在第二时段T2中亦以斜降方式递减。
另一方面，为了使背光模块400控制白光源W2的第二强度L2在第二时段T2中以阶梯式递减(图6B的实施例)，如图7B所示，缩放控制芯片200的第二控制讯号S_ADC的电压位准以及背光控制单元300的第一驱动讯号LB_C的电流值I2在第二时段T2中亦以阶梯式递减。
图8为本发明一实施例的影像显示设备1000的控制方法的流程图。请参见图8，在步骤S110中，将影像显示设备1000的显示单元100的每个影像图框周期依序区分为第一时段T1、第二时段T2以及第三时段T3。其中，第二时段T2紧邻第一时段T1。而后，在步骤S120中，根据影像显示设备1000的垂直同步信号Vsync控制背光控制单元300产生第一驱动讯号LB_C，并藉由第一驱动讯号LB_C驱动背光模块400。其中，可根据第一驱动讯号LB_C的电流值控制背光模块400产生的光源的强度，使背光模块400在影像图框周期中的不同时段提供不同强度的光源。
而后，在步骤S130中，控制影像显示设备1000的背光模块400在第一时段T1提供第一强度L1的白光源W1至显示单元100。而后，在步骤S140中，控制背光模块400在第二时段T2提供第二强度L2的白光源W2至显示单元100。其中，第二强度L2小于该第一强度L1。而后，在步骤S150中，控制调整白光源W2的强度，使白光源W2的强度在第二时段T2中保持恒定(保持为第二强度L2)或递减，而递减的方式可包括斜降式递减或阶梯式递减。
在阶梯式递减的示例中，可将影像图框周期进一步区分出第四时段T4，第四时段T4介于第二时段T2与第三时段T3之间。并且，控制背光模块400在第四时段T4提供白光源W3，白光源W3的第三强度L3小于第二强度L2。据此，背光模块400提供的白光源W2以阶梯式递减为白光源W3。
而后，在步骤S160中，控制调整白光源W2的持续时间(即第二时段T2的时间长度)，使其大于背光模块400于第一时段T1后的红色残影R2的持续时间。据此，在第二时段T2提供第二强度L2的白光源W2可遮蔽第一时段T1后的红色残影R2，以抑制或消除红残现象。而后，在步骤S170中，在第三时段T3关闭背光模块400以仿真插黑操作。
另一方面，在白光源W2阶梯式递减为白光源W3的示例中，亦控制白光源W3的持续时间(即第四时段T4的时间长度)，使其大于背光模块400于第二时段T2后的红色残影R3的持续时间，以白光源W3遮蔽红色残影R3。
综上所述，在本发明的各实施例的影像显示设备1000及其控制方法之中，影像显示设备包括显示单元及背光模块，显示单元用于在影像图框周期内显示画面，背光模块包括多个不同颜色的发光源；影像图框周期依序区分为第一时段、第二时段以及第三时段，第二时段紧邻第一时段，在第一时段背光模块提供第一强度的白光源至显示单元，在第二时段背光模块提供第二强度的白光源，第二强度小于第一强度，并且在第三时段背光模块关闭。在影像显示设备1000显示正规画面的时段与关闭背光模块仿真插黑操作的时段之间提供不同强度(亮度分段)白光源，将此白光源的强度控制为恒定、斜降式递减或阶梯式递减以达到分段式亮度。利用此白光源遮蔽正规画面后的残影，特别是持续时间最长的红色残影，以达到抑制或消除红残现象的技术功效。本发明的技术方案无须改变背光模块的背光源荧光粉的色域范围(无须变更背光模块的硬件)；本发明的技术方案仅以软件或韧体控制背光模块的背光即可抑制或消除红残现象。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施方式旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚描述所需的部件，示意性附图中的比例并不表示实际部件的比例关系。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (14)

1.一种影像显示设备，其特征在于，包括：
显示单元，用于在影像图框周期内显示画面；以及
背光模块，包括多个不同颜色的发光源，其中，该影像图框周期依序区分为第一时段、第二时段以及第三时段，该第二时段紧邻该第一时段，在该第一时段该背光模块提供第一强度的白光源，在该第二时段该背光模块提供第二强度的白光源，该第二强度小于该第一强度，并且在该第三时段该背光模块关闭。
2.如权利要求1所述的影像显示设备，其特征在于，该第二强度的大小于该第二时段中递减。
3.如权利要求2所述的影像显示设备，其特征在于，该第二强度的大小于该第二时段中以阶梯式的方式递减。
4.如权利要求1所述的影像显示设备，其特征在于，该第二时段的时间长度大于该背光模块于该第一时段后的红色残影的持续时间的时间长度。
5.如权利要求1所述的影像显示设备，其特征在于，该影像图框周期还具有第四时段，该第四时段介于该第二时段与该第三时段之间且该第四时段紧邻该第二时段，在该第四时段该背光模块提供第三强度的白光源，并且该第三强度小于该第二强度。
6.如权利要求5所述的影像显示设备，其特征在于，该第四时段的时间长度大于背光模块于该第二时段后的红色残影的持续时间的时间长度。
7.如权利要求5所述的影像显示设备，其特征在于，还包括：
背光控制单元，用于根据垂直同步信号产生第一驱动讯号，并将该第一驱动讯号提供至该背光模块，
其中，该垂直同步信号更新该影像图框周期，并且该背光模块根据该第一驱动讯号的电流值分别提供该第一强度、该第二强度及该第三强度的光源。
8.一种影像显示设备的控制方法，其特征在于，包括：
将显示单元的影像图框周期依序区分为第一时段、第二时段以及第三时段，其中该第二时段紧邻该第一时段；
在该第一时段，控制背光模块提供第一强度的白光源至该显示单元；
在该第二时段，控制该背光模块提供第二强度的白光源至该显示单元，其中该第二强度小于该第一强度；以及
在该第三时段，关闭该背光模块。
9.如权利要求8所述的影像显示设备的控制方法，其特征在于，还包括：
将该第二强度的大小控制为于该第二时段中递减。
10.如权利要求9所述的影像显示设备的控制方法，其特征在于，还包括：
将该第二强度的大小控制为于该第二时段中以阶梯式的方式递减。
11.如权利要求8所述的影像显示设备的控制方法，其特征在于，还包括：
将该第二时段的时间长度控制为大于该背光模块于该第一时段后的红色残影的持续时间的时间长度。
12.如权利要求8所述的影像显示设备的控制方法，其特征在于，还包括：
将该影像图框周期还区分出第四时段，该第四时段介于该第二时段与该第三时段之间，并且该第四时段紧邻该第二时段；以及
在该第四时段，控制该背光模块提供第三强度的白光源至该显示单元，其中该第三强度小于该第二强度。
13.如权利要求12所述的影像显示设备的控制方法，其特征在于，还包括：
将该第四时段的时间长度控制为大于该背光模块于该第二时段后的红色残影的持续时间的时间长度。
14.如权利要求12所述的影像显示设备的控制方法，其特征在于，还包括：
根据垂直同步信号控制背光控制单元产生第一驱动讯号，其中该垂直同步信号更新该影像图框周期；
将该第一驱动讯号提供至该背光模块；以及
根据该第一驱动讯号的电流值，控制该背光模块分别提供该第一强度、该第二强度及该第三强度的白光源。
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