TWI383371B - 時序控制器，顯示裝置與調整迦瑪電壓方法 - Google Patents

時序控制器，顯示裝置與調整迦瑪電壓方法 Download PDF

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Description

時序控制器，顯示裝置與調整迦瑪電壓方法
本發明是有關於一種顯示裝置之迦瑪電壓調整方法，且特別是有關於一種可隨動態畫面調整迦瑪電壓之方法的顯示裝置及時序控制器。
隨著顯示裝置(Display Device)的蓬勃發展，消費者對於顯示裝置的要求也愈來愈高，不但要求產品重量輕、體積小，同時也要求畫面色彩鮮豔、清晰明亮。針對現代人的需求，各家廠商皆開發出許多技術，來改善畫面呈現的品質。
以薄膜電晶體液晶顯示裝置(Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display，簡稱TFT-LCD)為例。圖1描繪習知階調參考電壓裝置之電路方塊圖。請參照圖1，習知階調參考電壓裝置主要是由一塊控制板(Control Board)11與源極驅動電路(Source Driver Integrated Circuit)12所組成。其中，控制板11包括了時序控制器(Timing Controller,TCON)113與串接電阻與緩衝單元(Resistance-string and Buffers)115。時序控制器113用以接收視訊資料(Video Data)，並輸出視訊資料同時搭配適當之控制訊號給源極驅動電路12。
圖2描繪習知串接電阻與緩衝單元之電路圖。圖3描繪習知固定式伽瑪曲線圖。請合併參考圖2與圖3，一般 傳統的TFT-LCD之階調參考電壓是由串接的電阻分壓而成，而階調參考電壓在串接電阻設定後是無法改變的。此外，傳統技術中又僅只以一組伽瑪特性曲線之階調電壓值提供給源極驅動電路12，接著再由源極驅動電路12輸出至面板21。
故依據上述可知，因串接電阻與緩衝單元(Resistance-string and Buffers)115之分壓電阻值已經固定，故導致伽瑪(Gamma)特性曲線為固定無法改變的。因此，源極驅動電路12不管任何畫面皆是使用如圖3之固定的伽瑪特性曲線作為調整，故而無法隨畫面之顯示特性作適當的伽瑪曲線調整。簡而言之，此架構之主要缺點為動態畫面下無法對於偏暗或偏亮之畫面作適當之補償，而此缺點會大幅降低顯示品質。
有鑒於此，面板的相關製造商莫不急於尋求適當的解決方式，以克服上述的問題。
本發明提供一種時序控制器，藉由分析視訊資料之明暗程度選擇不同之增益值將原始迦瑪電壓轉換成實際迦瑪電壓，藉以改善顯示品質。
本發明提供一種顯示裝置，隨著視訊資料之灰階分佈，調整迦瑪電壓，藉以增加顯示裝置之顯示品質。
本發明提供一種調整迦瑪電壓方法，依據視訊資料之灰階分佈選擇不同之增益值，再依據增益值將原始迦瑪電 壓轉換成實際迦瑪電壓，藉以改善過亮或過暗之畫面。
本發明提出一種時序控制器，包括資料分析器、增益處理器、原始迦瑪電壓產生器與運算單元。資料分析器動態分析視訊資料之畫面之灰階分佈藉以判別畫面暗或亮。增益處理器耦接於資料分析器，此增益處理器依據畫面暗或亮選用增益值。原始迦瑪電壓產生器提供原始迦瑪電壓。運算單元耦接於增益處理器與原始迦瑪電壓產生器，依據增益值與原始迦瑪電壓計算實際迦瑪電壓並提供給階調電壓產生器。
在本發明之一實施例中，其中階調電壓耦接時序控制器。階調電壓產生器依據實際迦瑪電壓產生階調電壓，用以將視訊資料映射轉換為驅動電壓。在另一實施例中，上述之時序控制器，其中資料分析器針對畫面之灰階分佈統計一個區域之暗灰階與一個區域之亮灰階所佔畫面之資料量比例，藉以判別畫面暗或亮。
本發明提出一種顯示裝置，包括資料分析器、增益處理器、原始迦瑪電壓產生器、運算單元、階調電壓產生器、驅動電路與面板。資料分析器動態分析視訊資料之畫面之灰階分佈藉以判別畫面暗或亮。增益處理器耦接於資料分析器，此增益處理器依據畫面暗或亮選用增益值。原始迦瑪電壓產生器提供原始迦瑪電壓。運算單元耦接於增益處理器與原始迦瑪電壓產生器，並依據增益值與原始迦瑪電壓計算實際迦瑪電壓。階調電壓產生器依據實際迦瑪電壓產生階調電壓。驅動電路耦接於階調電壓產生器，驅動電 路依據階調電壓將視訊資料映射轉換為驅動電壓。面板耦接於驅動電路，此面板接收驅動電壓藉以呈現畫面。
本發明提出一種調整迦瑪電壓方法包括下列步驟。步驟A，動態分析視訊資料之一畫面之灰階分佈藉以判別畫面暗或亮。步驟B，依據畫面暗或亮選用增益值。步驟C，提供原始迦瑪電壓。步驟D，依據增益值與原始迦瑪電壓計算實際迦瑪電壓。
在本發明之一實施例中，上述之調整迦瑪電壓方法，其中步驟A更包括下列步驟。針對畫面之灰階分佈統計一個區域之暗灰階與一個區域之亮灰階所佔畫面之資料量比例，藉以判別畫面暗或亮。
本發明因採用資料分析器分析視訊資料之灰階分佈，接著增益處理器選用一個增益值。運算單元依據增益值將原始迦瑪電壓轉換成實際迦瑪電壓。階調電壓產生器依據實際迦瑪電壓產生階調電壓。因此能隨著視訊資料之灰階分佈調整迦瑪電壓，以增加顯示品質。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖4A是依照本發明之第一實施例之一種時序控制器示意圖，圖4B是依照本發明之第一實施例之一種調整迦瑪電壓方法之流程圖，請同時參考圖4A與圖4B。時序控制器(Timing controller)30包括了資料分析器(Data Analyzer)40、增益處理器(Gain Processor)50、原始迦瑪電壓產生器(Original Gamma Voltage Generator)70與運算單元(Operator Unit)60。
首先，於步驟S401所述，由資料分析器40接收視訊資料，並動態分析視訊資料之畫面之灰階分佈藉以判別畫面暗或亮。接著，於步驟S402所述，由增益處理器50依據畫面暗或亮選用一增益值。之後，如步驟S403所述，由原始迦瑪電壓產生器70提供原始迦瑪電壓。最後，如步驟S404所述，運算單元60依據增益值與原始迦瑪電壓計算實際迦瑪電壓並提供給階調電壓產生器80。其中階調電壓產生器80依據實際迦瑪電壓產生階調電壓並輸出給驅動電路90。驅動電路90則依據階調電壓將視訊資料映射轉換為驅動電壓，藉以使面板100顯示畫面。
本實施例中，面板100以液晶面板(Liquid Crystal Display,LCD)為例說明之，在另一實施例中面板100也可是其他類型之面板，例如是有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，簡稱OLED)之面板或TFT-LCD等。如此一來即可使過亮的畫面變暗，並使過暗的畫面變亮。接下來則針對各個單元作更進一步詳細的說明。
請繼續參照圖4A，資料分析器40接收視訊資料後即分析畫面中之視訊資料之前30%與後30%之灰階資料所佔畫面(Frame)之資料量之比例。舉例來說，視訊資料之灰階若分為0~255階，則前30%之灰階資料則為0~76階(畫面較暗部分)，而後30%之灰階資料則為179~255 階(畫面較亮部分)。換言之即計算畫面中落於0~76階之資料量佔畫面之資料量之比例以判斷畫面偏暗程度，並計算畫面中落於179~255階之資料量佔畫面之資料量之比例以判斷畫面偏亮程度。以此方式來分析畫面暗或亮程度可大幅減少記憶體之使用，而不需統計出畫面中0~255階之灰階分佈情形。
在此值得一提的是，本實施例所舉例的「分析視訊資料之前30%與後30%之灰階資料所佔畫面之資料量之比例」僅是一特定實施例，本領域具有通常知識者也可依其需求將其改為「分析視訊資料之前20%與後20%之灰階資料所佔畫面之資料量之比例」、「分析視訊資料之前15%與後15%之灰階資料所佔畫面之資料量之比例」等等，故本發明不應當限定於此種特定實施例。而在另一實施例中，也可利用其他方式來實現判別畫面暗或亮，例如以亮度直方萃取(Luminance Histogram)技術，亦可得知視訊資料之灰階分佈情形藉以判別畫面暗或亮，在此則不予贅述。
接著，由增益處理器50依據畫面暗或亮來選用增益值G。若畫面之資料量大多落於前30%之灰階則選用負值之增益值G來作增益補償；若畫面之資料量大多落於後30%之灰階則選用正值之增益值G來作增益補償；若畫面之資料量之灰階分佈正常則不作增益補償。增益值G之大小可依據視訊資料之前30%與後30%之灰階資料所佔畫面之資料量之比例來決定之，例如可參照表一與表二來選用 增益值。
為了要避免增益值G過大或過小而造成畫面色彩失真，增益值G之範圍以(±10%)之間亮度補償效果會較佳。值得一提的是，雖然上述表一與表二已經對增益值G之選用表描繪出了一個可能的型態，但所屬技術領域中具 有通常知識者應當知道，各廠商對於增益值G之選用表都不一樣，因此本發明之應用當不限制於此種可能的型態。換言之，本領域具有通常知識者也可依其需求改變增益值G之選用表。
承接上述，增益處理器50將增益值G輸出給運算單元60。此外原始迦瑪電壓產生器70也提供原始迦瑪電壓給運算單元60。例如，原始迦瑪電壓包括了電壓V1~V10與共通電壓Vcom，其中電壓V1~V5為正極性之迦瑪電壓，V6~V10為負極性之迦瑪電壓，而其電壓大小依序為V1>V2>V3>V4>V5>Vcom>V6>V7>V8>V9>V10。而設計正極性之迦瑪電壓與負極性之迦瑪電壓之好處在於，可供面板100之液晶分子進行正負極性反轉之用。然而在本實施例中，原始迦瑪電壓雖然以10個電壓(V1~V10)與共通電壓Vcom為例進行說明之，在其他實施例中，本領域具有通常知識者也可將迦瑪電壓劃分成其他不同數目之電壓。
接著，運算單元60則依據增益值G與原始迦瑪電壓計算實際迦瑪電壓。例如依據原始迦瑪電壓V1~V5與下列公式(1)計算實際迦瑪電壓之正極性電壓。依據原始迦瑪電壓V6~V10與下列公式(2)計算實際迦瑪電壓之負極性電壓。
V’m=Vm+(Vm-Vcom-△Vp)×G………(1)
上述公式(1)中，V’m為實際迦瑪電壓之正極性電壓，Vm為原始迦瑪電壓之正極性電壓(本實施例中Vm分別為 為V1~V5)，Vcom為共通電壓，△Vp為補償電壓藉以補償饋通電壓(Through Voltage)，G為增益值。
V’n=Vn-(Vcom-Vn+△Vp)×G………(2)
上述公式(2)中，V’n為實際迦瑪電壓之負極性電壓，Vn為原始迦瑪電壓之負極性電壓(本實施例中Vn分別為為V6~V10)，Vcom為共通電壓，△Vp為補償電壓藉以補償饋通電壓，G為增益值。值得一提的是，上述公式(1)與公式(2)並非用以限制本發明。熟習本領域技藝者也可依其需求適當地調整公式(1)與公式(2)，藉以求得正極性與負極性之實際迦瑪電壓。
圖5A是依照本發明之第一實施例之一種正極性電壓之原始迦瑪電壓轉換成實際迦瑪電壓之示意圖。圖5B是依照本發明之第一實施例之一種負極性電壓之原始迦瑪電壓轉換成實際迦瑪電壓之示意圖。本實施例面板100是以白色為其常態(Normally White)為例進行說明之，亦即面板100之液晶分子不加電壓時，畫面呈現亮畫面。請先參照圖5A，曲線A1為正極性之原始迦瑪電壓。當增益值G為正值時，實際迦瑪電壓則會較原始迦瑪電壓為高，例如實際迦瑪電壓可為曲線B1。當增益值G為負值時，實際迦瑪電壓則會較原始迦瑪電壓為低，例如實際迦瑪電壓可為曲線C1。
請再參照圖5B，曲線A2為負極性之原始迦瑪電壓。當增益值G為正值時，實際迦瑪電壓則會較原始迦瑪電壓為低，例如實際迦瑪電壓可為曲線B2。當增益值G為負值 時，實際迦瑪電壓則會較原始迦瑪電壓為高，例如實際迦瑪電壓可為曲線C2。
本技術領域具有通常知識者也可視其需求，而依據本發明之精神與前述諸實施例之教示改變實施方式。例如，當面板100是以黑色為其常態(Normally Black)時，將偏暗畫面所使用之增益值改為正值，並將偏亮畫面所使用之增益值改為負值。
承接上述，運算單元60則將實際迦瑪電壓輸出給階調電壓產生器80。階調電壓產生器80則依據實際迦瑪電壓產生新的階調電壓以提供給驅動電路90將視訊資料轉換成驅動電壓。驅動電路90例如是源極驅動電路，驅動電路90透過內部之數位類比轉換電路(Digital Analog Converter)即可將視訊資料轉換成驅動電壓藉以驅動面板100。而面板100則用來以顯示畫面。換言之，本實施例依據視訊資料之暗或亮，將原始迦瑪電壓轉換成實際迦瑪電壓，並利用實際迦瑪電壓將視訊資料映射轉換成驅動電壓，藉以顯示畫面，因此可大幅提昇顯示品質。
本技術領域具有通常知識者也可視其需求，而依據本發明之精神與前述諸實施例之教示改變時序控制器30之架構。例如，圖6是依照本發明之第一實施例之另一種時序控制器示意圖，請參考圖6。其中資料分析器40、增益處理器50、運算單元60、原始迦瑪電壓產生器70、階調電壓產生器80、驅動電路90及面板100與圖4A之實施例相同，在此不再贅述。
承接上述，值得注意的是時序控制器31更包括了串列信號產生器(Serial Signal Generator)110。串列信號產生器110耦接於運算單元60與階調電壓產生器80之間。串列信號產生器110利用序列傳送方式將實際迦瑪電壓從運算單元60傳送至階調電壓產生器80。本領域具有通常知識者應當知道序列傳送方式僅是一特定實施例，在另一實施例中亦可使用其他傳輸方式傳遞實際迦瑪電壓，在此則不予贅述。如此一來亦可改善過暗與過亮畫面。
上述之圖4A之實施例雖然將資料分析器40、增益處理器50、運算單元60與原始迦瑪電壓產生器70配置於時序控制器30中，但本領域具有通常知識者也可依其需求將其配置於顯示裝置之任何地方，例如圖7是依照本發明之第二實施例之一種顯示裝置示意圖，請參照圖7。同樣地串列信號產生器110亦可隨之更動其配置位置，例如圖8是依照本發明之第二實施例之另一種顯示裝置示意圖，請參照圖8。如此一來亦可針對視訊資料之亮或暗程度，改善顯示品質。換言之，只要是依據視訊資料之暗或亮程度將原始迦瑪電壓轉換成實際迦瑪電壓以使過暗或過亮之畫面得到補償，就已經是符合了本發明的精神所在。
綜上所述，本發明之實施例至少具有下列優點：
1.將資料分析器、增益處理器、原始迦瑪電壓產生器與運算單元配置於時序控制器中可利用較低成本之數位電路來改善過暗或過亮畫面，如此一來可大幅節省成本。
2.依據視訊資料之暗或亮程度將原始迦瑪電壓轉換成實際迦瑪電壓，如此一來則在不需對視訊資料進行調整的情況下，即可改善畫面過暗或過亮之問題。
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，任何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，當可作些許之更動與潤飾，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。
11‧‧‧控制板
12‧‧‧源極驅動電路
30、31、113‧‧‧時序控制器
115‧‧‧串接電阻與緩衝單元
21、100‧‧‧面板
40‧‧‧資料分析器
50‧‧‧增益處理器
60‧‧‧運算單元
70‧‧‧原始迦瑪電壓產生器
80‧‧‧階調電壓產生器
90‧‧‧驅動電路
110‧‧‧串列信號產生器
V1~V10‧‧‧原始迦瑪電壓
V’1~V’10‧‧‧實際迦瑪電壓
A1、A2、B1、B2、C1、C2‧‧‧曲線
S401~S404‧‧‧本發明之第一實施例之一種調整迦瑪電壓方法之各步驟
圖1描繪習知階調參考電壓裝置之電路方塊圖。
圖2描繪習知串接電阻與緩衝單元之電路圖。
圖3描繪習知固定式伽瑪曲線圖。
圖4A是依照本發明之第一實施例之一種時序控制器示意圖。
圖4B是依照本發明之第一實施例之一種調整迦瑪電壓方法之流程圖。
圖5A是依照本發明之第一實施例之一種正極性電壓之原始迦瑪電壓轉換成實際迦瑪電壓之示意圖。
圖5B是依照本發明之第一實施例之一種負極性電壓之原始迦瑪電壓轉換成實際迦瑪電壓之示意圖。
圖6是依照本發明之第一實施例之另一種時序控制器示意圖。
圖7是依照本發明之第二實施例之一種顯示裝置示意圖。
圖8是依照本發明之第二實施例之另一種顯示裝置示意圖。
30‧‧‧時序控制器
100‧‧‧面板
40‧‧‧資料分析器
50‧‧‧增益處理器
60‧‧‧運算單元
70‧‧‧原始迦瑪電壓產生器
80‧‧‧階調電壓產生器
90‧‧‧驅動電路

Claims (12)

  1. 一種時序控制器，包括：一資料分析器，動態分析一視訊資料之一畫面之灰階分佈藉以判別該畫面暗或亮；一增益處理器，耦接於該資料分析器，依據該畫面暗或亮選用一增益值；一原始迦瑪電壓產生器，提供一原始迦瑪電壓；以及一運算單元，耦接於該增益處理器與該原始迦瑪電壓產生器，依據該增益值與該原始迦瑪電壓計算一實際迦瑪電壓並提供給一階調電壓產生器，其中，該運算單元依據公式V’m=Vm+(Vm-Vcom-△Vp)×G計算該實際迦瑪電壓之正極性電壓，其中V’m為該實際迦瑪電壓之正極性電壓，Vm為該原始迦瑪電壓之正極性電壓，Vcom為一共通電壓，△Vp為一補償電壓，G為該增益值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之時序控制器，其中該階調電壓產生器耦接該時序控制器，該階調電壓產生器依據該實際迦瑪電壓產生一階調電壓，用以將該視訊資料映射轉換為一驅動電壓。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之時序控制器，其中更包括一串列信號產生器，耦接於該運算單元與該階調電壓產生器之間，該串列信號產生器利用序列傳送方式將該實際迦瑪電壓從該運算單元傳送至該階調電壓產生器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之時序控制器，其中該 資料分析器針對該畫面之灰階分佈統計一區域之暗灰階與一區域之亮灰階所佔該畫面之資料量比例，藉以判別該畫面暗或亮。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之時序控制器，其中該運算單元依據公式V’n=Vn-(Vcom-Vn+△Vp)×G計算該實際迦瑪電壓之負極性電壓，其中V’n為該實際迦瑪電壓之負極性電壓，Vn為該原始迦瑪電壓之負極性電壓，Vcom為一共通電壓，△Vp為一補償電壓，G為該增益值。
  6. 一種顯示裝置，包括：一資料分析器，動態分析一視訊資料之一畫面之灰階分佈藉以判別該畫面暗或亮；一增益處理器，耦接於該資料分析器，依據該畫面暗或亮選用一增益值；一原始迦瑪電壓產生器，提供一原始迦瑪電壓；一運算單元，耦接於該增益處理器與該原始迦瑪電壓產生器，依據該增益值與一原始迦瑪電壓計算一實際迦瑪電壓；一階調電壓產生器，依據該實際迦瑪電壓產生一階調電壓；一驅動電路，耦接於該階調電壓產生器，該驅動電路依據該階調電壓將該視訊資料映射轉換為一驅動電壓；以及一面板，耦接於該驅動電路，該面板接收該驅動電壓藉以呈現畫面， 其中，該運算單元依據下列公式V’m=Vm+(Vm-Vcom-△Vp)×G計算該實際迦瑪電壓之正極性電壓，其中V’m為該實際迦瑪電壓之正極性電壓，Vm為該原始迦瑪電壓之正極性電壓，Vcom為一共通電壓，△Vp為一補償電壓，G為該增益值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之顯示裝置，其中更包括一串列信號產生器，耦接於該運算單元與該階調電壓產生器之間，該串列信號產生器利用序列傳送方式將該實際迦瑪電壓從該運算單元傳送至該階調電壓產生器。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之顯示裝置，其中該資料分析器針對該畫面之灰階分佈統計一區域之暗灰階與一區域之亮灰階所佔該畫面之資料量比例，藉以判別該畫面暗或亮。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之顯示裝置，其中該運算單元依據公式V’n=Vn-(Vcom-Vn+△Vp)×G計算該實際迦瑪電壓之負極性電壓，其中V’n為該實際迦瑪電壓之負極性電壓，Vn為該原始迦瑪電壓之負極性電壓，Vcom為一共通電壓，△Vp為一補償電壓，G為該增益值。
  10. 一種調整迦瑪電壓方法，包括下列步驟：動態分析一視訊資料之一畫面之灰階分佈藉以判別該畫面暗或亮；依據該畫面暗或亮選用一增益值；提供一原始迦瑪電壓；以及依據該增益值與一原始迦瑪電壓計算一實際迦瑪電 壓，其中，依據該增益值與該原始迦瑪電壓計算該實際迦瑪電壓包括下列步驟：依據公式V’m=Vm+(Vm-Vcom-△Vp)×G計算該實際迦瑪電壓之正極性電壓，其中V’m為該實際迦瑪電壓之正極性電壓，Vm為該原始迦瑪電壓之正極性電壓，Vcom為一共通電壓，△Vp為一補償電壓，G為該增益值。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之調整迦瑪電壓方法，其中動態分析該視訊資料之該畫面之灰階分佈藉以判別該畫面暗或亮更包括下列步驟：針對該畫面之灰階分佈統計一區域之暗灰階與一區域之亮灰階所佔該畫面之資料量比例，藉以判別該畫面暗或亮。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之調整迦瑪電壓方法，其中依據該增益值與該原始迦瑪電壓計算該實際迦瑪電壓更包括下列步驟：依據公式V’n=Vn-(Vcom-Vn+△Vp)×G計算該實際迦瑪電壓之負極性電壓，其中V’n為該實際迦瑪電壓之負極性電壓，Vn為該原始迦瑪電壓之負極性電壓，Vcom為一共通電壓，△Vp為一補償電壓，G為該增益值。
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