CN101751872B - 具有非均匀背光板液晶显示器均匀度补偿方法及该显示器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种具有非均匀背光板液晶显示器均匀度补偿方法。藉由选择所有晶胞均能达成的一个统一标准作为「虚拟基本色」，并计算出各晶胞与虚拟基本色间三色刺激值的关系，记录作为补偿资料。当显示器运作时，所有输入的影像讯号将依照施加的晶胞位置，分别以晶胞的补偿资料运算子运算转换，获得对应晶胞的补偿影像讯号。由此，所有晶胞在对应相同影像讯号时，可表现出相同色度与亮度，保持显示器的整体呈现色度与亮度均匀。甚至可将整条生产线的产品均定义至相同的虚拟基本色，使所有显示器产品品质齐一。

Description

具有非均匀背光板液晶显示器均匀度补偿方法及该显示器

【技术领域】

本发明涉及一种显示器均匀度补偿方法，特别是一种具有非均匀背光板液晶显示器均匀度补偿方法及该显示器。

【背景技术】

液晶显示器主要包含后方的背光板及前方的液晶模组，由于液晶显示器的影像显示是利用背光板中的背光照射穿透前方的彩色滤光片(color-filter)，使得对应于更前方液晶模组各液晶阀(liquid-crystal valve)位置处分别形成红、绿、蓝三个基本色原素(primary color)；再利用电信号控制各液晶阀前后两侧电极间的电压而改变介于其间液晶的光通透率大小，为便于说明起见，此处称每一液晶阀为一个次晶胞，而将三个次晶胞处分别通过的红光、绿光、蓝光混合成一个所谓的彩色像素(color pixel)，集合各像素位置所能透射而显现的亮度与色度，即构成整幅画面。

由于彩色滤光片(color-filter)的色彩是利用染料透色原理所制而成，其红、绿、蓝三个基本色的透光频谱T(λ)(transmittance spectrum)如图1所示，其具有良好的再现性，使得整片滤光片透光均匀。其中标示R的为红色基本色透光频谱，标示G为绿色透光频谱，标示B为蓝色的透光频谱。因为LCD是利用透过红、绿、蓝三片color-filter的三个基本色而在各晶胞位置处构成各种彩色的像素，因此其背光皆必须采用白光。

另方面，由于彩色区域控制(local color dimming control)技术的发展，近年来，背光板的三个基本色也可随着画面色彩而有不同的亮度变化。由于LED的发光效率提高及成本降低，且以LED为背光源，更可采用区域亮度控制以提高对比度(Contrast ratio)，亦可利用RGB LED提高色域范围而超过NTSC的标准，减少动画模糊感(Moving Blur)，减小电力功耗以及超薄的厚度设计，以及无环境污染等多项好处。因此，利用LED做为LCD显示器的背光板的光源已渐被市场所广泛重视与接纳。

利用LED为光源可分为两种方法，其一为使用蓝光LED激发萤光粉而放出波长较长光束成分，以合成白光的白光LED；另一方法为直接使用RGB三色LED晶片组合形成白光的LED。然而，不论以上何者所产生的白光，在相异LED间，皆有色度及亮度不均匀的问题。例如，以蓝光LED晶粒激发萤光粉混合成白光时，由于其蓝光的波长及萤光粉的成份、比例、混合状态，皆会影响其白光的色度及亮度，使得同型产品中，部分白光LED发光较偏黄，部分则较偏蓝；如果以其色座标分类，其范围约在0.26～0.36中间漂移。

同样地，以RGB三色LED晶粒合成白光时，由于各晶粒的基本色的色座标不同，各晶胞所混合发出的白光的色座标也有所差异。虽然如申请人所拥有的中国台湾公告号为480879的「补偿彩色显示器色彩不均匀的方法」专利案中，已经揭示在使用RGB三色LED作为白光光源时，可以调整个别RGB至不同亮度分布，而使合成的光在各像素处色度及亮度均相近。

承上述，由于各个别光源的色度及亮度仍有所不同，使得背光源即使经过扩散片(diffuser)后，仍未必能提供全画面均匀的光照。若以液晶模组中第i个晶胞的主要背光源为LEDi，而第i+1个晶胞主要背光源为LEDi+1。当LEDi发光成分较偏红色，而LEDi+1则较偏蓝色，且为便于说明，此处将影像讯号强度定为介于0～1之间，0表示光阀全关，1表示光阀全开。则当需要显示全白画面时，提供至各晶胞的影像讯号(S_r、S_g、S_b)_i大小均为(1.0，1.0，1.0)，表示红、绿、蓝三个次晶胞的光阀均为全开。由于LEDi偏红，因此该晶胞位置所显示的像素i也将偏红，而LEDi+1偏蓝，因此像素i+1也将偏蓝，所以整个画面的色度及亮度将不均匀。

尤其依照目前实务，为减小LED驱动电路的成本及结构成本，一种常见电路如图2所示，以大于所有串联LED总正向偏压的驱动电压VDD，同时串联驱动多颗LED(无论萤光白光LED或RGB LED)。本例中，驱动电流Is为定电流源(constant current source)，由一组控制电路在介于0～1之间调控定电流源的任务周期比(duty-cycle ratio)而输出不同大小的PWM(pulse-widthmodulation)讯号，以同步致能整串LED发光，并藉此调整该串LED的亮度。

然而，此种驱动方式下，整串LED的有效发光电流仅能介于0～Is间的某单一数值，虽可降低成本，但该串LED的色度及亮度无法个别调整。因此当该串LED中的个别LED色度及亮度不均匀时，无法应用申请人所拥有的上述技术进行补偿，造成LCD显示幕上的各个像素的色度及亮度不均匀。

要改善上述不均匀现象，目前唯一的方法，是逐一对所有LED晶粒进行色度及亮度的筛选(sorting)；尤其人眼对于亮度与色度的区别能力相当好，要达到让一般人视觉无法明显区别亮度与色度不均匀的水准，分类必须相当细致：若作为背光的LED是使用蓝光激发萤光粉结构，其色度分类(bin)需在20种以上，而亮度分类在5种以上，两种条件相乘，总分类数可能达到100种；如果是以红、绿、蓝三色LED晶粒组合构成白光的结构，则每个基本色的色度与亮度分类皆需被区别为大约30种，三色相加所得的总分类数也在约100种。

当背光晶粒或晶胞的分类如此众多，无论是储备原料或进货管理，都会对库存造成重大困扰，相对地，此种采购与管理的麻烦，也会变相大幅增加制造成本，使工时无谓提高，产品价格暴增；更严重的困扰是：每一台LCD显示器「本身」的亮度与色度虽然均匀，但在卖场等处陈列时，即使同一品牌的两台显示器并列，仍可能因所选用背光LED的分类不同，使彼此的色度及亮度有所差异，不仅造成成品管上的一大问题，也不免让消费者怀疑产品的品质。

因此，业者莫不期待有适当解决方案，不仅确保产品本身亮度与色度均匀，也保证各显示器彼此具有相同亮度与色度；尤其可采用不同亮度与色度的LED晶粒作为背光光源，不需严密分类，更可提高制造弹性而降低挑选成本。

【发明内容】

本发明目的之一，在于提供一种可以确保液晶显示器本身亮度与色度均匀性的具有非均匀背光板液晶显示器均匀度补偿方法。

本发明另一目的，在于提供一种可以确保各液晶显示器产品间，彼此亮度与色度维持相同水准，所有产品品质整齐画一的具有非均匀背光板液晶显示器均匀度补偿方法。

本发明再一目的，在于提供一种可以大幅降低作为背光光源的LED晶粒的分类数目，甚至无须分类，从而增大选料弹性的具有非均匀背光板液晶显示器均匀度补偿方法。

本发明又一目的，在于提供一种即使所用背光板的亮度与色度不均匀，仍可确保所呈现画面的亮度与色度均匀的液晶显示器。

本发明又另一目的，在于提供一种可采用亮度与色度不均匀的背光板，仍可使产品画面呈现的亮度与色度保持均匀，从而增加原料选择弹性，降低生产成本的液晶显示器。

故本发明揭示的具有非均匀背光板液晶显示器均匀度补偿方法，其中液晶显示器包括一组非均匀背光板，一组位于背光板出光侧、包括多个光通透率可改变的晶胞、以显示由多个像素构成的画面、且所述晶胞是被区分为多个调整区域的液晶模组，一组用以控制上述每一晶胞个别光通透率的控制装置，及一组储存有多个依照背光板照射调整区域的亮度与色度分布，而对应使每一上述调整区域透光亮度及色度分布均一化的补偿资料的记忆装置，且该方法包括下列步骤：a)接收来自一个影像源、包括多个用以指令所有上述晶胞个别光通透率的影像讯号的影像资料；b)将影像资料中的影像讯号分别依照所对应的调整区域，依照补偿资料加权运算，获得包括多个分别对应上述每一晶胞的补偿影像讯号的补偿影像资料；及c)依照补偿影像讯号，决定液晶模组中的上述晶胞个别光通透率。

而本发明所揭示的液晶显示器包括：一组非均匀背光板；一组位于背光板出光侧、包括多个光通透率可改变且分别具有多个次晶胞的晶胞、以显示由多个像素构成的画面、且该等晶胞是被区分为多个调整区域的液晶模组；一组储存有多个依照背光板照射调整区域的亮度与色度分布，而对应使每一上述调整区域透光亮度及色度分布均一化的补偿资料的记忆装置；及一组用以控制上述每一晶胞个别光通透率、并把来自一个影像源、包括多个用以指令所有上述晶胞个别光通透率的影像讯号的影像资料中的影像讯号分别依照所对应的调整区域，依照补偿资料加权运算，决定液晶模组中的上述晶胞个别光通透率的控制装置；致使当影像讯号中的一系指令对应影像讯号的晶胞中的任一次晶胞透光时，该晶胞中的其余次晶胞中，至少有一个受补偿影像讯号指令透光。

本发明藉由界定出一个虚拟基本色，并逐一量取将所有调整区域受后方不均匀背光源影响后，三色刺激值与虚拟基本色的三色刺激值间差异，纪录作为补偿资料。随后，在接收到来自影像源的影像资料时，便依照各晶胞各自的补偿资料，将原始影像讯号转换为补偿影像讯号，不仅可以确保液晶显示器本身亮度与色度的均匀性；更可以进一步确保各液晶显示器产品间，彼此亮度与色度维持相同水准，所有产品品质整齐画一；尤其可以大幅降低作为背光光源的LED晶粒的分类数目，甚至无须分类，从而增大选料弹性而降低成本。

故经由本发明揭示的技术，制成的液晶显示器即使在所用背光板的亮度与色度不均匀条件下，仍可确保所呈现画面的亮度与色度的均匀性；并因原料选择弹性提升，降低生产成本，亦可提供更大利润的液晶显示器。

【附图说明】

图1为常见滤光片透射率相对波长变化示意图；

图2为常见发光二极体晶粒驱动电路示意图；

图3为本发明第一较佳实施例的流程图；

图4为本发明第一较佳实施例液晶显示器的立体分解示意图；

图5为图4实施例的各次晶胞所通透光束在色彩谱上色座标示意图，说明虚拟基本色的选择规则；

图6为图4实施例结构的侧视示意图；

图7为本发明第二较佳实施例液晶显示器的立体分解示意图；

图8为本发明第三较佳实施例结构的侧视示意图；

图9为图8实施例的一晶胞所通透光束在色彩谱上色座标示意图，说明两不同光源对同一晶胞的加权影响；

图10为图8实施例的一晶胞所通透光束在色彩谱上色座标示意图，说明当多个光源同时作用于一晶胞时的情况；

图11为本发明第四较佳实施例液晶显示器的立体分解示意图；及

图12为本发明第五较佳实施例液晶显示器的立体分解示意图。

【主要元件符号说明】

4、4”...基板                  4_L””、4_R””...冷阴极管

5、5’、5”、5”’...滤光片    6、6’、6”、6”’...液晶模组

31～37...步骤                  43”’...导光片

41、42、40’、41’、42’、41”、42”、41”’、42”’...LED

41_r’、41_g’、41_b’、42_r’、42_g’、42_b’、41r”、42r”、43r”、44r”、45r”、A、B、C...点

61、62、61”、62”...晶胞

【具体实施方式】

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。且本发明中，背光板不仅可用LED1，LED2，.....LEDn等等所组成的背光源，也可由冷阴极管(CCFL)与LED混合而形成。且上述LED既可采用由R、G、B晶粒构成的LED模组，也可选用白光LED(例如蓝光LED加萤光粉混光)或白光LED与RGB LED混合而成。

由于各晶胞位置的三个基本色都是利用影像讯号(S_r、S_g、S_b)分别控制各次晶胞的光通透率，藉由通过各次晶胞的各色光亮度而构成一个犹如三个基本色所组成的点光源。如前所述，即使滤光片可被视为均匀，但由于背光源的色度及亮度不均，势必使各晶胞位置所显现的红、绿、蓝三个基本色的色度及亮度不尽相同。此外，三个次晶胞所通过的光束实质上也并非纯色，因此，本发明的主要基础是将每个晶胞的红、绿、蓝三个次晶胞(sub-cell)分别视为三个独立的三基色发光源。

为使每个晶胞的色度与亮度被齐一化，本发明是先依照显示器中，各晶胞所能展现的色度与亮度，选择一个作为标准的「虚拟基本色」(virtuallyprimary color)；并以晶胞为单位，分别将其原来影像讯号的输入(S_r、S_g、S_b)_i改变为(S_r’、S_g’、S_b’)_i，使得各晶胞受背光源照射后，可通透其红、绿、蓝次晶胞的光束在加权加总后，在该晶胞位置i的红(R)、绿(G)、蓝(B)三个次晶胞所通透光合成色彩后的三色刺激值(tri-stimulus value)皆能与「虚拟基本色」在色彩谱上的三色刺激值吻合，因而可以达到整个显示器画面的均匀，甚至使整条产品线产出的显示器皆具有整齐画一的均匀色度及亮度。

选择一个合适的「虚拟基本色」步骤如图3所示，首先于步骤31逐一量测每个晶胞的三个次晶胞在光阀全开状态下的个别三色刺激值(tri-stimulusvalue)，在此，定义第i个晶胞的红色次晶胞所通透光的三色刺激值为(X_r、Y_r、Z_r)_i，绿色次晶胞通透光的三色刺激值为(X_g、Y_g、Z_g)_i，蓝色次晶胞通透光的三色刺激值为(X_b、Y_b、Z_b)_i；并分别对应色彩谱上的色座标(x_r、y_r)_i、(x_g、y_g)_i、(x_b、y_b)_i。本例中，液晶显示器结构如图4及图5所示，是以设置于基板4上的多个直照型LED 41、42...作为背光源，透过滤光片5后，分别照射至液晶模组6中的晶胞，由于LCD TV的背光板厚度如本例中例释为很薄时，各晶胞61、62主要仅受单一颗LED 41、42照射，且考量各晶胞相对于背光板中LED的照射角度，其均匀度将与厚度比反比，可能有非常大的色度与亮度差异。

步骤32时，将所有晶胞位置的次晶胞的色座标分别在CIE1931所规定的色座标中画出，如图6所示，其中标示为R区为各晶胞的红色次晶胞通透光的色座标区，G区为所有绿色次晶胞的色座标区，B区为所有蓝色次晶胞的集合区。当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，本步骤主要是为便于理解本发明技术而规划，在实际采样及运算时，处理器的运算将无须实际标绘任何座标至色彩谱中。

随后于步骤33，在所有红色次晶胞的三色刺激值(X_r、Y_r、Z_r)_i中，选择等于其中最小的X_r值、或甚至小于该最小X_r的某一值做为红色虚拟基本色的刺激值，即X_rv≤(X_r)_min；并选择等于或大于最大的Y_r值的某一值做为红色虚拟基本色的刺激值Y值，即Y_rv≥(Y_r)_max，等于或大于最大的Z_r值的某一值作为刺激值Z值，即Z_rv≥(Z_r)_max。

由此，订出该红色虚拟基本色的色座标 $x_{\mathrm{rv}}=\frac{X_{\mathrm{rv}}}{X_{\mathrm{rv}}+Y_{\mathrm{rv}}+Z_{\mathrm{rv}}},$ $y_{\mathrm{rv}}=\frac{Y_{\mathrm{rv}}}{X_{\mathrm{rv}}+Y_{\mathrm{rv}}+Z_{\mathrm{rv}}},$ 该座标为如图6中所标示的A点，其色彩为所有各红色次晶胞所呈现的色度中，最远离色彩谱中红色纯色者，使得所有红色次晶胞均可达成该色座标的标准。

同理，寻找所有绿色次晶胞三色刺激值(X_gi、Y_gi、Z_gi)中，绿色刺激值最小的Y_g值或某一更小的值做为绿色虚拟基本色的Y值，即Y_gv≤(Y_g)_min，而以等于或大于最大的X_g值及最大的Z_g值做为绿色虚拟基本色的X值及Z值；即X_gv≥(X_g)_max，Z_gv≥(Z_g)_max；获得「绿色虚拟基本色」色座标如图中B点所示 $x_{\mathrm{gv}}=\frac{X_{\mathrm{gv}}}{X_{\mathrm{gv}}+Y_{\mathrm{gv}}+Z_{\mathrm{gv}}},$ $y_{\mathrm{gv}}=\frac{Y_{\mathrm{gv}}}{X_{\mathrm{gv}}+Y_{\mathrm{gv}}+Z_{\mathrm{gv}}}.$ 同理，蓝色虚拟基本色的Z_bv≤(Z_b)_min，X_bv≥(X_b)_max，Y_bv≥(Y_b)_max，色座标为 $x_{\mathrm{bv}}=\frac{X_{\mathrm{bv}}}{X_{\mathrm{bv}}+Y_{\mathrm{bv}}+Z_{\mathrm{bv}}},$ $y_{\mathrm{bv}}=\frac{Y_{\mathrm{bv}}}{X_{\mathrm{bv}}+Y_{\mathrm{bv}}+Z_{\mathrm{bv}}},$ 其色座标为图中所示的C点。

当然，此虚拟基本色并非唯一解，其它依照上述规则的选择，都可构成不同的虚拟基本色，唯三个虚拟基本色的色座标所围绕三角形面积愈大，所能呈现的色彩将愈丰富。而此「虚拟基本色」就是受测的显示器在以此液晶模组搭配后方的背光板条件下，所有晶胞都可呈现的色度。亦即，当适度调整各晶胞的光通透率，即可让显示器的每一晶胞对于任何相同的原始影像讯号(S_r、S_g、S_b)均可呈现相同色度，使整幅显示画面的色彩均匀。

当任一晶胞i的三个次晶胞的三色刺激值(在光阀全开状态下所量测的值)被调整至符合上述虚拟基本色而分别为(X_rv、Y_rv、Z_rv)，(X_gv、Y_gv、Z_gv)，(X_bv、Y_bv、Z_bv)，则原始影像讯号(S_r、S_g、S_b)_i输入后，该晶胞位置i实际显示的像素的三色刺激值(X_i、Y_i、Z_i)为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_i\\ Y_i\\ Z_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{X}_{\mathrm{rv}}& X_{\mathrm{gv}}& X_{\mathrm{bv}}\\ Y_{\mathrm{rv}}& Y_{\mathrm{gv}}& Y_{\mathrm{bv}}\\ Z_{\mathrm{rv}}& Z_{\mathrm{gv}}& Z_{\mathrm{bv}}\end{array}\right]{\left[\begin{array}{c}{S}_r\\ S_g\\ S_b\end{array}\right]}_i......\left(3\right)$

然而，晶胞i在光阀信号全开时，被量测到的三个基本色的三色刺激值为(X_r、Y_r、Z_r)_i，(X_g、Y_g、Z_g)_i，(X_b、Y_b、Z_b)_i因此该晶胞i在受补偿影像讯号(S_r’、S_g’、S_b’)_i驱动时，所呈现的三色刺激值(X_i’、Y_i’、Z_i’)为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_i^{\′}\\ Y_i^{\′}\\ Z_i^{\′}\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}{X}_r& X_g& X_b\\ Y_r& Y_g& Y_b\\ Z_r& Z_g& Z_b\end{array}\right]}_i{\left[\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right]}_i......\left(4\right)$

换言之，欲藉由补偿资料将原始影像讯号(S_r、S_g、S_b)_i转换为补偿影像讯号(S_r’、S_g’、S_b’)_i，且使接收补偿影像讯号(S_r’、S_g’、S_b’)_i的晶胞位置i所显示像素的三色刺激值(X_i’、Y_i’、Z_i’)皆能符合以「虚拟基本色」作为三原色的液晶显示器受原始影像讯号(S_r、S_g、S_b)_i驱动后，应呈现的三色刺激值(X_i、Y_i、Z_i)。

故于步骤34时，将受测的显示器的每一晶胞的三个次晶胞在光阀全开时的三色刺激值，分别与上述虚拟基本色进行比对，加权计算出使其吻合于该虚拟基本色的权重，也就是，使上述以补偿影像讯号实际施加至各晶胞时，所呈现彩色影像的三色刺激值的(X_i’、Y_i’、Z_i’)色度及亮度，能与以虚拟基本色为三原色时，受原始影像讯号驱动所呈现的刺激值(X_i、Y_i、Z_i)相同。因此：

${\left[\begin{array}{ccc}{X}_r& X_g& X_b\\ Y_r& Y_g& Y_b\\ Z_r& Z_g& Z_b\end{array}\right]}_i{\left[\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right]}_i=\left[\begin{array}{ccc}{X}_{\mathrm{rv}}& X_{\mathrm{gv}}& X_{\mathrm{bv}}\\ Y_{\mathrm{rv}}& Y_{\mathrm{gv}}& Y_{\mathrm{bv}}\\ Z_{\mathrm{rv}}& Z_{\mathrm{gv}}& z_{\mathrm{bv}}\end{array}\right]{\left[\begin{array}{c}{S}_r\\ S_g\\ S_b\end{array}\right]}_i......\left(5\right)$

简化为M_i[S′]_i＝M_v[S]_i.................(6)

故，[S′]_i＝M_i ^-1*M_v[S]_i≡(M_T)_i[S]_i............(7)

当影像讯号在色彩谱中位于虚拟基本色范围内，则(7)式转换后的补偿影像讯号(S_r’、S_g’、S_b’)必有大于零的解。且任何输入至晶胞i位置的原始影像讯号(S_r、S_g、S_b)_i，以(7)式做影像讯号转换补偿，在晶胞i位置输出像素色度与亮度，将恰与理想状况下，以该虚拟基本色为三原色并接受原始影像讯号时，呈现的像素输出一模一样。而整个画面只有一个虚拟基本色作为基准，整个画面将可呈现相同且均匀的色度及亮度。同理，如果整个产品线的所有产品都选择同一虚拟基本色则该产品线的每一台LCD皆有同样的色度及亮度。

故由式(7)可看出，上述步骤34的实际运算，就是在LCD面板制造完成后，针对每一个晶胞i进行M_i ^-1＊M_v的矩阵运算。先得到每个晶胞位置i在光阀全开状态下所量得的三基本色的三色刺激值矩阵的反矩阵M_i ^-1，施加至上述步骤33中所选出的一个适合作为虚拟基本色的三色刺激值的矩阵M_v，利用电脑计算M_i ^-1＊M_v的矩阵运算，得到一个3x3的转换矩阵(M_T)_i，并将此转换矩阵(M_T)_i存入一个例释为非挥发性记忆体(E2PROM)的记忆装置中。

以一个HDTV的LCD TV而言，其总共解析度共约有2百万画素，亦即结构上形成有2百万个晶胞，每个晶胞需存放9个位元组的矩阵资料，因此该E2PROM约需要18M位元组的储存空间。故当显示器出厂后，如步骤35所示，显示器接收由一个影像源输入、包含多个原始影像讯号的影像资料，各影像讯号分别用以指令对应晶胞个别光通透率。

随后于步骤36，将影像资料中的影像讯号分别依照所对应的调整区域，利用硬体的快速逻辑平行运算的ASIC(特殊运用IC)积体电路即时运算(real-time operation)，将例释为式(7-1)的转换矩阵(MT)i的补偿资料施加至各原始影像讯号加权运算，获得包括多个分别对应上述每一晶胞的补偿影像讯号的补偿影像资料。最后，液晶模组于步骤37依照计算所得的补偿影像讯号(S_r’、S_g’、S_b’)，决定每一晶胞的个别光通透率。因而可对任何原始影像讯号(S_r、S_g、S_b)进行即时的影像处理而得到并显示出对应的补偿影像讯号。

由于补偿影像讯号原本就是依照每个晶胞在受到其背后对应的背光源照射下，所能呈现的色度为考量依据，并以一个使得每个晶胞都能呈现出相同色度与亮度的统一标准作为「虚拟基本色」，因此，在施加补偿资料后，液晶显示器硬体方面原本的色度不均匀问题，藉由次晶胞间的相互补偿而获得解决。也因此，在经过本发明的补偿资料修正后，即使原始影像讯号是例如纯红的纯色，(S_r、S_g、S_b)_i＝(1，0，0)，但被调整后的补偿影像资料中，S_ri’将小于1，且S_gi’与S_bi’至少有一者大于0，以补偿虚拟基本色的红色与晶胞位置i的红色次晶胞在光阀全开间的差异，此现象亦成为本发明实际实施时的特殊结果。

当然，如熟于本技术者所能轻易理解，依照目前技术，当以蓝色LED晶粒激发萤光粉而产生白光的LED为背光源时，最大缺点为此种白光LED光谱中的红色成分明显偏低，造成其所照射物的色彩偏蓝白，即一般所谓苍白的感觉。目前的解决方法，主要是例如进一步降低绿色及蓝色成分的通透比例，以使所发出光束重新在色彩谱中达到偏红的效果。但此种方法无疑使所发光束的整体亮度也随之下降，造成亮度不足的问题；再要解决亮度不足，又需加大背光板的整体光亮度，不仅有技术上的极限，也因而增加电流量及散热结构等的成本与制造难度。

如图7所示，本发明第二实施例，是以42时LCD TV为例，如果背光板中采用51m的白光LED 41’、42’，则总共约需使用2000颗白光LED，其色度座标为(0.28，0.3)偏蓝白色，如果加入200颗21m的红色LED 40’，而使红光的成份相对提高。由于其光谱恰落在彩色滤光片透光频谱T(λ)的R区，如图1所示，具有最高的透光性，将可使背光板的整体色座标Δx提高至0.38左右，因而显示画面将可提高肉色成份。

但是只加入200颗红色LED 40’，相较于42时显示器面板的庞大面积，补强的红光势必无法均匀分布，故如本发明上述技术，将红光LED 40’所造成的不均匀性，一方面可利用改变输入的影像讯号加以补偿；并且可在选择「虚拟基本色」时，选择较偏红的虚拟三原色，即可将整体画面所呈现色度向色彩谱中偏红方向移动，以补偿原本欠缺红色成分的白色画面。利用此方法，显示器将不需藉由减少滤光片5’的绿色与蓝色光通透度、或降低液晶模组6’的绿色及蓝色次晶胞光通透率而牺牲整体亮度。

再者，本发明的第三实施例如图8所示，当背光基板4”与滤光片5”及液晶模组6”间的距离较大，多个LED所发光束将会互相扩散，以致晶胞61”、62”可能受到多个LED 41”、42”同时照射。为说明起见，定义晶胞61”中的R、G、B次晶胞受其中LED 41”的照射系数λ₁，受LED 42”的照射系数λ₂。如果只有LED 41”照射时(即λ₁＝1，λ₂＝0)，R、G、B次晶胞在色彩谱上的色座标分别记为(x_k1，y_k1)(k＝r、g、b)，即图9所示点41_r’、41_g’、41_b’；而只有LED 42”照射时(即λ₁＝0，λ₂＝1)，R、G、B次晶胞的色座标记为(x_k2，y_k2)(k＝r、g、b)即图9的点42_r’、42_g’、42_b’。当LED 41”以照射系数λ₁(0≤λ₁≤1)，LED 42”以照射系数λ₂(0≤λ₂≤1)同时照射时，该R、G、B次晶胞混光后的色座标(x_km，y_km)根据混色原理，将为

$x_{\mathrm{km}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2}{x}_{k1}+\frac{{\mathrm{\λ}}_2}{{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2}{x}_{k2}$

$\begin{array}{cc}{y}_{\mathrm{km}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2}{y}_{k1}+\frac{{\mathrm{\λ}}_2}{{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2}{y}_{k2}& k=(r.g.b)\end{array}.....\left(8\right)$

由式(8)可看出，经过混光后的色座标必然介于各别照射时的点41_r’、41_g’、41_b’与点42_r’、42_g’、42_b’连线间的某一点上，且其比例系依照各LED41”、42”与晶胞61”间的空间关系而被加权运算。

当将上述叙述转以数字表示，则仅LED 41”照射时(即λ₁＝1，λ₂＝0)，晶胞i的次晶胞R、G、B在补偿影像信号S_r’、S_g’、S_b’输入时，所通透光的三色刺激值X₁’、Y₁’、Z₁’为

$\left[\begin{array}{c}{X}_1^{\′}\\ Y_1^{\′}\\ Z_1^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{X}_{r1}& X_{g1}& X_{b1}\\ Y_{r1}& Y_{g1}& Y_{b1}\\ Z_{r1}& Z_{g1}& Z_{b1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right]\≡M_1\left[\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right].....(7-1)$

而在只有LED 42”照射时(即λ₁＝0，λ₂＝1)，各次晶胞R、G、B在补偿影像信号S_r’、S_g’、S_b’输入时，所通透光的三色刺激值X₂’、Y₂’、Z₂’为

$\left[\begin{array}{c}{X}_2^{\′}\\ Y_2^{\′}\\ Z_2^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{X}_{r2}& X_{g2}& X_{b2}\\ Y_{r2}& Y_{g2}& Y_{b2}\\ Z_{r2}& Z_{g2}& Z_{b2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right]\≡M_2\left[\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right].....(7-2)$

因此如果LED 41”及LED 42”分别以照射系数λ₁与λ₂同时照射时，次晶胞R、G、B在补偿影像讯号S_r’、S_g’、S_b’输入时的合成光的三色刺激值X_T’、Y_T’、Z_T’为

$\left[\begin{array}{c}{X}_T^{\′}\\ Y_T^{\′}\\ Z_T^{\′}\end{array}\right]={\mathrm{\λ}}_1\left[\begin{array}{c}{X}_1^{\′}\\ Y_1^{\′}\\ Z_1^{\′}\end{array}\right]+{\mathrm{\λ}}_2\left[\begin{array}{c}{X}_2^{\′}\\ Y_2^{\′}\\ Z_2^{\′}\end{array}\right]=({\mathrm{\λ}}_1{M}_1+{\mathrm{\λ}}_2{M}_2)\left(\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right).....(7-3)$

而如果要求该混光后的三色刺激值必须等于以所选择的「虚拟基本色」为三原色，并在原始影像信号S_r、S_g、S_b输入时所呈现的三色刺激值，则其关系成为：

$({\mathrm{\λ}}_1{M}_1+{\mathrm{\λ}}_2{M}_2)\left(\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right)=M_v\left(\begin{array}{c}{S}_r\\ S_g\\ S_b\end{array}\right).......\left(9\right)$

$({\mathrm{\λ}}_1{M}_v^{-1}{M}_1+{\mathrm{\λ}}_2{M}_v^{-1}{M}_2)\left(\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{S}_r\\ S_g\\ S_b\end{array}\right)$

因此

$\left(\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right){=({\mathrm{\λ}}_1{M}_v^{-1}{M}_1+{\mathrm{\λ}}_2{M}_v^{-1}{M}_2)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{S}_r\\ S_g\\ S_b\end{array}\right).........\left(10\right)$

由式(10)可以看出，补偿影像讯号(S_r’、S_g’、S_b’)可经由M_v ^-1M₁及M_v ^-1M₂的矩阵运算，再加权考量照射系数λ₁与λ₂而线性运算并经反矩阵运算得知。而M_v ^-1M₁及M_v ^-1M₂的运算皆可利用电脑在外部运算成为一个3×3的矩阵后存入记忆装置中。如果整个背光板由1000颗不同亮度及色度的LED组成，则总共需要1000个M_i矩阵及一个所选定「虚拟基本色」的M_v矩阵，利用M_v ^-1M₁及M_v ^-1M₂的运算后存入E2PROM中(该记忆体共需要1001×9个word的Memory空间)。而对每个晶胞i必须记忆数个对该像素影响较大(照射系数较大)的λ_k值，举例而言，其可能有上、下、左、右各4个相邻的LED有较大影响，因此该面板如果有2M个晶胞，则共需储存有2M×16＝32M word的记忆空间。利用以上的原理，任何一晶胞i的所需的转换信号(S_r’、S_g’、S_b’)_i可以扩充为：

${\left(\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right)}_i{=\left(\underset{k=j}{\overset{j+m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ik}}{M}_v^{-1}{M}_k\right)}^{-1}{\left(\begin{array}{c}{S}_r\\ S_g\\ S_b\end{array}\right)}_i.......\left(11\right)$

其中，LED_j、LED_j+1、...、LED_j+m，表示对晶胞i有较大影响的m+1个LED。

因此如果实际能影响某一晶胞i的LED有五颗，则晶胞i所能呈现的红色，也是由五颗LED共同混光照射而成，该晶胞所能呈现的红光在混光后的色座标将如图10所示，也必然介于各LED分别照射晶胞i的原有色座标41r”、42r”、43r”、44r”、45r”连线所形成的五边形内的某一点。亦即，不论背光板由多少颗LED组成，且互相扩散照射，整个面板内的任一个晶胞，其基本色座标必然落在个别LED照射时的基本色区内，例如在图5中的R区、G区、及B区内。这也意味，即使各晶胞会受到背光板中的多个LED共同混光照射影响，仍然可以选择一个单纯的「虚拟基本色」无误。

进一步言，如果背光板采用区域亮度控制(local dimming control)，则各区LED_k可以被调控其亮度大小α_k(0≤α_k≤1)，因此该区LED的三色刺激值矩阵M_i可以写成α_kM_k，且当选定各个LED_k后，施加至各个晶胞i的原始影像讯号，必须被转换成另补偿影像信号，以维持理想的转出影像。依照上述，此时式(11)必须被改写为：

${\left(\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right)}_i{=\left(\underset{k=j}{\overset{j+m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ik}}{\mathrm{\α}}_k{M_v}^{-1}{M}_k\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{S}_r\\ S_g\\ S_b\end{array}\right).............\left(12\right)$

利用式(12)，可以同时得到色度及亮度均匀的「区域亮度控制」的补偿影像讯号(S_r’、S_g’、S_b’)。可见，本发明亦可同时解决「区域亮度控制」区间互相扩散及色度、亮度不均匀的问题，由以上说明可以知道，本发明确实可以利用选择一个较不饱和的「虚拟基本色」做为一个共同目标的标准色，再利用改变影像讯号来驱动LCD。当原始影像讯号(S_r、S_g、S_b)仅有其中某一色成分时(即S_r、S_g、S_b只有其中之一有大于零的值，其他为零)，则经过式(7-1)转换为新的影像讯号(S_r’、S_g’、S_b’)后，其S_r’、S_g’、S_b’三个值可能都有大于零的值。也就是说，如果原来影像讯号只有红色基色，但由于必需补偿为一个较不饱和的「虚拟基本色」的红色，因此绿色子像素和蓝色子像素也可能小亮，以形成较不饱和的红色基本色。但由于LED的色彩饱和度非常高，因此所选择的「较不饱和」的「虚拟基本色」的色彩范围仍然相当够大，足以构成一个高画质的彩色LCD面板。

虽然上述实施例中，均以直照式LED作为背光源，但熟于本技术领域者当可轻易理解，本发明揭示技术并不局限于采用直照式LED所架构的背光源，如图11第四实施例所示，即使背光源包括侧发光LED 41”’、42”’...所构成的光棒，并藉由导光片43”’将LED 41”’、42”’...所发光束转向滤光片5”’而进入液晶模组6”’，仍可应用上述方式，解决显示器各晶胞位置所显现像素的亮度与色度不均匀问题。

甚至，如图12第五实施例所示，即便是应用冷阴极管4_L””及4_R””作为背光源，受限于两侧冷阴极管的色度与亮度不均，或同一根冷阴极管本身在长度方向的不均匀，都仍可实施本发明的技术、调整实际输入驱动液晶模组的影像讯号而获得解决。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明专利范围及发明说明内容所作简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种具有非均匀背光板液晶显示器均匀度补偿方法，其中该液晶显示器包含一组非均匀背光板，一组位于该背光板出光侧、包括多个光通透率可改变的晶胞、以显示由多个像素构成的画面、且该等晶胞是被区分为多个调整区域的液晶模组，一组用以控制上述每一晶胞个别光通透率的控制装置，及一组储存有多个依照该背光板照射该等调整区域的亮度与色度分布，而对应使每一上述调整区域透光亮度及色度分布均一化的补偿资料的记忆装置，其特征在于，该方法包括下列步骤：

d)获得一个将上述调整区域发光色度，分别调整至一个虚拟基本色，使上述调整区域透光亮度及色度分布均一化的补偿资料；

a)接收来自一个影像源、包括多个用以指令所有上述晶胞个别光通透率的影像讯号的影像资料；

b)将该影像资料中的上述影像讯号分别依照所对应的调整区域，依照上述补偿资料加权运算，获得包括多个分别对应上述每一晶胞的补偿影像讯号的补偿影像资料；及

c)依照上述补偿影像讯号，决定该液晶模组中的上述晶胞个别光通透率。

2.如权利要求1所述的均匀度补偿方法，其特征在于，其中定义该虚拟基本色的红、绿、蓝基本色的三色刺激值分别为（X_rv、Y_rv、Z_rv）、（X_gv、Y_gb、Z_gv）、（X_bv、Y_bv、Z_bv），且量测该等晶胞中的一个晶胞i在液晶阀光通透率最大时，三个基本色红、绿、蓝色的三色刺激值分别为（X_r、Y_r、Z_r）_i，（X_g、Y_g、Z_g）_i、（X_b、Y_b、Z_b）_i；则该晶胞的该补偿影像讯号的(S’_r、S’_g、S’_b)与该影像讯号(S_r、S_g、S_b)_i间的该补偿资料关系为：

${\left[\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right]}_i={\left[\begin{array}{ccc}{X}_r& X_g& X_b\\ Y_r& Y_g& Y_b\\ Z_r& Z_g& Z_b\end{array}\right]}_i^{-1}\left[\begin{array}{ccc}{X}_{\mathrm{rv}}& X_{\mathrm{gv}}& X_{\mathrm{bv}}\\ Y_{\mathrm{rv}}& Y_{\mathrm{gv}}& Y_{\mathrm{bv}}\\ Z_{\mathrm{rv}}& Z_{\mathrm{gv}}& Z_{\mathrm{bv}}\end{array}\right]{\left[\begin{array}{c}{S}_r\\ S_g\\ S_b\end{array}\right]}_i.$

3.如权利要求1所述的均匀度补偿方法，其特征在于，其中定义该等调整区域共同可达到的一均匀色度标准作为一虚拟基本色，该虚拟基本色的红、绿、蓝基本色的三色刺激值分别为（X_rv、Y_rv、Z_rv）、（X_gv、Y_gb、Z_gv）、（X_bv、Y_bv、Z_bv），且量测该等晶胞中的一个晶胞i在液晶阀光通透率最大时，三个基本色红、绿、蓝色的三色刺激值分别为（X_r、Y_r、Z_r）_i，（X_g、Y_g、Z_g）_i、（X_b、Y_b、Z_b）_i；则该步骤b)中的该晶胞i的该补偿影像讯号(S’_r、S’_g、S’_b)，系将该晶胞i的三色刺激值矩阵的反矩阵 ${\left[\begin{array}{ccc}{X}_r& X_g& X_b\\ Y_r& Y_g& Y_b\\ Z_r& Z_g& Z_b\end{array}\right]}_i^{-1}$ 与该虚拟基本色的三色刺激值矩阵 $\left[\begin{array}{ccc}{X}_{\mathrm{rv}}& X_{\mathrm{gv}}& X_{\mathrm{bv}}\\ Y_{\mathrm{rv}}& Y_{\mathrm{gv}}& Y_{\mathrm{bv}}\\ Z_{\mathrm{rv}}& Z_{\mathrm{gv}}& Z_{\mathrm{bv}}\end{array}\right]$ 运算所得的转换矩阵(MT)_i，施加至该原始影像讯号(S_r、S_g、S_b)_i而得。

4.如权利要求1所述的均匀度补偿方法，其特征在于，当该背光板的所述调整区域中的一个调整区域k的亮度调控值为α_k，欲施加至该等晶胞中的一个晶胞i的原始影像讯号为(S_r、S_g、S_b)_i，各该调整区域的三色刺激值矩阵为M_k，各该调整区域对该晶胞i的照射系数分别为λ_ik，且定义该等调整区域共同可达到的一均匀色度标准作为一虚拟基本色，该虚拟基本色的红、绿、蓝基本色的三色刺激值M_v，则该晶胞i的补偿影像讯号(S′_r·S′_g·S′_b)_i为

${\left(\begin{array}{c}{S}_r^{\′}\\ S_g^{\′}\\ S_b^{\′}\end{array}\right)}_i={\left(\underset{k=j}{\overset{j^{-1m}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ik}}{\mathrm{\α}}_k{M}_v^{-1}{M}_k\right)}^{-1}{\left(\begin{array}{c}{S}_r\\ S_g\\ S_b\end{array}\right)}_i$

其中该等调整区域j、j+1、.....、j+m，系表示对该晶胞i具有一个预定影响者。

5.一种具有非均匀背光板液晶显示器，包括：

一组非均匀背光板；

一组位于该背光板出光侧、包括多个光通透率可改变且分别具有多个产生相异色光的次晶胞的晶胞、以显示由多个像素构成的画面、且该等晶胞系被区分为多个调整区域的液晶模组；

一组储存有多个依照该背光板照射该等调整区域的亮度与色度分布，而对应使每一上述调整区域透光亮度及色度分布均一化的补偿资料的记忆装置；及

一组用以控制上述每一晶胞个别光通透率、并把来自一个影像源、包括多个用以指令所有上述晶胞个别光通透率的影像讯号的影像资料中的该等影像讯号分别依照所对应的调整区域，依照该等补偿资料加权运算，决定该液晶模组中的上述晶胞个别光通透率的控制装置；致使当该等影像讯号中的一系指令对应该影像讯号的晶胞中的任一次晶胞透光时，该晶胞中的其余次晶胞中，至少有一者受该补偿影像讯号指令透光。

6.如权利要求5所述的液晶显示器，其特征在于，上述每一调整区域恰分别对应单一晶胞。

7.如权利要求5所述的液晶显示器，其特征在于，其中该背光板包括多个发光二极体。

8.如权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于，其中该背光板包括：

一片导光板；及

该等发光二极体系被安装于至少一条设置于该导光板入光侧的侧照式光棒。

9.如权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于，其中该等发光二极体系以使其所发光被直接朝向照射该液晶模组方式设置于该背光板者。

10.如权利要求5所述的液晶显示器，其特征在于，其中该背光板包括至少一根冷阴极管。

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