動態影像殘影(Motion blur)的產生原因

反應時間（response time）的定義就是在面板的同一點上，由全亮變為全暗，再由 全暗變成全亮的總時間。畫面從白色變成黑色過程中，其驅動電壓從低電壓變成高電 壓，此時所需時間就稱為上升時間Tr（rise time）；而畫面從黑色變成白色過程中，其 驅動電壓從高電壓變成低電壓，其所需時間就是下降時間Tf（fall time），如圖1.7所示。

[1-4]

圖1.7 TFT array cell 寫入與液晶Pixel反應之時間關係

Rise time

Fall time

Illumination Illumination

Illumination

frame n frame n+1

frame n-1

液晶顯示器有反應時間太長的問題是因為其以液晶分子的旋轉角度來控制光線的 灰階亮暗，而液晶分子旋轉時需要時間，LCD反應時間愈短則表示視訊轉換成畫面的時 間也愈短，則愈不易有殘影的情況產生。但其實這個黑白之間的反應時間，並不能滿足 人眼對影像顯示的感受；特別是顯現高速移動影像時，因為黑與白之間還存在著各種灰 階，顯示灰色時，液晶分子轉動的遲滯現象，使得灰階反應時間變長並且為非線性變化，

因此LCD的灰階反應時間的控制極為重要，這也是LCD產生殘影的主因。

以下圖1.8(b)的邊緣模糊寬度（Blurred-Edge-Width. BEW）即為液晶在黑白之間轉 態的反應時間(LC response time)太慢所產生的灰階顯示畫面，它可以定義為邊緣亮度變 化在10％到90％之間的寬度。BEW顯然和液晶材料的響應時間、TFT-LCD的保持時間 (Hold Type)、以及物體運動的速度有關。[1-4]

圖1.8(a) 原始(理想)圖像反應時間 圖1.8(b) 液晶反應太慢而產生邊緣模糊 對於慢速響應的LCD，BEW主要決定於液晶材料的響應速度和液晶像素的響應時 間，若像素電容C_LC<<儲存電容C_S，液晶像素響應較快。對於響應速度快的LCD，BEW 決定於TFT-LCD的保持(Hold-type)特性，Frame頻率提高，保持時間縮短，BEW成反比 減少。

傳統CRT映像管的顯示方式，是透過陰極射線管發射電子束來撞擊螢幕上塗布的螢 光物質，電子束的發射是採用脈衝方式（Impulse-Type），螢幕上的個別像素在收到電 子束的撞擊之後會被點亮，不過在脈衝波形達到需求點之後，馬上就會回到初始值，由 於電子束的撞擊是在非常短的時間內達成，因此人眼完全無法感覺到像素被點亮或熄滅 的過程。不過LCD面板本身不具有發光的能力，而是必須透過背光模組才能讓面板發 光，而透過液晶的角度旋轉來將光線曲射或遮蔽，使人眼感覺到畫面的點亮與變暗。由

於絕大部分背光模組都是採用持續式（Hold-Type）的驅動方式，因此除非關閉供電，

否則背光模組隨時都是處在發光的狀態，並不會隨著畫面的明暗而變化。

液晶的反應時間（Response Time）一直以來都是TFT-LCD的發展重點。因為若是反 應時間不夠快速，在液晶尚未到達應該達到的灰階準位時，就要展現下一個畫面（Frame）

所需的灰階，如此會產生所謂拖影的現象。於是廠商發展出所謂的Over-Driving（OD）

的技術，來提升液晶的反應時間。然而在液晶電視的應用上，對於動態畫面的需求卻更 是嚴苛的，不是只用Over-Driving的方法就可以達到。

TFT-LCD的液晶操作模式，給予每個畫素（Pixel）一個灰階準位，讓該畫素在一個 畫面的時間內，到達並維持該灰階準位，直到下一個畫面新的灰階準位充電到液晶電容 為止，這個被稱為持續式（Hold-Type）顯示。人眼之所以能看到一個個靜態自動連結 成為動態的畫面，是因為人眼具有視覺暫留的特性。一般而言，視覺暫留的最低限度大 約為每秒16個畫面，例如人們看電影時每秒顯示24個畫面，當前一畫面的影像還在腦海 中尚未消失前，新影像又被眼睛捕捉到進而在腦海中產生連續的感覺，這就是視覺暫留 的魔力。

在傳統CRT的脈衝式（Impulse Type）顯示下，由於前一個畫面出現在眼前的時間 只有短短的一瞬間，到下一個新的影像進入眼簾前，有足夠的時間釋放對前一個畫面的 印象，只保留足夠連結成動態影像的記憶，卻不會太過於清晰而造成對新影像的干擾，

所以不會發生動態模糊（Motion Blur）的現象。如圖1.9所示：[1-5]

圖1.9 LCD Hold-type display與CRT Impulse-type (資料來源：AUO)

但是在LCD維持式顯示模式下，由於在整個畫面的時間內，該影像都不會消失，所 以當新的影像進來後，眼睛對於前一個畫面的影像依然非常清晰，新舊影像重疊的結 果，以致會產生動態模糊的結果，如圖1.10所示：

圖1.10 Hold Type動態影像在人眼之成像示意圖 (資料來源：AUO)

當然，人類的視覺系統並不是如此單純的系統，除了視覺暫留外，很多實驗顯示，

人眼會隨著物體移動的方向去追蹤。由於在自然界，物體移動皆為連續動作，所以人眼 看來不會有特殊之處。但是LCD在持續式背光顯示模式下，物體卻是會在固定一個位置 停留一個畫面的時間後，跳躍到下一個位置再度停留一個畫面的時間。如此一來，人眼 隨著物體移動方向去追蹤，並把收到的畫面自動重疊，就會變成連續收到多次的畫面，

而這些畫面在顯示端其實是固定不動的，但是因為眼球的運動，而使得看到的畫面便會 模糊，如圖1.11所示。

圖1.11 動態影像與人眼成像模擬圖 (資料來源：AUO)

由於人眼具有視覺暫留及沿著物體移動軌跡的亮度進行積分的特性，使得動態畫面 在LCD這種持續式顯示模式下，會產生動態模糊的結果，如圖1.12所示。因此，要如何 克服甚至消除動態模糊，便成為LCD在動態影像顯示應用上的重點。[1-6]

圖1.12 左圖為CRT的動態顯示畫面；右圖則是LCD的動態模糊顯示畫面 (資料來源：AUO)