具有可变刷新率的低功率显示设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明所描述的实施例总体涉及用于通过监测各种图像呈现过程并在可行的任 何时候动态降低设备的图像刷新率来降低设备显示器的功耗的装置与方法。
【背景技术】
[0002] 很多现代个人计算设备配置了高分辨率彩色液晶显示器（LCD)，其可采用开关薄 膜晶体管（TFT)和像素存储电容器、垂直和水平极化滤波器、滤色器、液晶层、发光二极管 (LED)背光系统等的复杂矩阵（例如有源矩阵）。如显示技术领域中的普通技术人员所理 解的，与其对应的无源矩阵寻址的TFT显示器（例如相似尺寸的无源矩阵显示器）相比，有 源矩阵寻址的TFT显示器通常显得更亮，呈现更清晰的图像，并表现出改善的响应时间。
[0003] 在这些有源矩阵IXD显示器中，可以对特定的列线充电以通过选择性地导通与一 个或多个对应像素地址（例如寻址到单个行线的像素）相关联的一个或多个TFT来沿着不 同的行线照亮单个显示器像素或多个显示器像素。在导通TFT时，可以沿着列线对对应的 像素存储电容器充电，以充分扭转像素的液晶来允许来自LED背光系统的光通过液晶层并 照亮像素。被照亮像素的颜色是由其应用的滤色器定义的。通过这种方式，可以通过向LCD 显示器中的特定列线供应电流、并因此供应电力来照亮各个像素。可以采用显示驱动器或 控制器来动态管理流向IXD显示器之内列线和/或对应行线中栅极TFT (例如导通/截止 TFT)中的每一者的电流。
[0004] 遗憾的是，在根据可以由设备制造商分配的实况刷新率（LRR)周期性地刷新显示 器呈现的图像时，LCD显示器会出现一种主要的功率耗用。可以由定时控制器实体驱动设备 显示器的默认LRR，由图形处理器单元（GPU)或主机系统的另一种指定片上系统（SoC)部件 静态配置定时控制器实体，以确保无论在设备上正执行什么图像呈现过程或在显示器上正 在（或将要）呈现什么图像内容，都在显示器处维持恒定的LRR。在很多不同类型的个人计 算设备中，针对设备LCD显示器的LRR都被标准化成50或60赫兹（Hz)的刷新率。然而， 随着近来出现了高清晰度（HD)三维（3D)显示系统，LRR已经增大到120Hz和240Hz。预计 这种趋势会继续，使得将来的显示技术可能具有300Hz或更高的LRR。
[0005] 设备显示器的LRR与其功耗成比例；针对特定显示器类型的LRR越高，显示器就会 消耗越多功率。这样一来，对于工作在消费电子设备显示器领域中的科学家和工程师而言， 设备显示器功耗是越来越大的感兴趣领域。很多具有有限、可耗尽电池寿命的便携式电子 设备（例如膝上型计算机、平板电脑、移动电话、电子书设备、音乐播放器等）能够执行不需 要LRR等于或超过50或60Hz的例行显示流程。在这些情形中，有利的是能够动态检测不 同的设备状态和/或不需要这样保守的LRR的显示器操作，并且然后相应地降低对应设备 的显示器刷新率，以使功耗最小化并扩展设备的移动性。
[0006] 例如，在一些情况下，可以控制设备显示器以呈现在已知一段时间内将不会变化 的单个图像帧。在这一确立的时间间隔期间，设备显示器可以处于被称为屏幕空闲模式的 模式中，这不需要显示屏图像刷新动作。然而，为了防止有害的"烧屏"以及限制显示器部件 的劣化，仍可能有必要在屏幕空闲模式期间刷新静态显示屏图像。这样一来，有益的是，能 够在很多情况下，包括上述情形下，将设备显示器的刷新率降低到低于设备的默认LRR。因 此，存在着对如下方案的需求：能够动态降低设备的显示器刷新率以使功耗最小化，而不会 降低用户的视觉体验。就此而言，希望能够补偿可能因为在降低的刷新率下操作显示器而 导致的亮度水平降低和其他视觉伪影。
【发明内容】
[0007] 本公开描述了用于响应于显示系统之内各种图形呈现操作确定而动态调节设备 显示器刷新率，以节省可耗尽设备资源的装置与方法。根据本公开的一些方面，可以在消 费电子设备（例如膝上型计算机、平板电脑、移动电话或音乐播放器设备）的液晶显示器 (LCD)处动态采用可变刷新率。
[0008] 在各方面中，消费电子设备可以包括具有一个或多个处理器的主机系统部分以及 具有定时控制器、缓冲电路、显示驱动器和显示面板的显示系统部分。在各种配置中，显示 系统可以从主机系统的图形处理器单元（GPU)或中央处理单元（CPU)接收图像数据和图 像控制数据，评估接收的图像控制数据以确定降低的刷新率（RRR)以在显示面板处采用， 并且然后在无论何时适用时使IXD从实况刷新率（LRR)过渡到RRR(例如在呈现图像数据 时），尝试节省功率并扩展设备移动性。
[0009] 根据一些方面，IXD显示系统的缓冲电路可以包括存储多个寄存器值的基准电压 库选择部件、多个运算放大器和用于缓冲所接收的图像数据的多个图像缓冲器。
[0010] 在一个方面中，可以配置缓冲电路以接收基准电压输入选择，将基准电压输入选 择与多个寄存器值进行比较，基于比较来选择目标基准电压值，并向LCD传输目标基准电 压值，以在LCD以降低的刷新率操作时改变LCD的发光度。
[0011] 在本公开的另一个方面中，在缓冲电路处，可以在耦接到缓冲电路的专用硬件管 脚处从显示定时控制器接收基准电压输入选择。
[0012] 在其他方面中，IXD的列驱动器可以包括用于从源GPU接收输入信号的前端电路 和用于向LCD显示面板诸如薄膜晶体管（TFT)面板输出基准电压的后端电路。此外，可以 配置列驱动器以从显示控制器接收至少一个输入信号，从至少一个输入信号确定一个或多 个设置，以及基于至少一个输入信号的一个或多个设置来关闭列驱动器的至少一部分。
[0013] 根据本公开的方面，可以接收一个或多个设置中的第一设置作为列驱动器的专用 硬件管脚处的输入信号。
[0014] 在本公开的另一个方面中，第一设置可以是被配置为关闭列驱动器的所有电路的 非协议设置。
[0015] 在一种情形中，一个或多个设置中的第二设置可以是不能关闭列驱动器的数字电 路部分的协议设置。
[0016] 根据本公开的另一个方面，LCD的定时控制器可以包括用于调节刷新率定时的时 钟电路、用于驱动LCD的缓冲电路的缓冲驱动电路，和用于控制LCD的显示面板的显示驱动 器的显示面板驱动电路。
[0017] 在一些方面中，可以配置定时控制器以从主机系统的GPU接收图像控制数据，评 估接收的图像控制数据，以确定用于显示面板的RRR，并且然后向LCD的一个或多个部件传 输与RRR相关联的显示控制信令信息，以影响向RRR的过渡。
[0018] 在本公开的另一个方面中，过渡到RRR是从50赫兹或更高的实况刷新率（LRR)过 渡到40赫兹或更低的RRR。
【附图说明】
[0019] 参考结合附图所作的以下描述可最佳地理解所述实施例及其优点。这些附图未必 是按比例绘制的，并且它们绝不是要意在限制或排除做出本公开时本领域的普通技术人员 可以在形式和细节上对其做出的可预见修改。
[0020] 图1示出了绘示根据本公开的各种实施例通过系统接口耦接的主机系统和显示 系统的框图。
[0021] 图2示出了绘示根据本公开的一些实施例被配置为驱动列驱动器（CD)以采用可 变刷新率的定时控制器（TCON)的显示系统图。
[0022] 图3示出了绘示根据本公开的一些具体实施采用降低的刷新率（RRR)的未补偿设 备显示器呈现和采用相同RRR的补偿设备显示器呈现两者的图示。
[0023] 图4示出了根据本公开的各种实施例的显示系统缓冲集成电路（IC)的框图。
[0024] 图5示出了根据本公开的一些实施例的能够利用专用硬件管脚选择目标输出电 压以从TCON接收输入的缓冲IC的库选择部件的框图。
[0025] 图6示出了根据本公开的各种实施例采用斜率控制逻辑部件以实现不同刷新率 之间的平滑过渡的缓冲IC的框图。
[0026] 图7示出了绘示根据本公开的一些具体实施在寄存器设置导致VCom跳跃模式时 的VCom斜率控制输出的图示。
[0027] 图8示出了绘示根据本公开的各种实施例在寄存器设置导致VCom斜变模式时的 VCom斜率控制输出的图示。
[0028] 图9示出了根据本公开的一些实施例采用输出偏置控制的缓冲IC的框图。
[0029] 图10示出了绘示根据本公开的各种具体实施用于补偿液晶显示器（LCD)处应用 RRR的过程的流程图。
[0030] 图11示出了绘示根据本公开的一些实施例用于补偿在IXD处应用RRR的另一过 程的流程图。
[0031] 图12示出了根据本公开的各种具体实施的显示系统的CD的框图。
[0032] 图13示出了根据本公开的各种具体实施的显示系统的CD的另一框图。
[0033] 图14示出了绘示根据本公开的各种具体实施的用于节省LCD的显示驱动器处的 功率的过程的流程图。
[0034] 图15示出了绘示根据本公开的一些实施例用于节省IXD的显示驱动器处的功率 的另一过程的流程图。
[0035] 图16示出了根据本公开的各种实施例的被配置为以可变刷新率驱动显示面板的 显示系统TCON的框图。
[0036] 图17示出了绘示根据本公开的一些具体实施用于在IXD显示面板处建立RRR的 过程的流程图。
[0037] 图18示出了绘示根据本公开的一些具体实施用于在IXD显示面板处建立RRR的 另一过程的流程图。
[0038] 图19示出了显示根据本公开的各种具体实施被配置为采用不同可变刷新率的 LCD显示器的操作的实例刷新率时序图。
[0039] 图20示出了显示根据本公开的各种实施例在第一刷新率和第二刷新率之间的过 渡期间的垂直消隐时间的另一刷新率时序图。
[0040] 图21示出了根据本公开的一些实施例在可变刷新率过渡过程期间的最优基准电 压输出曲线图。
[0041] 图22示出了绘示根据本公开的一些具体实施以RRR操作LCD时用于功率节省的 改进协议的曲线图。
【具体实施方式】
[0042] 在这一部分中描述用于在设备显示器处实施可变刷新率以降低消费电子设备功 耗的代表性实例。在一些配置中，可以在设备处采用各种显示器亮度和图像呈现补偿技术， 以消除或显著降低与以降低的刷新率（RRR)操作设备显示器（与以默认实况刷新率（LRR) 操作设备显示器相反）相关联的一个或多个负面效应（例如不希望的可见伪影的呈现）。 本公开描述了用于动态降低设备的显示器刷新率以实现以上目标以及实现本文进一步描 述的各种其他优点的几个实例。
[0043] 提供的实例意在向本公开的累积主题增加语境并辅助对其进行理解。在说明书中 提到" 一个实施例"、"实施例"、" 一些实施例"或"各种实施例"、"一种具体实施"、"具体实 施"、"一些具体实施"或"各种具体实施"等是表示可以在本公开的至少一个实施例中包括 结合示例性具体实施描述的一个或多个特定特征、一个或多个结构或一个或多个特性。在 说明书之内出现任意以上短语未必是指单一或相关的实施例或具体实施。此外，可以由处 理逻辑部件执行本文描述且在附图中示出的显示过程，处理逻辑部件包括硬件（例如图形 处理器电路、专用显示逻辑单元等）、软件（例如可以在个人计算设备处执行的程序代码） 或它们的任意组合。
[0044] 尽管下文就一种或多种顺序操作描述了各种显示器呈现过程，但应当理解，可以 按照不同的次序或并行地执行本文描述的顺序操作的任何部分而不脱离本公开的实质和 范围。例如，很多现代图形处理器被配置为并行地执行众多成像操作以改善显示系统的图 像数据吞吐量。此外，应显而易见的是，可以实践本公开中论述的实施例而有或没有本文描 述的一些特定细节。就此而言，可以对本文描述并在对应附图中例示的主题做出各种修改 和/或变更，以实现相似的优点和结果。因此，本公开的各种实施例和实例不应被解释为过 度限制性或包括全部。
[0045] 图1示出了绘示根据本公开的各种实施例通过系统接口 106耦接的主机系统102 和显示系统104的框图100