TWI463473B - Method of generating control signal for compression response time - Google Patents

Description

壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法

本發明關於一種壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法，特別為一種應用於液晶顯示器中用以縮短液晶反應時間之畫面控制訊號產生方法。

近年來，隨著顯示器產業逐漸發展，不但顯示器之硬體製程技術逐漸發展成熟，相對的應用於顯示器的顯示技術也跟著不斷更新進步。例如目前已提出場色序顯示技術(Field Sequential Color,FSC)及高動態範圍顯示技術(High Dynamic Range,HDR)，用以改善顯示器之顯示畫面品質。

場色序顯示技術係藉由分別依序單獨顯示紅色子畫面、綠色子畫面及藍色子畫面，並且利用人眼視覺系統作用，將多種顏色的子畫面結合形成一彩色畫面。場色序顯示技術可在未使用彩色濾光片的情況下達到彩色顯示，不但能夠提高光效率、也可節省下濾光片的成本，進而降低液晶顯示器之製造成本。

但是由於彩色畫面的顯示速率是60赫茲，也就是每1秒鐘內顯示60個彩色畫面，才足以達到顯示連續彩色影像之目的，而每一個彩色畫面又需藉由依序顯示紅色子畫面、綠色子畫面及藍色子畫面而形成。換句話說每一個 彩色畫面僅有16.7毫秒的顯示時間，而每個子畫面也僅有5.6毫秒的顯示時間，但是單單是控制液晶旋轉以改變液晶的穿透率，就需耗費2~3毫秒或以上的時間，所以有需要改善液晶顯示器的顯示技術以縮短液晶的反應時間。

此外，由於場色序顯示技術為了使彩色畫面中的每一畫素的色彩資訊可被視覺系統完整重現，所以色彩資訊所包含的三原色色場需投射到視網膜上相同的位置，若是三原色色場在視網膜上投射至不同位置，並且被視覺系統察知，則使用者將看到色場分離錯位的畫面，此即稱為色分離(Color Break UP,CBU)現象。因為色分離現象會大幅降低顯示品質，因此色分離現象乃是場色序顯示技術必須改善的重要問題。

高動態範圍顯示技術則是根據畫面的明暗，分別調整畫面中每一顯示區域的背光亮度。例如，在需要顯示暗態畫面的顯示區域，採用較弱的背光或是直接關閉背光，以避免因液晶排列結構的不完美，或兩偏光片無法完美擋住大視角下側向背光而發生漏光的情形，藉此提高液晶顯示器的畫面對比度，並能達到低消耗功率之功效。

而液晶顯示器的控制訊號大多由左上角開始向右下角寫入，並使液晶旋轉至正確位置以改變液晶的穿透率，但是由於液晶的反應時間長，當控制訊號寫入後，需要經過一段時間液晶才會旋轉至正確位置，所以有可能發生左上角的液晶已旋轉到正確位置，但右下角的液晶卻尚未旋轉至正確位置，進而發生影像模糊及色彩顯示不正確的現象。因此若可以縮短液晶的反應時間，將可提高畫面更新頻率，並能進一步降低影像模糊的功效。

本發明為一種壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法，藉由將第二液晶控制訊號控制在第二液晶控制訊號範圍中，以將第二液晶控制訊號控制在反應時間較短的區域，並搭配適當的第二背光控制訊號以補償損失的背光亮度，藉此在縮短液晶反應時間的同時，亦可維持畫面之畫面品質。因為縮短了液晶的反應時間，所以可達到壓縮每個畫面的顯示時間並提高畫面更新頻率進而提升影像品質之功效。

為達上述目的，本發明提供一種壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法，其包括下列步驟：分析一輸入影像訊號，用以獲得每一色光之複數個第一液晶控制訊號及複數個第一背光控制訊號；產生一畫面之一第一參考液晶控制訊號；設定一第二液晶控制訊號範圍，並以第二液晶控制訊號範圍產生一第二參考液晶控制訊號；根據第一參考液晶控制訊號及第二參考液晶控制訊號產生一第二背光控制訊號；以及根據第二背光控制訊號產生每一畫素之一第二液晶控制訊號。

藉由本發明之實施，至少可以達到下列功效：

一、藉由縮短液晶的反應時間，以提高畫面的更新頻率，藉此降低影像模糊，或在色序型顯示器中降低色分離的現象。

二、藉由壓縮液晶的反應時間，以確定液晶可旋轉至預定的穿透率位置。

三、在壓縮液晶反應時間的情況下，可增加背光模組的開啟時間以提升亮度。

為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。

S111‧‧‧分析輸入影像訊號

S112‧‧‧產生第一參考液晶控制訊號

S113‧‧‧設定第二液晶控制訊號範圍，並產生第二參考液晶控制訊號

S114‧‧‧產生第二背光控制訊號

S115‧‧‧產生每一畫素之第二液晶控制訊號

10‧‧‧第一背光控制訊號

11‧‧‧第一液晶控制訊號

12‧‧‧第一參考液晶控制訊號

20‧‧‧第二液晶控制訊號範圍

21‧‧‧第二參考液晶控制訊號

30‧‧‧第二背光控制訊號

31‧‧‧第二液晶控制訊號

第1圖係為本發明之一種壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法之流程圖。

第2圖係為一種欲顯示彩色畫面之實施例圖。

第3圖為本發明之一種驅動電壓與液晶穿透率之關係圖。

第4圖為本發明之一種液晶灰階值與液晶穿透率之關係圖。

第5A圖為本發明之一種壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法之說明實施例圖一。

第5B圖為本發明之一種壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法之說明實施例圖二。

第1圖係為本發明之一種壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法之流程圖。第2圖係為一種欲顯示彩色畫面之實施例圖。第3圖為本發明之一種驅動電壓與液晶穿透率之關係圖。第4圖為本發明之一種液晶灰階值與液晶穿透率之關係圖。第5A圖為本發明之一種壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法之說明實施例圖一。第5B圖為 本發明之一種壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法之說明實施例圖二。

如第1圖所示，本實施例為一種壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法，其包括下列步驟：分析輸入影像訊號S111；產生第一參考液晶控制訊號S112；設定第二液晶控制訊號範圍，並產生第二參考液晶控制訊號S113；產生第二背光控制訊號S114；以及產生每一畫素之第二液晶控制訊號S115。

分析輸入影像訊號S111：如第2圖所示，其係為欲顯示之彩色畫面，其係藉由將一輸入影像訊號寫入液晶顯示器之訊號控制模組而顯示之，其中輸入影像訊號係包括有複數個第一背光控制訊號10及複數個第一液晶控制訊號11。

第一背光控制訊號10係用以控制每一色光於每一畫素之背光亮度灰階值，而第一液晶控制訊號11係用以控制每一色光於每一畫素之液晶灰階值。因此可藉由分析輸入影像訊號，而分別獲得每一色光於每一畫素中之第一背光控制訊號10及第一液晶控制訊號11，而其中之色光係可以為紅色光、綠色光及藍色光之組合。

舉例來說，若背光亮度為全亮，也就是說第一背光控制訊號10為背光亮度灰階值之最大值，若是使用8位元之控制訊號，則第一背光控制訊號10係為255。而在背光亮度為全亮的情況下，則可藉由控制每一畫素的畫素電晶體的驅動電壓，進而分別控制每一畫素中液晶之穿透率。

如第3圖所示，當驅動電壓為1.5伏時，液晶的穿透率為100%，當驅動電壓漸漸地增加，液晶的穿透率相對 的逐漸下降，而當驅動電壓增加至5~6伏時，液晶的穿透率則下降至0%。因此可控制驅動電壓而改變液晶的穿透率。

如第4圖所示，不同的穿透率則可對應到不同的液晶灰階值，所以可控制畫素電晶體的驅動電壓改變每一畫素所顯示之顏色，使顯示之顏色有亮暗之分。所以如果使用的控制訊號為8位元控制訊號，第一液晶控制訊號11的操作範圍則可介於0~255之間。

如第5A圖及第5B圖所示，其中第一背光控制訊號10及第二背光控制訊號30則為整個畫面的背光控制訊號，第一液晶控制訊號11及第二液晶控制訊號31則為畫面中每一畫素之液晶控制訊號。可藉由分析輸入影像訊號，而獲得畫面中每一色光的第一背光控制訊號10及每一畫素之第一液晶控制訊號11。

例如，紅色光的第一背光控制訊號10為255時，紅色光的第一液晶控制訊號11為250、248、246、262…等，綠色光的第一背光控制訊號10為255，綠色光的第一液晶控制訊號11為195、196、194、192…等，而藍色光的第一背光控制訊號10為255時，藍色光的第一液晶控制訊號11為92、93、93、95…等。

如第3圖及第4圖所示，由於第一液晶控制訊號11的操作範圍可介於0~255之間，所以如果希望使液晶穿透率由0%改變為100%，也就是使第一液晶控制訊號11由0改變至255，則至少需要將驅動電壓由5.3伏推向1.5伏，但此時液晶旋轉的反應時間相對於驅動電壓由3.5伏降至1.5伏時長上許多。因此，我們可將液晶操作在液晶 具有較短反應時間之區域，再藉由調變背光的亮度來補償畫面應有的亮度。

產生畫面之第一參考液晶控制訊號S112：可藉由分析畫面中所有的第一液晶控制訊號11，並產生一最大第一液晶控制訊號或一最小第一液晶控制訊號作為第一參考液晶控制訊號12。最大第一液晶控制訊號係為畫面中所有的第一液晶控制訊號11之最大值，而最小第一液晶控制訊號則為畫面中所有的第一液晶控制訊號11之最小值。

如第5A圖所示，若第一參考液晶控制訊號12為最大第一液晶控制訊號，而紅色光的第一參考液晶控制訊號12為250、綠色光的第一參考液晶控制訊號12為196，而藍色光的第一參考液晶控制訊號12為95。又若第一參考液晶控制訊號12為最小第一液晶控制訊號，例如第5B圖所示，紅色光的第一參考液晶控制訊號12為153、綠色光的第一參考液晶控制訊號12為110，而藍色光的第一參考液晶控制訊號12為69。

設定第二液晶控制訊號範圍，並產生第二參考液晶控制訊號S113：若第二液晶控制訊號31為8位元的控制訊號，也就是說，第二液晶控制訊號31可以操作在0~255間的範圍內，但是為了縮短液晶的反應時間，藉此縮短每一畫面的顯示時間並提高畫面的更新頻率，本實施例限制第二液晶控制訊號31只能操作在第二液晶控制訊號範圍20內，第二液晶控制訊號範圍20係為在0~255範圍間的其中一小段範圍，並且第二液晶控制訊號範圍20可依照欲顯示之彩色畫面的品質而選擇並改變。

舉例來說，如第5A圖及第5B圖所示，第二液晶 控制訊號範圍20可設定在0~160之間，或者可以設定在100~255間。而第二參考液晶控制訊號21係可以為一最大第二液晶控制訊號或一最小第二液晶控制訊號。由於0或255已經是第二液晶控制訊號31之極限值，所以當第二液晶控制訊號範圍20為0~160時，則取最大第二液晶控制訊號160作為第二參考液晶控制訊號21。同樣的，當第二液晶控制訊號範圍20為100~255時，則取最小第二液晶控制訊號100作為第二參考液晶控制訊號21。

產生第二背光控制訊號S114：由於將第二液晶控制訊號31限制在第二液晶控制訊號範圍20中操作，以縮短液晶的反應時間，藉此達到壓縮畫面顯示時間之功效。但是，由於液晶只操作在第二液晶控制訊號31的範圍內，所以會使得原本的背光亮度過暗或過亮，而無法達到原本輸入影像訊號所產生之彩色畫面之畫面品質。

因此為了配合第二液晶控制訊號範圍20，所以可根據第一參考液晶控制訊號12及第二參考液晶控制訊號21產生第二背光控制訊號30。第二背光控制訊號30係可根據下列方程式計算產生之：BL_HDR =(LC_REF1 /LC_REF2 )^r *BL_Full ---(1)

其中BL_HDR 為第二背光控制訊號30，LC_REF1 為第一參考液晶控制訊號12，LC_REF1 為第二參考液晶控制訊號21，r為伽瑪因子，而BL_Full 為第一背光控制訊號10，其中第一參考液晶控制訊號12可以為最大第一液晶控制訊號，而第二參考液晶控制訊號21可為最大第二液晶控制訊號，或者是第一參考液晶控制訊號12可以為最小第一液晶控制訊號，而第二參考液晶控制訊號21可為最小第二液晶 控制訊號。

如第5A圖所示，可將上述已知之各項數值代入第(1)式中，並且將伽瑪因子設為2，即可計算出畫面中紅色光之第二背光控制訊號30為623，綠色光之第二背光控制訊號30為383，而藍色光之第二背光控制訊號30為90。同樣的如第5B圖所示，經過計算後可知，紅色光之第二背光控制訊號30為597，綠色光之第二背光控制訊號30為309，而藍色光之第二背光控制訊號30為121。

雖然有部份的第二背光控制訊號30之背光亮度灰階值大於8位元控制訊號之最大值255，但可藉由現有之增強(Boosting)技術達到所需之功效。

產生每一畫素之第二液晶控制訊號S115：由於最後顯示之彩色畫面需與輸入影像訊號所產生之彩色畫面光強度相等，因此可根據已知的第二背光控制訊號30產生第二液晶控制訊號31，其中每一畫素之第二液晶控制訊號31係根據下列方程式計算產生之：LC_HDR =(BL_Full /BL_HDR )^1/r *LC_Full,pixel ---(2)

其中LC_HDR 為每一畫素之第二液晶控制訊號31，BL_Full 為第一背光控制訊號10，BL_HDR 為第二背光控制訊號30，r為伽瑪因子，而LC_Full,pixel 為每一畫素之第一液晶控制訊號11。此外，由於每一畫面之背光光源可能會相互影響，因此也可將第(2)式中的BL_Full 改為第一背光控制訊號10的光強度值，BL_HDR 改為第二背光控制訊號30的光強度值，藉此獲得更為準確及適當之第二液晶控制訊號31。

如第5A圖所示，第一背光控制訊號10係為255， 第二背光控制訊號30也已計算出來係如上所述，伽瑪因子為2，而紅色光之第一液晶控制訊號11為250、248、242、…、160、159…，綠色光之第一液晶控制訊號11為195、195、195、…、121、122…，而藍色光之第一液晶控制訊號11為92、91、84、…、82、81…，在代入第(2)式計算後，紅色光之第二液晶控制訊號31為160、159、155、…、102、102…，綠色光之第二液晶控制訊號31為159、159、159、…、99、100…，而藍色光之第二液晶控制訊號31為155、153、141、…、138、136…。

而如第5B圖所示，第一背光控制訊號10係為255，第二背光控制訊號30也已計算出來係如上所述，且伽瑪因子為2時，紅色光之第一液晶控制訊號11為250、248、242、…、160、159…，綠色光之第一液晶控制訊號11為195、195、195、…、121、122…，而藍色光之第一液晶控制訊號11為92、91、84、…、82、81…，在經過第(2)式計算後，紅色光之第二液晶控制訊號31為163、162、158、…、105、104…，綠色光之第二液晶控制訊號31為177、177、177、…、110、111…，而藍色光之第二液晶控制訊號31為134、132、122、…、119、118…。

因此，本實施例之壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法可應用於使用各種不同顯示技術之液晶顯示器中，藉由將第二液晶控制訊號31控制在第二液晶控制訊號範圍20中，並同時搭配第二背光控制訊號30顯示畫面，不但可使液晶具有較短的反應時間，並能維持原有之畫面品質，更能提高畫面的更新頻率以減少影像模糊或降低色序型液晶顯示器的色分離現象。

例如，本實施例之壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法可應用於場色序顯示技術中，藉由本實施例之方法分別產生紅色子畫面、綠色子畫面及藍色子畫面之畫面控制訊號，藉此壓縮每一子畫面的顯示時間，以增加畫面更新頻率，並可減少色分離現象之產生。

此外，本實施例之壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法亦可應用於高動態範圍顯示技術中來提升影像清晰度，如第2圖所示，藉由進一步將畫面分割為複數個顯示區域，以分別產生每一顯示區域的第一參考液晶控制訊號12，並設定第二液晶控制訊號範圍20並產生第二參考液晶控制訊號21，再分別根據每一顯示區域之第一參考液晶控制訊號12及第二參考液晶控制訊號21產生每一顯示區域之第二背光控制訊號30，以及根據每一顯示區域之第二背光控制訊號30產生每一畫素之第二液晶控制訊號31。

惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。

S111‧‧‧分析輸入影像訊號

S112‧‧‧產生第一參考液晶控制訊號

S113‧‧‧設定第二液晶控制訊號範圍，並產生第二參考液晶控制訊號

S114‧‧‧產生第二背光控制訊號

S115‧‧‧產生每一畫素之第二液晶控制訊號

Claims (10)

1. 一種壓縮反應時間之畫面控制訊號產生方法，其包括下列步驟：分析一輸入影像訊號，用以獲得每一色光的第一背光控制訊號及每一色光之複數個第一液晶控制訊號；產生一畫面之每一色光的一第一參考液晶控制訊號；設定一第二液晶控制訊號範圍，並根據每一色光的該第一參考液晶控制訊號及該第二液晶控制訊號範圍產生每一色光的一第二背光控制訊號，其中該第二液晶控制訊號範圍小於該些第一液晶控制訊號的操作範圍；以及根據每一色光的該第二背光控制訊號及每一色光的該第一背光控制訊號產生每一畫素之一第二液晶控制訊號，其中每一該畫素之該第二液晶控制訊號落在該第二液晶控制訊號範圍內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之畫面控制訊號產生方法，其中該些色光係包括一紅色光、一綠色光及一藍色光。
3. 如申請專利範圍第1項所述之畫面控制訊號產生方法，其中每一色光的該第一參考液晶控制訊號係為每一色光的該些第一液晶控制訊號中之一最大第一液晶控制訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之畫面控制訊號產生方法，其中每一色光的該第一參考液晶控制訊號係為每一色光的該些第一液晶控制訊號中之一最小第一液晶控制訊號。
5. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之畫面控制訊號產生方法，其中設定一第二液晶控制訊號範圍，並根據每一色光的該第一參考液晶控制訊號及該第二液晶控制訊號範圍產生每一色光的一第二背光控制訊號的步驟包含：根據該第二液晶控制訊號範圍產生一第二參考液晶控制訊號；以及根據每一色光的該第一參考液晶控制訊號及該第二參考液晶控制訊號產生每一色光的一第二背光控制訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之畫面控制訊號產生方法，其中該第二參考液晶控制訊號係為該第二液晶控制訊號範圍中之一最大第二液晶控制訊號。
7. 如申請專利範圍第5項所述之畫面控制訊號產生方法，其中該第二參考液晶控制訊號係為該第二液晶控制訊號範圍中之一最小第二液晶控制訊號。
8. 如申請專利範圍第5項所述之畫面控制訊號產生方法，其中該第二背光控制訊號，係根據下列方程式計算產生之：BL_HDR =(LC_REF1 /LC_REF2 )^r *BL_Full 其中BL_HDR 為該第二背光控制訊號，LC_REF1 為該第一參考液晶控制訊號，LC_REF2 為該第二參考液晶控制訊號，r為一伽瑪因子，而BL_Full 為該第一背光控制訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之畫面控制訊號產生方法，其中每一該畫素之該第二液晶控制訊號係根據下列方程式計算產生之：LC_HDR =(BL_Full /BL_HDR )^1/r *LC_Full,pixel 其中LC_HDR 為每一該畫素之該第二液晶控制訊號，BL_Full 為該第一背光控制訊號，BL_HDR 為該第二背光控制訊號，r為一伽瑪因子，而LC_Full,pixel 為每一該畫素之該第一液晶控制訊號。
10. 如申請專利範圍第5項所述之畫面控制訊號產生方法，其中每一該畫素之該第二液晶控制訊號係根據下列方程式計算產生之：LC_HDR =(BL_Full /BL_HDR )^1/r *LC_Full,pixel 其中LC_HDR 為每一該畫素之該第二液晶控制訊號，BL_Full 為該第一背光控制訊號，BL_HDR 為該第二背光控制訊號，r為一伽瑪因子，而LC_Full,pixel 為每一該畫素之該第一液晶控制訊號。