TWI462072B - 顯示面板驅動與掃描之系統及方法 - Google Patents

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Description

顯示面板驅動與掃描之系統及方法
本發明係關於顯示面板之技術領域，尤指一種顯示面板驅動與掃描之系統及方法。
圖1係習知顯示面板驅動原理之示意圖。如圖1所示，其驅動方式為在一個圖框顯示時間(frame period)內，依序開啟掃描訊號，例如：由第一條線L1開始依序掃描至最後一條線Ln。在每條掃描線開啟時，再將欲顯示的資料經由資料通道(S1~Sm)寫入至顯示面板。此時顯示面板即可依照掃描順序，依序顯示輸入的資料，在完整掃描結束時即可顯示完整畫面。
習知技術中，面板顯示驅動方式在實際應用時會遇到一個特別的問題，亦即第一條掃描線至最後一條掃描線顯示的資料存在有將近一個顯示畫框(frame)時間差，此時間差現象容易造成視覺效果上的閃爍現象，進而產生拖影現象。
液晶顯示(Liquid Crystal Display,LCD)面板與傳統的陰極射線管(Cathode Ray Tube,CRT)螢幕相比，LCD面板上畫面的拖影是LCD一直以來的最大缺點之一，雖然目前的主流液晶的響應時間都達到了8ms以上，但是液晶仍然會多多少少存在一定程度的拖影現象
盡管許多習知技術已將LCD的信號響應時間漸次縮短至灰階5ms、4ms、2ms甚至1ms，但是LCD面板在顯示高速動態畫面時，依然殘存的拖影現象，所以，如何消除液晶的拖影現象是急需解決的一個問題。
更進一步說明，拖影的產生主要有以下兩個原因：首先，從液晶的工作原理來看，LCD顯示畫面中的每個像素點時，是用液晶分子的扭轉來控制照射光線的強弱，其中，照射光線來自始終處於發光狀態的背光管。液晶分子的粘滯性、液晶分子難以完全阻擋光線的透過、及背光管光源始終打開等因素，使得LCD面板對像素信號表現出所謂的“穩態式”(hold-type)顯示，即每個信號的間隔呈現較強的連貫性，這恰使人眼的視覺暫留效應敏感地捕捉到，在畫面快速切換過程中容易暫留“記憶”上一幅畫面，從而與新畫面產生疊加、混淆乃至於較嚴重的拖影效果。
其次，人眼的視覺暫留效應亦是液晶的拖影現象的另一個原因，因為人的視覺在物體在眼前驟然消失時仍然會停留一段時間，所以即使液晶面板反應時間再快，對會因人眼的視覺暫留效應都會留下畫面的拖影現象。
目前液晶的響應時間已經提高到了最高1ms的水平，其方法是對顯示器的驅動電壓進行精密控制，從而提高每種灰階之間的響應時間，然而通過這種方法所提高的響應時間已經達到了極限，但拖影現象仍然存在。
針對液晶的拖影現象，一種習知的插黑技術(Black Frame Insertion Technology)用以消除液晶的拖影現象。 其係周期性地在兩幀畫面中插入全黑畫面，從而避免由人眼特殊的成像機制而導致的畫面切換時，邊緣出現的模糊效果，進而消除液晶的拖影現象。由於人眼具有視覺暫留效應，插黑技術在兩幀畫面中插入一幀全黑畫面，衝抵了人眼的視覺暫留時間，從而消除液晶的拖影現象。
於美國專利第US 6,693,618公告案中即揭露一種插黑之方式，亦即將每一圖框(frame)分成顯示影像資料之次圖框、及顯示全黑畫面之次圖框，藉此降低影像顯示時間，用以改善液晶顯示器之殘影問題。然而上述之插黑方式須在原圖框之時間內完成原圖框與插黑圖框之顯示，因此必須增加驅動時脈CLK之頻率。增加頻率之驅動時脈CLK會增加薄膜電晶體液晶顯示器10之耗電，因此不利於可攜式電子裝置的用途。再者，習知插黑處理係以圖框為基礎處理，若是原影像圖框與插黑圖框比例不為1：1時，會有畫面不均勻之問題。同時，在插黑處理時，背光源需一直打開，消耗許多能源。
於美國專利第US 8,013,829公告案中，其係將一圖框顯示時間(frame period)T0分成一第一子圖框顯示時間(sub-frame period)T1及一第二子圖框顯示時間(sub-frame period)T2。圖2係習知液晶顯示面板掃瞄時序之示意圖。如圖2所示，在第一子圖框顯示時間T1中，依據位址驅動液晶顯示一正常影像單元或一黑影像單元，在第二子圖框顯示時間T2中，驅動液晶像素，用以將該正常影像單元轉換成一黑影像單元，或是將該黑影像單元轉換成一 正常影像單元，藉以改善液晶的拖影現象。然而，其雖可改善液晶的拖影現象，但並未能完全消除液晶的拖影現象，同時，在圖框顯示時間(frame period)T0中，背光源需一直打開，亦消耗許多能源。因此，習知顯示面板驅動與掃描之系統實仍有改善的空間。
本發明之目的主要係在提供一種顯示面板驅動與掃描之系統，以消除液晶面板的拖影現象，以增加影像清晰度，並達到降低功率消耗的目的，俾可應用於手持式裝置中，以延長手持式裝置使用時間。
依據本發明之一特色，本發明提出一種顯示面板驅動與掃描之系統，其係用於一液晶顯示面板，以驅動該液晶顯示面板的像素進行影像顯示，其中該液晶顯示面板具有複數個掃瞄線、複數個資料線、及複數個像素，該複數個掃瞄線係以列(row)方式排列，該複數個資料線係以行(column)方式並與該複數個掃瞄線交叉排列，該複數個像素中的每一像素係位於每一個掃瞄線及每一個資料線交叉處，該系統包含一掃瞄驅動電路、一資料驅動電路、一影像處理電路、及一時序控制電路。該掃瞄驅動電路經由該複數個掃瞄線而連接至該液晶顯示面板，以供應該液晶顯示面板掃瞄驅動訊號。該資料驅動電路經由該複數個資料線而連接至該液晶顯示面板，以供應該液晶顯示面板影像顯示訊號。該影像處理電路連接至該資料驅動電路，其儲存有一張前一圖框影像並接收一現 行圖框影像，該影像處理電路依據該前一圖框影像及該現行圖框影像，以計算該現行圖框影像的超驅動(overdriving)訊號。該時序控制電路連接至該掃瞄驅動電路、該資料驅動電路、及該影像處理電路，以控制該掃瞄驅動電路、該資料驅動電路、及該影像處理電路，並產生相關訊號，以於該液晶顯示面板顯示該現行圖框影像；其中，在一圖框顯示時間(1 frame period)中，該影像處理電路分別輸出該超驅動(overdriving)訊號及該現行圖框影像，以對該複數個像素充電。
依據本發明之另一特色，本發明提出一種顯示面板驅動與掃描之方法，其係用於一液晶顯示面板，以驅動該液晶顯示面板的像素進行影像顯示，其中該液晶顯示面板具有複數個掃瞄線、複數個資料線、及複數個像素，該複數個掃瞄線係以列(row)方式排列，該複數個資料線係以行(column)方式並與該複數個掃瞄線交叉排列，該複數個像素中的每一像素係位於每一個掃瞄線及每一個資料線交叉處，該方法包含：(A)一時序控制電路將一個圖框顯示時間(frame period)分成一第一時框、一第二時框及一第三時框；(B)於該第一時框中，一影像處理電路依據一現行圖框影像及一前一圖框影像，以計算該現行圖框影像相關的超驅動訊號，並輸出該超驅動訊號；(C)於該第二時框中，該影像處理電路輸出該現行圖框影像，一資料驅動電路依據該現行圖框影像對該液晶顯示面板的複數個像素充電；以及(D)於該第三時框Tb中，該時序控制電路驅動一背光驅動電路，以將該液晶顯示面板上 的背光源打開，以便顯示該現行圖框影像。
參照圖3所示係本發明之顯示面板驅動與掃描之系統300的方塊圖，本發明之顯示面板驅動與掃描之系統係用於一液晶顯示面板370，用以驅動該液晶顯示面板370的像素373進行影像顯示，其中該液晶顯示面板370具有複數個掃瞄線371、複數個資料線372、複數個像素373、及一背光源390，該複數個掃瞄線371係以列(row)方式排列，該複數個資料線372係以行(column)方式並與該複數個掃瞄線371交叉排列，該複數個像素373中的每一像素373係位於每一個掃瞄線371及每一個資料線372交叉處，該背光源390提供液晶顯示面板370顯示所需之光源。如圖3所示，該顯示面板驅動與掃描之系統300包含一掃瞄驅動電路310、一資料驅動電路320、一影像處理電路330、一時序控制電路340、一背光驅動電路350、及一第一儲存裝置360。
該掃瞄驅動電路310經由該複數個掃瞄線371而連接至該液晶顯示面板370，用以供應該液晶顯示面板370掃瞄驅動訊號。
該資料驅動電路320經由該複數個資料線372而連接至該液晶顯示面板370，用以供應該液晶顯示面板影像顯示訊號。
該影像處理電路330連接至該資料驅動電路320，其儲存有一張前一圖框影像FP並接收一現行圖框影像FC，該 影像處理電路330依據該前一圖框影像FP及該現行圖框影像FC，用以計算該現行圖框影像FC的超驅動(overdriving)訊號。
該時序控制電路340連接至該掃瞄驅動電路310、該資料驅動電路320、該影像處理電路330、及該背光驅動電路350，用以控制該掃瞄驅動電路310、該資料驅動電路320、該影像處理電路330、及該背光驅動電路350，並產生相關訊號，進而於該液晶顯示面板370顯示該現行圖框影像FC。
該背光驅動電路350連接至該時序控制電路340及該液晶顯示面板370，該時序控制電路340控制該背光驅動電路350，用以驅動該液晶顯示面板370的背光源390。
在一圖框顯示時間(1 frame period)TFrame中，該影像處理電路330分別輸出該超驅動(overdriving)訊號及該現行圖框影像FC，用以對該複數個像素373的電容(圖未示)進行充電。該圖框顯示時間TFrame係分為一第一時框T1、一第二時框T2及一第三時框Tb，其中，當於該第一時框T1中，該影像處理電路330輸出該超驅動訊號，用以對該複數個像素373的電容充電，當於該第二時框T2中，該影像處理電路330輸出該現行圖框影像FC，用以對該複數個像素373的電容充電。
當於該第三時框Tb中，該時序控制電路340控制該背光驅動電路350，用以驅動該液晶顯示面板370的背光源390產生背光，進而顯示該現行圖框影像FC。當在第一時框T1及第二時框T2中，該時序控制電路340驅動該背光驅 動電路350，用以將該液晶顯示面板370上的背光源390關閉，以及當在第三時框Tb中，該時序控制電路340驅動該背光驅動電路350，用以將該液晶顯示面板370上的背光源390打開，以便顯示該現行圖框影像FC。
圖4係本發明的時序圖。其中Frame Pulse訊號係代表一個顯示畫面週期時間，亦即兩個Frame Pulse訊號之間為一個顯示畫面週期時間Tframe(ms)。L1,L2,...,Ln為顯示面板掃描線(scan line)，如解析度為320(H)×240(V)像素的顯示面板，其掃描線為240條(L1~L240)。掃描時間定義為由L1依序開啟至Ln。S1~Sm為顯示面板資料線(source line)，如解析度為320(H)x240(V)像素的顯示面板其資料線為320條(S1~S320)。間隔時間Tb為停止掃描週期時間，掃描時間為T1+T2，故間隔時間Tb為Tframe-(T1+T2)。於其他實施例中，該圖框顯示時間Tframe亦可分為一第一時框T1、一第二時框T2、...、一第n時框Tn、及一間隔時框Tb，Tb=Tframe-(T1+T2+...+Tn)(附屬項？？)。例如：該液晶顯示面板370的解析度為320(H)x240(V)，圖框顯示率(frame rate)為60Hz時，Tframe為16.67ms、T1=5ms、T2=5ms、Tb=6.67ms
該第一儲存裝置360連接至該影像處理電路330，以暫存該現行圖框影像FC。
圖5係該影像處理電路330的方塊圖。該影像處理電路330包含一第二儲存裝置331、一超驅動(overdriving)訊號計算裝置333、及一多工裝置335。
該第二儲存裝置331連接至該第一儲存裝置360，係於前一圖框顯示時間接收當時之現行圖框影像，並暫存作為該前一圖框影像FP。
該超驅動訊號計算裝置333連接至該第一儲存裝置360及該第二儲存裝置331，依據該現行圖框影像FC及該前一圖框影像FP，以計算該現行圖框影像FC相關的超驅動訊號。
該多工裝置335連接至該第一儲存裝置360、該第二儲存裝置331、及該時序控制電路340，以輸出超驅動訊號或該現行圖框影像FC。
圖6係該影像處理電路330執行的示意圖。於該第一時框T1中，該第一儲存裝置360輸出一現行圖框影像FC中的一像素資料(×)時，該第二儲存裝置331亦輸出一前一圖框影像FP對應位置處的像素資料(△)，該超驅動訊號計算裝置333依據現行圖框影像FC中的該像素資料(×)及該前一圖框影像FP中的該像素資料(△)，用以計算對應位置處的超驅動訊號，此時，該時序控制電路340設定該多工裝置335，以輸出超驅動訊號(設計者需依據面板解析度、該超驅動訊號計算裝置333的delay、傳輸路徑的delay等因素，而在該時序控制電路340中設計相對應的電路，即可達到同步)。當進行下一個像素時，像素資料(×)即寫入該第二儲存裝置331，進而取代像素資料(△)，以作為下一次計算超驅動訊號時的前一圖框影像FP之像素。
該超驅動(overdriving)訊號係比該像素資料(×)所對應的電壓大一點的電壓(在IC設計中，似乎只有電壓可以 比較，要根據明暗決定，表示有比較，可能需要photo diode以將明暗轉換成電壓or電流，再進行比較)，其持續一點時間(T1)之後，再於該第二時框T2中降回該像素資料(×)所對應的電壓，由於該超驅動(overdriving)訊號的電壓稍大一點，可以讓液晶轉快一點，加快了液晶反應速度。
如圖7所示，於該第二時框T2中，該時序控制電路340設定該多工裝置335，以輸出於該第一時框T1中儲存於該第二儲存裝置331的現行圖框影像FC的像素資料(×)。
於該第三時框Tb中，該時序控制電路340驅動該背光驅動電路350，用以將該液晶顯示面板370上的背光源390打開，進而顯示該現行圖框影像FC。
該時序控制電路340可設定該多工裝置335，以由該第一儲存裝置360輸出該現行圖框影像FC，藉此，即可關閉該影像處理電路330的功能。
圖8係本發明顯示面板驅動與掃描之方法的流程圖，首先於步驟(A)中，該時序控制電路340將一個圖框顯示時間(frame period)分成一第一時框T1、一第二時框T2及一第三時框Tb。
於步驟(B)中，於第一時框T1中，影像處理電路330依據一現行圖框影像FC及一前一圖框影像FP，用以計算該現行圖框影像FC相關的超驅動訊號，並輸出該超驅動訊號。
於步驟(C)中，於第二時框T2中，影像處理電路330輸出現行圖框影像FC，資料驅動電路320依據現行圖框影像FC對該液晶顯示面板370中的複數個像素373的電容進 行充電。
於步驟(D)中，於該第三時框Tb中，該時序控制電路340驅動該背光驅動電路350，用以將該液晶顯示面板370上的背光源390打開，進而顯示該現行圖框影像FC。
由前述說明可知，本發明顯示面板驅動與掃描之系統，將基本的掃描速度加快，使在一個顯示畫面時間(frame)內提早將顯示面板掃描完成，並可以增加掃描次數，亦即掃描達到2次以上。由於提早掃描完成並保留停止掃描的時間間隔，所以顯示畫面可以快速更新後即刻顯示並保持一段時間，此時人眼視覺效果即不易察覺閃爍問題。同時，僅在間隔時框Tb時才打開背光源390，可較習知技術節省電源。在第一時框T1中，資料驅動電路320依據該影像處理電路330輸出該超驅動訊號，以對該液晶顯示面板370上的複數個像素373之電容進行充電，進而加快了液晶反應速度。在第二時框T2中，資料驅動電路320依據該影像處理電路330輸出現行圖框影像，用以對該液晶顯示面板370上的複數個像素373之電容進行充電，進而當於間隔時框Tb中打開背光源390，即可顯示現行圖框影像。需注意，由於在第一時框T1及第二時框T2中，背光源390並未開啟，可達到習知技術的插黑功能。
由上述可知，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，極具實用價值。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
300‧‧‧顯示面板驅動與掃描之系統
310‧‧‧掃瞄驅動電路
320‧‧‧資料驅動電路
330‧‧‧影像處理電路
340‧‧‧時序控制電路
350‧‧‧背光驅動電路
360‧‧‧第一儲存裝置
370‧‧‧液晶顯示面板
371‧‧‧掃瞄線
372‧‧‧資料線
373‧‧‧像素
390‧‧‧背光源
333‧‧‧超驅動訊號計算裝置
331‧‧‧第二儲存裝置
335‧‧‧多工裝置
FP‧‧‧前一圖框影像
FC‧‧‧現行圖框影像
(A)~(D)‧‧‧步驟
圖1係習知顯示面板驅動原理之示意圖。
圖2係習知液晶顯示面板掃瞄時序之示意圖。
圖3係本發明顯示面板驅動與掃描之系統的方塊圖。
圖4係本發明的時序圖。
圖5係本發明影像處理電路的方塊圖。
圖6係該影像處理電路執行的示意圖。
圖7係該影像處理電路執行的另一示意圖。
圖8係本發明顯示面板驅動與掃描之方法的流程圖。
300‧‧‧顯示面板驅動與掃描之系統
310‧‧‧掃瞄驅動電路
320‧‧‧資料驅動電路
330‧‧‧影像處理電路
340‧‧‧時序控制電路
350‧‧‧背光驅動電路
360‧‧‧第一儲存裝置
370‧‧‧液晶顯示面板
371‧‧‧掃瞄線
372‧‧‧資料線
373‧‧‧像素
390‧‧‧背光源
FP‧‧‧前一圖框影像
FC‧‧‧現行圖框影像

Claims (10)

  1. 一種顯示面板驅動與掃描之系統，其係用於一液晶顯示面板，用以驅動該液晶顯示面板中的像素進行影像顯示，其中，該液晶顯示面板具有複數個掃瞄線、複數個資料線、及複數個像素，該複數個掃瞄線係以列方式排列，該複數個資料線係以行方式並與該複數個掃瞄線交叉排列，該複數個像素中的每一像素係位於該複數個掃瞄線及該複數個資料線交叉處，該系統包含：一掃瞄驅動電路，經由該複數個掃瞄線連接至該液晶顯示面板，用以供應該液晶顯示面板掃瞄驅動訊號；一資料驅動電路，經由該複數個資料線連接至該液晶顯示面板，用以供應該液晶顯示面板影像顯示訊號；一影像處理電路，連接至該資料驅動電路，用以儲存一前一圖框影像並接收一現行圖框影像，該影像處理電路依據該前一圖框影像及該現行圖框影像，進而計算該現行圖框影像的超驅動訊號；以及一時序控制電路，連接至該掃瞄驅動電路、該資料驅動電路、及該影像處理電路，用以控制該掃瞄驅動電路、該資料驅動電路、及該影像處理電路，進而於該液晶顯示面板顯示該現行圖框影像；其中，在一圖框顯示時間中，該影像處理電路分別輸出該超驅動訊號及該現行圖框影像，用以對該複數個像素進行充電，該圖框顯示時間係分為一第一時框、一第二時框及一第三時框，於該第一時框中，該影像處理電路輸出該超驅動訊號，用以對該複數個像素進行充電， 於該第二時框中，該影像處理電路輸出該現行圖框影像，用以對該複數個像素充電；其中，該第三時框的時間長度係為該圖框顯示時間減去該第一時框的時間長度及該第二時框的時間長度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示面板驅動與掃描之系統，其更包含：一背光驅動電路，連接至該時序控制電路及該液晶顯示面板，該時序控制電路控制該背光驅動電路，用以驅動該液晶顯示面板的背光源。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之顯示面板驅動與掃描之系統，其中，於該第三時框中，該時序控制電路控制該背光驅動電路，用以驅動該液晶顯示面板的背光源，俾顯示該現行圖框影像。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示面板驅動與掃描之系統，其更包含：一第一儲存裝置，連接至該影像處理電路，用以暫存該現行圖框影像。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之顯示面板驅動與掃描之系統，其中，該影像處理電路包含：一第二儲存裝置，連接至該第一儲存裝置，以接收前一圖框顯示時間之該現行圖框影像，並暫存為該前一圖框影像；一超驅動訊號計算裝置，連接至該第一儲存裝置及該第二儲存裝置，依據該現行圖框影像及該前一圖框影像，用以計算該現行圖框影像相關的該超驅動訊號；以 及一多工裝置，連接至該第一儲存裝置、該第二儲存裝置、及該時序控制電路，用以輸出該超驅動訊號或該現行圖框影像。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之顯示面板驅動與掃描之系統，其中，於該第一時框中，該第一儲存裝置輸出該現行圖框影像中的一像素資料時，該第二儲存裝置亦輸出一前一圖框影像對應位置處的像素資料，該超驅動訊號計算裝置依據該現行圖框影像中的該像素資料及該前一圖框影像中的該像素資料，用以計算對應位置處的超驅動訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之顯示面板驅動與掃描之系統，其中，於該第一時框中，該時序控制電路設定該多工裝置，以輸出該超驅動訊號。
  8. 一種顯示面板驅動與掃描之方法，其係用於一液晶顯示面板，用以驅動該液晶顯示面板的像素進行影像顯示，其中該液晶顯示面板具有複數個掃瞄線、複數個資料線、及複數個像素，該複數個掃瞄線係以列方式排列，該複數個資料線係以行方式並與該複數個掃瞄線交叉排列，該複數個像素係分別位於該複數個掃瞄線及該複數個資料線交叉處，該方法包含：(A)一時序控制電路將一圖框顯示時間分成一第一時框、一第二時框及一第三時框；(B)當於該第一時框中，一影像處理電路依據一現行圖框影像及一前一圖框影像，用以計算該現行圖框影像 相關的超驅動訊號，並輸出該超驅動訊號；(C)於該第二時框中，該影像處理電路輸出該現行圖框影像，一資料驅動電路依據該現行圖框影像對該液晶顯示面板的複數個像素進行充電；以及(D)於該第三時框中，該時序控制電路驅動一背光驅動電路，用以將該液晶顯示面板上的背光源打開，進而顯示該現行圖框影像；其中，該第三時框的時間長度係為該圖框顯示時間減去該第一時框的時間長度及該第二時框的時間長度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之顯示面板驅動與掃描之方法，其中，當於該第一時框中，一第一儲存裝置輸出該現行圖框影像中的一像素資料時，一第二儲存裝置亦輸出該前一圖框影像對應位置處的像素資料，一超驅動訊號計算裝置依據該現行圖框影像中的該像素資料及該前一圖框影像中的該像素資料，用以計算對應位置處的該超驅動訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之顯示面板驅動與掃描之方法，其中，當於該第一時框中，一時序控制電路設定一多工裝置，以輸出該超驅動訊號。
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