具有可變刷新率的低功率顯示設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明所描述的實施例總體涉及用于通過監測各種圖像呈現過程并在可行的任 何時候動態降低設備的圖像刷新率來降低設備顯示器的功耗的裝置與方法。
【背景技術】
[0002] 很多現代個人計算設備配置了高分辨率彩色液晶顯示器（LCD)，其可采用開關薄 膜晶體管（TFT)和像素存儲電容器、垂直和水平極化濾波器、濾色器、液晶層、發光二極管 (LED)背光系統等的復雜矩陣（例如有源矩陣）。如顯示技術領域中的普通技術人員所理 解的，與其對應的無源矩陣尋址的TFT顯示器（例如相似尺寸的無源矩陣顯示器）相比，有 源矩陣尋址的TFT顯示器通常顯得更亮，呈現更清晰的圖像，并表現出改善的響應時間。
[0003] 在這些有源矩陣IXD顯示器中，可以對特定的列線充電以通過選擇性地導通與一 個或多個對應像素地址（例如尋址到單個行線的像素）相關聯的一個或多個TFT來沿著不 同的行線照亮單個顯示器像素或多個顯示器像素。在導通TFT時，可以沿著列線對對應的 像素存儲電容器充電，以充分扭轉像素的液晶來允許來自LED背光系統的光通過液晶層并 照亮像素。被照亮像素的顏色是由其應用的濾色器定義的。通過這種方式，可以通過向LCD 顯示器中的特定列線供應電流、并因此供應電力來照亮各個像素。可以采用顯示驅動器或 控制器來動態管理流向IXD顯示器之內列線和/或對應行線中柵極TFT (例如導通/截止 TFT)中的每一者的電流。
[0004] 遺憾的是，在根據可以由設備制造商分配的實況刷新率（LRR)周期性地刷新顯示 器呈現的圖像時，LCD顯示器會出現一種主要的功率耗用。可以由定時控制器實體驅動設備 顯示器的默認LRR，由圖形處理器單元（GPU)或主機系統的另一種指定片上系統（SoC)部件 靜態配置定時控制器實體，以確保無論在設備上正執行什么圖像呈現過程或在顯示器上正 在（或將要）呈現什么圖像內容，都在顯示器處維持恒定的LRR。在很多不同類型的個人計 算設備中，針對設備LCD顯示器的LRR都被標準化成50或60赫茲（Hz)的刷新率。然而， 隨著近來出現了高清晰度（HD)三維（3D)顯示系統，LRR已經增大到120Hz和240Hz。預計 這種趨勢會繼續，使得將來的顯示技術可能具有300Hz或更高的LRR。
[0005] 設備顯示器的LRR與其功耗成比例；針對特定顯示器類型的LRR越高，顯示器就會 消耗越多功率。這樣一來，對于工作在消費電子設備顯示器領域中的科學家和工程師而言， 設備顯示器功耗是越來越大的感興趣領域。很多具有有限、可耗盡電池壽命的便攜式電子 設備（例如膝上型計算機、平板電腦、移動電話、電子書設備、音樂播放器等）能夠執行不需 要LRR等于或超過50或60Hz的例行顯示流程。在這些情形中，有利的是能夠動態檢測不 同的設備狀態和/或不需要這樣保守的LRR的顯示器操作，并且然后相應地降低對應設備 的顯示器刷新率，以使功耗最小化并擴展設備的移動性。
[0006] 例如，在一些情況下，可以控制設備顯示器以呈現在已知一段時間內將不會變化 的單個圖像幀。在這一確立的時間間隔期間，設備顯示器可以處于被稱為屏幕空閑模式的 模式中，這不需要顯示屏圖像刷新動作。然而，為了防止有害的"燒屏"以及限制顯示器部件 的劣化，仍可能有必要在屏幕空閑模式期間刷新靜態顯示屏圖像。這樣一來，有益的是，能 夠在很多情況下，包括上述情形下，將設備顯示器的刷新率降低到低于設備的默認LRR。因 此，存在著對如下方案的需求：能夠動態降低設備的顯示器刷新率以使功耗最小化，而不會 降低用戶的視覺體驗。就此而言，希望能夠補償可能因為在降低的刷新率下操作顯示器而 導致的亮度水平降低和其他視覺偽影。

【發明內容】

[0007] 本公開描述了用于響應于顯示系統之內各種圖形呈現操作確定而動態調節設備 顯示器刷新率，以節省可耗盡設備資源的裝置與方法。根據本公開的一些方面，可以在消 費電子設備（例如膝上型計算機、平板電腦、移動電話或音樂播放器設備）的液晶顯示器 (LCD)處動態采用可變刷新率。
[0008] 在各方面中，消費電子設備可以包括具有一個或多個處理器的主機系統部分以及 具有定時控制器、緩沖電路、顯示驅動器和顯示面板的顯示系統部分。在各種配置中，顯示 系統可以從主機系統的圖形處理器單元（GPU)或中央處理單元（CPU)接收圖像數據和圖 像控制數據，評估接收的圖像控制數據以確定降低的刷新率（RRR)以在顯示面板處采用， 并且然后在無論何時適用時使IXD從實況刷新率（LRR)過渡到RRR(例如在呈現圖像數據 時），嘗試節省功率并擴展設備移動性。
[0009] 根據一些方面，IXD顯示系統的緩沖電路可以包括存儲多個寄存器值的基準電壓 庫選擇部件、多個運算放大器和用于緩沖所接收的圖像數據的多個圖像緩沖器。
[0010] 在一個方面中，可以配置緩沖電路以接收基準電壓輸入選擇，將基準電壓輸入選 擇與多個寄存器值進行比較，基于比較來選擇目標基準電壓值，并向LCD傳輸目標基準電 壓值，以在LCD以降低的刷新率操作時改變LCD的發光度。
[0011] 在本公開的另一個方面中，在緩沖電路處，可以在耦接到緩沖電路的專用硬件管 腳處從顯示定時控制器接收基準電壓輸入選擇。
[0012] 在其他方面中，IXD的列驅動器可以包括用于從源GPU接收輸入信號的前端電路 和用于向LCD顯示面板諸如薄膜晶體管（TFT)面板輸出基準電壓的后端電路。此外，可以 配置列驅動器以從顯示控制器接收至少一個輸入信號，從至少一個輸入信號確定一個或多 個設置，以及基于至少一個輸入信號的一個或多個設置來關閉列驅動器的至少一部分。
[0013] 根據本公開的方面，可以接收一個或多個設置中的第一設置作為列驅動器的專用 硬件管腳處的輸入信號。
[0014] 在本公開的另一個方面中，第一設置可以是被配置為關閉列驅動器的所有電路的 非協議設置。
[0015] 在一種情形中，一個或多個設置中的第二設置可以是不能關閉列驅動器的數字電 路部分的協議設置。
[0016] 根據本公開的另一個方面，LCD的定時控制器可以包括用于調節刷新率定時的時 鐘電路、用于驅動LCD的緩沖電路的緩沖驅動電路，和用于控制LCD的顯示面板的顯示驅動 器的顯示面板驅動電路。
[0017] 在一些方面中，可以配置定時控制器以從主機系統的GPU接收圖像控制數據，評 估接收的圖像控制數據，以確定用于顯示面板的RRR，并且然后向LCD的一個或多個部件傳 輸與RRR相關聯的顯示控制信令信息，以影響向RRR的過渡。
[0018] 在本公開的另一個方面中，過渡到RRR是從50赫茲或更高的實況刷新率（LRR)過 渡到40赫茲或更低的RRR。
【附圖說明】
[0019] 參考結合附圖所作的以下描述可最佳地理解所述實施例及其優點。這些附圖未必 是按比例繪制的，并且它們絕不是要意在限制或排除做出本公開時本領域的普通技術人員 可以在形式和細節上對其做出的可預見修改。
[0020] 圖1示出了繪示根據本公開的各種實施例通過系統接口耦接的主機系統和顯示 系統的框圖。
[0021] 圖2示出了繪示根據本公開的一些實施例被配置為驅動列驅動器（CD)以采用可 變刷新率的定時控制器（TCON)的顯示系統圖。
[0022] 圖3示出了繪示根據本公開的一些具體實施采用降低的刷新率（RRR)的未補償設 備顯示器呈現和采用相同RRR的補償設備顯示器呈現兩者的圖示。
[0023] 圖4示出了根據本公開的各種實施例的顯示系統緩沖集成電路（IC)的框圖。
[0024] 圖5示出了根據本公開的一些實施例的能夠利用專用硬件管腳選擇目標輸出電 壓以從TCON接收輸入的緩沖IC的庫選擇部件的框圖。
[0025] 圖6示出了根據本公開的各種實施例采用斜率控制邏輯部件以實現不同刷新率 之間的平滑過渡的緩沖IC的框圖。
[0026] 圖7示出了繪示根據本公開的一些具體實施在寄存器設置導致VCom跳躍模式時 的VCom斜率控制輸出的圖示。
[0027] 圖8示出了繪示根據本公開的各種實施例在寄存器設置導致VCom斜變模式時的 VCom斜率控制輸出的圖示。
[0028] 圖9示出了根據本公開的一些實施例采用輸出偏置控制的緩沖IC的框圖。
[0029] 圖10示出了繪示根據本公開的各種具體實施用于補償液晶顯示器（LCD)處應用 RRR的過程的流程圖。
[0030] 圖11示出了繪示根據本公開的一些實施例用于補償在IXD處應用RRR的另一過 程的流程圖。
[0031] 圖12示出了根據本公開的各種具體實施的顯示系統的CD的框圖。
[0032] 圖13示出了根據本公開的各種具體實施的顯示系統的CD的另一框圖。
[0033] 圖14示出了繪示根據本公開的各種具體實施的用于節省LCD的顯示驅動器處的 功率的過程的流程圖。
[0034] 圖15示出了繪示根據本公開的一些實施例用于節省IXD的顯示驅動器處的功率 的另一過程的流程圖。
[0035] 圖16示出了根據本公開的各種實施例的被配置為以可變刷新率驅動顯示面板的 顯示系統TCON的框圖。
[0036] 圖17示出了繪示根據本公開的一些具體實施用于在IXD顯示面板處建立RRR的 過程的流程圖。
[0037] 圖18示出了繪示根據本公開的一些具體實施用于在IXD顯示面板處建立RRR的 另一過程的流程圖。
[0038] 圖19示出了顯示根據本公開的各種具體實施被配置為采用不同可變刷新率的 LCD顯示器的操作的實例刷新率時序圖。
[0039] 圖20示出了顯示根據本公開的各種實施例在第一刷新率和第二刷新率之間的過 渡期間的垂直消隱時間的另一刷新率時序圖。
[0040] 圖21示出了根據本公開的一些實施例在可變刷新率過渡過程期間的最優基準電 壓輸出曲線圖。
[0041] 圖22示出了繪示根據本公開的一些具體實施以RRR操作LCD時用于功率節省的 改進協議的曲線圖。
【具體實施方式】
[0042] 在這一部分中描述用于在設備顯示器處實施可變刷新率以降低消費電子設備功 耗的代表性實例。在一些配置中，可以在設備處采用各種顯示器亮度和圖像呈現補償技術， 以消除或顯著降低與以降低的刷新率（RRR)操作設備顯示器（與以默認實況刷新率（LRR) 操作設備顯示器相反）相關聯的一個或多個負面效應（例如不希望的可見偽影的呈現）。 本公開描述了用于動態降低設備的顯示器刷新率以實現以上目標以及實現本文進一步描 述的各種其他優點的幾個實例。
[0043] 提供的實例意在向本公開的累積主題增加語境并輔助對其進行理解。在說明書中 提到" 一個實施例"、"實施例"、" 一些實施例"或"各種實施例"、"一種具體實施"、"具體實 施"、"一些具體實施"或"各種具體實施"等是表示可以在本公開的至少一個實施例中包括 結合示例性具體實施描述的一個或多個特定特征、一個或多個結構或一個或多個特性。在 說明書之內出現任意以上短語未必是指單一或相關的實施例或具體實施。此外，可以由處 理邏輯部件執行本文描述且在附圖中示出的顯示過程，處理邏輯部件包括硬件（例如圖形 處理器電路、專用顯示邏輯單元等）、軟件（例如可以在個人計算設備處執行的程序代碼） 或它們的任意組合。
[0044] 盡管下文就一種或多種順序操作描述了各種顯示器呈現過程，但應當理解，可以 按照不同的次序或并行地執行本文描述的順序操作的任何部分而不脫離本公開的實質和 范圍。例如，很多現代圖形處理器被配置為并行地執行眾多成像操作以改善顯示系統的圖 像數據吞吐量。此外，應顯而易見的是，可以實踐本公開中論述的實施例而有或沒有本文描 述的一些特定細節。就此而言，可以對本文描述并在對應附圖中例示的主題做出各種修改 和/或變更，以實現相似的優點和結果。因此，本公開的各種實施例和實例不應被解釋為過 度限制性或包括全部。
[0045] 圖1示出了繪示根據本公開的各種實施例通過系統接口 106耦接的主機系統102 和顯示系統104的框圖100