TW201337902A

TW201337902A - 將顯示器面板之三原色亮度參數導入依據顯示器面板的白色光學特性計算之灰階白平衡增益值以提高其灰階白平衡調校精準度之系統及方法

Info

Publication number: TW201337902A
Application number: TW101106701A
Authority: TW
Inventors: zheng-xun Huang; wen-chuan Zhao
Original assignee: Marketech Int Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-16
Also published as: TWI438765B

Abstract

本發明係一種將顯示器面板之三原色亮度參數導入依據顯示器面板的白色光學特性計算之灰階白平衡增益值以提高其灰階白平衡調校精準度之系統及方法，該係應用於一顯示器，包括：藉由一儀器量測該顯示器之一面板上呈現紅、綠、藍三原色所對應的一組亮度曲線(Gamma Curve)值；以該儀器量測該面板上呈現一原始白色所對應的一組預定刺激值，並將灰階值為零所對應的三刺激值定義為一組低階刺激值；分別選取已知色度空間中紅色、綠色、藍色的色度座標及亮度值為第一、第二、第三色度座標及第一、第二、第三亮度值，並定義一理想目標白色的色度座標及亮度值為第四色度座標及第四亮度值；根據CIE XYZ表色系統，將各該色度座標及亮度值，分別轉換為第一、第二、第三、第四組刺激值後，分別自該第一～第四組刺激值中，扣除該低階刺激值，且自該預定刺激值中扣除該低階刺激值；依色度學的配色定律，計算出由扣除該低階刺激值的該第一～第三組刺激值，混合成扣除該低階刺激值的該預定刺激值所需的第一混合比例，並計算出由扣除該低階刺激值的該第一～第三組刺激值，混合成扣除該低階刺激值的該第四組刺激值所需的第二混合比例，再以該第一、第二混合比例及該組亮度曲線值，計算出一組最終增益值，並將該組最終增益值設定至該顯示器。如此，該顯示器即能依據該組最終增益值，自動調校該面板，使該面板呈現出最佳的色彩表現，避免因不同的亮度參數及漏光因素所導致的誤差。

Description

將顯示器面板之三原色亮度參數導入依據顯示器面板的白色光學特性計算之灰階白平衡增益值以提高其灰階白平衡調校精準度之系統及方法

本發明係關於一種將顯示器面板之三原色亮度參數導入依據顯示器面板的白色光學特性計算之灰階白平衡增益值以提高其灰階白平衡調校精準度之系統及方法，主要是在計算紅、綠、藍三原色之增益值的過程中，同時考量面板上呈現紅、綠、藍三原色所對應的亮度曲線值，以及面板於全黑畫面時的漏光因素，以避免校正誤差，使自動完成校正的顯示器面板能呈現出最佳的色彩表現。

按，在液晶顯示器(Liquid Crystal Display，簡稱LCD)及電漿顯示器(Plasma Display Panel，簡稱PDP)等顯示器產品的生產過程中，由於此類顯示器產品的紅、綠、藍三原色發光比例的均一性不易達成，因此，製造廠商為有效確保出廠的每一台顯示器皆能達到最佳的色彩表現，製造廠商在完成顯示器的組裝作業後，通常會針對每一台顯示器的灰階白平衡進行調整。根據發明人的經驗與觀察，部份製造廠商會在出貨前，以儀器逐一量測每一台顯示器呈現白色時的色溫及色偏差，再以手動方式，反覆調整其紅、綠、藍三原色的增益值(Gain)，使顯示器所呈現的白色接近於目標色溫及色偏差。惟，前述以手動調整增益值的方式，雖能使顯示器呈現出較佳的色彩表現，但手動調校的作法不僅需耗費大量的時間及人力成本，且在調校的過程中更有可能發生人為誤差等情事，導致顯示器調校的品質不穩定。

有鑑於上述問題，乃有製造廠商對同一批出貨的顯示器，設定相同的紅、綠、藍三原色增益值，以調校同一批顯示器，藉此達到節省時間及人力成本的效果。然而，即便是同一批生產的顯示器，不同顯示器間仍存在著色彩特性差異，若以相同的增益值進行調校，極可能會導致僅有一台顯示器達到最佳的色彩表現，而犧牲了其他顯示器的色彩表現，並不理想。針對上述問題，發明人曾於過去提出一解決方案，並申請獲淮台灣公告第I316822號發明專利及中國公告第CN101155320號發明專利(申請案號：200610152643.3)。該解決方案主要係依色度學的Grassman配色定律，計算出由紅、綠、藍三原色混合成顯示器上所呈現的白色時所需的混合比例，同時，計算出由該等紅、綠、藍三原色混合成某一目標色溫下理想白色時所需的混合比例，再對該二混合比例進行比較，並以其間的比率作為該顯示器的紅、綠、藍三原色的一組增益值，據以對該顯示器進行調校，以達到自動化調校面板的功效。

然而，發明人進一步研究後發現，習知的解決方案雖利用色彩的混合比例，去推算出紅、綠、藍三原色的增益值，但習知的解決方案並未考量到面板上呈現紅、綠、藍三原色所對應的亮度曲線(Gamma Curve)值，且未考量到面板於全黑畫面時的漏光因素，如此，將造成具有不同亮度曲線值及不同漏光程度的面板，使用相同的紅、綠、藍增益值計算方式，因而產生誤差，使各別的顯示器無法呈現出最佳的色彩表現。

因此，如何改善習知顯示器面板調校的諸多問題，以避免人工調校所需耗費的時間及人力成本，並改善習知解決方案未考量到亮度曲線值及漏光程度的問題，以減少顯示器面板調校的誤差，使經過調校的顯示器均能呈現出最佳的色彩表現，即為本發明在此欲探討的一重要課題。

有鑑於前揭習知顯示器面板調校的諸多問題，發明人經過長久努力研究與實驗，終於開發設計出本發明之將顯示器面板之三原色亮度參數導入依據顯示器面板的白色光學特性計算之灰階白平衡增益值以提高其灰階白平衡調校精準度之系統及方法，期能在計算的紅、綠、藍增益值的過程中，同時考量亮度曲線值及漏光程度的差異問題，以提高顯示器面板調校後的色彩表現。

本發明之一目的，係提供一種將顯示器面板之三原色亮度參數導入依據顯示器面板的白色光學特性計算之灰階白平衡增益值以提高其灰階白平衡調校精準度之方法，該方法係應用於一顯示器，包括：藉由一儀器量測該顯示器之一面板上呈現紅、綠、藍三原色所對應的一組亮度曲線(Gamma Curve)值；以該儀器量測該面板上呈現一原始白色所對應的一組預定刺激值，該組預定刺激值包括三刺激值，該面板係由該組預定刺激值混成該原始白色，且使該原始白色具有預定之一灰階值，其中灰階值為零者為黑色，且所對應的三刺激值被定義為一組低階刺激值；選取已知色度空間中紅色的色度座標及亮度值為第一色度座標及第一亮度值；選取已知色度空間中綠色的色度座標及亮度值為第二色度座標及第二亮度值；選取已知色度空間中藍色的色度座標及亮度值為第三色度座標及第三亮度值；定義一理想目標白色的色度座標及亮度值為第四色度座標及第四亮度值；根據CIE XYZ表色系統，將該第一色度座標及第一亮度值，轉換為第一組刺激值，將該第二色度座標及第二亮度值，轉換為第二組刺激值，將該第三色度座標及第三亮度值，轉換為第三組刺激值，將該第四色度座標及第四亮度值，轉換為第四組刺激值；分別自該第一～第四組刺激值中，扣除該低階刺激值；自該預定刺激值中扣除該低階刺激值；依色度學的配色定律，計算出由扣除該低階刺激值的該第一～第三組刺激值，混合成扣除該低階刺激值的該預定刺激值所需的第一混合比例；同時，計算出由扣除該低階刺激值的該第一～第三組刺激值，混合成扣除該低階刺激值的該第四組刺激值所需的第二混合比例；以該第二混合比例對該第一混合比例的比值計算出該面板上呈現紅、綠、藍三原色的一組初始增益值；依據該組初始增益值及該組亮度曲線值，計算出一組最終增益值；將該組最終增益值設定至該顯示器，使該顯示器能於調校後呈現出最佳的色彩表現。

本發明之另一目的，係配合電路與程式設計，令顯示器自動將該組最終增益值寫入至一記憶體中，以使該顯示器能利用該組最終增益值進行調校，使顯示器的面板能呈現出最佳的色彩表現，避免因不同面板所具備的不同亮度曲線值及漏光程度，所衍生的校正誤差。

為便　貴審查委員能對本發明之目的、結構及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

發明人在長期從事顯示器面板的研發及設計中，發現過去以手動調校顯示器的作法，不僅耗費大量的時間及人力成本，且常會有人為誤差發生，而部分製造廠商以相同的紅、綠、藍三原色增益值，調校同一批顯示器的作法，亦無法達到最佳的調校效果，發明人有鑑於過去作法的諸多問題與缺陷，雖提出一解決方案，並申請獲淮專利，但發明人基於精益求精的敬業態度及研究精神，針對先前的解決方案進一步研究後發現，先前的解決方案尚未考量到面板上呈現紅、綠、藍三原色所對應的亮度曲線值，以及面板於全黑畫面時的漏光因素，故仍有誤差發生的可能性。有鑑於此，發明人乃思及以先前的解決方案為基礎，並提出進一步的改善方案，以使經過調校的顯示器均能呈現出最佳的色彩表現。

本發明係一種將顯示器面板之三原色亮度參數導入依據顯示器面板的白色光學特性計算之灰階白平衡增益值以提高其灰階白平衡調校精準度之系統及方法，該方法首先係藉由一儀器量測該顯示器之一面板上呈現紅、綠、藍三原色所對應的一組亮度曲線(Gamma Curve)值，其中，紅色所對應的亮度曲線值為γ _R，綠色所對應的亮度曲線值為γ _G，而藍色所對應的亮度曲線值為γ _B。之後，以該儀器量測該面板上呈現一原始白色所對應的一組預定刺激值W _p(X _wp,Y _wp,Z _wp)，該組預定刺激值W _p(X _wp,Y _wp,Z _wp)包括三刺激值X _wp,Y _wp,Z _wp，該面板係利用該組預定刺激值W _P(X _wp,Y _wp,Z _wp)混成該原始白色，且使該原始白色具有預定之一灰階值，又，該面板於灰階值為零(即全黑畫面)時，所對應的三刺激值X _w ₀,Y _w ₀,Z _w ₀被定義為一組低階刺激值W ₀(X _w ₀,Y _w ₀,Z _w ₀)。

在完成上述量測後，本發明之方法係選取已知色度空間中紅色的色度座標(x _ri,y _ri)及亮度值Y _ri為第一色度座標及第一亮度值R _i(x _ri,y _ri,Y _ri)；選取已知色度空間中綠色的色度座標(x _gi,y _gi)及亮度值Y _gi為第二色度座標及第二亮度值G _i(x _gi,y _gi,Y _gi)；選取已知色度空間中藍色的色度座標(x _bi,y _bi)及亮度值Y _bi為第三色度座標及第三亮度值B _i(x _bi,y _bi,Y _bi)；假設某目標色溫下之理想白色的色座標與亮度為W _i(x _wi,y _wi,Y _wi)，意即，定義一理想目標白色的色度座標(x _wi,y _wi)及亮度值Y _wi為第四色度座標及第四亮度值W _i(x _wi,y _wi,Y _wi)。

本發明係根據國際照明協會(Commission Internationale DeL’ eclairage，簡稱CIE)所制定的XYZ表色系統，將該第一色度座標及第一亮度值R _i(x _ri,y _ri,Y _r _i)，轉換為第一組刺激值R _i(X _ri,Y _ri,Z _ri)，如式(1)所示：

根據CIE XYZ表色系統，將該第二色度座標及第二亮度值G _i(x _gi,y _gi,Y _gi)，轉換為第二組刺激值G _i(X _gi,Y _gi,Z _gi)，如式(2)所示：

根據CIE XYZ表色系統，將該第三色度座標及第三亮度值B _i(x _bi,y _bi,Y _bi)，轉換為第三組刺激值B _i(X _bi,Y _bi,Z _bi)，如式(3)所示：

根據CIE XYZ表色系統，將該第四色度座標及第四亮度值W _i(x _wi,y _wi,Y _w _i)，轉換為第四組刺激值W _i(X _wi,Y _wi,Z _wi)，如式(4)所示：

在上列式(1)~(4)中，Y _ri、Y _gi、Y _bi、Y _wi分別為未知數。在完成上列刺激值的轉換計算後，本發明係自該預定刺激值W _p(X _wp,Y _wp,Z _wp)中扣除該低階刺激值W ₀(X _w ₀,Y _w ₀,Z _w ₀)，且分別自該第一～第四組刺激值中，扣除該低階刺激值W ₀(X _w ₀,Y _w ₀,Z _w ₀)，如式(5)-(9)所示：

在本發明中，係依色度學的配色定律，計算出由扣除該低階刺激值的該第一～第三組刺激值(即及)，混合成扣除該低階刺激值的該預定刺激值(即)所需的第一混合比例(m _rp,m _gp,m _bp)。同時，計算出由扣除該低階刺激值的該第一～第三組刺激值(即、及)，混合成扣除該低階刺激值的該第四組刺激值(即)所需的第二混合比例(m _ri,m _gi,m _bi)。其後，再利用該第二混合比例(m _ri,m _gi,m _bi)對該第一混合比例(m _rp,m _gp,m _bp)的比值計算出該面板上呈現紅、綠、藍三原色的一組初始增益值(g _r,g _g,g _b)。在實際的計算上，首先，依配色定律，假設一單位亮度的是由m _rp單位亮度的、m _gp單位亮度的與m _bp單位亮度的混合而成；而一單位亮度的是由m _ri單位亮度的、m _gi單位亮度的與m _bi單位亮度的混合而成，如下式(10)、(11)：

將式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)代入式(10)、(11)，如式(12)、(13)：

將式(12)、(13)整理如式(14)、(15)：

因(X _w ₀,Y _wo,Z _w ₀)、(m _rp,m _gp,m _bp)、(m _ri,m _gi,m _bi)皆為小於1之值，且(Y _wi,Y _ri,Y _gi _, Y _bi)皆多為超過100之值，故可將式(14)、(15)再簡化整理如式(16)、(17)：

由上列式(16)、(17)，可分別求得(Y _ri‧m _rp,Y _gi‧m _gp,Y _bi‧m _bp)及(Y _ri‧m _ri,Y _gi‧m _gi,Y _bi‧m _bi)×。再以式(18)、(19)求得(c _r,c _g,c _b)×Y _wi，並將其正規化為初始增益值(g _r,g _g,g _b)，如式(20)：

最後以紅、綠、藍三色的亮度曲線值γ _R、γ _G、γ _B，將該組初始增益值(g _r,g _g,g _b)換算成一組最終增益值(G _r,G _g,G _b)，並於換算的過程中放大2的冪次方倍(例如2⁷=128倍)，以利數位電路的處理，如下式(21)：

前式(21)係對前述紅、綠、藍三原色的各初始增益值g _r,g _g,g _b，分別取前述紅、綠、藍三原色的各亮度曲線值γ _R、γ _G、γ _B的倒數次方值，並放大2的冪次方倍後，計算出該組最終增益值(G _r,G _g,G _b)。

茲為更清楚明確地闡明本發明的設計概念，請參閱第1圖所示，本發明特列舉一較佳實施例，以說明對顯示器的三原色進行增益補償的方式及過程如下：

在本發明之較佳實施例中，係利用一儀器10對一顯示器的面板11進行量測，量測出該面板11上呈現紅、綠、藍三原色所對應的一組亮度曲線(Gamma Curve)值為(2.15,2.31,2.63)，如式(22)：

(γ _R,γ _G,γ _B)=(2.15,2.31,2.63)……………………………………(22)

該儀器10將所量測到的數據傳送至一運算單元13，而該運算單元13以D93(0.283,0.298)為目標色溫，並取EBU視訊規範所定義之R(0.64,0.33)、G(0.29,0.6)、B(0.15,0.06)座標為三原色，再分別給定亮度值Y _wi、Y _ri、Y _gi、Y _bi後，計算其三刺激值：

W _i(X _wi,Y _wi,Z _wi)=(0.9497,1,1.4060)‧Y _wi………………………………(23)

R _i(X _ri,Y _ri,Z _ri)=(1.9393,1,0.0909)‧Y _ri…………………………………(24)

G _i(X _gi,Y _gi,Z _gi)=(0.4833,1,0.1833)‧Y _gi…………………………………(25)

B _i(X _bi,Y _bi,Z _bi)=(2.500,1,13.1667)‧Y _bi…………………………………(26)

該儀器10量測該面板11上呈現一原始白色所對應的一組預定刺激值W _p(X _wp,Y _wp,Z _wp)，並量測灰階值為零所對應的三刺激值為一組低階刺激值W ₀(X _w ₀,Y _w ₀,Z _w ₀)：

W _p(X _wp,Y _wp,Z _wp)=(65.1595,69.4793,72.6394)…………………………(27)

W ₀(X _w ₀,Y _w ₀,Z _w ₀)=(0.1765,0.1886,0.2805)……………………………(28)

該儀器10將所量測到的上列數據傳送至該運算單元13，而該運算單元13將式(23)、(24)、(25)、(26)、(27)，皆扣掉該低階刺激值W ₀(X _w ₀,Y _w ₀,Z _w ₀)：

，嗣，將式(29)、(30)、(31)、(32)、(33)代入式(16)、(17)，可分別求得(Y _ri‧m _rp,Y _gi‧m _gp,Y _bi‧m _bp)及(Y _ri‧m _ri,Y _gi‧m _gi,Y _bi‧m _bi)×，如式(34)、(35)：

再將式(34)、(35)代入(18)、(19)，可求得(c _r,c _g,c _b)，如式(36)：

(c _r,c _g,c _b)×Y _wi=(0.0124,0.0144,0.0202)………………………(36)

將式(36)代入式(20)，可求得初始增益值(g _r,g _g,g _b)，如式(37)：

將式(22)、(37)之值，代入式(21)，並放大2的冪次方倍(例如2⁷=128倍)，以求得一組紅、綠、藍的最終增益值(G _r,G _g,G _b)，如式(38)：

最後，該運算單元13再將該組最終增益值(G _r,G _g,G _b)寫入至一記憶體1231中，其中，該記憶體1231係內建於一縮放控制器(Scaler)123上，而該縮放控制器123係設置在該顯示器的系統電路板12上。如此，當視訊信號(video signal)被輸入至該系統電路板12後，該系統電路板12上所設的一視訊解碼器(Video Decoder)121及一解交錯掃描器(De-interlacer)122將依序對該視訊信號進行解碼及解交錯，並透過該縮放控制器123，依該記憶體1231中所存放的該組最終增益值，對該視訊信號的紅、綠、藍三原色進行補償後，再輸出至該面板11，以使該視訊信號能在該面板11上呈現出最佳的色彩表現。需特別一提的是，在上述較佳實施例中，該記憶體1231係內建於該縮放控制器123上，惟，本發明並不以此為限，製造廠商在根據本發明之概念，製造該系統電路板12及該面板11時，亦可將該記憶體1231直接設置在該系統電路板12上，而不需內建於該縮放控制器123中，或者，製造廠商亦可將該記憶體1231設置於該面板11中，同樣能達成本發明所欲追求的效果，凡本技術領域之人士所能輕易思及之變化與修飾，均應涵蓋在本發明之申請專利範圍內，合先陳明。再進一步言之，廠商亦可依照國際色彩協會(International Color Consortium，簡稱ICC)所制定的色彩描述檔(ICC profile)之格式，將該組最終增益值(G _r,G _g,G _b)寫入一色彩描述檔中，並將該色彩描述檔提供予一電子裝置(圖式未顯示)，以令該電子裝置與該面板11相連接時，該電子裝置能根據該色彩描述檔之內容修正其發送至該面板11之影像訊號，如此，同樣能達成本發明之較佳實施例所欲追求的效果，凡本技術領域之人士，在參閱該等實施例所揭露之技術後所能輕易思及之等效變化或修飾，皆應涵蓋在本發明之申請專利範圍內，合先陳明。

除上述較佳實施例的說明外，為便審查委員清楚瞭解本發明之技術，茲以第2圖所示之流程圖，說明本發明的量測及計算流程步驟：(200)藉由一儀器量測顯示器之面板上呈現紅、綠、藍三原色所對應的一組亮度曲線值γ _R、γ _G、γ _B；(201)量測該面板上呈現一原始白色所對應的一組預定刺激值W _p(X _wp,Y _wp,Z _wp)；(202)量測該面板上呈現灰階值為零時，所對應的一組低階刺激值W ₀(X _w ₀,Y _w ₀,Z _w ₀)；(203)分別選取已知色度空間中紅色、綠色、藍色的色度座標及亮度值為第一、第二、第三色度座標(x _ri,y _ri)、(x _gi,y _gi)、(x _bi,y _bi)，及第一、第二、第三亮度值Y _ri、Y _gi、Y _bi；(204)定義一理想目標白色的色度座標及亮度值為第四色度座標及第四亮度值W _i(x _wi,y _wi,Y _wi)；(205)根據CIE XYZ表色系統，將該第一色度座標及第一亮度值，轉換為第一組刺激值R _i(X _ri,Y _ri,Z _ri)，將該第二色度座標及第二亮度值，轉換為第二組刺激值G _i(X _gi,Y _gi,Z _g _i)，將該第三色度座標及第三亮度值，轉換為第三組刺激值B _i(X _bi,Y _bi,Z _bi)，並將該第四色度座標及第四亮度值，轉換為第四組刺激值W _i(X _wi,Y _wi,Z _wi)；(206)分別自該第一～第四組刺激值中，扣除該低階刺激值W ₀(X _w ₀,Y _w ₀,Z _w ₀)；(207)自該預定刺激值W _p(X _wp,Y _wp,Z _wp)中扣除該低階刺激值W ₀(X _w ₀,Y _w ₀,Z _w ₀)；(208)依色度學的配色定律，計算出由扣除該低階刺激值的該第一～第三組刺激值，混合成扣除該低階刺激值的該預定刺激值所需的第一混合比例；(209)依色度學的配色定律，計算出由扣除該低階刺激值的該第一～第三組刺激值，混合成扣除該低階刺激值的該第四組刺激值所需的第二混合比例；(210)以該第二混合比例對該第一混合比例的比值計算出該面板上呈現紅、綠、藍三原色的一組初始增益值(g _r,g _g,g _b)；(211)依據該組初始增益值(g _r,g _g,g _b)及該組亮度曲線值γ _R、γ _G、γ _B，計算出一組最終增益值(G _r,G _g,G _b)；及(212)將該組最終增益值(G _r,G _g,G _b)設定至該顯示器。

藉由本發明之技術特徵，該顯示器即能依據該組最終增益值(G _r,G _g,G _b)，自動調校該面板11之色彩表現，由於本發明之方法在計算出該組最終增益值的過程中，同時考量了面板11的紅、綠、藍亮度曲線值，以及灰階值為零(全黑畫面)的漏光因素，因此，不僅能改善傳統人工調校耗費時間及人力成本的問題，大幅提高顯示面板調校的作業效率，更能兼顧不同顯示面板間存在的亮度特性差異，有效增加顯示面板調校的精準度，且即便是具有不同亮度曲線值及不同漏光程度的面板，亦能在調校後呈現出最佳的色彩表現，有效改善習知調校方式的諸多問題。

此外，前述實施例中，雖然在計算第一色彩混合比例與第二色彩混合比例之前，會先將第一組刺激值、第二組刺激值、第三組刺激值、第四組刺激值及預定刺激值，分別扣除低階刺激值，但在本發明之其它實施例中，亦可不扣除低階刺激值，而直接計算出第一色彩混合比例與第二色彩混合比例，主要原因在於，目前的顯示器之漏光程度均會被業者控制於一標準範圍內，以降低其對面板之顯示影像的影響，因此，本發明之方法能夠省略前述步驟(206)、(207)，使得本發明能夠應用於不同需求的產品上。

按，以上所述，僅為本發明之較佳實施例，惟本發明之技術特徵並不侷限於此，凡任何熟悉該項技藝者，在本發明之技術領域內，可輕易思及的變化或修飾，皆應涵蓋在以下本發明的申請專利範圍中。

10．．．儀器

11．．．面板

12．．．系統電路板

1231．．．記憶體

121．．．視訊解碼器

122．．．解交錯掃描器

123．．．縮放控制器

13．．．運算單元

第1圖係本發明之較佳實施例的電路方塊示意圖；及

第2圖係本發明之流程圖。