TWI761064B

TWI761064B - 應用於顯示面板的控制電路及控制方法

Info

Publication number: TWI761064B
Application number: TW110104171A
Authority: TW
Inventors: 陳立昂
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-04-11
Also published as: TW202232464A; US20220246103A1; US11417288B1

Abstract

本發明揭露了一種應用於一顯示面板的控制電路，其包含有一接收介面、一影像處理電路以及一傳送介面。該接收介面用以接收一影像資料，其中該影像資料具有不固定的圖框率；該影像處理電路用以自該接收介面接收該影像資料，並根據該影像資料的圖框率來將該影像資料進行倍頻操作以產生一輸出影像資料，其中該輸出影像資料的圖框率為該影像資料的正整數倍；以及該傳送介面用以自該影像處理電路接收該輸出影像資料，並傳送至該顯示面板。

Description

應用於顯示面板的控制電路及控制方法

本發明係有關於應用於顯示面板的控制電路及控制方法。

液晶顯示器所呈現的畫面是一般可以稱為暫留型顯示器(hold-type display)，以顯示畫面每秒更新60次(60Hz)來說，畫面每16.67毫秒(ms)會更新一次，而在畫面更新前，當前顯示的畫面是靜置不動的。一般液晶顯示器最大的缺點之一就是動態模糊(motion blur)，而產生此類動態模糊的原因是因為眼睛在追蹤物體時，會依據物體移動的速率而有當下預期的位置，但因為液晶顯示器更新畫面的時間是不連續的，因此在特定時間點上物體實際位置和大腦預期位置會有誤差。另一方面，因為人眼有視覺暫留及動態補償，大腦會在追蹤物體的過程將畫面接續起來，類似數學上積分的效果，所以如果畫面更新頻率不夠高且停留在單一位置的時間過長，大腦補償完後則會看到動態拖影的效果。

先前技術中已有解決動態模糊的方法，例如在兩個圖框間插入補償圖框或是插入黑畫面，然而，由於液晶顯示器在顯示畫面時是採用逐列(row)掃描的方式，且液晶的反應時間也可能不夠快，因此，上述方法除了會增加處理電路的計算量之外，也會有像素同步的問題，亦即螢幕上方與螢幕下方的畫面效果可能會不一致。

此外，在某些應用中，影像來源產生影像資料的速度並不固定，因此，目前有部分的液晶顯示器採用可變更新率(variable refresh rate)的顯示方式，亦即液晶顯示器所播放之影像的圖框率(frame rate)會隨著所接收到之影像資料的速率而改變，亦即不具有固定的圖框率。在這種情況下，如何有效處理動態模糊是一個重要的課題。

因此，本發明的目的之一在於提出一種應用於液晶顯示器的控制電路，其可以在影像資料的圖框率不固定的情形下，採用倍頻的方式來驅動顯示面板，以解決先前技術中的問題。

在本發明的一個實施例中，揭露了一種應用於一顯示面板的控制電路，其包含有一接收介面、一影像處理電路以及一傳送介面。該接收介面用以接收一影像資料，其中該影像資料具有不固定的圖框率；該影像處理電路用以自該接收介面接收該影像資料，並根據該影像資料的圖框率來將該影像資料進行倍頻操作以產生一輸出影像資料，其中該輸出影像資料的圖框率為該影像資料的正整數倍；以及該傳送介面用以自該影像處理電路接收該輸出影像資料，並傳送至該顯示面板。

在本發明的另一個實施例中，揭露了一種應用於一顯示面板的控制方法，其包含有以下步驟：接收一影像資料，其中該影像資料具有不固定的圖框率；根據該影像資料的圖框率來將該影像資料進行倍頻操作以產生一輸出影像資料，其中該輸出影像資料的圖框率為該影像資料的正整數倍；以及將該輸出影像資料傳送至該顯示面板。

100:電子裝置

110:影像產生電路

120:控制電路

122:接收介面

124:影像處理電路

126:傳送介面

128:背光控制模組

130:顯示面板

132:時序控制器

133:閘驅動器

134:源驅動器

136:像素陣列

138:背光模組

BP:後肩區域

FP:前肩區域

Din:影像資料

Dout:輸出影像資料

F1~F5:圖框

F1’~F5’:圖框

F1”~F5”:圖框

Vc:控制訊號

Vsync:垂直同步訊號

第1圖為根據本發明一實施例之電子裝置的示意圖。

第2圖為根據本發明一實施例之控制電路的操作時序圖。

第3圖為根據本發明另一實施例之控制電路的操作時序圖。

第4圖為根據本發明另一實施例之控制電路的操作時序圖。

第5圖為根據本發明另一實施例之控制電路的操作時序圖。

第6圖為根據本發明另一實施例之控制電路的操作時序圖。

第7圖為根據本發明另一實施例之控制電路的操作時序圖。

第8圖為根據本發明另一實施例之控制電路的操作時序圖。

第1圖為根據本發明一實施例之電子裝置100的示意圖。如第1圖所示，電子裝置100包含了一影像產生電路110、一控制電路120以及一顯示面板130。在本實施例中，影像產生電路110可以是一圖形處理器(Graphics Processing Unit，GPU)，其用來產生影像資料Din，而所產生的影像資料Din的格式係符合顯示埠(DisplayPort，DP)或是高畫質多媒體介面(High Definition Multimedia Interface，HDMI)的規格，但本發明並不以此為限。控制電路120包含了一接收介面122、一影像處理電路124、一傳送介面126以及一背光控制模組128，其中接收介面122用來接收來自影像產生電路110的影像資料Din後傳送至影像處理電路124進行影像處理，而影像處理電路124可以將所接收到的影像資料Din進行亮度、色彩、圖框率/更新率、或其他格式上的調整之後產生輸出影像資料Dout至傳送介面126，以供傳送至顯示面板130進行顯示；此外，背光控制模組128用來產生控制訊號Vc以控制顯示面板130的亮度，其中控制訊號Vc可以是脈衝調變(pulse-width modulation，PWM)訊號。在本實施例中，輸出影像資料Dout可以是任何規格的面版訊號，例如低電壓差分訊號(Low Voltage Differential Signaling，LVDS)、V-by-One、嵌入式顯示埠(Embedded Display Port，eDP)...等等。顯示面板130係為一液晶顯示面板，而顯示面板130包含了一時序控制器132、一閘驅動器133、一源驅動器134、一像素陣列136以及一背光模組138，其中時序控制器132接收來自控制電路122的輸出影像資料Dout後產生對應的閘驅動訊號及源驅動訊號至閘驅動器133與源驅動器134，以供控制像素陣列136顯示出影像畫面；此外，背光模組138接收控制訊號Vc以顯示出對應的亮度。

第1圖所示之電子裝置100係支援可變更新率(variable refresh rate)的顯示方式，亦即控制電路120所產生之輸出影像資料Dout的圖框率會隨著影像產生電路110產生影像資料Din的圖框率而跟著變化。在一例子中，由於影像產生電路110產生每一個圖框的時間並不固定，因此，控制電路120會被設計以支援一個較大的圖框率範圍，例如48Hz~144Hz或是更高的240Hz，以讓使用者可以感受到影像畫面具有較佳的流程度。然而，雖然控制電路120可以支援較大的圖框率，但一般來說影像產生電路110所輸出的之影像資料Din的圖框率通常還是會在60Hz左右，因此，本實施例提出了一種控制方法，其可以在影像產生電路110所輸出的之影像資料Din的圖框率穩定低於控制電路120所支援之圖框率的情形下，採用倍頻的方式來調整影像資料Din的圖框率以產生輸出影像資料Dout，以改善先前技術中所述之動態模糊的問題。具體實施方式如下所述。

第2圖為根據本發明一實施例之控制電路120的操作時序圖。參考第2圖所示，假設影像產生電路110所產生之影像資料Din的圖框率為‘f’(單位可為每秒圖框數(frame per second，fps)或是赫茲(Hz))、則控制電路120在接收到影像資料Din之後，其中的影像處理電路124可以直接將影像資料Din進行二倍頻處理，亦即輸出影像資料Dout的圖框率為‘2*f’(亦即，輸出影像資料Dout之相鄰兩個垂直同步訊號Vsync的時間差為影像資料Din之相鄰兩個垂直同步訊號Vsync的時間差的一半)；或是影像處理電路124可以直接將影像資料Din進行三倍頻處理，亦即輸出影像資料Dout的圖框率為‘3*f’(亦即，輸出影像資料Dout之相鄰兩個垂直同步訊號Vsync的時間差為影像資料Din之相鄰兩個垂直同步訊號Vsync的時間差的三分之一)；或是影像處理電路124可以直接將影像資料Din進行N倍頻處理，N為任意適合的正整數，只要輸出影像資料Dout的圖框率低於控制電路120及顯示面板130所支援的最高圖框率即可。

在第2圖的實施例中，影像處理電路124在進行倍頻操作時係直接將影像資料進行複製，舉例來說，以兩倍頻為例，當接收到圖框F1時，影像處理電路124直接將圖框F1中對應到主動區域的內容傳送兩次至顯示面板130，以使得輸出影像資料Dout包含了兩個圖框F1’(倍頻後圖框)，其中每一個圖框F1’之主動區域的內容(亦即，顯示在像素陣列136的部分)係相同於圖框F1之主動區域的內容；同理，當接收到圖框F2時，影像處理電路124直接將圖框F2中對應到主動區域的內容傳送兩次至顯示面板130，以使得輸出影像資料Dout包含了兩個圖框F2’(倍頻後圖框)，其中每一個圖框F2’之主動區域的內容係相同於圖框F2之主動區域的內容。另外，以三倍頻為例，當接收到圖框F1時，影像處理電路124直接將圖框F1之主動區域的內容傳送三次至顯示面板130，以使得輸出影像資料Dout包含了三個圖框F1”(倍頻後圖框)，其中每一個圖框F1”之主動區域的內容係相同於圖框F1之主動區域的內容；同理，當接收到圖框F2時，影像處理電路124也直接將圖框F2之主動區域的內容傳送三次至顯示面板130，以使得輸出影像資料Dout包含了三個圖框F3”(倍頻後圖框)。在本實施例的控制方法中，係透過直接將影像資料Din進行倍頻處理以產生輸出影像資料Dout，而由於一般來說像素陣列136中的像素會因為液晶的反應速度而無法一次地到達所需的亮度(亦即，像素內的像素電極無法在一個週期內直接到達所需的目標電壓準位)，因此，透過直接對影像資料Din進行倍頻以多次地驅動像素電極至同一個目標電壓準位，可以讓顯示面板130的顏色/亮度更為準確。

此外，在一實施例中，對影像資料Din進行倍頻以產生輸出影像資料Dout的操作可以透過減少前肩區域(front porch)的內容(可參考第6圖)、或是改變用來傳送輸出影像資料Dout之時脈訊號的頻率來完成。

第3圖為根據本發明另一實施例之控制電路120的操作時序圖，其中第3圖係以兩倍頻為例來進行說明，但本發明並不以此為限。參考第3圖，假設影像產生電路110所產生之影像資料Din依序包含了圖框F1~F5，其中圖框F1~F5的圖框率分別為48Hz、48Hz、60Hz、60Hz、48Hz，則影像處理電路124可以直接將影像資料Din進行二倍頻處理，亦即輸出影像資料Dout依序包含了圖框F1’(96Hz)、F1’(96Hz)、F2’(96Hz)、F2’(96Hz)、F3’(120Hz)、F3’(120Hz)、F4’(120Hz)、F4’(120Hz)、F5’(96Hz)、F5’(96Hz)。透過本實施例的控制方法，可以在影像資料Din之圖框率不固定的情形下，動態地根據影像資料Din之圖框率來產生輸出影像資料Dout

第4圖為根據本發明另一實施例之控制電路120的操作時序圖，其中第4圖係以兩倍頻為例來進行說明，但本發明並不以此為限。參考第4圖，假設影像產生電路110所產生之影像資料Din依序包含了圖框F1~F5，其中圖框F1~F5的圖框率分別為48Hz、48Hz、60Hz、60Hz、48Hz，則影像處理電路124將影像資料Din進行二倍頻處理並進行插入黑畫面的操作，亦即輸出影像資料Dout依序包含了黑畫面(96Hz)、F1’(96Hz)、黑畫面(96Hz)、F2’(96Hz)、黑畫面(120Hz)、F3’(120Hz)、黑畫面(120Hz)、F4’(120Hz)、黑畫面(96Hz)、F5’(96Hz)。透過本實施例的控制方法，可以在影像資料Din之圖框率不固定的情形下，動態地根據影像資料Din之圖框率來產生輸出影像資料Dout，且對重複的圖框進行插入黑畫面的操作，以減少視覺暫留所造成的動態模糊。

需注意的是，第4圖所述的黑畫面並不一定是全黑的畫面，只要黑畫面的亮度遠低於圖框F1~F5的亮度即可。

在一實施例中，若是影像處理電路124將一圖框進行N倍頻處理並進行插入黑畫面的操作以產生N個倍頻後圖框，而N為大於一的任意正整數，則該N個倍頻後圖框中的第一個倍頻後圖框係為一黑畫面，且該N個倍頻後圖框中的最後一個倍頻後圖框之主動區域的內容相同於該圖框之主動區域的內容。

第5圖為根據本發明另一實施例之控制電路120的操作時序圖，其中第5圖係以兩倍頻為例來進行說明，但本發明並不以此為限。參考第5圖，假設影像產生電路110所產生之影像資料Din依序包含了圖框F1~F5，其中圖框F1~F5的圖框率分別為48Hz、48Hz、60Hz、60Hz、48Hz，則影像處理電路124可以直接將影像資料Din進行二倍頻處理，亦即輸出影像資料Dout依序包含了圖框F1’(96Hz)、F1’(96Hz)、F2’(96Hz)、F2’(96Hz)、F3’(120Hz)、F3’(120Hz)、 F4’(120Hz)、F4’(120Hz)、F5’(96Hz)、F5’(96Hz)。此外，控制電路120中的背光控制模組128會產生控制訊號Vc以針對不同的圖框採用第一背光模式或是第二背光模式，其中第一背光模式為完全地關閉背光模組138或是控制背光模組138產生很低的亮度、而第二背光模式為正常的亮度。具體來說，當顯示面板130顯示第一次出現的圖框F1’時，背光控制模組128會產生控制訊號Vc以使得背光模組138操作在第一背光模式，亦即第一次出現的圖框F1’可以視為一黑畫面；而當顯示面板130顯示第二次出現的圖框F1’時，背光控制模組128會產生控制訊號Vc以使得背光模組138操作在第二背光模式，亦即顯示面板130係正常顯示第二次出現的圖框F1’。基於相同的操作，當顯示面板130顯示第一次出現的圖框F2’、F3’、F4’、F5’時，背光控制模組128會產生控制訊號Vc以使得背光模組138操作在第一背光模式，亦即第一次出現的圖框F2’、F3’、F4’、F5’可以視為一黑畫面；而當顯示面板130顯示第二次出現的圖框F2’、F3’、F4’、F5’時，背光控制模組128會產生控制訊號Vc以使得背光模組138操作在第二背光模式，亦即顯示面板130係正常顯示第二次出現的圖框F2’、F3’、F4’、F5’。

在一實施例中，若是影像處理電路124將一圖框進行N倍頻處理並進行插入黑畫面的操作以產生N個倍頻後圖框，而N為大於一的任意正整數，則當傳送介面126傳送該N個倍頻後圖框中的第一個倍頻後圖框至顯示面板130時，背光控制模組128產生控制訊號Vc以控制背光模組137操作在第一背光模式；以及當傳送介面126傳送該N個倍頻後圖框中的最後一個倍頻後圖框至顯示面板130時，背光控制模組128產生控制訊號Vc以控制背光模組138操作在第二背光模式。

在一實施例中，第5圖所示的背光控制方法可以是頻閃背光(strobe backlight)控制方法，具體來說，參考第6圖所示，每一個完整的圖框依序包含了一垂直同步訊號Vsync、一後肩(back porch，BP)區域、一主動區域(亦即，顯示在像素陣列136上的內容)以及一前肩(front porch，FP)區域，而在顯示面板130顯示第一次出現的圖框F1’時，背光控制模組128會產生控制訊號Vc以使得背光模組138的亮度為0或是很低的亮度，以使得第一次出現的圖框F1’可以視為黑畫面；接著，在顯示面板130顯示第二次出現的圖框F1’時，背光控制模組128會產生控制訊號Vc以使得背光模組138在顯示面板130的像素陣列136完全接收到第二次出現的圖框F1’的驅動訊號之後，才會控制背光模組138短暫地產生亮度以供顯示面板130顯示第二次出現的圖框F1’。

第7圖為根據本發明另一實施例之控制電路120的操作時序圖，其中第7圖係以兩倍頻為例來進行說明，但本發明並不以此為限。參考第7圖，首先，在傳送圖框F1之前，影像產生電路110會先通知控制電路120接下來要傳送之圖框F1的圖框率，例如48Hz，以供控制電路120設定目前的圖框率(亦即，96Hz)，而在經過一段內部操作的延遲時間之後，控制電路120內的影像處理電路124依序輸出兩個圖框率為96Hz的圖框F1’。由於圖框F2的圖框率與圖框F1的圖框率相同，故影像產生電路110不會通知控制電路120接下來要傳送之圖框F2的圖框率，而影像處理電路124便持續使用先前的圖框率(亦即，96Hz)，以依序輸出兩個圖框率為96Hz的圖框F2’。接著，在傳送圖框F3之前，影像產生電路110會先通知控制電路120接下來要傳送之圖框F3的圖框率，例如60Hz，以供控制電路120設定目前的圖框率(亦即，120Hz)，而在經過一段內部操作的延遲時間之後，控制電路120內的影像處理電路124依序輸出兩個圖框率為120Hz的圖框F3’。由於圖框F4的圖框率與圖框F3的圖框率相同，故影像產生電路110則不會通知控制電路120接下來要傳送之圖框F4的圖框率，而影像處理電路124便持續使用先前的圖框率(亦即，120Hz)，以依序輸出兩個圖框率為120Hz的圖框F4’。接著，在傳送圖框F5之前，影像產生電路110會先通知控制電路120接下來要傳送之圖框F5的圖框率，例如48Hz，以供控制電路120設定目前的圖框率(亦即，96Hz)，而在經過一段內部操作的延遲時間之後，控制電路120內的影像處理電路124依序輸出兩個圖框率為120Hz的圖框F5’。

在第7圖的實施例中，影像產生電路110只有在所產生之圖框的圖框率有變化的時候才會通知控制電路120，然而，此一特徵並非是本發明的限制。在其他的實施例中，影像產生電路110可以在傳送每一個圖框前都先通知控制電路120接下來要傳送之圖框的圖框率，這些設計上的變化應隸屬於本發明的範疇。

需注意的是，第7圖所示的實施例亦可應用第4、5圖所示之插入黑畫面的方法，亦即第7圖所示之輸出影像資料Dout中第一次出現的圖框F1’~F5’係被替換為如第4圖所示的黑畫面，或是如第5圖所示，當顯示面板130顯示第一次出現的圖框F1’~F5’時，背光控制模組128會產生控制訊號Vc以使得背光模組138操作在第一背光模式，亦即第一次出現的圖框F1’~F5’可以視為一黑畫面；而當顯示面板130顯示第二次出現的圖框F1’~F5’時，背光控制模組128會產生控制訊號Vc以使得背光模組138操作在第二背光模式，亦即顯示面板130係正常顯示第二次出現的圖框F1’~F5’。

第8圖為根據本發明另一實施例之控制電路120的操作時序圖，其中第8圖係以兩倍頻為例來進行說明，但本發明並不以此為限。參考第8圖，首先，影像產生電路110傳送圖框F1至控制電路120，而影像處理電路124將圖框F1暫存至內部的一緩衝器中，並等到圖框F1完成傳送之後(例如，接收到下一個垂直同步訊號Vsync)，影像處理電路124開始量測圖框F1的圖框率(例如，48Hz)以供設定目前的圖框率(亦即，96Hz)，而在經過一段內部操作的延遲時間之後，控制電路120內的影像處理電路124依序輸出兩個圖框率為96Hz的圖框F1’。接著，影像產生電路110傳送圖框F2至控制電路120，而影像處理電路124將圖框F2暫存至內部的一緩衝器中，並等到圖框F2完成傳送之後影像處理電路124開始量測圖框F2的圖框率(例如，48Hz)以供設定目前的圖框率(亦即，96Hz)，而在經過一段內部操作的延遲時間之後，控制電路120內的影像處理電路124依序輸出兩個圖框率為96Hz的圖框F2’。類似地，影像產生電路110傳送圖框F3至控制電路120，而影像處理電路124將圖框F3暫存至內部的一緩衝器中，並等到圖框F3完成傳送之後影像處理電路124開始量測圖框F3的圖框率(例如，60Hz)以供設定目前的圖框率(亦即，120Hz)，而在經過一段內部操作的延遲時間之後，控制電路120內的影像處理電路124依序輸出兩個圖框率為120Hz的圖框F3’。如上所述，基於類似的操作，影像處理電路124在完整接收到圖框F4的內容之後再依序輸出兩個圖框率為120Hz的圖框F4，且在完整接收到圖框F5的內容之後再依序輸出兩個圖框率為96Hz的圖框F5’。

需注意的是，第8圖所示的實施例亦可應用第4、5圖所示之插入黑畫面的方法，亦即第8圖所示之輸出影像資料Dout中第一次出現的圖框F1’~F5’係被替換為如第4圖所示的黑畫面，或是如第5圖所示，當顯示面板130顯示第一次出現的圖框F1’~F5’時，背光控制模組128會產生控制訊號Vc以使得背光模組138操作在第一背光模式，亦即第一次出現的圖框F1’~F5’可以視為一黑畫面；而當顯示面板130顯示第二次出現的圖框F1’~F5’時，背光控制模組128會產生控制訊號Vc以使得背光模組138操作在第二背光模式，亦即顯示面板130係正常顯示第二次出現的圖框F1’~F5’。

需注意的是，在以上的實施例中係假設影像產生電路110所輸出的之影像資料Din的圖框率穩定低於控制電路120所支援之圖框率，故採用倍頻的方式來調整影像資料Din的圖框率以產生輸出影像資料Dout，以改善先前技術中所述之動態模糊的問題。然而，若是影像處理電路124判斷目前所接收之影像資料Din不符一倍頻標準，例如影像資料Din中有部分圖框的圖框率接近或高於控制電路120所支援之圖框率的一半，則影像處理電路124可以停止上述的倍頻操作，亦即輸出影像資料Dout的圖框率相同於影像資料Din的圖框率。

簡要歸納本發明，在本發明之應用於顯示面板的控制電路及控制方法中，透過根據影像資料的圖框率來將影像資料進行倍頻操作以產生輸出影像資料，並再透過插入黑畫面的操作，可以有效地降低液晶顯示面板在顯示上的動態拖影問題，以改善顯示品質。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。