TWI475529B - 立體影像顯示系統及方法 - Google Patents

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Description

立體影像顯示系統及方法
本發明係關於一種立體影像顯示系統及方法，特別有關一種控制背光開啟時間的立體影像顯示系統及方法。
目前的立體影像顯示系統中，有一種是液晶顯示面板以時分方式交替顯示左眼影像和右眼影像，使用者佩戴快門眼鏡在左眼接收左眼影像，右眼接收右眼影像，以達立體影像的感知。此種立體影像顯示系統需將圖框頻率(frame rate)提升到120Hz，並增加垂直空白期間(vertical blanking interval,VBI)，以提供人眼接受影像的時間。
第1圖顯示習知的液晶顯示面板中掃描時序和背光開啟時序的示意圖。第2圖顯示習知的液晶顯示面板中影像寫入時序和背光開啟時序的示意圖。在第1圖和第2圖中，水平軸表示時間，垂直軸表示液晶顯示面板從上方至下方對應的位置，液晶顯示面板由上至下透過閘極線進行掃描。一幀圖像顯示期間包含影像顯示區間和垂直空白期間。
習知的立體影像顯示的工作程序如下：寫入右眼影像資料時，快門眼鏡的兩個鏡片關閉，背光也關閉；右眼影像資料寫完時，快門眼鏡之右鏡片打開，掃描時序進入VBI區間，背光也打開，此時右眼影像進入使用者右眼。類似地，寫入左眼影像資料時，快門眼鏡的兩個鏡片關閉，背光也關閉；左眼影像資料寫完時，快門眼鏡之左鏡片打開，掃描時序進入VBI區間，背光也打開，此時左眼影像進入使用者左眼。依上述操作循序作動，人透過雙眼影像傳到大腦結合成立體影像。
由於快門眼鏡的左鏡片和右鏡片由液晶材料構成，而液晶本身需要反應時間才可達到最大穿透度，因此習知的立體影像顯示系統中，快門眼鏡的鏡片與背光同時開啟且具有相同的開啟時間長度，此種方式使用者觀看到的影像不完整，影像品質不佳。再者，液晶顯示面板中的液晶分子需要反應時間才可以呈現正確的影像，影像資料寫入液晶顯示面板到快門眼鏡之鏡片打開的時間，由上至下遞減，亦即螢幕上方的區域有較長的時間可使液晶反應，而螢幕下方區域的液晶反應時間相對不足。如第3圖所示，習知技術使用單一過驅動查表(over driving look-up table)時，螢幕各區域的液晶驅動電壓相同，螢幕上方區域的液晶會有轉向過度的情形，而螢幕下方區域的液晶則轉向不足，因此在螢幕上方及下方區域的亮度不同，影像顯示的品質不佳。
請參閱第4圖，另一種習知的立體影像顯示系統採用多區過驅動查表，其透過判斷掃描位置來選定最佳的LUT值(查表值)，例如，螢幕上方區域使用液晶驅動電壓V1，螢幕中間區域使用電壓V2，螢幕下方區域使用電壓V3，其中V1<V2<V3。液晶顯示面板上方區域的影像資料寫入的時間點到快門眼鏡之鏡片的開啟時間點較長，因此選用較弱的LUT值(如V1)，來修正液晶的反應速度；而液晶顯示面板下方區域的影像資料寫入的時間點到快門眼鏡之鏡片的開啟時間點較短，因此選用較強的LUT值(如V3)，來加快液晶的反應速度，使得液晶顯示面板上方、中間及下方的液晶在快門眼鏡之鏡片開啟時同時反應完成。
但是，習知採用多區過驅動查表的技術，螢幕下方區域的影像顯示品質仍然不佳，因液晶反應速度仍有局限，無法達到即使反應完成。螢幕下方區域的容易出現左右眼影像交疊(crosstalk)的情形，而造成鬼影(ghost image)現象。而且，使用多區過驅動查表的技術需要不斷根據掃描位置來設定LUT值，系統在運作時會有負荷過重的情形。
本發明之一目的在於提供一種立體影像顯示系統及方法，以提升立體影像顯示過程中液晶顯示面板的亮度表現。
本發明之另一目的在於提供一種立體影像顯示系統及方法，以使得鬼影現象或交疊現象的發生減到最小。
為達前述目的，本發明提供一種立體影像顯示系統，其包含：一顯示面板，用以週期性顯示供一使用者左眼觀看的一左眼影像及供該使用者右眼觀看的一右眼影像；一背光板，對應該顯示面板而設置，該背光板由上而下分成複數個區域光源；一背光控制器，提供控制訊號以開啟該等區域光源，其中於一幀圖像顯示期間，各區域光源開啟的時間點不同，且各區域光源開啟的時間長度不等長；以及一快門眼鏡，其包含週期性開關的一左鏡片及一右鏡片，用以分別接收該左眼影像及該右眼影像。
本發明另一方面提供一種立體影像顯示方法，適用於一顯示裝置，該顯示裝置包含一顯示面板及對應該顯示面板設置的一背光板，該背光板由上而下分成複數個區域光源，該立體影像顯示方法包含步驟：週期性顯示供一使用者左眼觀看的一左眼影像及供該使用者右眼觀看的一右眼影像；提供控制訊號以開啟該等區域光源，其中於一幀圖像顯示期間，各區域光源開啟的時間點不同，且各區域光源開啟的時間長度不等長；以及提供週期性開關的一左鏡片及一右鏡片，以分別接收該左眼影像及該右眼影像。
本發明係對背光板之各區域光源的開啟時間點和開啟時間長度作最適化的設計，在一幀圖像顯示期間，本發明之各區域光源開啟的時間點不同，且各區域光源開啟的時間長度不等長，相較於將快門眼鏡與背光同時開啟以及使用多區過驅動查表的習知技術，本發明可提升立體影像顯示過程中液晶顯示面板的亮度表現，同時使得鬼影現象或交疊現象的發生減到最小。
第5圖顯示本發明之立體影像顯示系統的示意圖。如第5圖所示，本發明之立體影像顯示系統10包含顯示裝置中的顯示面板11(如液晶顯示面板)和用以觀看顯示面板11顯示之影像的快門眼鏡17(如液晶快門眼鏡)。在本發明中，顯示面板11是以時分(time division)方式週期性顯示供使用者左眼觀看的左眼影像及供使用者右眼觀看的右眼影像，本發明之顯示面板11的影像顯示頻率至少大於120Hz，為傳統顯示面板之影像顯示頻率的兩倍以上。快門眼鏡17具有一左鏡片171和一右鏡片172，左鏡片171和右鏡片172呈現週期性交替開關操作。在具體實施上，左鏡片171開啟時可接收左眼影像，此時右鏡片172關閉；而右鏡片172開啟時可接收右眼影像，此時左鏡片171關閉。左眼影像和右眼影像運用視差影像的原理，使用者可在佩戴快門眼鏡17的情況下，顯示面板11顯示的影像可被立體感知。
如第5圖所示，本發明之立體影像顯示系統10更包含源極驅動電路13、閘極驅動電路14、時序控制器15、背光板12和背光控制器16。背光板12對應設置在液晶顯示面板11的後方，用以提供影像顯示所需亮度。背光板12可採用具有良好發光特性的發光二極體(LED)配合導光板而形成。
如第5圖所示，左右眼影像資料輸入到時序控制器15，時序控制器15將輸入的左眼影像資料和右眼影像資料轉換為要輸入到液晶顯示面板11的訊號，並且產生時序脈衝訊號提供給源極驅動電路13和閘極驅動電路14。源極驅動電路13和閘極驅動電路14根據接收的左右眼影像訊號和時序脈衝訊號，驅動液晶顯示面板11，以週期性交替顯示左眼影像和右眼影像。背光控制器16會參考時序控制器15產生的時序訊號，來控制背光板12開啟或關閉(容後詳述)。
第6圖顯示本發明之立體影像顯示系統中背光驅動原理的示意圖。在第6圖中，水平軸表示時間，垂直軸表示液晶顯示面板11從上方至下方對應的位置，在本例中，液晶顯示面板11具備1080條閘極線，在起始訊號STV輸入後，液晶顯示面板11由上至下透過閘極線進行掃描。如第6圖所示，一幀圖像顯示期間包含影像顯示區間和垂直空白期間。在影像顯示區間中，第6圖中的點狀區域表示液晶顯示面板11中液晶層的液晶分子在薄膜電晶體開啟而接收像素資料後的反應時間，液晶快門眼鏡17的左鏡片171和右鏡片172也會有液晶的反應時間。第6圖下方部份顯示液晶快門眼鏡17的左鏡片171和右鏡片172開啟/關閉的時序圖。
在本發明中，背光板12係對應液晶顯示面板11由上而下分成複數個區域光源，如第1條閘極線至第135條閘極線之間對應第一區光源，第135條閘極線至第270條閘極線之間對應第二區光源，以此類推。背光控制器16提供控制訊號來分別控制該等區域光源的開啟和關閉，第6圖中的斜線區域即表示背光板12之各區域光源開啟的時序和時間長度。本發明係考量液晶顯示面板11之液晶分子的反應時間，配合液晶快門眼鏡17的開啟時序，在僅使用單一過驅動查表的技術下，對背光板12之各區域光源的開啟時間點和開啟時間長度作最適化的設計，藉此提升立體影像顯示過程中液晶顯示面板11的亮度表現，同時使得鬼影現象的發生減到最小。
以解析度為1920×1080的立體影像顯示系統來舉例說明，假設掃描一條閘極線所需的時間為1H，則在一幀圖像顯示期間需時1588H，其中顯示區間佔1080H，VBI佔508H。在影像顯示頻率為120Hz的情況下，1H實際對應的時間為1/(120×1588)=5.25μs。掃描一條閘極線，液晶分子的反應時間約為3.6ms，但此反應時間可能因輸入的像素資料不同而有所差異，在此設定液晶分子反應時間為4ms=764H。液晶快門眼鏡17中液晶材料的反應時間約為2ms=380H。本發明考量液晶顯示面板11和液晶快門眼鏡17中液晶的反應時間，來控制背光板12中各區域光源的開啟時序，可改善習知使用多區過驅動查表的技術中無可避免的在螢幕下方區域影像品質不良的問題。
使用者佩戴液晶快門眼鏡17觀看液晶顯示面板11顯示的影像時，為避免使用者左眼看到右眼影像或右眼看到左眼影像所產生的交疊現象，俗稱鬼影，本發明之立體影像顯示系統10在進行背光控制時需遵守以下原則：
(1)如第7圖所示，各區域光源的開啟期間需避免跨入液晶顯示面板11之液晶層內的液晶分子的反應期間，如第7圖中的點圓所指，斜線區域代表的各區域光源的開啟期間應避免與點狀區域代表的液晶反應期間重疊，否則使用者看到的左右眼影像會產生交疊現象。
(2)如第8圖所示，各區域光源的開啟期間需避免跨入快門眼鏡17 的左鏡片171和右鏡片172之液晶材料的反應期間，如第8圖中的點圓所指，斜線區域代表的各區域光源的開啟期間應避免與左鏡片171和右鏡片172的反應期間重疊，否則使用者看到的左右眼影像會產生交疊現象。
本發明係對背光板12之各區域光源的開啟時間點和開啟時間長度作最適化的設計，在一幀圖像顯示期間，本發明之各區域光源開啟的時間點不同，且各區域光源開啟的時間長度不等長。具體來說，請參閱第9圖顯示的本發明之掃描時序和背光時序圖，現以左鏡片171對應的左眼影像的顯示時序來作說明，右鏡片172對應的右眼影像的顯示時序類似。背光板12之區域光源分為8區，每一區涵蓋135條閘極線，第1區的區域光源在VBI起始時開啟而在VBI結束時關閉，VBI佔了508H，因此第1區的區域光源開啟的時間長度也佔了508H。左鏡片171在第1區的區域光源開啟時完全開啟，而左鏡片171的反應時間約2ms=380H，以此往前回推，左鏡片171在700H(1080H-380H=700H)時開始進行致動。第2區的區域光源開啟的時間長度比第1區的區域光源開啟的時間長度多了一條閘極線的掃描時間，即多了135H，因此第2區的區域光源開啟的時間長度為643H(508H+135H=643H)。由上可知，第9圖中各區域光源開啟時序之右側三角形的底佔了135H的時間。第3區的區域光源開啟的時間長度可用幾何方式計算得出為689H(1588H-135H-764H=689H)，第4~6區的區域光源開啟的時間長度與第3區的區域光源開啟的時間長度相同，亦為689H。第8區的區域光源開啟的時間長度為一幀圖像顯示期間扣除液晶顯示面板11之液晶分子反應期間及右鏡片的反應期間，亦即為444H(1588H-764H-380H=444H)。第7區的區域光源開啟的時間長度比第8區的區域光源開啟的時間長度多了135H，因此第7區的區域光源開啟的時間長度為579H(444H+135H=579H)。如第9圖所示，位於背光板12上方的區域光源的開啟時間長度較位於背光板12中間的區域光源的開啟時間長度為短；位於背光板12下方的區域光源的開啟時間長度較位於背光板12中間的區域光源的開啟時間長度為短，藉此可減少左右眼影像會產生交疊現象，同時液晶顯示面板11的上方和下方區域仍保有一定的顯示品質。
本發明對背光板之各區域光源的開啟時間點和開啟時間長度作最適化的設計，相較於將快門眼鏡與背光同時開啟以及使用多區過驅動查表的習知技術，本發明可提升立體影像顯示過程中液晶顯示面板的亮度表現，同時使得鬼影現象或交疊現象的發生減到最小。運用本發明之立體影像顯示方法及系統，背光板之各區域光源開啟的時間佔一幀圖像的顯示時間可達38.8%，而且左眼影像產生交疊現象的平均值為9.7%，右眼影像產生交疊現象的平均值為6.2%，優於習知技術影像交疊的平均值35.2%。
第10圖顯示本發明中背光控制器與背光光源的示意圖。在此例中，背光光源以光電二極體(LED)光源來實現。背光控制器16包含LED驅動器33和微處理器34，LED驅動器33與微處理器34透過串列周邊介面(serial peripheral interface,SPI)35連接在一起。LED光源31由複數個光電二極體32構成，LED光源31可實現為側入式或直下式光源。如第10圖所示，微處理器34根據各區域光源的開啟時間點及開啟時間長度提供致動訊號給LED驅動器33。LED驅動器33通過不同的通道分別與各光電二極體32連接，並根據致動訊號通過不同的通道驅動各光電二極體32。在本發明中，LED驅動器33通過該等通道提供予各光電二極體32的驅動電流不同，且每一光電二極體32在一幀圖像顯示期間發光的總能量相同，以使液晶顯示面板11整體的亮度均勻。現假設第9圖中第3區至第6區的區域光源通過的電流為80mA，各區域光源在一幀圖像顯示期間發光的總能量為80×689 mA‧H，則提供予第1區的區域光源的驅動電流為108.5mA(80×689÷508=108.5mA)，提供予第2區的區域光源的驅動電流為85.7mA(80×689÷643=85.7mA)，提供予第7區的區域光源的驅動電流為95mA(80×689÷579=95mA)，提供予第8區的區域光源的驅動電流為124mA(80×689÷444=124mA)。
綜上所述，雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧立體影像顯示系統
11‧‧‧顯示面板
12‧‧‧背光板
13‧‧‧源極驅動電路
14‧‧‧閘極驅動電路
15‧‧‧時序控制器
16‧‧‧背光控制器
17‧‧‧快門眼鏡
31‧‧‧LED光源
32‧‧‧光電二極體
33‧‧‧LED驅動器
34‧‧‧微處理器
35‧‧‧串列周邊介面
171‧‧‧左鏡片
172‧‧‧右鏡片
第1圖顯示習知的液晶顯示面板中掃描時序和背光開啟時序的示意圖。
第2圖顯示習知的液晶顯示面板中影像寫入時序和背光開啟時序的示意圖。
第3圖顯示習知的液晶顯示面板使用單一過驅動查表時液晶分子的反應曲線圖。
第4圖顯示另一種習知的液晶顯示面板使用多區多驅動查表時液晶分子的反應曲線圖。
第5圖顯示本發明之立體影像顯示系統的示意圖。
第6圖顯示本發明之立體影像顯示系統中背光驅動原理的示意圖。
第7圖顯示本發明中各區域光源開啟期間不可跨入液晶顯示面板之液晶分子的反應期間的示意圖。
第8圖顯示本發明中各區域光源開啟期間不可跨入液晶快門眼鏡之液晶材料的反應期間的示意圖。
第9圖顯示本發明各區域光源開啟的時間點和時間長度的示意圖。
第10圖顯示本發明中背光控制器與背光光源的示意圖。

Claims (8)

  1. 一種立體影像顯示系統，包含：一顯示面板，用以週期性顯示供一使用者左眼觀看的一左眼影像及供該使用者右眼觀看的一右眼影像；一快門眼鏡，其包含週期性開關的一左鏡片及一右鏡片，用以分別接收該左眼影像及該右眼影像；一背光板，對應該顯示面板而設置，該背光板由上而下分成複數個區域光源；以及一背光控制器，提供控制訊號以開啟該等區域光源，其中於一幀圖像顯示期間，各區域光源開啟的時間點不同，且各區域光源開啟的時間長度不等長，其中該背光控制器包含：一微處理器，用以根據各區域光源的開啟時間點及開啟時間長度提供一致動訊號；以及一光源驅動器，與該微處理器耦接，用以根據該致動訊號通過不同的通道以分別驅動該等區域光源，其中該光源驅動器通過該等通道提供予各區域光源的驅動電流不同，且每一區域光源在一幀圖像顯示期間發光的總能量相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之立體影像顯示系統，其中該顯示面板為一具有液晶層的液晶顯示面板，該背光控制器控制各區域光源以避免各區域光源的開啟期間跨入該液晶層內之液晶分子的反應期間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之立體影像顯示系統，其中該快門眼鏡的該左鏡片及該右鏡片係由液晶材料所構成，該背光控制器控制各區域光源以避免各區域光源的開啟期間跨入該液晶材料的反應期間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之立體影像顯示系統，其中位於該背光板上方的區域光源的開啟時間長度較位於該背光板中間的區域光源的開啟時間長度為短。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之立體影像顯示系統，其中位於該背光板下方的區域光源的開啟時間長度較位於該背光板中間的區域光源的開啟時間長度為短。
  6. 一種立體影像顯示方法，適用於一顯示裝置，該顯示裝置包含一顯示面板及對應該顯示面板設置的一背光板，該背光板由上而下分成複數個區域光源，該立體影像顯示方法包含步驟：週期性顯示供一使用者左眼觀看的一左眼影像及供該使用者右眼觀看的一右眼影像；提供週期性開關的一左鏡片及一右鏡片，以分別接收該左眼影像及該右眼影像；提供控制訊號以開啟該等區域光源，於一幀圖像顯示期間，各區域光源開啟的時間點不同，且各區域光源開啟的時間長度不等長，其中該等區域光源係通過不同的通道而分別驅動，通過該等通道提供予各區域光源的驅動電流不同，且每一區域光源在一幀圖像顯示期間發光的總能量相同。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之立體影像顯示方法，其中該顯示面板包含液晶分子，而在提供控制訊號以開啟該等區域光源的步驟中，避免各區域光源的開啟期間跨入該顯示面板內之液晶分子的反應期間。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之立體影像顯示方法，其中該左鏡片及該右鏡片係由液晶材料所構成，而在提供控制訊號以開啟該等區域光源的步驟中，避免各區域光源的開啟期間跨入該液晶材料的反應期間。
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