TWI550595B - 顯示面板反應速度的量測器與相關方法 - Google Patents

Description

顯示面板反應速度的量測器與相關方法

本發明是有關於一種顯示面板反應速度的量測器與相關的量測方法，且特別是有關於一種高效能低成本的顯示面板反應速度量測器與相關的量測方法。

顯示面板，例如液晶顯示面板，是監視器、顯示器、電視等視聽產品得以呈現畫面的核心元件；在視聽產品中配備有顯示控制器，依據待顯示影像的內容提供畫面(圖框)資料至顯示面板，以驅動顯示面板呈現影像畫面。為了確保畫面顯示的品質，需要量測顯示面板的特性，使顯示控制器能補償顯示面板的特性缺陷。反應速度(response time)即是一種十分重要的顯示面板特性。舉例而言，當顯示面板顯示動態影像而由某一畫面切換至次一畫面時，若顯示面板的反應速度過慢，就會導致視覺殘影等現象，影響畫面顯示的品質。顯示控制器能以過驅(over-drive)等技術補償顯示面板的反應速度缺陷，但為了正確地決定補償的程度，必須先瞭解顯示面板本身的反應速度。因此，如何量測顯示面板的反應速度，也就成為現代資訊業者的研究重點。

不過，對於顯示面板的反應速度量測，目前業界並沒有良好的解決方案。欲量測顯示面板的反應速度，需控制顯示面板切換顯示不同灰階的測試畫面，並量測顯示面板所實際顯示出的畫面品質，例如亮度。然而，習知技術尚無法有效整合「顯示面板控制」與「畫面品質量測」這兩個關鍵。再者，由於三維影像等應用日漸受到重視，顯示面板切換畫面的更新率也越來越高。為了量測顯示面板於高更新率下的反應速度，必須要控制顯示面板以高更新率切換顯示不同的測試畫面；而現行的習知技術則難以實現高更新率的顯示面板控制。

為克服習知技術的缺點，本發明為顯示面板的反應速度量測提供一種較佳的解決方案，可以有效整合顯示面板控制與畫面品質量測，也能應用於高更新率下的反應速度量測。

本發明的目的之一是提供一種量測器，用以量測一顯示面板的反應速度。顯示面板耦接並受控於一顯示控制器。量測器則包括一微控制器、一或多個光感測器(photo sensor)、一訊號放大器與一轉換器。微控制器耦接顯示控制器，並依據一測試命令向顯示控制器提供一控制指令，使顯示控制器得以依據控制指令而向顯示面板提供一測試畫面資料，各測試畫面資料關聯於一測試畫面；一實施例中，控制指令可使顯示控制器自動地向顯示面板週期性地交錯提供複數個不同灰階的測試畫面資料。光感測器用以感測顯示面板上相關於測試畫面資料的測試畫面，並提供一對應的感測訊號。感測訊號關聯於亮度及一反應訊號。訊號放大器耦接光感測器，用以調整感測訊號之大小，以產生一第一訊號。轉換器耦接於訊號放大器與微控制器之間，用以將第一訊號轉換為一第二訊號，並將第二訊號傳輸至微控制器。依據第二訊號，微控制器可提供一對應的量測結果。其中，第一訊號與第二訊號可以分別是一類比訊號與一數位訊號，轉換器則為一類比至數位轉換器。

一實施例中，當顯示控制器向顯示面板發出一測試畫面資料時，可一併向微控制器發出一中斷(interrupt)訊號，用以指示測試畫面的時序；亦即，中斷訊號係關聯於各測試畫面資料的時序，用以同步該量測器與該顯示控制器。微控制器可由顯示控制器接收此中斷訊號。

一實施例中，量測器包括多個光感測器，各光感測器均用以感測顯示面板顯示的畫面，並提供對應的感測訊號。舉例而言，不同的光感測器可用來感測同一面板上不同位置的亮度。量測器更可包括一多工器，耦接於各光感測器與訊號放大器之間，選擇性地將所有光感測器的感測訊號的其中之一關聯至反應訊號，使反應訊號經由訊號放大器與轉換器而傳輸至微控制器。舉例而言，多工器可輪流使不同光感測器的感測訊號得以被選為反應訊號而傳輸至訊號放大器。

一實施例中，量測器更包括一增益控制單元，耦接訊號放大器，用以調整訊號放大器的增益，使第一訊號的訊號範圍得以符合轉換器的動態範圍(dynamic range)。舉例而言，在量測反應速度之前，微控制器可經由控制指令使顯示面板顯示白畫面(最高灰階)，並由光感測器量測其亮度，產生對應感測訊號；若此感測訊號經訊號放大器的增益放大後已經超出轉換器的動態範圍，增益控制單元可以減少訊號放大器的增益；若尚未達到動態範圍的上限，則可以增加訊號放大器的增益。一實施例中，訊號放大器可以是一個可用數位訊號控制其增益的放大器。

一實施例中，量測器包括一主板與一外接子板。主板用以承載微控制器、多工器、訊號放大器與轉換器；外接子板則經由訊號線耦接於主板，用以承載光感測器。不同的光感測器可以安裝於不同的外接子板。一實施例中，光感測器係以可插拔的方式安裝於外接子板上；插拔使用不同種類的光感測器，即可進行不同的特性量測，擴充量測器的功能，以滿足後續新增的量測需求。一實施例中，外接子板與主板之間可使用不同長度的訊號線，以應用在不同尺寸的顯示面板上，配合工廠產線調配生產需求。

量測器更可包括一介面埠，耦接於微控制器，用以連接於一電腦。介面埠可接收由電腦發出的測試命令，並傳輸至微控制器。介面埠亦可將量測器的量測結果輸出至電腦。電腦可運行一測試工具程式，以自動化地控制量測的進行。

本發明的又一目的是提供一種顯示面板反應速度的量測方法，用於以一量測器配合一顯示控制器，以對一顯示面板進行量測；該方法包含：對顯示控制器輸出一控制指令，使顯示控制器向顯示面板提供一測試畫面資料；以一光感測器感測顯示面板上對應於測試畫面資料的一測試畫面，以產生對應的一感測訊號，其係關聯於亮度；以及，根據感測訊號輸出一反應訊號；其中，反應訊號係用以計算顯示面板之反應速度。

一實施例中，可以依據一測試命令向顯示控制器提供控制指令；其中，控制指令係使顯示控制器週期性地交錯提供複數個測試畫面資料。

一實施例中，可以由顯示控制器接收一中斷訊號，此中斷訊號關聯於測試畫面資料的時序，用以同步量測器與顯示控制器。

一實施例中，可用一第二光感測器感測該顯示面板顯示的畫面，以產生一對應的第二感測訊號，此第二感測訊號亦關聯於亮度；並且，以一多工器選擇性地根據感測訊號與第二感測訊號的其中之一輸出反應訊號。

一實施例中，顯示面板之反應速度係根據測試畫面以及對應反應訊號計算。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參考第1圖，其所示意的是依據本發明一實施例的量測器10，用以量測一顯示面板28的特性，例如反應速度。顯示面板28耦接並受控於一顯示控制器30，例如一顯示控制晶片。量測器10內包括有N個光感測器K[n](n=1至N，N為大於或等於1的整數)，一多工器22、一訊號放大器12、一轉換器14、一增益控制單元16與一微控制器20。多工器22、訊號放大器12、轉換器14、增益控制單元16與微控制器20可以安裝於一主板18；各光感測器K[n]則可各自安裝於一外接子板B[n]，各外接子板B[n]經由一訊號線L[n]耦接於主板18(n=1至N)。量測器10並設有介面埠24與26。

在量測器10中，一電腦32透過介面埠26(例如一通用串列匯流排介面埠，即USB介面埠)耦接於微控制器20，使微控制器20能和電腦32交換資料，例如數位資料。電腦32可以是一個人電腦，可運行一測試工具程式，以自動化地控制顯示面板特性量測的進行。介面埠26可接收電腦32發出的測試命令CMD，並傳輸至微控制器20。

量測器10經由介面埠24耦接於顯示控制器30，使微控制器20能和顯示控制器30交換訊息與資訊，例如數位的訊息與資訊。經由介面埠24，微控制器20耦接顯示控制器30，並依據測試命令CMD向顯示控制器30提供一控制指令SC，使顯示控制器30得以依據控制指令SC而自動地向顯示面板28提供一或多個測試畫面資料，如測試畫面資料TP1、TP2等等；各測試畫面資料用以使顯示面板28顯示一關聯的測試畫面。一實施例中，控制指令SC可使顯示控制器30自動地向顯示面板28提供一連串週期性交錯的不同灰階測試畫面資料。於另一實施例中，當顯示控制器30向顯示面板28發出一測試畫面資料時，可一併向微控制器20發出一中斷(interrupt)訊號SQ，用以指示測試畫面的時序；亦即，中斷訊號SQ係關聯於各測試畫面資料的時序。微控制器20可經由介面埠24而由顯示控制器30接收此中斷訊號SQ。

一實施例中，控制指令SC可以指定顯示控制器30產生之測試畫面的切換週期T，以及一第一測試畫面的紅、綠與藍分量與一第二測試畫面的紅、綠與藍分量；例如，第一測試畫面的紅、綠與藍分量可以皆等於一第一數值以對應一第一灰階的測試畫面，以及第二測試畫面的紅、綠與藍分量可以皆等於一第二數值以對應一第二灰階的測試畫面；第一灰階與第二灰階可以是相異的。於此實施例中，依據控制指令SC所指定的切換週期T，顯示控制器30首先提供第一測試畫面資料以使顯示面板28顯示第一測試畫面，同時發出一中斷訊號SQ至微控制器20；接著，在週期T之後，提供第二測試畫面資料使顯示面板28切換顯示第二測試畫面，亦同時發出中斷訊號SQ至微控制器20；於又一週期T後，又提供顯示面板28第一測試畫面資料，並同樣地發出中斷訊號SQ至微控制器20；並於經過又一週期T後，又提供顯示面板28第二測試畫面資料，以及再發出中斷訊號SQ至微控制器20。如此週期性地重複切換，直到顯示控制器30由微控制器20收到次一個控制指令SC。一實施例中，顯示控制器30的測試畫面資料會為顯示面板28的各像素分別指定其應顯示的紅、綠與藍分量。舉例而言，第一測試畫面資料可以是使顯示面板28的特定像素顯示第一灰階，其餘像素顯示第二灰階。第二測試畫面資料可以使顯示面板28的特定像素顯示第三灰階，其餘像素顯示第四灰階。

光感測器K[n]用以感測顯示面板28顯示的畫面，例如顯示面板28於局部發出的亮度，並提供一對應的感測訊號a[n]，對n=1至N。一實施例中，不同的光感測器K[n]可用來感測同一顯示面板於不同位置所產生的亮度。多工器22耦接於各光感測器a[n]與訊號放大器12之間，選擇性地輪流使不同光感測器K[n]的感測訊號a[n]得以被傳輸至訊號放大器12，此被傳輸至訊號放大器12的感測訊號a[n]作為一反應訊號S0。依據一增益，訊號放大器12用以對多工器22所選擇的感測訊號a[n](n為1至N的其中之一)，即前述反應訊號S0，進行訊號大小的調整，以產生一對應的訊號S1。轉換器14耦接於訊號放大器12與微控制器20之間，用以將訊號S1轉換為訊號S2，並將訊號S2傳輸至微控制器20。依據訊號S2，微控制器20可提供一對應的量測結果S3。其中，感測訊號a[n]與訊號S1可以是類比訊號，轉換器14為一類比至數位轉換器，故訊號S2可以是數位訊號，量測結果S3為數位資訊。介面埠26亦可將量測器10的量測結果S3輸出至電腦32。依據反應訊號S0與所衍生的訊號S2或量測結果S3，微控制器20及/或電腦32便可以計算/統計出顯示面板28的特性，例如反應速度及/或反應時間。

一實施例中，量測器10包含增益控制單元16，耦接訊號放大器12，用以調整訊號放大器12的增益(即訊號S1與感測訊號a[n]間的增益)，使訊號S1的訊號範圍得以符合轉換器14的動態範圍。在轉換器14將一待轉換訊號轉換為一對應的轉換後訊號時，其動態範圍的上/下限即關聯於轉換後訊號的極值(極大/小值)。若待轉換訊號有某一部份逸出動態範圍，逸出動態範圍的部份會在轉換後訊號中被截切為極值，使轉換後訊號失真而無法正確追隨該部份的變化。相對地，若待轉換訊號的擺動幅度(訊號範圍)遠小於動態範圍，則會使轉換後訊號的轉換誤差(如量化誤差)增加。因此，待轉換訊號的訊號範圍應符合轉換器14的動態範圍，使對應的轉換後訊號不會失真，且量化誤差也不會過大。

一實施例中，訊號放大器12可以是一個可用數位訊號控制其增益的放大器，相對應地，增益控制單元16即以數位訊號控制訊號放大器12的增益。增益控制單元16可用硬體、韌體或軟體實現；舉例而言，增益控制單元16的功能可由微控制器20執行韌體而實現。應注意的是，在別的實施例中，訊號放大器的增益可預先設定，因此量測器可省略增益控制單元。換言之，增益控制單元並非本發明之量測器之必要元件。

以量測器10配合顯示控制器30而為顯示面板28進行特性量測(如反應速度)的方法與流程可描述如下。電腦32向量測器10發出啟始的測試命令CMD以開始量測流程。在實際量測顯示面板特性之前，微控制器20藉由控制指令SC控制顯示控制器30，由顯示控制器30使顯示面板28顯示最高灰階(最亮)的白畫面，並由各光感測器K[n]量測其亮度，以產生對應感測訊號a[n]；若感測訊號a[n]經訊號放大器12的增益放大後的訊號S1已經超出轉換器14的動態範圍，增益控制單元16可以減少訊號放大器12的增益；若尚未達到動態範圍的上限，則可以增加訊號放大器12的增益。經由此校正後，訊號S1的訊號範圍便會符合轉換器14的動態範圍，以充分運用轉換器14的數位轉換解析度。

校正訊號放大器12的增益後，電腦32可經由測試命令CMD指示微控制器20開始進行特性量測，例如測試顯示面板28在第一灰階與第二灰階間切換的反應速度。微控制器20會發出對應的控制指令SC至顯示控制器30，使顯示面板28週期性地交替顯示第一灰階的測試畫面與第二灰階的測試畫面，並在每次切換測試畫面時向微控制器20回傳一中斷訊號SQ。當顯示面板28顯示測試畫面時，各光感測器K[n]也進行量測。依據中斷訊號SQ，微控制器20可以和畫面切換的時序同步，據以控制多工器22的切換與反應訊號S0的輸出，並依據畫面切換的時序收集訊號S2，以整合出量測結果S3。量測結果S3會回傳至電腦32；若電腦32的測試工具程式判定已經取得足夠的量測結果，便可發出另一測試命令CMD，例如是測試顯示面板28在第三灰階與第四灰階間切換的反應速度。依據此測試命令CMD，微控制器20會發出另一控制指令SC，讓顯示控制器30改使顯示面板28週期性地反覆切換顯示第三灰階與第四灰階的測試畫面。

由於量測器10的微控制器20只要以單一控制指令SC便可使顯示控制器30自動地依據指定的週期切換提供複數個不同的測試畫面，量測器10可適用於高更新率的顯示面板測試。因為高更新率的顯示面板28會搭配高更新率的顯示控制器30，而高更新率顯示控制器30本身的功能就是要配合高更新率的顯示面板28而提供高頻、高速的畫面資料，故顯示控制器30自然能依據高更新率提供快速切換的測試畫面資料；相對地，也就不需由量測器10的微控制器20提供高頻、高更新率的測試畫面資料。如此，量測器10的成本便可降低。顯示控制器30可以執行適當的韌體以解讀並執行微控制器20的控制指令SC。

再者，量測器10可以有效整合「顯示面板控制」與「畫面品質量測」這兩個關鍵；顯示面板控制可經由控制指令SC達成，畫面品質量測則可依據中斷訊號SQ而同步整合。經由電腦32的測試命令，顯示面板的特性量測可以自動化，減少測試人員的人力負擔，提昇顯示面板測試的整體效能。

一實施例中，光感測器K[n]係以可插拔的方式安裝於外接子板B[n]上；插拔更換不同種類的光感測器，即可進行不同的特性量測，擴充量測器10的功能，以滿足後續新增的量測需求。舉例而言，若換上配有濾鏡的光感測器，就可用以量測顯示面板某一色分量(例如紅色)的亮度。一實施例中，各外接子板B[n]與主板18之間可使用不同長度的訊號線L[n]，以應用在不同尺寸的顯示面板上，配合工廠產線調配生產需求。舉例而言，若要測試較大尺寸的顯示面板，可以使用較長的訊號線L[n]；再者，也可使用較多的光感測器K[n]以測試更多不同的位置。

請參考第2圖，其所繪示的是依據本發明一實施例而進行顯示面板特性量測的示意圖。在微控制器20的控制下，顯示控制器30自動地使顯示面板28反覆切換顯示灰階Lv1與Lv2的測試畫面，例如說是在時點t1顯示灰階Lv1的測試畫面，在時點t2切換顯示灰階Lv2的測試畫面，在時點t3再度顯示灰階Lv1的測試畫面，並於時點t4切換顯示Lv2的測試畫面，以此類推。時點t1、t2、t3與t4間的時間間隔為週期T。對應地，各光感測器K[n]可測量出顯示面板28實際產生的亮度；由亮度變化即可推知顯示面板28的反應速度，進而使顯示控制器30能針對反應速度的缺陷進行補償。微控制器20可經由控制指令SC指定灰階Lv1、Lv2的數值大小與週期T的長短；時點t1至t4的時序則可由中斷訊號SQ得知。

總結來說，相較於習知的顯示面板特性量測技術，本發明量測技術能有效整合顯示面板控制與畫面品質量測，並能降低量測器成本。本發明量測技術能高度地自動化，減少測試所需的人力資源與成本。再者，本發明的量測配置也能具有高度彈性與擴充性，足以廣泛適用於不同更新率、不同尺寸的各種顯示面板與各種不同種類的顯示特性量測。

綜上所述，雖然本發明已以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．．．量測器

12．．．訊號放大器

14．．．轉換器

16．．．增益控制單元

18．．．主板

20．．．微控制器

22．．．多工器

24-26．．．介面埠

28．．．顯示面板

30．．．顯示控制器

32．．．電腦

K[.]．．．光感測器

B[.]．．．外接子板

L[.]．．．訊號線

a[.]．．．感測訊號

S1-S2．．．訊號

S3．．．量測結果

S0．．．反應訊號

CMD．．．測試命令

SQ．．．中斷訊號

SC．．．控制指令

TP1、TP2．．．測試畫面資料

T．．．週期

t1-t4．．．時點

Lv1-Lv2．．．灰階

第1圖示意的是依據本發明一實施例的量測器。

第2圖繪示的是第1圖量測器進行量測的示意圖。

10．．．量測器

12．．．訊號放大器

14．．．轉換器

16．．．增益控制單元

18．．．主板

20．．．微控制器

22．．．多工器

24-26．．．介面埠

28．．．顯示面板

30．．．顯示控制器

32．．．電腦

K[.]．．．光感測器

B[.]．．．外接子板

L[.]．．．訊號線

a[.]．．．感測訊號

S1-S2．．．訊號

S3．．．量測結果

CMD．．．測試命令

SQ．．．中斷訊號

SC．．．控制指令

S0．．．反應訊號

TP1、TP2．．．測試畫面資料

Claims (13)

1. 一種量測器，用以量測一顯示面板的反應速度；該顯示面板耦接一顯示控制器，該量測器包含：一微控制器，耦接該顯示控制器，提供一控制指令給該顯示控制器，使該顯示控制器依據該控制指令向該顯示面板提供一測試畫面(test pattern)資料；以及一光感測器(photo sensor)，用以感測該顯示面板上相關於該測試畫面資料的一測試畫面，以提供對應的一感測訊號，該感測訊號關聯於亮度以及一反應訊號，該反應訊號係用以計算該顯示面板的反應速度；其中，該微控制器更由該顯示控制器接收一中斷訊號，該中斷訊號關聯於該測試畫面資料的時序，用以同步該量測器與該顯示控制器。
2. 如申請專利範圍第1項所述的量測器，其中，該控制指令係使該顯示控制器週期性地交錯提供複數個該測試畫面資料。
3. 如申請專利範圍第1項所述的量測器，更包含：一多工器，耦接於該光感測器；以及一第二光感測器，耦接於該多工器，用以感測對應於該測試畫面資料的該測試畫面該顯示面板顯示的畫面，並提供一對應的第二感測訊號，該第二感測訊號關聯於亮度；其中，該多工器選擇性地將該感測訊號與該第二感 測訊號的其中之一關連至該反應訊號並傳輸至該微控制器。
4. 如申請專利範圍第1項所述的量測器，更包含：一訊號放大器，耦接該光感測器，用以調整該感測訊號之大小以產生一第一訊號；一轉換器，耦接於該訊號放大器與該微控制器之間，用以將該第一訊號轉換為一第二訊號，並將該第二訊號傳輸至該微控制器；以及一增益控制單元，耦接該訊號放大器，用以調整該訊號放大器的一增益，使該第一訊號的一訊號範圍符合該轉換器的一動態範圍。
5. 如申請專利範圍第4項所述的量測器，其中該第一訊號與該第二訊號分別為一類比訊號與一數位訊號，且該轉換器係一類比至數位轉換器。
6. 如申請專利範圍第4項所述的量測器，更包含：一主板，用以承載該微控制器、該訊號放大器與該轉換器；以及一外接子板，耦接於該主板，用以承載該光感測器。
7. 如申請專利範圍第6項所述的量測器；其中，該光感測器係以可插拔的方式安裝於該外接子板上。
8. 如申請專利範圍第1項所述的量測器，更包含： 一介面埠，耦接於該微控制器，用以接收一測試命令。
9. 如申請專利範圍第1項所述的量測器，其中該微控制器更可依據該感測訊號提供一對應的量測結果，而該量測器更包含：一介面埠，耦接於該微控制器，用以輸出該量測結果。
10. 一種顯示面板反應速度量測方法，用於以一量測器配合一顯示控制器對一顯示面板進行量測，該方法包含：對該顯示控制器輸出一控制指令，使該顯示控制器向該顯示面板提供一測試畫面資料；感測該顯示面板上對應於該測試畫面資料的一測試畫面，以產生對應的一感測訊號，該感測訊號關聯於亮度；以及根據該感測訊號輸出一反應訊號；其中，該反應訊號係用以計算該顯示面板之反應速度；以及由該顯示控制器接收一中斷訊號，該中斷訊號關聯於該測試畫面資料的時序，用以同步該量測器與該顯示控制器。
11. 如申請專利範圍第10項所述的量測方法，更包含依據一測試命令向該顯示控制器提供該控制指令；其 中，該控制指令係使該顯示控制器週期性地交錯提供複數個該測試畫面資料。
12. 如申請專利範圍第10項所述的量測方法，更包含：感測該顯示面板顯示的畫面，以產生一對應的第二感測訊號，該第二感測訊號關聯於亮度；以及選擇性地根據該感測訊號與該第二感測訊號的其中之一輸出該反應訊號。
13. 如申請專利範圍第10項所述的量測方法，其中，該顯示面板之反應速度係根據該測試畫面以及該反應訊號計算。