CN102132200B - Led背光板液晶显示器衰减快速检测方法及该显示器 - Google Patents

Abstract

一种LED背光板液晶显示器衰减检测方法包括将多个彼此正交的驱动讯号以一一对应的方式同步驱动多个LED单元，通过光学感测器(33)感测各LED单元发出的光并转换为感测电讯号，通过处理装置(36)从感测电讯号分离出各LED单元的发光数据，并将分离出的数据与存储装置(35)中预先存储的数据进行比对，针对衰减量进行补偿。还提供一种使用了这种检测方法的显示装置。

Description

LED背光板液晶显示器衰减快速检测方法及该显示器

【技术领域】

本案所属的技术领域是关于显示器，尤其是一种LED背光板液晶显示器衰减快速检测方法及该显示器。

【背景技术】

随着LED的发光效率提高及价格降低，液晶显示器背光板采用LED作为光源，不仅可节省电能消耗，并可架构出超薄的厚度，故已广为市场所接纳且日趋普及。且随彩色区域控制(local color dimming control)技术的发展，以LED为背光源，更可控制区域亮度以提高对比度(contrast ratio)；尤其选择RGB三色LED的组合作为光源，更可提高涵盖的色域范围而超过NTSC的标准，减少动画模糊感(moving blur)。

目前常用的LED主要有两种：一为使用蓝光二极管晶粒激发萤光粉，使其于回复基态的过程中，放出波长较长的其它颜色光束，与原有蓝光合成白光的白光LED；另一种则是直接使用RGB三色发光二极管组合，将三原色光整合而形成白光。无论采用何种光源，在相异LED间，或多或少有色度与亮度上的差异，造成背光板发光不均匀的问题。

以前者光源为例，由于蓝光的波长及萤光粉的种类、配方比例、混合状态皆会影响白光LED所发白光的色度以及亮度，致使同型产品中，产生部分白光LED所发的光色偏黄、部分偏蓝等色偏情形。若以色座标分类，其漂移范围约在0.26～0.36之间。如申请人的中国台湾第480879号「补偿彩色显示器色彩不均匀的方法」专利公告所揭示，后者光源由于各晶粒的工艺稍有异别、或是随机错误(random error)，将造成该晶粒所发出的基本色光不同，其所混合而发出的白光亦有偏差。

更进一步，大量的LED经过长期使用后，光强度可能衰减、所发的光频率可能漂移，尤其采用三色分离的LED，晶粒数多，个别衰减速度不同的机率倍增，再加上操作温度环境的差异，更易使背光板各区域亮度与色度不均匀，甚至偏离标准要求而影响LCD-TV或电脑萤幕的品质；何况人眼的敏感度相当高，更无法忍受此类产品的瑕疵。

针对各小区域的亮度及色度因个别LED老化所产生的差异，及「动态背光区域控制」(dynamic backlight area control)过程中所造成亮度及色度的区域不均匀性，公知技术虽能以测量值为基准而进行加权计算，并以提高总供应电能，以增强整体背光板的总亮度及总色度。然而，对于个别LED因衰变而产生的亮度减损，全区域性的亮度提升并不能达到完善的修补效果；更勿论个别LED发光的色频漂移，完全无法藉由此种区域性的亮度提升而得到补偿。

即使该专利申请案「补偿彩色显示器色彩不均匀的方法」提出「虚拟原色」的构想补偿光源色差及亮度，针对公知问题而加以解决，却对于检测、及检测效率等部分并非其重点，未提出对应解决方案，可谓瑜中之瑕，亦容留后续更进一步研发创新的空间。

目前亦有一些技术被提出，以期能克服背光板中，发光二极管亮度减弱与发光频率漂移的问题，如安捷伦公司提出如图1的『使用多个光传感器调整用于显示器的直亮式背光』的专利中所提出，该显示器的直亮式背光板1被设计成具有多个发光区域10，每个发光区域10具有至少一组LED 12，藉由多个光感测器14，每一个光感测器14被定位成检测所述相对应发光区域10中的LED 12所产生的光，藉以在发光区域10中LED 12发光亮度减弱时，告知控制系统中的处理装置16，从而调整用于显示器的直亮式背光。

利用此方法的一大缺点为必需使用多个光感测器，如果分区太少，则无法精密调整各不同区域间的差异，如果分区太多，则结构太复杂，成本太高。另一问题是，不同区域间发光可能互相干扰，造成检测的差异。

另一技术是由Sony公司所提出的『显示单元与背光单元』及『用于驱动背光单元的装置和方法』等专利申请案中所述。如图2所示，利用将背光装置2分成若干个等温分布的各别区域20，每一个区域20分别装置有温度检测装置及发光量检测装置(图未示)，根据该等检测装置得知各区域20的温度分布及亮度差异，进而调整RGB的发光量大小，以进行亮度及色度的均匀度补偿。

利用该技术的缺点之一为背光装置2内的温度分布可能并未完全依照图2中所示的各区域20而分布，假设同区域20内的各LED 200温度不一致，或者是同一区域内的各LED 200间有老化或发光频率漂移程度不同的情况，分布将因而复杂，使得控制不易准确。另一个问题是，该解决方案仍必须使用多组的光感测器及温度感测器，不仅使产品结构复杂，也造成成本升高。

进一步言，以上所列举皆属于背光板静态补偿方法，就是说，假定背光板亮度及色度皆保持某个固定值，利用光感测器及温度感测器即时感测出其当时的亮度及色度，若有与某一参考值比较有所差异，即可随时进行调整。但依照目前LCD的背光技术，已渐进入所谓的『动态控制』或『区域控制』，整个背光分为若干个区域，每一个区域的亮度或色度将随影像而变化，进而达到很高的动态对比及省电功率。对一个有『动态控制』的LED背光板，各LED的亮度将随影像而改变，因而在正常的画面显示时间内，无法检测其与标准值的差异。只能在两画面间的『非画面显示时段』(blanking time)内进行检测与调整。

此外，由于背光板是被装置在液晶显示模组(包含玻璃基板、液晶、彩色滤光片、偏光膜、TFT玻璃等)背后，在显示器机体内利用该光学感测器检测LED的光亮度时，各组LED所发出光反射回到光学感测器的亮度大小，将受下列各因素影响：(1)背光板的各个面的反射系数；(2)液晶显示模组内的各光学面结构反射系数；(3)液晶阀的开/闭程度；(4)外界环境光线的入射量大小等因素。其中，液晶阀的开/闭程度则可藉由在测试时控制液晶阀处于一个特定状态，例如令面板呈现全暗，即可确定液晶分子在完全关闭状态；此时受测LED的反射或漫射光将会固定。

因此，为达到可自动化、有效率、且精确分别检验各组LED功能衰退程度，并个别加以补偿调整，维持刚出厂时的发光亮度与均匀度，申请人所提出的中国台湾第97108227号发明专利「具有LED背光板液晶显示器衰减补偿方法及该显示器」申请案，揭示利用数字讯号处理装置(digital signalprocessor，以下简称DSP)处理光学感测器感测值的「同步相位侦测」流程，如图3所示，将DSP送出的亮度控制数据(brightness control data，以下简称BCD)值，固定在如图3所示，脉宽调变任务周期为50％的比例，利用正负相位的积分(即正相位作加法，负相位作减法)，例如该BCD是以10位元的数据组传输至PWM产生器，当BCD＝1023时为100％的任务周期，此时DSP所送出去BCD值将为512，使PWM产生一个50％周期为高(H)、50％周期为低(L)的方波，以驱动LED发光。

因为PWM产生器的基础脉冲讯号(clock)是由DSP所送出，DSP可利用多个基础脉冲讯号作为同步讯号的一个脉冲周期，并在检测时段保持各脉冲周期中，正、负相位的长度一致。当脉冲为H时(正相位)，类比开关为ON，致能LED发光，而另外50％L的半周期(负相位)，类比开关OFF，使LED在负相位时不发光，LED的光线经背光板内部四周及面板内各不同结构反射回到光电晶体上，其光电流Is产生恰与LED是否发光同步。DSP累加在H的50％之半周期81、83、85...中来自A/D的数据；并减去在L的50％的半周期82、84、86...中来自A/D的数据。因而在同步相位的正负相位加减过程中，正相位的半周期中，LED所发光的感测值将逐渐被加强，负相位半周期中LED没有发光，无值可减；DSP所处理累加的周期愈多，对应于LED发光的感测值累加增大。

相反地，相较于LED发光的迅速亮暗变化，一般外界环境光线大都被检测为直流讯号、或慢速改变的交流讯号。此环境光所产生的感测值进入DSP内，无论在H的50％的半周期81、83、85...，或L的50％的半周期82、84、86...中，量得的讯号几乎彼此相等，因而在DSP加总所有正相位半周期、而减除所有负相位半周期数据后，由环境光线所导致的感测值几乎完全互相抵销。利用以上方法，DSP内所处理后的数据只剩下LED发光所产生的感测值，大幅提高LED的光感测值对环境光线感测值的比例，藉以几乎完全消去环境光线的影响。

上述方法虽然可以完全合理地消除外在环境的影响，确保检测所得的讯号完全反映LED所发光的状况。然而，随着显示器尺寸日趋放大，背后所隐藏的LED颗粒数目日增，需检测的LED数量与负担随之提高，当每一幅画面与次一幅画面间的间隔时间仅有数百微秒(μs)，欲将检测时间隐藏于画面间隙中，此种大量感测与运算的需求，将被迫分割于许多幅画面中，若逐一感测显示器内每颗LED状态，将可能花费数秒钟时间；而在此检测过程中，最起始被检测的LED与最后被检测LED所遭逢环境可能已经发生轻微(例如温度)的环境变化。也就是，由于检测费时而导致环境变化的因子加入，使得检测与补偿无法精确。

因此，如何缩短量测的时间，确保感测过程的简短，以达最佳的校正效果，将是使LED背光板液晶显示器更完美、为人类的生活带来莫大便利而不得不致力实现的目标。

【发明内容】

本发明目的之一，是提供一种藉由正交讯号而批次检测一群LED元件群中，各组LED衰减程度，并分别加以补偿的具有LED背光板显示器衰减检测方法。

本发明另一目的，是提供一种藉由迅速检测，而可在使用者无法知觉过程中，检测各组LED衰减程度并分别加以补偿的具有LED背光板显示器衰减检测方法。

本发明再一目的，是提供一种自动化检测各组LED衰减程度并分别加以补偿的具有LED背光板显示器衰减检测方法。

本发明的又一目的，在于提供一种能精确检测各组LED衰减程度并分别加以补偿的具有LED背光板液晶显示器。

本发明的又另一目的，在于提供一种自动化检测各组LED衰减程度并分别加以补偿的具有LED背光板液晶显示器。

本发明的又再一目的，在于提供一种迅速检测各组LED衰减程度并分别加以补偿的具有LED背光板液晶显示器。

因此，本发明所揭示的一种LED背光板液晶显示器衰减快速补偿装置，其中该显示器包括液晶模组，该LED背光板包括至少一群分别具有多组LED元件的LED元件群，该显示器设置有至少一组光学感测器，可分别致能该等LED元件群中的每一组LED元件、且输出电能可调整的供能装置，接收该光学感测器感测值并控制该供能装置输出电能的处理装置，及储存有当该等LED元件在至少一个已知功率下逐一点亮时的该光学感测器感测值的储存装置，该方法包括下列步骤：a)在一起始时间，由该处理装置指令该供能装置停止所有上述LED元件群的电能供应；b)以一组包括多个彼此正交、且输出功率对应该储存装置所储存的该至少一个已知功率的驱动讯号的测试讯号数据，分别同步点亮该等LED元件群中一群的该等LED元件；c)将该光学感测器感测该LED元件群在受该组测试讯号数据点亮时段的感测值转换为一组测试电讯号输出；及d)以该处理装置由该组测试电讯号中，分离出该LED元件群的各LED元件发光数据，并与该储存装置中预储存感测值比对。

进而，上述方法中，该测试讯号数据中的上述彼此正交驱动讯号数目不小于该LED元件群的上述LED元件数目。

上述方法进而包括步骤：e)当该感测值偏离该预储存感测值达一个预定差距，由该处理装置驱动该供能装置对该LED元件发光数据偏差进行补偿。

而适用该方法的具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器，包括：液晶模组；包括多个分别具有多组LED元件的LED元件群的LED背光板；至少一组设置于该背光板的光学感测器；可分别致能该等LED元件群中的每一LED元件、且输出电能可调整的供能装置；储存有当该等LED元件在至少一个已知功率下逐一点亮时的该光学感测器感测值的储存装置；及供在一预定时间，驱动该供能装置以一组包括多个彼此正交、且输出功率对应该储存装置所储存的该至少一个已知功率的驱动讯号的测试讯号数据，分别同步点亮上述LED元件群中的一群的上述LED元件时，接收该光学感测器感测值，分离出该LED元件群的各LED元件发光数据，并与该储存装置中预储存感测值比对，而当各该LED元件发光数据与该预存感测值达一预定差值时，控制该供能装置改变输出电能的处理装置。

综上所述，本发明的揭示将可有效排除外部光杂讯的干扰，更加迅速且精确地个别检验各组LED元件的衰减程度，从而即时补偿，确保显示器的各区域发光强度与色度均匀如新。

【附图说明】

图1是为公用技术的使用多个光传感器调整用于显示器的直亮式背光的示意图；

图2是为公用的技术的显示单元与背光单元及用于驱动背光单元的装置的示意图；

图3是为本发明申请人在先申请的具有LED背光板液晶显示器衰减补偿方法的BCD周期图；

图4是为本发明的一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器的架构图；

图5是为本发明的一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器的LED群组划分的示意图；

图6是为本发明的一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器的LED群组划分的每一群组所包含的LED示意图；

图7是为本发明的一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器的设置于背光板内的光感测器的设置示意图；

图8是为本发明的一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器的LED群组划分的群组放大示意图；

图9是为本发明的一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器的检测流程图；

图10是为本发明的一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器的背光板中设置用以感测红、绿、蓝三色的分色光感测器的示意图；

图11是为本发明的一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器的以太阳能电池作为光感测器的示意图；

图12是为本发明的的一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器的R、G、B三色LED群组划分的群组放大示意图；以及

图13是为本发明的一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器的LED反应时间的时间补偿线型图。

【主要元件符号说明】

1...直亮式背光板    10...发光区域

12、200...LED       16...处理装置

14...光感测器                   2...背光装置

20...区域                       31...液晶模组

32...LED背光板                  33...光学感测器

34...供能装置                   35...储存装置

36...处理装置                   301、302、303、...316...LED元件

321、322、323、...  336...开关元件

711、713、715、721～727...步骤

33R、33G、33B...分色光感测器    33’...太阳能电池

G1、G2、...G225...LED群组

【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，在以下结合参考说明书附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。尤其，每一幅画面显示时间与下一幅显示时间之间的非画面显示时段，仅约占整体时间的5％，以一般每秒钟60幅画面的显示器为例，每次blanking time仅约0.8ms，因而如何在少数几个非显像时间内，利用少量适当数目的光学感测器完成整体显示器的校准补偿，亦为本发明的重点。

请参照图4，本发明所揭示的一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器，至少包括：一组液晶模组31、一片LED背光板32、一组光学感测器33、一组供能装置34、一组储存装置35、及一组处理装置36。

为凸显本发明的优点，本实施例中将以单一的光学感测器为例，说明如何利用单一个光学感测器快速读取检测各组LED元件的发光状态。本例如图5所示，整个LED背光板32具有例如3600组LED元件，并以其中每16组LED为一群，而被划分为G1、G2、...G225等225群，且每一群LED如图6中的G1所示，其中，各组LED元件是分别由一颗白光LED 301、302、303、...3 16构成且每一组LED元件分别经由一个可操控开关元件321、322、323、...336导接至作为供能装置的定电流源I_S，而由开关元件321、322、323、...336的导通与断路，决定其是否被致能发光。当然，如熟悉本技术者所能轻易理解，亦可视需要而以串接多颗LED(例如三颗LED)为一组LED元件；此外，每群LED的各组LED元件不仅可为白光LED，亦可为多颗不同颜色LED元件的组合，或某一单色LED如R、G、B中的任一色。

处理装置可在每一个施加驱动讯号的周期内，藉由控制各类比开关元件321、322、323、...336的导通与断路，进行例如数十次开关动作，且藉由每次开关动作中的导通时间与断路时间的比例，进行PWM(pulse-widthmodulation)控制。且在本例中如图7所示，于LED背光板32内的适当位置，设置一组光电晶体作为光学感测器33，藉以感测受到液晶模组等所反射回LED背光板32的光度。

在正常的影像显示模式状态下，影像资料不仅被提供至液晶模组，且LED背光板32必须被供能点亮、照亮液晶模组而供其显示影像，此时段内各组LED元件301、302、303、...316的PWM控制值，是由控制装置依外部提供的影像资料数值，亦即依照欲呈现影像的亮暗情况，决定各个可操控开关元件321、322、323、...336的导通与断路，而达到所谓『区域亮度控制』(local dimmingcontrol)。

由于LED的发光亮度可能随温度而改变，也可能随长期使用而有所衰减、甚至产生所发光的波长漂移等变异。因此在本例中，将利用每幅画面与下一幅画面间的『非画面显示时段』内，没有外部影像资料被提供的时机，作为LED的检测时段，以检测背光板内各组LED元件发光状况是否异常。

本发明的主要技术特征在于：同一群内的各组LED元件在上述检测时段内，会在同一时段分别受到多个彼此正交的驱动讯号所组成的测试讯号数据驱动点亮，以下为便于说明起见，将此种测试讯号数据称为『互相垂直(orthogonal)』系列(series)。此时，致能的电能将被编译成一组『互相垂直』的驱动讯号，每一驱动讯号分别用来调变一组LED元件，为使驱动讯号不重复，『互相垂直』的驱动讯号数目必须至少等于一群LED元件的组数。其中，各驱动讯号A_i(n)之值仅能为1或-1的排列组合，且所有驱动讯号A_i(n)均需符合下列条件：

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\left(n\right)=0(1\≤n\≤N)$ ....式(1)

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A_i}^2\left(n\right)=N$ ...............式(2)

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\left(n\right)A_j\left(n\right)=0(i\≠j)$ ...式(3)

若定义每一个1或-1为一个位元(bit)，每一个驱动讯号为一个位元组(byte)，则N表示该等位元组中的位元数目，且利用Walsh-Matrix法可以得到各种不同位元数目N的『互相垂直』系列。且N＝2K时，可以得到不同『互相垂直』系列的驱动讯号数量最多为N-1个。例如N＝4时，可以得到互相垂直系列的驱动讯号为：

A₁＝(1，-1，1，-1)，

A₂＝(1，1，-1，-1)，

A₃＝(1，-1，-1，1)

上述三组驱动讯号代入式(1)、(2)、(3)分别得到：

$\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\left(n\right)=0;$

$\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{A_i}^2\left(n\right)=4;$ 及

$\underset{n=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\left(n\right)A_j\left(n\right)=0(i\≠j).$

同理，若位元数目N＝8，则其7个互相垂直系列之驱动讯号分别为：

A₁＝(1 -1 1 -1 1 -1 1 -1)

A₂＝(1 1 -1 -1 1 1 -1 -1)

A₃＝(1 -1 -1 1 1 -1 -1 1)

A₄＝(1 1 1 1 -1 -1 -1 -1)

A₅＝(1-1 1 -1 -1 1 -1 1)

A₆＝(1 1 -1 -1 -1 -1 1 1)

A₇＝(1-1 -1 1 -1 1 1 -1)

同样可以计算得出上述七个驱动讯号符合 $\underset{n=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\left(n\right)=0,$ $\underset{n=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{A_i}^2\left(n\right)=8,$ 及 $\underset{n=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\left(n\right)A_j\left(n\right)=0(i\≠j)$ 的规则。

由于『互相垂直』系列的驱动讯号与同系列的其它任一驱动讯号均互相垂直(或称正交)，即

因此，即使同一群的各组LED元件同时被供能点亮，并由单一颗光学感测器33感测，但却可以利用以下方式被逐一解调还原而读出，任何两组LED元件彼此不互相干扰，藉以达到在同一时段中进行多工检测(multiple access)的目标。此多工检测可较以往逐一检测的速度提升2倍、4倍、8倍、16倍、32倍...。

在本发明中，当驱动讯号中位元值为+1，即代表控制开关ON，该组LED元件被致能点亮，位元值-1则表示PWM控制开关OFF，因此若某一个LED_i，若其PWM控制开关ON时，该LED_i所发光强度在光学感测器33的感测值为I_i，若控制开关OFF时，其感测值为零。因此若以某『互相垂直』系列驱动讯号Ai(n)构成的测试讯号数据来调控一群LED元件组时，受测试讯号A_i(n)驱动的该组LED_i元件发光的感测值在n＝1，...N时序中，可以分别被写成1/2I_i(1+A_i(n))(n＝1，2，...N)。

因此若群G1如图8所示，分别以单一颗直照式LED作为一组LED元件301、302、303、...316，并分别受到A₁(n)，A₂(n)...A₁₆(n)等『互相垂直』系列驱动讯号供能调变，即各PWM控制讯号C_i＝1/2(1+A_i(n))，(n＝1，2，...16)若各颗LED_i所发光的各别光感测值为I_i，(i＝1，2，...16)，且为使彼此互相垂直的驱动讯号数目不小于16，则位元组的位元数目在本例中需订为32个位元，则在时序n＝1，2，...32中，光学感测器所检测到的总光感测值S(n)可以写成 $S\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{C}_i\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}1/2I_i(1+A_i\left(n\right)),$ (n＝1，2...32)。

随后，将利用一个讯号处理器DSP，把此光学感测值S(n)经过类比/数位(A/D)转换后，解调还原各组LED元件301、302、303、...316的发光感测值。例如要解调出LED元件301的光感测I₁时，可以DSP进行

的处理，因 $\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}S\left(n\right)A_1\left(n\right)=\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}1/2(1+A_i\left(n\right))I_i{A}_1\left(n\right)$

$=1/2\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{A}_1\left(n\right)+1/2\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{A}_i\left(n\right)A_1\left(n\right)$

$=1/2\underset{i=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}{A}_1\left(n\right)+1/2\underset{i=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\left(n\right)A_1\left(n\right)$

$=1/2\underset{i=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}{I_i}^{\·}0+1/2\underset{i=1}{\overset{16}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{{\mathrm{\δ}}_{i1}}^{\·}32$

$=0+1/2{I_1}^{\·}32=16I_1$

因而得到 $I_1=\frac{1}{16}\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}S\left(n\right)A_1\left(n\right)$

同理以DSP进行可以得到16I₂，因而可以从光学感测器所混杂感测出之S₁、S₂、S₃、...S₃₂的总和数值当中，逐一解调出1 6个LED 301、302、303、...316的各别光感测值

尤其，利用『互相垂直』系列驱动讯号调变各组LED，再以个别的『互相垂直』系列驱动讯号乘回总感测值而调解的同步解调方式中，由于有将个别驱动讯号乘回的步骤，一旦有某些与驱动讯号不同步的环境讯号干扰到光学感测器时，在依照时序逐一乘回解调时，由于其与任何驱动讯号均不同步，且每一个驱动讯号都具备数目各半的数值+1与-1，解调过程中，环境讯号将有一半被乘以+1加入统计，另一半则被乘以-1而加入统计，处理完毕后，将被明显削弱，尤其当每一个驱动讯号位元组中的位元愈多，此种削弱情况愈显着，使本发明的技术附带产生抗杂讯的功能。

因此加长驱动讯号的的时序(位元组)长度，可以进一步有效地产生提升讯号杂音比而抗干扰的功能。实际情况中，此处所谓干扰，可能由外部的环境光所产生，例如显示器被置放于室内，但有室外的太阳光照射至显示器上，从而影响光学感测器的感测而产生环境讯号N_s，此时光学感测器的总感测值将变为S(n)+N_s，如果以Ai(n)解调时，由于

将可解得与上述没有环境讯号状况同样的解调讯号。

当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，要加长『互相垂直』系列的时序长度(增加位元组中的位元数)，可以利用原有的讯号重复排列而扩展，例如原本每一位元组的位元数为8，只要让同样排列顺序的8位元不断重复出现，即可轻易将其扩展为整数倍的长度，如上述A₁至A₇的实施例，重复两次将得到16位元的驱动讯号：

A₁’＝(1 -1 1 -1 1 -1 1 -1，1 -1 1 -1 1 -1 1 -1)

A₂’＝(1 1 -1 -1 1 1 -1 -1，1 1 -1 -1 1 1 -1 -1)

同理，重复A₃’至A₆’

A₇’＝(1 -1 -1 1 -1 1 1 -1，1 -1 -1 1 -1 1 1 -1)

且A₁′，A₂′，...A₇′之间的『互相垂直』关系特性不变，即前述式(1)及式(3)均不变，但式(2)的数值较原先少位元的状况倍增：

故利用较长时序(较多位元)的驱动讯号来调变，明显可以提升检测过程中的抗干扰能力，但是麻烦在于，一个群组所需的检测时间也随之倍增。

代入上述实施例的实际数值可知，如果驱动讯号中，各位元的频率为1MHz，即每一位元周期需耗时1μs。若驱动讯号长度为n＝64位元的位元组，对显示器背光板中3600组LED以每一组LED元件逐一进行检测，在抗干扰能力提升64倍的同时，检测一次共需耗时3600×64μs，共需花费230.4 ms。当一秒钟显示60幅画面，每个画面约占16.6ms，其中有5％为每一画面与次一画面间的非画面显示时段，即一次非画面显示时段仅有0.8ms，则需花费288次非画面显示时段，亦即，当每一秒钟间隔有60次非画面显示时段，检测整个显示器需费时约4.8秒。

相对地，依照本发明的揭示，每次检测只要同步检测一群共16组LED元件，则因为各驱动讯号均为64位元，且每一位元的周期长度相等，16组LED元件同步受测，速度因而提升16倍，亦即，检测整个显示器仅需18个画面的非画面显示时段就能完成。由于此处是以每一个位元组具有64个位元的驱动讯号为例，因此整个系列共可产生最多63组彼此『互相垂直』的驱动讯号，使得被同步点亮及检测的LED元件组数可被增多至例如60组为一群，则仅需区区5个画面间的非画面显示时段，约经历1/12 sec即可完成全部检测。

故如图9的流程所示，依照本发明的揭示，显示器制造者仅需在出厂前，以至少一个已知功率于步骤711中供能并点亮，并于步骤713中感测各组LED元件依照该至少一个已知功率供能时的发光状态，而于步骤715逐一纪录背光板中的每一组LED_i元件发光亮度与色度，即可作为标准感测值Isi。

随后，依照前述实施例的流程，在步骤721中利用非显示时间，先由处理装置指令背光板中所有各组LED元件的供能归零，以避免背光板内部其它LED元件的干扰；随后于步骤722提供上述『互相垂直』系列的驱动讯号作为测试讯号数据，批次供能点亮一群LED，其中，每一组LED所接受的驱动讯号均与其他组LED的驱动讯号彼此正交(互相垂直)，亦因此，彼此正交驱动讯号的数目至少需等于该群LED中的LED组数。

光学感测器即于步骤723感测该LED元件群受测试讯号数据供能时，整体的发光，并转换为一组测试电讯号输出至处理装置；处理装置则于步骤724依照上述实施例的所述，逐一将各驱动讯号乘回该测试电讯号，藉以逐一解调出当时每一组LED元件的发光数据，并与前述储存于储存装置中的预存感测值(即各组LED元件的标准感测值I_si)进行比对，例如解调出的感测值I_i与标准感测值I_si的差异超过一个预定程度，例如亮度出现5％的偏差，则在步骤725中计算出补偿该偏差所需的调整数据，从而在往后的画面显示过程将偏差藉由调整该组LED_i的PWM驱动值加以补偿。

一般而言，可以利用解调出的感测值I_i与标准感测值I_si的反比值，即(I_si/I_i)值作为供能该颗LED的PWM脉冲宽度比值。由于所有各组LED皆对同一个光学感测器做比较，因此各组LED不论是因所处环境的温度变异、或任何诸如老化等原因引起发光状态偏差，经过比较与补偿调整后，皆可以回到出厂的标准感测值，即将各组LED的色度及亮度调整到足够的均匀，故利用本方法确实可将背光板回复到出厂时的品质。

在本例中，处理装置藉由非画面显示时段检测各群LED元件群，直到步骤726确认所有元件群都已经完成检测与比较，才停止上述检测流程。当然，由于本发明揭示的技术，可以在甚短的时间内完成上述检测与补偿，因此可以在例如每使用该显示器达一小时的预定时间，于步骤727重复进行上述步骤721至726，确保该显示器随时保持良好画面品质。更进一步，由于依本发明揭示技术，检验所花费的时间甚短，亦可选择持续不断进行检测、补偿，使得显示器永保如新。

由于光学感测器在不同温度条件下，也会有些微的不同感光度，而影响到光感测的绝对值，但并不影响各LED间的相对值，因而虽然亮度值有些微的变异，但相对亮度及色度的均匀度却不受影响。如果要求更高品质，当然可以选用更佳的光感测器，在其内部配置温度补偿作用的回路，则可以得到不受环境温度影响的绝对准确的亮度值。

当然，前述光电晶体并非光学感测器的唯一选择，本发明另一实施例如图10所示，是在背光板中设置分别用以感测红、绿、蓝三色的分色光感测器33R、33G、33B，或如图11所示的太阳能电池33’作为光学感测器，并辅以例如一组用以放大该光学感测器感测值的电压放大器、及一组用以转换该电压放大器输出电讯号的类比/数位转换器，将感测到的LED元件群发光结果感测并转换传送至处理装置。

更进一步，如图12实施例所示，LED元件群G1中，每一个完整的LED光源都是由R、G、B三色LED颗粒以相当靠近的方式组成类似三合一的光源，但即使是属于同一光源中的LED元件，仍可能因R、G、B颗粒使用后的衰减程度不同或受环境因素的影响不同，不只使其亮度较出厂时有所变化，也会造成整体的色偏，因此在一些高阶显示器应用中，不仅需要补偿亮度的改变，也必须补偿其发光波长漂移等的色偏量。因此，本例中选择33R光感测器的感光响应度(spectra-responsibility)接近CIE 1931所规定的标准响应函数33G光感测器接近33B光感测器接近

且在本例中，同一组LED元件中，红色、绿色、蓝色颗粒分别搭配有各自独立的PWM控制开关，因此在定义上，各色颗粒将被分别视为一「组」LED来检测。

如同前述，本实施例中的各LED光源在出厂前，均已利用例如『标准光检测仪』在某一标准状况下测出各别LED光源的三个激励值(tri-stimulusvalue)，并分别记为X_1r，X_2r，X_3r及X_1g，X_2g，X_3g及X_1b，X_2b，X_3b，等9个值。这9个值组合成所需要的标准白色光之亮度及色度。其中X₁₀＝X_1r+X_1g+X_1b为白光的X激励值，X₂₀＝X_2r+X_2g+X_2b为白光的Y激励值，X₃₀＝X_3r+X_3g+X_3b为白光的Z激励值，这9个激励值亦纪录于记忆装置之内。

当背光板与面板组装完成后，在厂内的标准状况下(例如温度维持25℃，通风状况良好下)以背光板内所配置的分色光感测器33R、33G、33B依照前述的检测方式来检测该各别R、G、B颗粒的标准感测值，检测过程可选择如前节所述利用『互相垂直』系列驱动讯号批次进行多个LED颗粒的多工检测。如前所述，假设作为G1群中第一个光源的三个LED颗粒r₁、g₁、b₁在分色光感测器33R、33G、33B上的光感测值分别为x_1r、x_2r、x_3r及x_1g、x_2g、x_3g及x_1b、x_2b、x_3b等9个感测值；则这9个感测值x_ij与前面所述的利用『标准光检测仪』所量测的9个激励值X_ij有线性的关系，可以写为：

x_ij＝K_ij.X_ij(i＝1、2、3，j＝r、g、b)...(4)

假设该等r₁、g₁、b₁LED颗粒所发的三色光在某一使用环境下，因温度的变异或使用衰减的变异，造成其亮度及色度改变，在检测时，利用分色光感测器33R、33G、33B所得到的光感测值将有所差异，记为x_ij′(i＝1、2、3，j＝r、g、b)。其中，x_1r′、x_2r′、x_3r′为标记r₁之LED颗粒所发光，分别被三个分色光感测器33R、33G、33B感测所得的值，其余类推。由于光激励值与光感测值成正比，因而此时的r₁、g₁、b₁三个LED颗粒的激励值可以写为：

${X_{\mathrm{ij}}}^{\′}=\frac{{x_{\mathrm{ij}}}^{\′}}{x_{\mathrm{ij}}}{X}_{\mathrm{ij}}(i=\mathrm{1,2,3},j=r,g,b)...\left(5\right)$

如果出厂时搭配该组红、绿、蓝色光LED颗粒而使其共同组成白光的预定功率PWM值分别为P_r、P_g、P_b三个值。则要把现时的亮度与色度调到出厂时的标准，定义现时所需的PWM推动值必须更改为P_r′、P_g′、P_b′，当然，此时代表白光的X、Y、Z的三个激励值需要相同，因而得到

P_r′X_1r′+P_g′X_1g′+P_b′X_1b′＝P_rX_1r+P_gX_1g+P_bX_1b

P_r′X_2r′+P_g′X_2g′+P_b′X_2b′＝P_rX_2r+P_gX_2g+P_bX_2b

P_r′X_3r′+P_g′X_3g′+P_b′X_3b′＝P_rX_3r+P_gX_3g+P_bX_3b........(6)

代入(5)式，得到下式：

$\begin{array}{c}{P_r}^{\′}\frac{{x_{1r}}^{\′}}{x_{1r}}{X}_{1r}+{P_g}^{\′}\frac{{x_{1g}}^{\′}}{x_{1g}}{X}_{1g}+{P_b}^{\′}\frac{{x_{1b}}^{\′}}{x_{1b}}{X}_{1b}=P_r{X}_{1r}+P_g{X}_{1g}+P_b{X}_{1b}\\ {P_r}^{\′}\frac{{x_{2r}}^{\′}}{x_{2r}}{X}_{2r}+{P_g}^{\′}\frac{{x_{2g}}^{\′}}{x_{2g}}{X}_{2g}+{P_b}^{\′}\frac{{x_{2b}}^{\′}}{x_{2b}}{X}_{2b}=P_r{X}_{2r}+P_g{X}_{2g}+P_b{X}_{2b}\\ {P_r}^{\′}\frac{{x_{3r}}^{\′}}{x_{3r}}{X}_{3r}+{P_g}^{\′}\frac{{x_{3g}}^{\′}}{x_{3g}}{X}_{1g}+{P_b}^{\′}\frac{{x_{3b}}^{\′}}{x_{3b}}{X}_{3b}=P_r{X}_{3r}+P_g{X}_{3g}+P_b{X}_{3b}\end{array}...\left(7\right)$

由(7)式可知，X_ij各激励值在厂内量出为已知，且P_r、P_g、P_b也因为白光的色度及亮度设定为已知，另x_ij为各光感测器在标准状况下的值，在厂内量测出已知，若目前光感测器的量测值x_ij′已量得，则可利用(7)式可以求得新的PWM驱动值P_r′、P_g′、P_b′。利用此新的PWM驱动值可以将已变异的r₁、g₁、b₁三个LED回复到出厂时的合成的同色度、同亮度的白光。

再进一步，如上述当检测整个背光板中的所有LED仅需花费例如3600组/60×64μs＝3.84 ms的时间，远比正常显示一幅画面的显示时间16.6 ms更短，亦即如图13所示，在一幅画面显示时间的周期T中，仅需趁观赏者不注意的短暂时间「窃取」部分原本应该正常显示画面的时间Pt，强制所有LED迅速关闭一瞬间，即足以完成上述检测流程，从而保持显示器的亮度与色度的精准，且显示器即使用来显示该幅影像资料画面的时间Pr，仍超过原先正常显示时间的3/4以上。观赏者仅损失每秒钟60幅画面中，单一幅画面的1/4时间，实质上完全无法以肉眼察觉。

当然，当某一颗LED颗粒产生无法轻易弥补的偏差时，处理装置将会另计算由周边其它组LED元件进行补偿，并指令供能装置改变输出电能，一并调整供给邻近组LED元件的电功率，确实达到补偿显示器亮度与色度的效果。

综上所述，本发明所揭示的不仅可以快速检测LED的发光效果，更可以迅速且确实地补偿校正LED背光板液晶显示器的显影效果而达到本发明的目的。

然而，以上所述仅为本发明实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围。即，凡依本发明权利要求书范围及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，例如供能装置不仅可采用脉宽调变电路、亦可选择可程控式电流源；储存装置可为非挥发性记忆体(EEPROM)或快闪记忆体等，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (16)

1.一种LED背光板液晶显示器衰减快速检测方法，该显示器包括液晶模组；该LED背光板包括至少一群分别具有多组LED元件的LED元件群，该显示器设置有至少一组光学感测器，可分别致能上述LED元件群中的每一组LED元件、且输出电能可调整的供能装置，接收该光学感测器感测值并控制该供能装置输出电能的处理装置，及储存有当上述LED元件在至少一个已知功率下逐一点亮时的该光学感测器感测值的储存装置，该方法包括下列步骤：

a) 在一起始时间，由该处理装置指令该供能装置停止所有上述LED元件群的电能供应；

b) 以一组测试讯号数据分别同步点亮上述LED元件群中一群的上述LED元件；其中，该组测试讯号数据包括多个驱动讯号，上述多个驱动讯号彼此正交、且输出功率对应该储存装置所储存的该至少一个已知功率；

c) 将该光学感测器感测该LED元件群在受该组测试讯号数据点亮时段的感测值转换为一组测试电讯号输出；及

d) 以该处理装置由该组测试电讯号中，分离出该LED元件群的各LED元件发光数据，并与该储存装置中预储存感测值比对。

2.如权利要求1所述的衰减快速检测方法，其特征在于，更包括在完成步骤d)的比对后，当该发光数据与该预储存感测值偏差达一个预定程度时，由该处理装置驱动该供能装置对该LED元件发光数据偏差进行补偿的步骤e)。

3.如权利要求1所述的衰减快速检测方法，其特征在于，其中各该LED元件仅分别包括单一颗LED。

4.如权利要求1所述的衰减快速检测方法，其特征在于，更包括在步骤d)之后，逐一点亮感测各该LED元件群直到上述LED元件群全部被感测比对完毕的循环步骤f)。

5.如权利要求4所述的衰减快速检测方法，其特征在于，更包括当循环步骤f)完成后，纪录该时间，并当该液晶显示器被使用达一个预定时段时，重复该步骤a)至f)的定时感测补偿步骤g)。

6.如权利要求1所述的衰减快速检测方法，其特征在于，更包括在步骤a)前，感测该预储存感测值的同步相位侦测步骤h)。

7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的衰减快速检测方法，其特征在于，其中，该测试讯号数据中的上述彼此正交驱动讯号数目不小于该LED元件群的所述LED元件数目。

8.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的衰减快速检测方法，其特征在于，其中该组测试讯号数据中的上述彼此正交驱动讯号分别具有彼此周期数目相等、周期长度相等、且周期数目大于上述驱动讯号数目的多个周期。

9.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的衰减快速检测方法，其特征在于，其中该步骤a)至c)是在该液晶显示器显示一个影像数据的画面时间与次一个影像资料的画面时间之间的一个非画面显示时段中完成。

10.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的衰减快速检测方法，其特征在于，其中该步骤a)至c)是在该液晶显示器显示一个影像资料的画面时间中完成。

11.一种具有衰减快速补偿装置的LED背光板液晶显示器，包括：

液晶模组；

包括多个分别具有多组LED元件的LED元件群的LED背光板；

至少一组设置于该背光板的光学感测器；

可分别致能上述LED元件群中的每一LED元件、且输出电能可调整的供能装置；

储存有当上述LED元件在至少一个已知功率下逐一点亮时的该光学感测器感测值的储存装置；及

供在一预定时间，驱动该供能装置以一组包括多个彼此正交、且输出功率对应该储存装置所储存的该至少一个已知功率的驱动讯号的测试讯号数据，分别同步点亮上述LED元件群中的一群的上述LED元件时，接收该光学感测器感测值，分离出该LED元件群的各LED元件发光数据，并与该储存装置中预储存感测值比对，而当各该LED元件发光数据与该预储存感测值达一预定差值时，控制该供能装置改变输出电能的处理装置。

12.如权利要求11所述的显示器，其特征在于，其中该光学感测器是光电晶体。

13.如权利要求11所述的显示器，其特征在于，其中该光学感测器是分色光感测器。

14.如权利要求11所述的显示器，其特征在于，其中该光学感测器是太阳能电池。

15.如权利要求11、12、13或14所述的显示器，其特征在于，其中该LED背光板是设置有多个直照至该液晶显示面板的LED。

16.如权利要求11、12、13或14所述的显示器，其特征在于，其中该供能装置包括脉宽调变电路产生器。

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