TWI781796B - 使用脈衝寬度調變的時序控制方法、時序控制器及顯示器 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種時序控制方法，用於一顯示面板。該時序控制方法包含根據多個RC時間常數、一更新時間和一目標電壓，計算一電壓差、對應於該顯示面板的多個顯示像素的多個處理時間和多個充放電時間；根據對應於該多個顯示像素的該多個處理時間和該多個充放電時間，產生一控制訊號；以及根據該電壓差，補償該顯示面板的一背光亮度。

Description

使用脈衝寬度調變的時序控制方法、時序控制器及顯示器

本發明係指一種使用脈衝寬度調變的時序控制方法、時序控制器及顯示器，尤指一種使用具有多個處理時間和多個充放電時間的控制訊號的時序控制方法、時序控制器及顯示器。

隨著顯示面板技術的進步，消費市場對高階顯示面板的需求也隨之增加。目前的高階顯示面板指的是可支援高幀率（Frame Rate）、高色彩深度及具備高解析度的大尺寸面板；例如，幀率（Frame Rate）為120Hz、色彩深度為10位元（即可顯示1024種灰階的色彩）及解析度為8K（即7680*4320平方像素）的超高畫質電視（Ultra High Definition Television， UHDTV）。

然而，當顯示面板的尺寸增加時，驅動器與顯示像素之間的訊號路徑增加，驅動器看到的負載阻抗也會增加，導致遠端負載需要較高的充電量才可達到目標電壓。在實際應用中，位於訊號路徑近端的顯示像素的亮度較高，而位於訊號路徑末端的顯示像素的亮度較低，導致了顯示面板的畫面亮度不均勻，故視覺表現不佳。因此，如何改善顯示面板的畫面亮度不均勻的問題，已成為本領域的重要課題之一。

本發明之一目的在於提供一種時序控制方法，用於一顯示面板。該時序控制方法包含根據多個RC時間常數、一更新時間和一目標電壓，計算一電壓差、對應於該顯示面板的多個顯示像素的多個處理時間和多個充放電時間；根據對應於該多個顯示像素的該多個處理時間和該多個充放電時間，產生一控制訊號；以及根據該電壓差，補償該顯示面板的背光亮度。

本發明之另一目的在於提供一種時序控制器，用於一顯示裝置。該時序控制器包含一處理器；以及一記憶體，耦接於該處理器，用來儲存一程式碼，該程式碼用來指示該處理器執行如上所述的時序控制方法。其中該時序控制器執行如上述的時序控制方法以產生該控制訊號到該顯示裝置的一源極驅動器。

本發明之另一目的在於提供一種顯示裝置，包含如上所述的顯示面板、一源極驅動器、一閘極驅動器以及如上所述的時序控制器。該源極驅動器耦接於該顯示面板，用來產生多個源極驅動訊號到該顯示面板。該閘極驅動器，耦接於該顯示面板，用來產生多個閘極驅動訊號到該顯示面板。該時序控制器耦接於該源極驅動器和該閘極驅動器，其中該時序控制器產生如上所述的該控制訊號到該源極驅動器，使該源極驅動器根據該控制訊號產生該多個源極驅動訊號到該顯示面板。

有別於傳統的控制訊號只有單一處理時間和單一充放電時間，本發明的控制訊號具有多個處理時間（或多個脈衝寬度）和多個充放電時間，使得位於訊號路徑不同位置的負載獲得相同的充放電量。如此一來，由於多個顯示像素在多個充放電時間內可獲得相同的充放電量，故本發明的時序控制方法、時序控制器及其顯示裝置可改善顯示面板的畫面亮度不均勻的問題。

圖1為根據本發明實施例的顯示裝置（顯示器）1的局部示意圖。顯示裝置1包含一時序控制器（Timing Controller）10、一源極驅動器（Source Driver）11、一閘極驅動器（Gate Driver）12以及一顯示面板13。顯示面板13較佳為液晶顯示面板，但不以此為限。時序控制器10耦接於源極驅動器11和閘極驅動器12，用來產生一控制訊號SC到源極驅動器11，以及產生一控制訊號GC到閘極驅動器12。源極驅動器11耦接於顯示面板13，用來根據控制訊號SC，產生多個源極驅動訊號S1…S5到顯示面板13。閘極驅動器12耦接於顯示面板13，用來根據控制訊號GC，產生多個閘極驅動訊號G1…G4到顯示面板13。顯示面板13的局部電路架構如圖1所示，並包含多個顯示像素PX、多條源極線以及多條閘極線，多個顯示像素PX沿著X、Y方向以矩陣排列。每個顯示像素PX包含一開關（例如電晶體）以及一顯示單元CLC；顯示單元CLC耦接於開關與一系統電壓VCOM之間。於其他實施例中，顯示面板13可以是解析度為m*n平方像素的面板，包含m*n個顯示像素PX、m條閘極線以及n條源極線，於此m、n是大於零的正整數。

多條源極線連接多個顯示像素PX的開關的源極，用來分別傳遞多個源極驅動訊號S1…S5。多條閘極線連接多個顯示像素PX的開關的閘極，用來分別傳遞多個閘極驅動訊號G1…G4，以分別導通多個顯示像素PX。舉例來說，如圖1所示，當閘極驅動訊號G1導通連接同一條閘極線的五個顯示像素PX時，源極驅動器11可依序輸入源極驅動訊號S1…S5到連接同一條閘極線的五個顯示像素PX，依序對五個顯示單元CLC充放電。用來傳遞源極驅動訊號S3的源極線與四個顯示像素PX的連接處為四個節點N1、N2、N3及N4。

圖2為控制訊號SC2、目標電壓VH、VL、近端節點電壓N12、遠端節點電壓N42的電壓對時間的示意圖。圖1的時序控制器10可產生控制訊號SC2到源極驅動器11，使得源極驅動器11產生源極驅動訊號S3。假設近端節點電壓N12是源極驅動訊號S3輸入到節點N1的電壓，而遠端節點電壓N42是源極驅動訊號S3輸入到節點N4的電壓。於控制訊號SC2中，每個顯示像素PX的更新時間為T，其中TA是源極驅動器11的處理時間，TB是顯示像素PX的充放電時間。在操作上，於處理時間TA內，當源極驅動器11偵測到控制訊號SC2的上升邊緣（Rising Edge）時，源極驅動器11進行數位-類比轉換來產生源極驅動訊號S3。接著，於充放電時間TB內，源極驅動訊號S3對顯示像素PX進行充放電，例如由目標電壓VL充電至目標電壓VH，或是由目標電壓VH放電至目標電壓VL。

由圖2可看出，近端節點電壓N12從目標電壓VL充電到目標電壓VH時間較短，而遠端節點電壓N42從目標電壓VL充電到目標電壓VH時間較長；放電時間也有類似的結果。由於負載阻抗會隨著訊號路徑的長度而增加，相較於近端顯示像素PX而言，故遠端顯示像素PX所需的充電量較大。為了解決訊號路徑末端的顯示像素PX的亮度較低的問題，傳統的作法是延長充放電時間TB，但是申請人注意到，此作法不僅會使得源極驅動器11 的工作時間延長而導致本身的功耗及溫度上升，也無法確切地解決近端及遠端充放電大小不一的問題。

圖3為另一控制訊號SC3、目標電壓VH、VL、另一近端節點電壓N13、另一遠端節點電壓N43的電壓對時間的示意圖。圖3的控制訊號SC3的更新時間為1/2*T，處理時間為TA，充放電時間為TC，其中1/2*T=TA+TC。比較圖3與圖2可看出，在處理時間TA不變的前提下，縮短充放電時間為TC，近端節點電壓N13雖然可以在充放電時間TC內被充電到目標電壓VH（或是被放電到目標電壓VL），但是遠端節點電壓N43卻無法在充放電時間TC內被充電到目標電壓VH（或是被放電到目標電壓VL），如此導致了LCD面板的畫面亮度不均勻的現象。在實際應用中，當更新率（Refresh Rate）提高時，顯示像素進行充放電的時間縮短；例如更新率從60赫茲提高到120赫茲，使得更新時間縮短一半，讓LCD面板的畫面亮度不均勻的現象變得顯著。

圖4為另一控制訊號SC4、目標電壓VH、VL、另一近端節點電壓N14、另一遠端節點電壓N44的電壓對時間的示意圖。圖4的控制訊號SC4的更新時間為1/2*T，處理時間為1/2*TA，充放電時間為TD，其中1/2*T=1/2*TA+TD。比較圖4與圖3可看出，在更新時間為1/2*T不變的前提下，縮短處理時間為1/2*TA，雖然遠端節點電壓N44較接近目標電壓VH，卻依舊無法在充放電時間TD內被充電到目標電壓VH（或是被放電到目標電壓VL）。

圖5為根據本發明實施例的控制訊號、目標電壓VH、VL、多個節點電壓D1、D2、D3、D4的電壓對時間的示意圖。於本發明實施例中，控制訊號具有固定的更新時間t，其中多個更新時間t包含多個處理時間ta1、ta2、ta3、ta4和多個充放電時間tb1、tb2、tb3、tb4。於本發明實施例中，第i個更新時間可表示為如下函數（1）： t=tai+tbi    （1）； 其中，1≦i≦m，m為連接到同一條源極線的顯示像素PX的數量（等於閘極線的數量）。於一實施例中，第i個顯示像素PX與源極驅動器11之間的距離正比於i的大小，i的大小反比於處理時間且i的大小正比於充放電時間；也就是說，距離源極驅動器11越遠的第i個顯示像素PX，其處理時間越短且充放電時間越長，故tai＞ta(i+1)且tbi＜tb(i+1)。於本發明實施例中，多個更新時間t的大小相等，即ti= t(i+1)。

進一步地，如下函數（2）描述了電阻電容（RC）電路的充電電容隨著時間充電的關係：

（2）； 其中，VC(tb)是對應於多個顯示像素PX（或顯示單元CLC）的多個即時充電電壓，tb是充放電時間，τ是RC時間常數，Vo是充電電壓。充電電壓Vo等於目標電壓的絕對值∣VH∣或∣VL∣扣除一電壓差dV的值，即Vo=∣VH∣-dV或Vo=∣VL∣-dV。

如下函數（3）描述了RC電路的電阻負載隨著時間放電的關係：

（3）； 其中，VR(ta)是對應於多條源極線的訊號路徑（即，電阻負載）的即時放電電壓，ta是處理時間，τ是RC時間常數，Vo是充電電壓。充電電壓Vo等於目標電壓的絕對值∣VH∣或∣VL∣扣除電壓差dV的值，即Vo=∣VH∣-dV或∣VL∣-dV。

經由實驗量測或模擬估算，可得到源極線的訊號路徑（即，電阻負載）中任意位置的RC時間常數，更新時間t為已知，目標電壓的絕對值∣VH∣或∣VL∣為已知，故可根據三個函數（1）、（2）和（3）推導出處理時間ta、充放電時間tb和電壓差dV等三個未知數。舉例來說，假設一條源極線連接到m個顯示像素PX1…PXm，經由實驗量測或模擬估算可得到對應於m個顯示像素PX1…PXm的m個RC時間常數τ1…τm。根據顯示面板13的解析度和更新率可計算出更新時間t，並且目標電壓的絕對值∣VH∣或∣VL∣為已知，故可根據三個函數（1）、（2）和（3）解出m個處理時間ta1…tam、m個充放電時間tb1…tbm和電壓差dV等數值。須注意的是，對於解析度為m*n的顯示畫面而言，m個處理時間ta1…tam和m個充放電時間tb1…tbm的總和不得大於整個畫面的一條源極線的更新時間，以符合畫面顯示的更新率。

如圖5所示，位於節點N1的節點電壓D1在充放電時間tb1內被充電到電壓（VH-dV），位於節點N2的節點電壓D2在充放電時間tb2內被放電到電壓（∣VL∣-dV），位於節點N3的節點電壓D3在充放電時間tb3內被充電到電壓（VH-dV），並且位於節點N4的節點電壓D4在充放電時間tb4內被放電到電壓（∣VL∣-dV）。因此，位於訊號路徑不同位置的顯示像素PX皆獲得相同的充放電量（VH-dV）或（∣VL∣-dV），使得顯示面板的畫面亮度均勻，視覺表現佳。

簡言之，有別於傳統的控制訊號只有單一處理時間和單一充放電時間，本發明的控制訊號具有多個處理時間和多個充放電時間，使得位於訊號路徑不同位置的負載（即m個顯示像素PX1…PXm）獲得相同的充放電量（即，VH-dV或∣VL∣-dV）。換一角度而言，傳統的控制訊號只有單一工作週期（Duty Cycle）或單一脈衝寬度（Pulse Width）；反觀本發明的控制訊號具有多個工作週期或多個脈衝寬度。如此一來，由於m個顯示像素PX1…PXm在m個充放電時間tb1…tbm內獲得相同的充放電量（即，VH-dV或∣VL∣-dV），故本發明可改善顯示面板的畫面亮度不均勻的問題。

圖6為根據本發明實施例的目標電壓VH、VL、多個節點電壓D1、D2、D3、D4的電壓對時間的示意圖。在低功率驅動器的應用中，由圖6可看出，多個充放電時間tb1、tb2、tb3、tb4對應的節點電壓D1、D2、D3、D4與目標電壓VH或VL的電壓差皆為dV。當節點電壓D1、D2、D3、D4的充電量皆相同時，對應的顯示像素PX即可得到相同的電荷量，雖然節點電壓D1、D2、D3、D4並未達到預定的目標電壓VH或VL，但只要根據電壓差dV來適度地調整顯示面板的背光亮度，即可彌補此顯示亮度的差異，使得顯示面板的畫面亮度均勻，視覺表現佳。

圖7為根據本發明實施例的控制流程的流程圖。時序控制器10包含一處理器；以及一記憶體，耦接於該處理器，用來儲存一程式碼。圖7的控制流程可編譯為該程式碼，用來指示時序控制器10的該處理器執行相關步驟，以產生控制訊號SC到源極驅動器11。控制流程包含以下步驟。

步驟71：根據多個RC時間常數、一更新時間和一目標電壓，計算一電壓差、對應於多個顯示像素的多個處理時間和多個充放電時間。

步驟72：根據對應於多個顯示像素的多個處理時間和多個充放電時間，產生一控制訊號。

步驟73：根據電壓差，補償顯示面板的一背光亮度。

於步驟71中，時序控制器10根據多個RC時間常數τ1…τm、更新時間t和目標電壓VH或VL，計算電壓差dV、對應於多個顯示像素PX的多個處理時間ta1…tam和多個充放電時間tb1…tbm。舉例來說，時序控制器10根據函數（1）、（2）和（3）、多個RC時間常數τ1…τm、更新時間t和目標電壓VH或VL，計算電壓差dV、對應於多個顯示像素PX的多個處理時間ta1…tam和多個充放電時間tb1…tbm。於步驟72中，時序控制器10根據對應於多個顯示像素PX的多個處理時間ta1…tam和多個充放電時間tb1…tbm，產生控制訊號SC。於步驟73中，時序控制器10根據電壓差dV，補償顯示面板13的背光亮度。因此，透過本發明圖7的控制流程，時序控制器10可產生具有多個工作週期或多個脈衝寬度的控制訊號SC，並補償（適度地調整）顯示面板13的背光亮度，以使得顯示面板的畫面亮度均勻，視覺表現佳。

在一實施例中，用於閘極驅動器12的控制訊號GC也可具有多個工作週期或多個脈衝寬度，以配合源極驅動器11的控制訊號SC，讓多個顯示像素PX可在適當的時序下被導通或關閉。具體而言，由於m個顯示像素PX的m個充放電時間tb1…tbm不同，故用於閘極驅動器12的控制訊號GC須在對應的時序來導通m個閘極通道。此外，閘極驅動器12也面臨了訊號路徑增加而負載阻抗增加的類似問題，遠端開關（電晶體）需要較高的導通電壓才可被導通，故應考量開關特性來補償用於閘極驅動器12的控制訊號GC。

綜上所述，有別於傳統的控制訊號只有單一處理時間和單一充放電時間，本發明的控制訊號具有多個處理時間（或多個脈衝寬度）和多個充放電時間，使得位於訊號路徑不同位置的負載獲得相同的充放電量。如此一來，由於多個顯示像素在多個充放電時間內可獲得相同的充放電量，故本發明的時序控制方法及其時序控制器可改善顯示面板的畫面亮度不均勻的問題。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。

1:顯示裝置 10:時序控制器 11:源極驅動器 12:閘極驅動器 13:顯示面板 71、72、73:步驟 CLC:顯示單元 D1、D2、D3、D4:節點電壓 dV:電壓差 GC、SC、SC2、SC3、SC4:控制訊號 G1…G4:閘極驅動訊號 N1、N2、N3、N4:節點 N12、N13、N14:近端節點電壓 N42、N43、N44:遠端節點電壓 PX:顯示像素 S1…S5:源極驅動訊號 T、t:更新時間 TA、ta1、ta2、ta3、ta4:處理時間 TB、TC、TD、tb1、tb2、tb3、tb4:充放電時間 VCOM:系統電壓 VH、VL:目標電壓 X、Y:方向

圖1為根據本發明實施例的顯示裝置（顯示器）的局部示意圖。 圖2為控制訊號、目標電壓、近端節點電壓、遠端節點電壓的電壓對時間的示意圖。 圖3為另一控制訊號、目標電壓、另一近端節點電壓、另一遠端節點電壓的電壓對時間的示意圖。 圖4為另一控制訊號、目標電壓、另一近端節點電壓、另一遠端節點電壓的電壓對時間的示意圖。 圖5為根據本發明實施例的控制訊號、目標電壓、多個節點電壓的電壓對時間的示意圖。 圖6為根據本發明實施例的目標電壓、多個節點電壓的電壓對時間的示意圖。 圖7為根據本發明實施例的控制流程的流程圖。

71、72、73:步驟

Claims (6)

1. 一種時序控制方法，用於一顯示面板，包含：根據多個RC時間常數、一更新時間和一目標電壓，計算一電壓差、對應於該顯示面板的多個顯示像素的多個處理時間和多個充放電時間；根據對應於該多個顯示像素的該多個處理時間和該多個充放電時間，產生一控制訊號；以及根據該電壓差，補償該顯示面板的一背光亮度；其中，該控制訊號具有多個更新時間，該多個更新時間中的第i個更新時間表示如下一第一函數：ti=tai+tbi；其中，1≦i≦m，ti是該多個更新時間中的第i個更新時間，tai是該多個處理時間中的第i個處理時間，且tbi是該多個充放電時間中的第i個充放電時間；其中，根據該多個RC時間常數、該更新時間和該目標電壓，計算該電壓差、對應於該顯示面板的多個顯示像素的該多個處理時間和該多個充放電時間的步驟包含：根據該第一函數、一第二函數、一第三函數、對應於該多個顯示像素的多個即時充電電壓、該多個RC時間常數以及一充電電壓，計算該多個充放電時間；其中該第二函數表示如下：VC(tb)=V ₀(1-e ^-tb/τ )；其中，VC(tb)是對應於該多個顯示像素的多個即時充電電壓，tb是該多個充放電時間中的一者，τ是該多個RC時間常數中的一者，Vo是一充電電壓；以及 該第三函數表示如下：VR(ta)=V ₀ * e ^-ta/τ )；其中，VR(ta)是對應於該顯示面板的多條源極線的訊號路徑的多個即時放電電壓，ta是該多個處理時間中的一者，τ是該多個RC時間常數中的一者，Vo是該充電電壓。
2. 如請求項1所述的時序控制方法，其中ti=t(i+1)，tai>ta(i+1)且tbi<tb(i+1)。
3. 如請求項1所述的時序控制方法，其中該充電電壓等於該目標電壓的絕對值扣除該電壓差的值。
4. 如請求項1所述的時序控制方法，其更包含：根據該顯示面板的一解析度和一更新率，計算該多個更新時間。
5. 一種時序控制器，用於一顯示裝置，包含：一處理器；以及一記憶體，耦接於該處理器，用來儲存一程式碼，該程式碼用來指示該處理器執行如請求項1至請求項4中任一項所述的時序控制方法。
6. 一種顯示裝置，包含：如請求項1所述的顯示面板；一源極驅動器，耦接於該顯示面板，用來產生多個源極驅動訊號到該顯示面板；一閘極驅動器，耦接於該顯示面板，用來產生多個閘極驅動訊號到該顯示面板；以及如請求項5所述的時序控制器，耦接於該源極驅動器和該閘極驅動器； 其中該時序控制器產生如請求項1所述的該控制訊號到該源極驅動器，使該源極驅動器根據該控制訊號產生該多個源極驅動訊號到該顯示面板。

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