TW202127430A - 應用於動態更新率的控制晶片與相關的驅動方法 - Google Patents

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Abstract

一種控制晶片用於耦接背光驅動晶片與顯示面板，且包含儲存單元與處理器電路。儲存單元用於儲存顯示面板的預設垂直更新率。處理器電路耦接於儲存單元，用於提供開關訊號至背光驅動晶片，以使背光驅動晶片依據開關訊號致能背光模組，且開關訊號的頻率等於預設垂直更新率。若處理器電路超過對應於預設垂直更新率的預設圖框時間沒有接收到垂直更新起始脈衝，則處理器電路提升開關訊號的頻率。

Description

應用於動態更新率的控制晶片與相關的驅動方法
本揭示文件有關一種顯示系統，尤指一種能在動態更新率下提供一致等效亮度的控制晶片與驅動方法。
支援動態更新率(Variable Refresh Rate，VRR)的液晶顯示器常使用高亮度但持續時間短的頻閃背光(strobe backlight)來解決動態模糊(motion blur)問題，且還會進一步在更新率降低時將背光常開並降低其亮度以讓使用者感受到一致的等效亮度，然而背光常開的作法會導致無法有效解決動態模糊的問題。此外，上述的作法需要高速地切換背光模組控制訊號的工作週期，但基於電路中電容充放電的特性，控制訊號通常難以立即被改變為目標波形。因此，市面上的背光模組無法在動態更新率下提供一致的等效亮度。
本揭示文件提供一種控制晶片，其用於耦接背光驅動晶片與顯示面板。控制晶片包含儲存單元與處理器電路。儲存單元用於儲存顯示面板的預設垂直更新率。處理器電路耦接於儲存單元，用於提供開關訊號至背光驅動晶片，以使背光驅動晶片依據開關訊號致能背光模組，且開關訊號的頻率等於預設垂直更新率。若處理器電路超過對應於預設垂直更新率的預設圖框時間沒有接收到垂直更新起始脈衝，則處理器電路提升開關訊號的頻率。
本揭示文件提供一種顯示系統，其包含顯示面板、背光模組與背光驅動晶片。背光驅動晶片耦接於背光模組。控制晶片耦接於顯示面板與背光驅動晶片，且包含儲存單元與處理器電路。儲存單元用於儲存顯示面板的預設垂直更新率。處理器電路耦接於儲存單元，用於提供開關訊號至背光驅動晶片，以使背光驅動晶片依據開關訊號致能背光模組，且開關訊號的頻率等於預設垂直更新率。若處理器電路超過對應於預設垂直更新率的預設圖框時間沒有接收到垂直更新起始脈衝，則處理器電路提升開關訊號的頻率。
本揭示文件提供一種驅動方法，其適用於控制晶片。控制晶片用於耦接於顯示面板與背光驅動晶片。驅動方法包含以下流程：提供開關訊號至背光驅動晶片，以使 背光驅動晶片依據開關訊號致能背光模組，且開關訊號的頻率等於顯示面板的預設垂直更新率；判斷是否超過對應於預設垂直更新率的預設圖框時間沒有接收到垂直更新起始脈衝；若超過預設圖框時間沒有接收到垂直更新起始脈衝，則提升開關訊號的頻率。
上述的控制晶片、顯示系統以及驅動方法能在動態更新率下提供一致的等效亮度。
100‧‧‧顯示裝置
110‧‧‧控制晶片
112‧‧‧處理器電路
114‧‧‧介面電路
116‧‧‧儲存單元
120‧‧‧背光驅動晶片
130‧‧‧背光模組
140‧‧‧顯示面板
142‧‧‧顯示驅動器
144‧‧‧畫素矩陣
Ds‧‧‧顯示訊號
Vsync‧‧‧垂直同步訊號
Da‧‧‧資料訊號
Da’‧‧‧優化後的資料訊號
Pm‧‧‧PWM控制訊號
Sw‧‧‧開關訊號
Idr‧‧‧驅動電流
Ptv‧‧‧垂直更新起始脈衝
S1‧‧‧第一階段
S2‧‧‧第二階段
S302~S312‧‧‧流程
410‧‧‧三角波週期形成之長方形
第1圖為根據本揭示文件一實施例的顯示裝置簡化後的功能方塊圖。
第2圖為根據本揭示文件一實施例與顯示裝置有關的多個訊號簡化後的波形示意圖。
第3圖為依據本揭示文件一實施例的驅動方法的流程圖。
第4圖為根據本揭示文件另一實施例與顯示裝置有關的多個訊號簡化後的波形示意圖。
以下將配合相關圖式來說明本揭示文件的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
第1圖為根據本揭示文件一實施例的顯示裝置100簡化後的功能方塊圖。第2圖為根據本揭示文件一實施例與顯示裝置100有關的多個訊號簡化後的波形示意圖。請同時參考第1圖與第2圖，顯示裝置100包含控制晶片110、背光驅動晶片120、背光模組130、以及顯示面板140。在本實施例中，顯示裝置100支援動態更新率，其中動態更新率指的是顯示畫面的垂直更新頻率可為非定值。為使圖面簡潔而易於說明，顯示裝置100中的其他元件與連接關係並未繪示於第1圖中。
控制晶片110耦接於背光驅動晶片120與顯示面板140，且包含處理器電路112、介面電路114以及儲存單元116。儲存單元116儲存有顯示面板140的一預設垂直更新率(例如，120Hz或144Hz)。在一些實施例中，前述的預設垂直更新率是顯示面板140所支援的最高垂直更新率。介面電路114用於自一外部裝置(圖未示，例如獨立顯示卡或中央處理器)接收顯示訊號Ds，並用於自顯示訊號Ds中解析出垂直同步訊號Vsync與資料訊號Da。處理器電路112耦接於介面電路114與儲存單元116，並用於提供脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)控制訊號Pm與開關訊號Sw至背光驅動晶片120。處理器電路112會依據垂直同步訊號Vsync與顯示面板140的預設垂 直更新率來調整PWM控制訊號Pm與開關訊號Sw的波形，詳細的調整方式將於後續段落中說明。
處理器電路112還用於對資料訊號Da進行優化，例如調整資料訊號Da中的影像解析度與影像長寬比等等。顯示面板140包含顯示驅動器142與畫素矩陣144，顯示驅動器142用於依據優化後的資料訊號Da’驅動畫素矩陣144以顯示畫面。
背光驅動晶片120耦接於背光模組130，且用於提供驅動電流Idr以致能背光模組130。背光驅動晶片120會依據開關訊號Sw決定是否提供驅動電流Idr，且會依據PWM控制訊號Pm的工作週期(duty cycle)決定驅動電流Idr的電流大小。在一實施例中，PWM控制訊號Pm的工作週期正相關於驅動電流Idr的電流值。其中，工作週期是指一訊號開啟(邏輯為1)時間除以該訊號週期的佔比(ratio)。
實作上，處理器電路112可以用一般用途處理器、數位訊號處理器(Digital Signal Processors，DSP)、特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、現場可程式閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、其他可程式化的邏輯電路、或是上述一或多者的組合來實現。 介面電路114可以用任何支援DisplayPort、HDMI及/或DVI訊號格式的接收電路來實現。儲存單元116可以是非揮發性記憶體，例如：唯讀記憶體(Read-Only Memory，ROM)、快閃記憶體(Flash)或是其他合適種類的記憶體來實現，本發明不限於此。顯示面板140可以用液晶顯示面板來實現。在一些實施例中，控制晶片110可以是縮放控制器晶片(Scaler IC)。
第3圖為依據本揭示文件一實施例的驅動方法300的流程圖。控制晶片110可執行驅動方法300以依據目前的畫面垂直更新率來適應性地決定背光模組130的開關頻率。請同時參考第1圖至第3圖，在流程S302中，當處理器電路112接收到垂直同步訊號Vsync的垂直更新起始脈衝Ptv時，處理器電路112會提供開關訊號Sw至背光驅動晶片120，此時開關訊號Sw的頻率等於儲存單元116中儲存的預設垂直更新率。換言之，每個圖框的第一階段S1之時間長度(亦即，開關訊號Sw的一個週期)會等於預設垂直更新率的倒數。例如，當預設垂直更新率為120Hz時，第一階段S1為8.33微秒。
如第2圖所示，當開關訊號Sw具有邏輯高準位(Logic High Level，例如高電壓)時，背光驅動晶片120會輸出驅動電流Idr以致能背光模組130。反之，當開關訊 號Sw具有邏輯低準位(Logic Low Level，例如低電壓)時，背光驅動晶片120會禁能背光模組130。在本實施例中，開關訊號Sw可以具有較小的工作週期以實現頻閃背光(Strobe Backlight)，例如開關訊號Sw的工作週期為10%，但本揭示文件不以此為限。
在流程S304中，處理器電路112會提供PWM控制訊號Pm至背光驅動晶片120，以藉由PWM控制訊號Pm的工作週期來控制驅動電流Idr的電流值。在一些實施例中，處理器電路112會依據使用者透過一額外輸入介面(圖未示)設定的亮度數值來決定PWM控制訊號Pm的工作週期，藉以調整背光模組130的整體亮度。
在流程S306中，處理器電路112會判斷是否超過對應於預設垂直更新率的一預設圖框時間沒有接收到垂直更新起始脈衝Ptv。例如，當預設垂直更新率為120Hz時，預設圖框時間為8.33微秒。換言之，在本實施例中處理器電路112會判斷是否超過第一階段S1的時間長度仍沒有接收到垂直更新起始脈衝Ptv。若超過預設圖框時間仍沒有接收到垂直更新起始脈衝Ptv，則處理器電路112會接著執行流程S308以因應垂直更新率的降低而適應性地調整背光模組130的開關頻率。反之，處理器電路112可以重複執行流程S302。
在流程S308中，處理器電路112會於提升開關訊號Sw的頻率，且可以不改變開關訊號Sw的工作週期。因此，若某一圖框因垂直更新率降低而具有第一階段S1之後的第二階段S2，由於開關訊號Sw在第一階段S1與第二階段S2具有相同的工作週期(例如，維持於10%)，則使用者在第一階段S1與第二階段S2會感受到幾乎相同的等效亮度。
在一些實施例中，當處理器電路112提升開關訊號Sw的頻率時，處理器電路112可以不改變PWM控制訊號Pm的工作週期。
在流程S310中，處理器電路112會判斷是否在提升開關訊號Sw的頻率後接收到垂直更新起始脈衝Ptv。若在提升開關訊號Sw的頻率後接收到該垂直更新起始脈衝Ptv，則處理器電路112會接著執行流程S312。反之，處理器電路112可以重複執行流程S310。
在流程S312中，處理器電路112會將開關訊號Sw的頻率切換回等於預設垂直更新率，亦即處理器電路112可以截斷開關訊號Sw目前的波形，並接著將開關訊號Sw設置回第一階段S1中的波形。接著，處理器電路112可以再度執行流程S302。
在一些實施例中，儲存單元116儲存有顯示面板140的預設水平更新率，預設水平更新率代表顯示面板140中一列畫素的預設更新頻率。例如，假設顯示面板140具有2000x1144的解析度(主動區的解析度為1920x1080)與120Hz的預設垂直更新率，則顯示面板140的預設水平更新率可依據以下的《公式1》計算。此時，開關訊號Sw的頻率被提升至小於或等於顯示面板140的預設水平更新率。
預設水平更新率=120×1144Hz 《公式1》
若開關訊號Sw在第二階段S2中具有越高的頻率，則開關訊號Sw在第二階段S2的最後一個週期被截斷的部分就越少。如此一來，使用者在第一階段S1和第二階段S2便會感受到更一致的等效亮度。
實作上，為了達成垂直動態更新率，可以固定顯示面板140的水平更新率，並以一列畫素的更新所需時間(亦即，預設水平更新率的倒數)為一單位來延長圖框長度。因此，在一些實施例中，接續的兩個垂直更新起始脈衝Ptv之間的時間間隔(例如，第N-1圖框的第一階段S1，或第N圖框的第一階段S1與第二階段S2)被設置為預設水平更新率的倒數的整數倍。如此一來，若開關訊號Sw的頻率在第二階段S2中被提升至預設水平更新率，則接續的兩 個垂直更新起始脈衝Ptv之間的時間間隔便會是開關訊號Sw的週期的整數倍，使得開關訊號Sw在第二階段S2的最後一個週期不會被截斷。
第4圖為根據本揭示文件另一實施例與顯示裝置100有關的多個訊號簡化後的波形示意圖。在本實施例中，當控制晶片110執行流程S308時，處理器電路112可將開關訊號Sw由方波切換為近似於三角波。進一步而言，處理器電路112可在第二階段S2中將開關訊號Sw設置為具有逐階上升然後逐階下降階梯波形，使得開關訊號Sw的波形近似於三角形。相較於方波，三角波可以使用充放電速度較慢的電路來產生，因此本實施例的處理器電路112的設計難度較低。此外，前述使用三角波達成等效平均亮度的實施例中，三角波本身與其週期形成的長方形410之面積比例會與欲達成的工作週期佔比相同。例如，長方形410之面積可以是三角波本身之面積的10倍，以達成10%的工作週期。
綜上所述，控制晶片110提供的開關訊號Sw可以是能夠快速改變波形的電壓訊號，且無需調整PWM控制訊號Pm的工作週期，而背光驅動晶片120只需單純判斷是否輸出驅動電流Idr。因此，當控制晶片110執行驅動方法300時，顯示裝置100避免了PWM控制訊號Pm的波形無 法快速改變的問題，進而能在動態更新率下提供一致的等效亮度。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。此外，在說明書中所提及的流程步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行。
在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列舉的其中之一或多個項目的任意組合。另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。
以上僅為本揭示文件的較佳實施例，凡依本揭示文件請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本揭示文件的涵蓋範圍。
100‧‧‧顯示裝置
110‧‧‧控制晶片
112‧‧‧處理器電路
114‧‧‧介面電路
116‧‧‧儲存單元
120‧‧‧背光驅動晶片
130‧‧‧背光模組
140‧‧‧顯示面板
142‧‧‧顯示驅動器
144‧‧‧畫素矩陣
Ds‧‧‧顯示訊號
Vsync‧‧‧垂直同步訊號
Da‧‧‧資料訊號
Da’‧‧‧優化後的資料訊號
Pm‧‧‧PWM控制訊號
Sw‧‧‧開關訊號
Idr‧‧‧驅動電流

Claims (10)

  1. 一種控制晶片，用於耦接一背光驅動晶片與一顯示面板，該控制晶片包含：
    一儲存單元，用於儲存該顯示面板的一預設垂直更新率；以及
    一處理器電路，耦接於該儲存單元，用於提供一開關訊號至該背光驅動晶片，以使該背光驅動晶片依據該開關訊號致能一背光模組，其中該開關訊號的頻率等於該預設垂直更新率；
    其中若該處理器電路超過對應於該預設垂直更新率的一預設圖框時間沒有接收到一垂直更新起始脈衝，則該處理器電路提升該開關訊號的頻率。
  2. 如請求項1所述的控制晶片，其中，當該處理器電路提升該開關訊號的頻率時，該處理器電路不改變該開關訊號的工作週期。
  3. 如請求項1所述的控制晶片，其中，該處理器電路還用於提供一控制訊號至該背光驅動晶片，以使該背光驅動晶片依據該控制訊號的工作週期決定該背光模組的亮度，且當該處理器電路提升該開關訊號的頻率時，該處理器電路不改變該控制訊號的工作週期。
  4. 如請求項1所述的控制晶片，其中，該處理器 電路將該開關訊號的頻率提升至小於或等於該顯示面板的一預設水平更新率。
  5. 如請求項1所述的控制晶片，其中，若該處理器電路超過該預設圖框時間沒有接收到該垂直更新起始脈衝，則該處理器電路將該開關訊號的波形設置為近似於三角形。
  6. 如請求項5所述的控制晶片，其中，若該處理器電路超過該預設圖框時間沒有接收到該垂直更新起始脈衝，則該處理器電路將該開關訊號設置為具有近似於三角形的階梯波形。
  7. 如請求項1所述的控制晶片，其中，若該處理器電路提升該開關訊號的頻率後接收到該垂直更新起始脈衝，則該處理器電路將該開關訊號的頻率切換回等於該預設垂直更新率。
  8. 一種驅動方法，適用於一控制晶片，其中該控制晶片用於耦接於一顯示面板與一背光驅動晶片，該方法包含：
    提供一開關訊號至該背光驅動晶片，以使該背光驅動晶片依據該開關訊號致能一背光模組，其中該開關訊號的頻率等於該顯示面板的一預設垂直更新率；
    判斷是否超過對應於該預設垂直更新率的一預設圖框時間沒有接收到一垂直更新起始脈衝；以及
    若超過該預設圖框時間沒有接收到該垂直更新起始脈衝，則提升該開關訊號的頻率。
  9. 如請求項8所述的驅動方法，其中，該開關訊號的頻率被提升至小於或等於該顯示面板的一預設水平更新率。
  10. 如請求項8所述的驅動方法，其中，若超過該預設圖框時間沒有接收到該垂直更新起始脈衝，則將該開關訊號的波形設置為近似於三角形。
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