TWI326864B - - Google Patents

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1326864 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於解決液晶顯示器響應速度的方法’尤其是 有關於結合發光二極體背光模組的控制以解決液晶顯示器響 應速度的方法。 【先前技術】 液晶顯示器（liquid crystal display，LCD)已是電腦與電 視等顯示裝置的主流技術。然而，液晶顯示器因為液晶分子 的物理特性而較傳統陰極射線管（cathode ray tube, CRT)顯 示器為慢的響應速度（response speed)，一直是業界與學界努 力改善的重點。 第la圖所示係一習知的液晶顯示器的架構示意圖。如圖 所示’此液晶顯示器的直照式背光模組1 〇以冷陰極營光管

(cold cathode fluorescent lamp, CCFL)為背光光源（CCFL backlight)’而由一控制電路（contr〇l circuit) 20控制其燈管 的明滅，背光模組尚包含有一散射片（diffuser )3〇,以使CCFL 燈管的條狀分佈的光線散射成均勻的面光。液晶面板（panel) 40包含有多條垂直的資料線Dl、D2、...Dm (圖中只顯示了 D1 )、以及多條水平的掃瞄線gi、G2、…、Gn (圖中只顯示 了 G1)，資料線與掃瞄線相交處即定義了一個像素（例如像 素P1位於資料線D1與掃瞄線G1的相交處每一資料線是 由一資料驅動器（data driver) 50所驅動，每一掃瞄線是由一 5 1326864 閘極驅動器（gate driver) 60所致能（enable)。資料驅動器 與閘極驅動器是由液晶顯示器的控制電路板（control board) 70所控制’控制電路板裡則包含有時序控制器（timing controller) 71、Gamma 修正電路（gamma circuit) 73、以及 電力電路（power circuit) 72等等。 像素P1的點亮是由一閘極驅動器60致能資料線G卜以 及一資料驅動器50經由資料線D1施以一驅動電壓，像素pi 的灰階值於該驅動電壓之作用下，因為液晶分子的物理特 性，是逐漸逼近、而非立即達到其目標灰階值。由於這樣的 延遲（響應速度慢）特性，液晶顯示器在呈現動態影像時會 有拖曳的殘影出現，造成畫面的模糊（blur)。為了解決這個 問題，遂有各種加速液晶顯示器響應速度的方法被提出。第 lb圖所不係第la圖所不的習知的液晶顯示器的相關訊號的 波形時序圖。圖中假設採用的是列反轉（c〇lumn inversi〇n) 的變換液晶分子極性的方法，其中Vsync的圖形是液晶顯示 器的垂直同步讯號，G1〜Gn的圖形是各掃瞄線的致能訊號， 致能訊號的脈波寬度是由液晶顯示器的水平同步訊號Hsync 所控制，D1疋資料線D1所施加的驅動電壓，vic是像素p 1 的電壓位準，BL是對背光核組的控制訊號，ρι是像素ρι的 灰階值（亮度）。 如第ib圖所示，假設像素P1在畫面N_i (frame Ν·υ 6 1326864 時，目標電壓位準為code 16 (不同的目標電壓位準代表像素 不同的目標灰階值），而其在晝面N ( frame N)的目標電壓 位準為code 200。如果不施以任何加速的方法（亦即在畫面 N直接對像素P1施以目標電壓位準），則像素P1的灰階值在 晝面N的變化即如同圖中標示為原設值的線條所示一般，是 逐漸逼近其目標灰階值（target)。一種習知的加速作法是對 像素P1施以較目標電壓位準大的加速驅動（overdrive )電壓 code 220，則像素P1的灰階值在晝面N的變化即如同圖中標 示為加速驅動的線條所示一般，是以較快速度逼近其目標灰 階值。另外一種習知的方法是在晝面N的週期的前半，先對 像素P1施以大於目標電壓位準的雙倍畫面速率加速驅動電 壓code 230，而於畫面N的週期的後半，再施以和目標電壓 位準code 200相同的驅動電壓。為了達到在一個晝面時間 (frame time )内對像素施予兩種驅動電壓，此習知方法將晝 面掃描的速度從標準的60Hz加倍為120Hz，所以稱為雙倍晝 面速率（double frame rate, DFR)的加速驅動。像素P1的灰 階值在畫面N的變化即如同圖中標示為雙倍晝面速率加速驅 動的線條所示一般，是以更快速度逼近其目標灰階值。請注 意到，CCFL背光是一直被點亮的。 上述提升液晶顯示器響應速度的方法雖有相當實效，但 是從第lb圖不難看出，不論如何加速，液晶分子先天的限制 7 1326864 使得像素這種逼近目標灰階值的行為，只能被改善卻不能完 全消除。而且各種加速的努力都會導致成本的提高，而且改 善的效果愈好，成本就愈高，這在實務的經濟性的考量下未 必可以接受。 由於CCFL燈管内部使用水銀汞蒸氣，在生產製造與後 續回收處理均有環保的問題，再加上發光二極體（light emitting diode，LED )技術日臻完善，其開關速度、發光效率、 色彩、亮度控制、與成本均較CCFL燈管更具優勢，因此LED 已逐漸取代CCFL燈管成為直照式背光模組主要的發光元 件。在過去背光模組的重點都一直是著重於如何提升背光模 組所提供的面光的均勻度與亮度。自從以LED為光源的直照 式背光模組逐漸成為主流後，因為LED的反應速度可以極 快、控制可以非常彈性的設計，因此除了面光的均勻度與亮 度之外，似也有可能利用背光裝置LED的快速明滅來改善液 晶顯不裔的動悲影像品質。 【發明内容】 本發明提出一種結合直照式發光二極體背光模組的控 制、以及顯示器面板掃瞄二者的方法，以解決持續型顯示器 (像是液晶顯示器）響應速度慢所造成的模糊與閃爍問題。 本發明的主要目的與特徵是，一方面對顯示器面板施以 一般的、不需增加顯著成本的加速驅動的掃猫方法，另一方 8 1326864 面同步的輔以對直照式發光二極體背光模組的適當明暗控 制，以經濟地徹底解決顯示器像素逼近目標灰階值的行為所 帶來的動態影像的品質問題。 本發明共提出三種顯示器面板的掃瞄方式，這三種方式 分別是一般的加速驅動、雙倍晝面速率的加速驅動、或是一 種過度加速驅動的掃瞄方式，而本發明在這三種掃瞄方式進 行的同時，在顯示器面板的像素逐漸逼近目標灰階值的過程 中、或是超過目標灰階值的過程中，適時的關閉像素的背光， 以避免動態影像在這些暫態過程中所呈現的殘影。本發明的 標的並不在於加速驅動的掃瞄方法，而在於將背光模組的控 制與這些習知的加速驅動掃瞄方法以一新穎的方式結合，而 達到未預期的效果。 本方法進一步可以雙倍於晝面速率的頻率控制背光模組 的開關，以解決顯示器的閃爍問題。另外，除了液晶顯示器 外，本發明亦可適用於電漿顯示器、有機發光顯示器或其他 類似的顯示器。 茲配合所附圖示、實施例之詳細說明及申請專利範圍， 將上述及本發明之其他目的與優點詳述於後。然而，當可了 解所附圖示純係為解說本發明之精神而設，不當視為本發明 範疇之定義。有關本發明範疇之定義，請參照所附之申請專 利範圍。 9 1326864 【實施方式】 第2圖所示係本發明所實施的液晶顯示器的架構示意

圖。請注意到，此本發明適用於液晶顯示器（LCD)、電漿 (plasma )顯示器、以及有機發光顯示器（organic light emitting display，OLED )的背光模組。以下為簡化說明，主要以LCD

為例解釋本發明的精神與運作原理，同時以下的實施例也都 假設LCD採用的是列反轉（column inversion )的變換液晶分 子極性的方法，但本發明亦可適用於其他的極性反轉方法。 如圖所示，本發明所提出的方法所適用的液晶顯示器係具有 一以多個LED為光源的直照式（direct-lit typed )背光模組 (backlight module) 1〇〇,此直照式背光模組具有複數個水平 排列的LED 101 (每一列分別標示為BL1、BL2、BL3等等），

以及複數個LED驅動器（driver ) 102，每一驅動器負責推動 至少一列LED，這些驅動器由至少一個驅動控制電路（dHver contiOl circuit) 200所控制。液晶顯示器的其他部分則與第 1 a圖所示的習知的液晶顯示器相同，除了由於本發明係結合 習知的加速驅動方法，所以第la圖的時序控㈣特別在此標 示為力速驅動時序控制器如㈣。〇此〇11沉） 710本發明所提出的方法即實施於加速驅動時序電路川與 獎動控制電路200内。請注意到，在第2圖中，加速驅動時 序控制g與驅動控制電路係二個獨立的硬體裝置，但在某些 10 實施例中，這兩個裝置也可以如圖中虛線所示係結合為一 體。這裡再次需要強調的是，第2圖所示的架構僅屬例示， 本發明的重點在於同時控制背光模組的各列LED、以及液晶 面板的掃瞄，任何可以提供如此控制的架構，基本上都屬於 本發明可以實施的環境。 第3圖所示係本發明的第一實施例的相關訊號的波形時 序圖。圖中主要以本發明對第一列LED (BL1)所施加驅動 控制訊號為例來說明本發明的精神，其他的訊號波形則與第 lb圖所示非常類似以供比較分析。在此實施例中，同樣假設 像素P1在晝面N-l(frameN-l)時，目標電壓位準為code 16, 而在晝面N ( frame N)的目標電壓位準為code 200。另外在 此實施例，本方法係採雙倍晝面速率（double frame rate，DFR ) 的加速驅動方式掃瞄面板（因此掃瞄線G1〜Gn致能訊號的脈 波寬度是Hsync/2)，本方法所以會在晝面N的週期的前半， 先對像素P1施以大於目標電壓位準的雙倍晝面速率加速驅 動電壓code 230，而於晝面N的週期的後半，再施以和目標 電壓位準code 200相同的驅動電壓。而同時本方法對第一列 LED ( BL1 )施以一和晝面速率相同的驅動控制脈波（其中， off的部分代表關閉LED的，on的部分則代表點亮LED)。為 了配合面板從上而下的掃瞄，本方法對BL2、BL3等各列LED 的驅動控制脈波的on的時間是逐步往後推移（在稍後的實施 1326864 例中，BL2的波形會一併顯示以供參照）。 從晝面N-1可以看出，像素P1在背光關閉（BL1為off) 時，因為欠缺背光的關係，所以其亮度（灰階值）跟著降到 最低。利用同樣的原理，本方法將BL1的驅動控制脈波的on 的時間適當的控制在像素P1完成逼近目標灰階值以後，因此 會造成動態影像殘影的暫態過程，因為背光的切斷而完全不 會呈現出來。在本發明的另一個實施例中，本方法也可以採 用一般的、和畫面速率相同的加速驅動方式掃猫面板（因此 掃猫線G1〜Gn致能訊號的脈波寬度是Hsync )，本方法因此是 對像素P1施以大於目標電壓位準的加速驅動電壓code 220。 基於同樣的原理，像素P1造成動態影像殘影的暫態過程有部 分藉由關閉背光被消除了，但因為加速驅動的不足，仍有部 分暫態過程會延續到背光點亮以後。換言之，本方法對於採 用一般的、和晝面速率相同的加速驅動方式，雖未臻完美仍 有相當實效，但因為不需要雙倍晝面速率的掃瞄，成本上要 較第一實施例更具優勢。對於這兩種實施例，本方法對各列 LED還可以施以一雙倍於晝面速率的驅動控制脈波（請注意 到BL1圖形中的虛線部分）。這種作法的好處是還可以避免人 眼所感受到的閃爍（flicker)現象。 第4a圖所示係本發明的第二實施例的相關訊號的波形時 序圖。此一實施例係以相同於畫面速率的低成本掃瞄方式， 12 1326864 但是同樣可以達到完全消除動態影像殘影的效果。如前所 述，若是加速驅動的不足’仍有部分暫態過程會延續到背光 點亮以後。因此本實施例在掃瞄時刻意施加一過度 (overshoot)的加速驅動電壓code 225，由圖中像素pi的夜 階值變化執跡可以看出’此種過度的加速驅動會導致P1的灰 階值超過其目標灰階值。而對BL1的驅動控制脈波使得像素 P1造成動態影像殘影的暫態過程有部分藉由關閉背光被消除 了，但仍有部分低於目標灰階值的暫態過程、以及超過目標 灰階值的部分（圖中所示的虛線區域）都會延續到背光點亮 以後。由於人眼視覺暫留的積分作用，低於目標灰階值與超 過目標灰階的部分可以互補，藉由適當選擇過度加速驅動的 電壓’（例如本實施例的過度（oversh〇〇t)的加速驅動電壓c〇de 225 )，這兩個虛線區域的面積可以完全相同而全部抵銷，這 時人眼所得到的感覺就是目標灰階值的效果。此實施例對各 列LED也可以施以一雙倍於畫面速率的驅動控制脈波（請注 意到BL1、BL2圖形中的虛線部分）以避免人眼所感受到的 閃爍現象。 第4b、4c圖所示係本發明的第二實施例的兩個變形相關 訊號的波形時序圖。在第4b圖所示的實施例中，本方法是採 用更大的過度加速驅動電壓eGde 227 ,彳以想見的是，超過 目標灰階值的部分會因此大於低於目標灰階值的部分，但是 13 1326864 本實施例對BL1的驅動控制脈波，在同一晝面時間裡提早關 閉，也就是用縮短背光點亮的期間來縮小超過目標灰階值的 部分，使得兩個虛線區域的面積可以完全相同而全部抵銷。 此實施例對各列LED也可以施以一雙倍於晝面速率的驅動控 制脈波（請注意到BL1、BL2圖形中的虛線部分）以避免人 眼所感受到的閃爍現象。 在第4c圖所示的實施例中，本方法同樣是採用過度加速 • 驅動電壓code 227，但是由於在背光關閉期間繼續對像素施 以驅動電壓也毫無意義，因此本實施例在BL1的驅動控制脈 波提早關閉時，同時將驅動電壓調整為一適當的驅動電壓（例 如目標驅動電壓），以使過大的像素灰階值加速回落。此實施 例對各列L E D也可以施以一雙倍於畫面速率的驅動控制脈波 (請注意到BL1、BL2圖形中的虛線部分）以避免人眼所感 受到的閃爍現象。 • 藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描 述本創作之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實 施例來對本創作之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能 涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範 圍的範疇内。 【圖式簡單說明】 第1 a圖所示係一習知的液晶顯示器的架構示意圖。 14 1326864 第lb圖所示係第la圖所示的習知的液晶顯示器的相關訊號 的波形時序圖。 第2圖所示係本發明所實施的液晶顯示器的架構示意圖。 第3圖所示係本發明的第一實施例的相關訊號的波形時序 圖。 第4a圖所示係本發明的第二實施例的相關訊號的波形時序 圖。 第4b、4c圖所示係本發明的第二實施例的兩個變形相關訊號 的波形時序圖。 【主要元件符號說明】 10直照式背光模組 20 控制電路（control circuit) 30 散射片（diffuser) 40液晶面板（panel ) 50資料驅動器（data driver )

60閘極驅動器（gate driver ) 70 控制電路板（control board) 71 時序控制器（timing controller) 72 電力電路（power circuit) 73 Gamma修正電路 100 背光模組（backlight module) 101水平排列的LED 102 LED 驅動器（driver) 200 驅動控制電路（driver control circuit) 710 加速驅動時序控制器（overdriving timing controller) 15 1326864

BL1 第一列 LED

BL2 第二列 LED

BL3第三列LED code 16目標電壓位準 code 200目標電壓位準 code 230雙倍畫面速率加速驅動電壓 code 225過度（overshoot)加速驅動電壓 code 227過度（overshoot)加速驅動電壓 16

Claims (1)

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1 十、申請專利範圍： 1. 一種結合發光二極體背光模組的顯示器驅動方法，係實 施於一顯示器，該顯示器具有一以複數個發光二極體為 光源之直照式背光模組，該複數個發光二極體係排列為 複數個水平列，該顯示器於該直照式背光模組前設有— 面板，該面板具有複數條水平的掃描線與複數條垂直的 資料線 條 > 料線與一條掃描線相交處定義了 _像 _ 素，該像素之點亮係藉由致能該資料線、經由該資料線 施以驅動電壓、並點亮該像素背後對應一列發光二極 體而達成，該像素之一灰階值，於該驅動電壓之作用下， 具有逐漸逼近該驅動電壓之一對應灰階值之一延遲特 性’該驅動方法至少包含下列步驟： 於一晝面之晝面時間内，對該像素施予一大於該像素於 該晝面之一目標灰階值所對應驅動電壓更高之一加迷 .軸電麼；致使該像素之該灰階值於該畫面時間内會 逼近並等於該目標灰階值；以及 於該畫面時間内，同時以—至少等於賴示器之畫面速 率之適當頻率之一脈波開關該列發光二極體，致使該 像素灰階值逼近該目標灰階值的至少部分過程該列 發光二極體係關閉的。 2·如申請專利_第i項所述之顯示器驅動方法其中該 顯示器係下列三種顯示器之-：液晶顯示器、電聚顯;; 17 器、以及有機發光顯示器。 如申凊專利範圍第1項所述之顯示器驅動方法其中該 脈波之該適當頻率係雙倍於該顯示器之畫面速率。 一種結合發光二極體背光模組的顯示器驅動方法，係實 施於-顯示器，該顯示ϋ具有—以複數個發光二極體為 光源之直照式背光模組，該複數個發光二極體係排列為 複數個水平列，該顯示器於該直照式背光模組前設有一 面板，該面板具有複數條水平的掃描線與複數條垂直的 資料線，一條資料線與一條掃描線相交處定義了一像 素，該像素之點亮係藉由致能該資料線、經由該資料線 施以一驅動電壓、並點亮該像素背後對應一列發光二極 體而達成，該像素之一灰階值，於該驅動電壓之作用下， 具有逐漸逼近該驅動電壓之一對應灰階值之一延遲特 性’該驅動方法至少包含下列步驟： 於一畫面之畫面時間内，對該像素施予一大於該像素於 該畫面之一目標灰階值所對應驅動電壓更高之一加速 驅動電壓，致使該像素之該灰階值於該畫面時間内會 超出該目標灰階值；以及 於該畫面時間内，同時以一至少等於該顯示器之晝面速 率之適當頻率之脈波開關該列發光二極體，致使該列 發光二極體點亮期間，該像素低於該目標灰階值以及 13.26864 高於該目標灰階值的部分對時間的積分趨近於零。 5·如申請專利範圍第4項所述之顯示器驅動方法， 顯示器係下列三種顯示器之'•液晶顯示器、電漿顯： 器、以及有機發光顯示器。 ‘'' 6.如申請專利範㈣4項所述之顯示器驅動方法，里中開 關該列發光二極體之該適當頻率係 ·雙倍於該顯示器之: 面速率》 7.如申請專利範_ 4項所述之顯示器驅動方法，其中， 於該畫面時間内，當該像素之該灰階值超出該目標灰階 值且該列發光二極體_時，同時將該加速驅動電壓降 低至一適當之驅動電壓。 8·如申請專利鋪7項所述之顯示器驅動方法，其十該 適當之驅動電壓係對應於該目標灰階值之—驅動電壓。

9. 一種結合發光二極體背光模組的顯示器驅動方法，係實 施於-顯示器，該顯示器具有一以複數個發光二極體為 光源之直照式背光模組，該複數個發光二極體係排列為 複數個水平列，該顯示器並具有—面板，該面板具有複 數條水平的掃描線與複數條垂直的資料線，一條資料線 與一條掃描線相交處定義了一像素，該像素之點亮係藉 由致能該資料線、經由該資料線施以一驅動電壓、並點 亮該像素背後對應一列發光二極體而達成，該像素之一 19 1326864 灰階值，於該驅動電壓之作用下，具有逐漸逼近該驅動 電壓之一對應灰階值之一延遲特性，該驅動方法至少包 含下列步驟：

於一畫面之晝面時間之一前一部份内，對該像素施予一 大於該像素於該晝面之一目標灰階值所對應驅動電壓 更高之一加速驅動電壓，並於該畫面時間之一後一部 份内，對該像素施予一該像素之該目標灰階值所對應 之一驅動電壓，致使該像素之該灰階值於該畫面時間 内會逼近並等於該目標灰階值；以及 於該畫面時間内，同時以一至少等於該顯示器之畫面速 率之適當頻率之一脈波開關該列發光二極體，致使該 像素灰階值逼近該目標灰階值的至少部分過程，該列 發光二極體係關閉的。

10. 如申請專利範圍第9項所述之顯示器驅動方法，其中該 顯示器係下列三種顯示器之一：液晶顯示器、電聚顯示 器、以及有機發光顯示器。 11. 如申請專利範圍第9項所述之顯示器驅動方法，其中開 關該列發光二極體之該適當頻率係雙倍於該顯示器之畫 面速率。 20