TW567462B

TW567462B - Method and apparatus for adjusting subpixel intensity values based upon luminance characteristics of the subpixels for improved viewing angle characteristics of liquid crystal displays

Info

Publication number: TW567462B
Application number: TW091100943A
Authority: TW
Inventors: Paul F Greier; Kenneth C Ho; Richard Ian Kaufman; Steven Edward Millman; Gerhard R Thompson
Original assignee: Ibm
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-12-21
Also published as: JP2004525402A; GB2387955B; KR100558608B1; GB0318620D0; WO2002059685A2; JP4065780B2; CN1258162C; US20020149598A1; US6801220B2; WO2002059685A3; GB2387955A; AU2002231163A1; KR20040023585A; CN1488124A

Description

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發明背景螢明範疇本發明係有關於液晶顯示器（LCDs)，而更明確而士，係有關改善液晶顯示器的視角特性。相關技藝之說明多數現階段液晶顯示器面盤會在明亮與黑暗狀態之間大範圍的子像素強度值上受到不良視角特性（顏色變化與相反位準的視角功能）的影響。在這些顯示器所使用的各種不同液晶模式之中，最普遍使用的是扭曲向列模式（丁N模式），其具有比比其他模式更差的視角特性。典型上，使用一正常白色模式，所以全亮度狀態係對應一低應用電壓，而且全黑暗狀態係對應一高應用電壓。顯示影像元件晋遍稱為像素，其中每個像素通常是由一群3個子像素所組成，即是紅、綠、與藍色子像素。典型的液晶顯示器具有一條紋像素幾何，其中該等像素是正方形，而且其中所有子像素是具一完整像素高度及完整像素三分之一寬度的垂直條紋形狀。對於正常白色模式而言，透過使用每一顏色8個位元驅動，最高應用電壓可對應零的一強度值，而且最低應用電壓係對應2 5 5的一強度值。強度值亦稱為數位像素位準，或數位一類比轉換值（DAC值）。當電壓在液晶單元間隙上供應時，不良視角特性會在不同角度上造成光學傳輸變化。在顯示器表面的正常投射視角上，亮度會隨著數位像素位準增加，大致上是遵守一功率足律，通常稱為一 γ曲線。圖丨係描述在正常投射 -5- 本紙張尺度適财@ @家標準(CNS) Αϋ(21〇Χ297公憂)

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的亮度與數位像素位準之 j£ ^ m JL Λ Λ ^ ^ g係的一理想丫曲線。在離開 =吊投射的視角上，γ曲線 ’ 像素位準而言，亮度会隨 ^特疋數包又曰Ik者視角而強烈變化。數位像素位準功能而顯示 β #、同的-般趨勢。因像素位準而：有視用上的相對亮度變化 ^ ^ 旱而疋的亮度變化是沒有變化，而且取大變化是發生在黑像素位準範圍。 dd、與冗度“之間某處的

Oh,J ^ a 4 t ^ 5,847,688 ^ ^ „ _ „ „ ^ 將-新組類比參考電壓提供給資料驅動要額外的特殊電路用於面盤的驅動電子1 了要工作; =方法需要於每兩或多個訊框改變的不同一線的參，迅，。此需要連續將正與負電壓提供給像素。如果訊框率是60赫兹，γ曲線的改變率將會是3〇赫兹或更少。^ 果在γ曲線之心勺亮度調變夠大，如同需要改善視角特那麼閃爍便會發生。人類視覺對閃爍敏感度的峰值是在大約1 0赫兹，而且在3 〇赫兹的敏感度是相當大。或者，如果液晶響應速度不夠快而在兩訊框時間内完全響應，那麼液晶管理器便會在單元結構内維持一平均^ 置，而且亮度將不會隨時間改變。結果的亮度值將會= 兩γ曲線的平均，而且視角特性的改善不會發生。

Ikezaki等人的美國專利案號5,489,917係描述藉使參考電壓組從平常情況改變的一技術，其中最低參考電壓會增加，以抑制相反位準。對於具平常摩擦與偏光器結構的 T N模式液晶顯示器而言，此方法在向上的方向（向下看） -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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567462 A7 B7 五、發明説明（3 ) 只改善視角特性。相反位準情況在向下方向（向上看）較強，所以此方法並未說明在垂直視角特性中最引人注意的。該方法需要減少的參考電壓的總範圍，其明顯可減少面盤的動態範圍與對比率。在 G. S. Fawcett 和 G. F. Schrack 的 Proceedings of the SID， Vol. 27/4，第 305-8 頁（ 1986)名稱 ’’Halftoning Techniques Using Error Correction"係描述用以在受限制灰譜度能力的任何裝置、顯示器、或印表機上產生半色調影像的一般演算法。Feigenblatt等人的美國專利案號5,254,982係描述具時間變化相位移的一半色調方法，而且是用於相當低強度灰譜值的液晶顯示器。Fawcett等人與Feigenblatt等人的目標是要使用具有限灰諧能力的裝置產生幾乎連續色調影像。本發明是用於具全灰諧能力的液晶顯示器，並且充份利用此能力。最後，Fawcett等人與Feigenblatt等人的技術不提供改善半色調處理的視角特性之一方法。在Honeywell和Hosiden公司所完成的工作中，一分散像素結構可用來提高TN模式TFTLCDs的可接受視角範圍。此工作已在下列描述：Sarma等人在SID Digest，第148-150 頁（1989 )名稱 ” Active-Matrix LCDs Using Gray-Scale in Halftone Methods” ； Sarma 等人在 SID Digest，第 555-557 頁 (1991)名稱” A Wide-Viewing-Angle 5-in-Diagonal AMLCD Using Halftone Grayscale" ; Sunata 等人 Int· Display Res· Conf. Record，第 255-257 頁（1991 ) S.”AWide-Viewing-Angle 10-Inch-Diagonal Full-Color Active Matrix LCD Using 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 567462 A7 B7 五、發明説明（4 ) a Halftone-Gray sc ale Method” ； Ugai 等人在 Electronics and Communications in Japan，Pt. 2，Vol. 80，No. 5，第 89-98 頁 (1997)名稱"Deployment of Wide-Viewing-Angle TFT-LCDs Using Halftone Gray-Scale Method’’ 。此工作的摘述亦在 Ohi等人的美國專利案號5,847,688提供。在此技術中，每個子像素是分成兩個較小分散子像素。一額外儲存電容器是與兩分開子像素的不同負載電容一起使用，以便將一不同像素電壓提供給兩分開的子像素。如此，對於運用在兩分開子像素組合的一特定子像素電壓而言，分開的子像素傳輸不是相同。此技術是作者描述的”半色調灰諧比例方法”。方法是半色調，就某種意義來說，一分開的子像素是比另一者更亮。因為運用在分開子像素的電壓比是當作電容比，電壓比於所有的子像素位準是大約相同。對於一特定子像素電壓與不同較小的子像素電壓而言，兩小子像素的傳輸與視角特性不是相同。透過將來自兩較小子像素的光一起混合，視角特性與單一子像素相比較亦可混合及改善。此方法的主要缺點是一特殊子像素結構需使用在玻璃面盤上的陣列内。到現在，此技術已成功應用在機艙娛樂顯示器，包含類似159 X 477 微米大小的子像素。當像素區域減少時，額外儲存容量與分開的像素結構會變成更不容易實施。此將該方法限制運用在電腦資訊顯示器範圍，其中大量與大密度像素是需要的。例如，每吋2 0 0個像素的一顯示器需要大約42 X 126微米的子像素尺寸。 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 567462 A7 B7 五、發明説明（5 )

Ogura 等人在 SID Digest，的第 593-596 頁（1 992 )名稱 ’’A Wide-Vie wing-Angle Gray-Scale TFT-LCD Using Additive Gray-Level Mixture Driving”係描述透過使用增加的灰諧位準混合驅動而改善TFTLCDs的視角特性之一技術。在此工作中，在奇數行的像素是供應不同於偶數行的像素電壓。在該等行之間的電壓差是保持一固定值，略小於液晶材料的臨界電壓。此技術需要一雙排列資料驅動器配置，其中交替行係連接到在陣列上面及下方的資料驅動器晶片。此外，資料驅動器晶片的頂端與底部排列具有供應給他們的不同組參考電壓。此方法是運用在一正常白色扭曲向列模式液晶顯示器。一般發現到水平觀看範圍會增加大約1 0度。從此文獻可了解到像素行對的組合改善視角特性。一技術缺點是特別需要玻璃結構，即一雙排列結構。控制電子亦必須修改，以提供一額外組的參考電壓。另一問題是在行像素電壓之間的一固定補償不會造成所有位準符合兩行具有相同像素電壓情況的一亮度。此是典型整個扭曲向列模式液晶顯示器的S形傳輸電壓特性結果。與輸入像素資料無關的一固定補償電壓亦會造成具細微影像圖案的問題。一棋盤式或交替行類型的影像圖案將不能正常提供。對於像素資料對應補償電壓的某些圖案而言，圖案可以是兩倍強度或一起消失。改善液晶顯示器視角特性的其他技術係包括變更或特殊的像素結構、液晶模式、或面盤陣列配線。其他技術範 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 567462

例包括雙領域TN模式、多重領域垂直對準（mva)、盘平面變化（IPS)。在玻璃面盤内需要特別結構的這些技術本貝上比避免特別結構技術的發展及製造更昂貴。模式通常比其他模式操作需要更多功率。同樣地，這些技術具有比筆記型電腦顯示器更可運用於桌上型監視器。因此，这些許多万法通常不能擴展到高密度像素陣列，因為特殊像素結構需要視角改善所需整個可用區域的大部分。當像素面積減少時，其餘部分便會限制在設計達成的孔區域。複雜的像素結構亦不容易使用高生產量製造。因此’在技藝巾的需要是提供一有效率及低成本基構，以改善現階段液晶顯示器面盤的視角特性，尤其是用於筆記型電腦顯示器。、發明概述本發明的方法及裝置可提供一非常低成本方法以改善液晶顯示器的視角特性。本發明可透過使用考慮面盤^像素非理想亮度的高頻脈動技術而提供一有效率機&，〆修改顯示器子像素的強度值（數位形式），藉此透過抑制^ 免除在大視角範圍上的相反位準與顏色變化而改1顯示的影像。 ”、根據本發明，供應給面盤的資料會改變；因此，不心要改變或變更昂貴及不容易實施的液晶單元、像素择構、或破璃面盤。本發明可在顯示子系統内、在顯示模組内的控制器電子資料處理部分、或作業系統或應用軟體内 -10-

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k 本紙張从通财S S家標準(CNS) A4規格(21GX 297公爱)' ' --—-- 567462 A7 , ---____B7 五、發明説明（7 ) 貫施。當像素密度增加時，此技術的影像品質與整個效率可改善。不像包括實際的像素結構變化的其他技術，當像素密度增加時，本發明可易於實施。此技術在玻璃面盤内不需要特殊結構，而且可用於具整個灰諧能力的液晶顯7F器，並且充份利用此能力，以及面盤的整個動態範圍。此外，包含文字、線條技藝、或其他資訊的影像資料可被保護，而且在下面更詳細描述。因為只有資料改變’方法或裝置可藉著將它完全關閉或改變視角特性變化的角度而被使用者控制。在本發明中，隨著視角的亮度與顏色變化可減少。本發明不僅可改善視角特性，而且亦可透過將子像素顏色限制在具有良好行為狀態的一範圍而用來改善顏色管理與控制，而無需減少可提供顏色的數量。此技術可運用在具視角變化的任何液晶顯示器。範例係包括薄膜電晶體液晶顯示器（TFTLCDs )，或已知為主動矩陣液晶顯示器（AMLCDs )。定址在陣列中像素的主動薄膜電晶體裝置能以任何材料製成，例如一無定形矽（a_Si)、多晶系矽（poly-Si )、單晶矽、或有機材料。本發明亦可應用在其他種類的液晶顯示器裝置，例如被動矩陣液晶顯示器，或者已知為超扭曲向列液晶顯示器（STNLCDs > 、與鐵電液晶顯示器。在根據本發明而產生一改善影像的方法中，有關一影像資料元件的強度值可被修改，以減少在明亮與黑暗強产值之間的中間色調強度值數量。強度值可根據子像素2 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) ' --------

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k 567462 A7 ______ B7 ________ 五、發明説明（8 ) 度與液晶顯示器的至少一視角而修改。強度值亦可根據在衫像資料元素上的其他定義情況而修改。例如’如果一部分影像的資料元件符合某標準，強度值便不需要修改。在一較佳具體實施例中，一第一複數個登錄係在至少一視角方向中提供在一 LCD顯示器子像素的強度值與亮度值之間提供一關係。此外，一第二複數個登麵:係提供在一目標強度值與中間色調強度範圍外的亮度值之間的一關係。該等強度值可透過下列修改而減少中間色調值的數量：透過使用影像資料的第一複數個登錄而從子像素強度值產生一第一亮度值，透過使用第一被數個登錄而識別對應該亮度的一目標強度，及透過使用第二複數個登錄而識別在中間色調範圍外的強度。根據本發明的較佳裝置是在顯示控制器電子内的一像素資料處理器，而如同在顯示面盤模組内所包含的一部分應用特殊積體電路（ASIC )實施。像素資料處理器可修改與一影像的資料元件有關的強度值，以減少在明亮與黑暗強度值之間的中間色調強度值數量。強度值可根據子像素：¾度及至少一視角、或液晶顯示器的視角範圍而修改。本發明的上述及其他特徵與優點可透過參考附圖的本發明較佳具體實施例的說明而更了解。圖式之簡單說明圖1係描述與在一正常投射視角上的數位像素位準強产 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 567462

值的理想亮度有關的圖式。圖2係描逑當強度值從從亮度狀態減少到黑暗狀態時，在大視角範圍的相對亮度變化圖。圖3係根據本發明的具體實施例的一電腦系統功能方媿圖。圖4是圖3的顯示子系統的一功能方塊圖。圖5是圖4的顯示控制器與顯示陣列的一功能方塊圖。圖6是強度位準的亮度詳細特徵圖。圖7是位準25 5的一 TN模式TFTLCD亮度極性圖。圖8是位準〇的一 tn模式TFTLCD亮度極性圖。圖9係顯示在垂直平面的一tn模式TFTLCD亮度圖。圖10是在低於正常投射的一 62度垂直視角上的亮度與圖9數位像素位準的比較圖。圖1 1是不同對比率與垂直視角的比較圖。圖1 2是具R=G=B的一致性灰諧的典型TN模式TFTLCD 的黃藍色變化圖。圖1 3是使用在列倒置的像素極性範例。圖1 4是使用在點倒置的像素極性範例。圖1 5是具點倒置的一全像素2 X 2圖案範例。圖1 6是一全像素2 X 4圖案範例。圖1 7是一全像素4 X 2圖案範例。圖1 8是一 4 X 2雙倍子像素圖案範例。圖1 9是具一綠色/紅紫色配置的2 X 2子像素圖案範例圖。圖2 0是具多數亮度子像素的一 14 X 14範例圖案搖晃子像 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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素圖。圖2 1疋搖晃子像素的14 χ 14範例圖冑，與多數黑暗子像 0 圖2 2是半色調像素處理的一般流程圖。圖23是全像素2χ2圖案的一流程圖。圖2 4是為倍子像素4 χ 2圖案的流程圖。圖25是2 χ 2子像素的一流程圖，其中該等像素是在相同行内處理。圖2 6係描述理想γ特性的一線性半色調關係圖。圖27係描述理想γ特性的一功率定律半色調關係圖。、圖28係顯示有關典型以模式傳輸特性的用以查表的改良線性半色調關係圖。圖2 9係顯示有關不同線性半色調曲線的亮度與視角得比較圖。圖3 0係描述具在光亮與黑暗分枝之間最大分離的2 χ 2 四個像素處理之一線性定律演算法圖。圖3 1係描述透過使用四個像素處理的2 5 %亮度之一 2 χ 2類似子像素圖案。圖3 2係描述透過使用四個像素處理的7 5 %亮度之一 2 χ 2類似子像素圖案。圖3 3係描述透過使用四個像素處理的2 5 %亮度之一 4 χ 2類似子像素圖案。圖3 4係描述透過使用四個像素處理的2 5 %亮度之一 4 χ 2類似子像素圖案。 -14- 本紙張尺度制巾® S家標準(CNS) A4規格(21G X 297公董了 :裝訂

k 567462 A7 B7 五、發明説明（11 楚具體實施例之詳細說明具體實施本發明的一範例系統整個結構是在圖3描述。如圖所示，一電腦系統1 〇〇係包括一處理器1 〇 2，其係經由一系統匯流排1 〇 6而耦合到系統記憶體1 0 4及其他元件。系統記憶體1 0 4係包括隨機存取記憶體，其可依需要儲存電腦系統1 0 0的作業系統與應用軟體。為了描述緣故，系統匯流排1 〇 6是以單一匯流排顯示；然而，對於在技藝中為请此技者可了解到系統匯流排係包含一或多個匯流排（可利用不同匯流排協定），其係因電腦系統1 〇〇的結構與設計而定。例如，系統匯流排1 〇 6係包括如同典型於現階段以英代爾為主之結構系統的階層方式構成的複數個匯流排。作業系統與應用軟體典型是從持久性儲存 1 〇 9載入系統記憶體1 〇 4，例如一固定磁碟或其他非揮發性記憶體。此外，作業系統與應用軟體可從網路資源經由例如一數據機、區域網路轉接器網路、一廣域網路轉接器、或其他通信裝置的通信轉接器（未在圖顯示）而載入系統記憶體1 0 4。輸入/輸出（I / 0 )裝置1 〇 8係經由系統匯流排1 0 6而耦合到處理器丨〇 2。輸入/輸出裝置} 〇 8係包括鍵盤、文字登錄的一範本或觸摸塾、例如一滑鼠、一轨跡球的指向裝置、或使用者輸入的光筆、及語音輸入的語音辨識。作業系統係控制電腦系統1 〇 0的硬體資源配置與使用，而且是應用軟體建構的基礎。應用軟體能與作業系統和使用者輸入一起工作，以執行特殊工作。應用軟體的範 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x297公釐)

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下述的本發明顯示子系統丨丨〇能以硬體實施，例如，包括至少一可設計順序器、記憶體' 整數處理單元與浮點小數單兀一閘陣列或一晶片組。此外，顯示子系統i i 0係包括平行及/或管線結構。或者，顯示子系統1 1 〇可使用軟體與一處理器一起實施。處理器可以是一傳統一般目的處理器，一部分的主機處理器丨〇 2、或一部份的與主機處理器102整合的共處理器。顯示子系統1 ] 0的一範例是在圖4顯示。明確而言，顯示子系統1 1 0係包括一控制處理器2 〇〇 (未在圖顯示），其可管理透過顯示子系統i丨〇的其它元件所執行的操作。顯TF子系統1 1 0是經由一主機介面2 〇 2而耦合到系統匯流排1 0 6 ’其可透過執行系統匯流排丨〇 6的通信協定而在系統匯流排1 0 6之間讀取及窝入資料。顯示子系統1 1 0係包括顯示邏輯2 〇 4，以執行經由系統匯流排1 0 6接收的命令所控制的操作，以便在顯示裝置 1 1 2上的顯示的影像資料。顯示邏輯2 〇 4係包括一微處理器或包括一特殊目的硬體，用以植行一特殊類型的操作。透過顯示邏輯2 0 4所產生的影像資料是在一記憶體控制器2 0 8下而儲存在一訊框緩衝器2 〇 6。此外，訊框緩衝器 2 0 6的内容可經由記憶體控制器2 〇 8與主機介面2 〇 2而讀取及傳輸給系統控制處理器1 〇 2。訊框緩衝器2 0 6典型係包含足夠的記憶體，以儲存顯示裝置1 1 2的每個像素的彩色資料（以數位形式）。傳統上， -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 567462 五、發明説明（14 ) 彩色資料是由代表每個像素的紅、綠和藍（r、g 的三組位兀（例*，3個8位元整數）所組成。傳统上y 框緩衝器2〇6是以列與行的一矩陣配置，而且每個是,個位兀深度’其中特殊列與行位址係對應顯示裝置"2的像素位置。此外，顯示子系統"〇係包括兩訊框緩衝器。在傳統的系統中，該等訊框緩衝之中一者是當作主動顯示部分使用，而另一訊框緩衝器可於隨後的顯示更新。任何訊框緩衝器可根據系統1〇〇的需要從主動改變成非主動；達成轉換的特殊方式是與本發明無關。顯示子系統1】〇亦包括视訊時序邏輯2丨4，以產生視訊時序信號，該視訊時序信號可控制從訊框緩衝器2 〇 6到顯示裝置1 1 2的像素資料傳輸。更明確而言，視訊時序邏輯 2 1 4可產生一影像素時脈信號、一水平同步信號（或 HSYNCH信號）及一垂直同步信號（VSYNCH)。像素時脈信號係代表在一顯示特定線條中像素之間的轉變。 HSYNCH信號係代表從顯示裝置的一條線到另一條線的轉變，而且VSYNCH信號係代表從顯示裝置的一訊框（即是，一訊框的最後一條線）到下一訊框（即是，下一訊框的第一條線）轉變。視訊時序信號可提供給記憶體控制器2 〇 8，以便基於供應的此視訊時序號而產生一位址信號。透過記憶體控制器2 0 8所產生的位址信號是提供給訊框緩衝器2 〇 6，以循ί衣於訊框緩衝為2 0 6的像素位置。在每個位址週期中，一或多個像素的像素資料是從訊框緩衝器2 0 6讀取，並且 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210Χ 297公釐) 567462 A7 B7 五、發明説明（17 ) LSI 3 12、一源極驅動器3 1 6及一閘極驅動器3 1 4。液晶顯示為控制器L S I可處理傳輸的像素資料，包括接收器2 2 4 所供應的像素資料時脈’而且信號是從顯示控制器2 2 6接收，並且將信號輸出給源極驅動器3丨6與閘極驅動器 3 1 4，其包括從像素資料時脈產生的時序控制信號。源極驅動器3 1 6可產生對應供應像素資料的一灰諧比例信號 (類比形式），並且在顯示陣列的適當資料線上輸出灰諧比例信號（類比形式）。源極驅動器3 1 6的一範例是由德州儀器公司製造及銷售的MPT57481源極驅動器。閘極線驅動為3 1 4可產生位址信號以激勵顯示陣列的適當子像素，為了要將在資料線上供應的灰諧比例信號（類比形式）提供給顯7JT陣列的適當子像素。閘極線驅動器電路3 〇 9的一範例是由德州儀器公司製造及銷售的MPT57604閘極驅動器。该背光3 2 4可從背面或旁邊照明液晶單元3 1 8。背光3 2 4 係包括一螢光管3 2 0及一反相器電源3 2 2。顯示控制器 2 2 6亦提供一使用者界面3 〇 5，以允許使用者調整例如視角特性可改變的角度。根據本發明，傳送給顯示陣列的資料可修改，以提高液晶顯示器的視角特性。資料修改可在顯示子系統内、或最好是整個在顯示模組内的控制器電子的資料處理部分内以硬體實施。軟體可存在一電腦系統可讀取的任何媒體，其中該電腦系統可具有一顯示器、一磁碟片、磁帶、 CD等。資料修改方法是因液晶顯示器的性質而定，例如它的亮 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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567462 A7 ______Β7 五、發明説明（18 ) 度與視角特性。目前使用的液晶顯示器在亮度狀態中具有良好的視角特性。在黑暗狀態中的視角特性會較差，因為亮度相當小，此並不會影響觀看者的感知。對於在黑暗和亮度狀態之間亮度的某位準或範圍而言，亮度能著視角而從一等方性或Lambertian分布強烈補償，而且在某些視角上，亮度不會單調隨著像素位準增加。此透過使顏色改變與逆對比而不利影響到影像品質。透過抑制在較亮或較暗的這些有問題的中間色調位準，本發明可達成觀看者的想要亮度位準，但是如此做要使用具有良好視角特性的顯示元件。在視角特性的改善的達成會使影像解析度受到一些影響。一液晶顯示器的子像素亮度係大致遵守因數位像素位準而足的功率定律，此有時稱為γ特性或γ曲線。理想上，子像素亮度與輸入數位子像素位準的比較係遵守在下列方程式1中提供的簡單關係^ 丫_和Ymin是在顯示器正常投射上的取大與最小亮度，而且η是像素數位位準、或DAC 位準。對於具8位元顏色的顯示器而言，每個子像素具有 250個位準，而且位準可擴展從〇到255的範圍。對於γ = 3.0和Ymax/Ymin = 500而言，此關係的一緣圖是在圖6顯 7J7 〇 Y = Ymin + (Ymax - Ymin) · (π/255)γ 方程式（1 ) v午夕液晶顯示器不會精確遵守此關係，相反地，呈現具一 S形曲線的γ特性，其中最大亮度是發生低於2 5 5的一像素位準上發生。在記型電腦中發現的一典型液晶顯示 -22- 本紙取从適用+國®家標準(CNS) Α4規格(21GX 297公爱) " ---—

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器的一S形γ曲線範例亦在圖6顯示。典型的液晶單元具有傳輸與單元電壓比較的特徵，而且亦是S形。時常錯誤假汉傳輸特性的S形會導致一 S形γ曲線。該γ曲線性形狀是透過在像素位準與板供給液晶面盤的驅動電壓之間的特殊關係選擇而決定。對於使用在TFTLCDs的多數液晶模式與像素單元結構而舌’ ：¾度不會與視角保持不變。此外，當像素位準從亮度狀悲減少時，在大視角範圍上隨著視角的亮度變化會變大。一扭曲向列模式TFTLCD的亮度與視角比較的極性繪圖範是在像素位準255和〇的圖7與圖8提供，其中所有子像素是相同值（R = G = B)，亦即灰諧情況。考慮像素位準整個範圍（0到2 5 5 )上呈現的特性範圍，在特殊視角上，一大範圍像素位準的亮度與在正常投射的γ曲線相比較是過度亮度’或與γ曲線比較而過度黑暗。對於一些液晶結構而言，在特殊視角上，與像素位準的亮度關係會相反，即是，在較低像素值的亮度是比在較高像素值的亮度更亮。此情況係稱為相反位準，而且在此範圍像素值的這些式角上看到的影像會呈現相反對比。對於扭曲向列模式液晶顯示器而言，所有這些效果通會常發生。對於除了扭曲向列之外具寬視角模式的液晶顯示而言，亮度（與顏色）會隨著視角而變化，但是通常不會呈現相反位準。對於扭曲向列模式液晶顯示器而言，當投射視角從低於正常投射變化成超過正常投射時，亮度強烈變化會在垂 -23· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

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垂：：發：。一扭曲向列模式液晶顯示器的亮度特性與上對麻的範例疋在圖9顯示’号是由在90度方位角 :應广度極性緣圖垂直切割的—曲線系列所組成。；角（θ)的正值係對應從面盤正常（當向下看）的向上方向，而且視角的負值係對應從面盤正常（當向上看）的向下方向1看出’當像素位準從2 5 5減少到㈣’亮度锋值便曰從零的一垂直視角θ移到正❸角。當投射角増加超過焚時’党度曲線變得更密間隔，而且朝向較高像素位準成 ’。在此區域的亮度行為是過度亮度。當投射角減少到零時，亮度曲線系列便會保留他們大部分相對間隔，但是曲線的整個大小會比正投射角情況的投射角更Ζ利: 此區域的亮度行為是過度黑暗。對於最低的像素位準而言，當視角變成更負時，亮度曲線會交又，對應到=前討論的相反位準情況。對於最高正投射視角與像素位準而言，亦可以是一些相反位準。在圖10中’在-62度的垂直視角上的亮度與像素位準比較繪圖是在圖9的資料顯示。在此視角上，；i； _^ a 冗度通常會呈現一局部最大值，而且不遵循一 γ類型關係。亮度不是單調沒有變化，而且在中間色調灰諧位準上的遂# θ 7 工日1嗶值是低於位準範圍的中點。此亮度可視同一錯誤功能，而且θ中度範圍像素位準的最大誤差。若要更嚴格有效檢查相反位準’不同對比率系列的纟合可如圖1 1所示從圖9的資料構成。不同對比率是在選取像素位準之間的亮度比。在圖1 1中，其係顯示位準的數個比 -24-

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率。理想上，下列γ關係：兩位準ηι和112的不同對比率（CR，）應該遵循 CRf = (n{/n2)y 在圖1 1中，很顯然，不同對ti 方程式（2 ) 不同對比率不遵循此關係。對於在0

ϋ視角而t 同對㈣特徵是非常強烈脫離可接受的行為。對於低於位準31的最低像素位準而言，最小不同對比率對於大約-丨〇度的垂直視角會到達接近丨的值。當像素位準增加時，最小不同對比率便會下降低於丨，而且取小比率的位置會移到較大負投射視角。在大約-6 5度投射視角上，最小不同對比率會在位準2 2 3與2 〇 7之間發生。對於高於此的位準而言，不同對比可於〇與· 8 〇度之間的所有垂直視角上變成大於丨。從此输圖可清楚看出，對於負垂直視角而言，在大約位準3 1與位準2 2 3之間的大像素位準範圍會呈現不想要的相反位準特係。扭曲向列模式液晶的類似傳輸特性是在Ikezaki等人的美國專利案號5,489,917的圖2b與圖3b顯示，其中相反位準現象疋在因正確液晶模式而定的向上與向下方向中呈現。在Ikezaki與在圖1 1顯示特徵的一般特性是一特定組的視角條件及像素位準的範圍，亮度錯誤是與中間色調灰諧位準區域某處的相反位準峰值有關，此是在最小與本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 567462 A7

瑕大之間某處的像素位準。傲多數液晶顯示模式的另-觀點是隨像素位準發生的色彩變化。扭曲向列模式的典型特徵是在圖〗2顯示，並中對 T所有3個子像素具有相同位準汉=〇 = 6情況而言，彩度疋與灰諧位準比較㈣。值u，是表示眼睛的紅綠色的反應，其中較大u，值係對應較大紅色反應。值v，係表示眼睛 t黃藍色反應，其中較大V，值係對應較大黃色反應。在全儿度（位準2 5 5 )與全黑暗（位準〇 )之間範圍，v，的變化是大於u’，以致於彩度可從位準2 5 5微黃色改變成在位準〇的監色。此黃藍色變化是典型多數液晶顯示器模式。對、L έ大1党度像素的影像而言，顏色的呈現發生係相對於白色狀態，而且可充當一參考光源。當位準減少時’彩度變化便能判斷顏色是朝向藍色變化。假設顯示具有一較大對比率，即是，亮度狀態的亮度是遠大於黑暗狀態的亮度，彩色變化對於中間色調灰諧位準是最引人注意。接近位準〇的全黑暗像素的帶藍色情況將不能辨別成白色；他們會以黑色顯示，因為他們的亮度相當低’所以。然而，中間色調灰諧像素的帶藍色情況可辨別成白色，因為中間色調灰諧位準的亮度與全亮度像素党度相比較是名顯的。在本發明中，這些不想要的效果可透過減少具中間色調 k準的影像像素值的數量而移除。此可透過處理像素資料值以產生一半色調影像而達成，其中一群像素的亮度是較亮於輸入值，而且另一群像素是較暗於輸入值。像 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

，裝訂

567462 A7 ______ B7 五、發明説明（23 ) 素資料值能以亮度在影像局部保留的方式而選取。明亮與黑暗像素具有比在影像呈現的中間色調灰諧像素更想要的視角特性。視角特性可透過亮度像素支配，而且比黑暗像素更可看見。如此，可確認一半色調影像的亮度視角特性是接近亮度像素，其只透過減少相對於個別亮度像素亮度的整體亮度之黑暗像素呈現而遮罩。在群像素上的必要限制是亮度子像素群必須包含大約等於正與負子像素的數量，而且可透過用來驅動面盤的本發明決定。若要減少閃爍與影像停止現象，需要改變每個隨後訊框的像素電壓極性。此外，若要進一步改善影像品質，包括電容串音效果的抑制，改變在陣列内的像素極性是有幫助的。訊框倒置係定義成在陣列中的所有像素在相同訊框内是相同極性的情況，在隨後的訊框改變。行倒置係定義成像素電塵在陣列内的行之間改變及亦在訊框之間改變的情況。如圖1 3所示，列倒置是像素電壓在陣列内的列之間該變及亦在訊框之間改變的情況。點倒置係結合列與行的像素電壓極性變化，而且如圖i 4 所示在訊框之間。典型上，目前，商用筆記型電腦TFTlCDs 是使用列倒置驅動，而桌上型監視器TFTLCDs是使用點倒置驅動。若要滿足看不見閃爍的需求，亮度子像素電壓必須平均大約在正與負值之間分開。正與負像素的平衡應該匹配’與人類視覺系統感知閃爍的能力一致。平衡必須在小於人類視覺系統可感知閃爍的最小區域上達成。影像 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 567462 A7

保留與串音抑制的其他問題對於像素要。如果正與負像素的數量在—些百八土勺千铸亦^ 需求皆可滿足’而且達成平衡的：域：：Λ平衡’戶“ 素之間。域•大小疋在1與10個, -廣泛範圍的半色調像素圖案可使度正與負像素的數量而可滿足透匕各·乎平衡邊

衡明亮與黑暗像素的數量足:中置5:;匕圖案可正㈣度，而且5。軸象素是黑暗，:的:象甘八，* Λ明冗與黑暗像素的一此其他比率，例如66%的黑暗像素及”％的亮度像素。；間早的圖案是在整個面盤影像上是—致。目案亦可以是隨機的，當影像區域改變時，透過改變頻率與圖案而可適於影像内容。訂

可了解到半色的強度在不同的區域圖案因區域中的影像内容而定。如果影像内容隨著不同像素而逐漸改變，圖案便會具有相同的整個外觀。如果影像内容隨著不同像素而銳利改變，那麼半色調圖案便會中斷。為了要描述不同圖案’對於下列討論的目的而言，一般假設影像資料會在不同像素保持一致，例如一中間位準灰諧顏色。一致性圖案的範例現將描述。其中一最簡單圖案是在圖 1 5顯示的2 X 2全像素棋盤格式。在此圖案中，由3個子像素R、G、和Β所組成的每個全像素可以是黑暗或亮度。全像素可在黑暗與亮度之間改變。在列倒置下，在每個亮度像素内的所有子像素極性是相同，極性是在列之間改 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 567462 A7 B7 五、發明説明（25 ) 變’而且量度正像素的數量是完全匹配亮度負像素的數夏°此圖案在列倒置下可用於面盤驅動。然而，在點倒 I下，如圖1 5所示的極性，一般可看出亮度正與亮度負像素的數量是不平衡。

訂

在列倒置與點倒置下的亮度正與亮度負像素數量正好平衡的圖案是在圖16、圖17、圖18、和圖19顯示。在這些圖中的所有圖案亦可分享屬性，而且正號辦數的像素是黑暗’而且半數像素是變亮。圖1 6係描述一全像素2 χ 4 圖案’其中週期性在水平方向是2個像素，而且在垂直方向是4個像素。變亮或變暗區域是由一全像素所組成。圖 1 7係描述一全像素4 χ 2圖案，其中週期在水平方向是4個像素’而且在垂直方向是2個像素。變亮或變暗區域是由貝王像素所組成。圖1 8係描述一倍子像素4 χ 2圖案。變亮或變暗區域是由一對子像素所組成。圖1 9係描述一子像素2 χ 2圖案。週期性在水平與垂直方向是2個像素。變亮或變暗區域是由單一子像素或一對子像素所組成。子像素2 χ 2有三種可能的顏色配置，即是綠/紅紫色、紅/ 藍綠色、與藍/黃色。綠/紅紫顏色配置是在圖1 9描述。具較大重複距離的圖案範例是在圖2 0和圖2 1顯示。這些圖案是以交錯的子像素14 χ 14圖案描述。這些圖案在水平與垂直方向具有1 4個全像素週期性，而且在每個重複圖案中具總數588個子像素。在圖20中，亮度子像素是在重複的圖案内構成組數子像素的57.1 %，而且具有相反極性的相等子像素數量。黑暗子像素係構成整個 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 567462 A7 B7 五、發明説明 42.9 %，而且具相反極性的相等子像素數量。除了黑暗子像素與亮度子像素分別構成整個的57.1 %和42.9 %之外，在圖2 1顯示的圖案是類似先前的描述。從這些圖案的描述，可很清礎了解到許多可能一致性圖案的構造可滿足本發明所需的情況。多數這些圖案可透過處理在影像資料中相同列内的像素對而在顯示景> 像資料中建立，而且是基於不同的列而在像素資料移動。一些圖案亦需要在一起處理相鄰列中的像素。在此情況，像素值的一整條線必須儲存在一線條緩衝器。如果小量的像素能分群以小量操作一起處理，像素資料便能以相容於顯示器的更新框率而很快處理。在相同列内的成對像素處理流的描述是在圖2 2的流程圖中顯示。圖2 3係顯示像素資料如何於圖！ 5顯示的2 X 2全像素棋盤式圖案處理的一範例流動圖。第一步驟可決定在列的第一像素是否跳過。如果像素列是偶數，最初三個子像素可被忽略，而且開始點是在列内移位1全像素。如果像素列是奇數，便保持在列的第丨像素上的開始點。將子像素位準值對儲存在列，在指標位置上開始，而且包括相鄰子像素。其次，若要保持包含飽和色彩濃密方塊的線條技藝與文字，此需要測試此材料是否在影像資料出現。如果子像素是位準0或2 5 5，在此位置上的子像素位準值不會受到演算法的影響而改變。或者，一臨界測試可用於子像素，以便當在輸入子像素位準值之間的差是 -30- 本紙張尺度㈣㈣a $標準(CNS) A4規格⑽χ撕公爱) ---_

—裝訂

567462 五、發明説明（27 大於一臨界位準值時，可避免像素位準值的變化。一高當臨界差是大約100個位準。其次，像素亮度的兩個二透過使用一特性查表（LUT)而於像素位準對決定。特性 LUT只是像素亮度與像素位準比較的校準曲線。如果面盤特性可透過一簡單數學關係描述，那麼lut 便可公式化。像素對的平均亮度然後可計算。其次，透過在相反上使用LUT#1，目標平均位準便可決定像素位準是否對應像素對的平均亮度。最|，兩新的DA(^準然後透過使用一演算法LUT而於像素對決定。演算法丁是半色調演算法曲線。最佳半色調演算法曲線會隨著不同的校準曲線與不同的液晶顯示技術而不同。在圖18中的雙重4 χ2圖案產生的不同流程圖是在圖二斗顯示。一般特性是與圖2 3的流程圖相同，但是具不同的分枝條件。在圖2 3和圖2 4中的兩流程圖係包括處理在影像相同列内的像素資料對。一流程圖範例係包括處理在相同订内的像素資料對，但是具有不同列是在圖2 5提供。此流程圖係描述在圖1 9顯示的2 χ 2子像素圖案的處理產生。對於貝訊顯7F的良好效率而言，如方程式（i )所述的一丫類型傳輸曲線是需要。多數商用陰極射線管顯示器具有 I巳圍2 · 2到2 . 8的γ，而且一 2·2 γ通常是想要的目標值。我們現在考慮顯示器傳輸特性遵循丫類型曲線的情況，並且忽略最小的亮度Ymin。傳輸特性然後是·· Y=Ymax*(n/255y 方程式（3) 31 - i紙張尺度適財國s家標準(CNS) ^規‘2·297公爱）装訂 567462 A7

對於下列討論而言’我們考慮只有—半像素是亮著且一 :是黑=。我們想要使半色調圖案的宏觀亮度匹配 …致性圖末的党度。對於所有像素具有相同位準的一致性圖案而言，顯微鏡像素亮度是與㈣亮度相同。半色碉圖案的宏觀壳度可透過下式提供：

Yht = 2 7^ax · (¾)^ + l7max - V255/ 万程式（4) 其中〜和n b是在半色調圖案中的黑暗與亮度像素位準。一我們先考慮黑暗像素是儘可能黑暗，…=〇，而且忽略亮度。當個別亮度像素的顯微鏡亮度正妤是一致性圖案像素亮度的兩倍時，此半色調圖案的宏觀亮度將會匹配一致性圖案的宏觀亮度。對於一致性圖案n的特定目標位準而言，我們具有下列方程式：方程式（5 )

Yht = {rmax . ^ Ymax . 解決n b，我們便可得到·· rtb=n，（2)1 〜方程式（6) 在這些條件下，在半色調亮度像素位準與目標像素位準之間的關係是線性。為了說明，下列範例是假設。對於γ = 2.2 而吞，nb=1.37n。而且，對於γ = 2·2而言，一致性圖案亮度在1 8 6的像素位準會變成1/2 Ymax。此亮度可透過在位準255全亮度像素與在位準〇全黑暗像素的相等數量而由一半色調圖案匹配。對於大於1 8 6的目標位準而言，半色調亮度像素在位準 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 567462 A7 B7 五、發明説明（29 2 5 5飽和，並且匹配目標位準亮度，黑暗像素的位準必須增加超過0。 2 x max · V255 •(#)y+2 Lax 方程式（7 ) 黑暗像素位準的解決會變成： 255 nd (i/r) 、255/ ▲」方程式（8) 稱為線性演算法的明亮與黑暗半色調像素值與目標位準的關係是在圖2 6顯示。此演算法的一不想要觀點是在明亮與黑暗像素值的曲線中出現銳利轉角，而且是在接近 5 〇 %亮度的點上發生。在液晶顯示器上使用此演算法處理的影像典型於接近最大亮度5 〇 %會呈現亮度條紋與強烈的顏色變化。藉著演算法的適當功能修改，在曲線中的銳利轉角可變平滑。適當功能的範例係包括功率定律與互補的錯誤功能。功率定律關係已實驗探討，而且當與線性演算法比較時，發現到可減少亮度條紋與顏色變化。雖然在輸出D A C值的明亮與黑暗分枝中的最大傳佈值可使用線性演算法達成，但是較好的結果可使用功率定律演算法獲得。此功率定律關係將接著描述。我們再次考慮具有如方程式3所示的理想γ定律傳輸特性。對於一功率定律關係而言，定義半色調像素對的黑暗分枝的一方便方法是將黑暗像素DACM±nd定義成目標 DAC值η ’而且具一指數p， ^ = 255 · 方程式（9) -33- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 567462 A7 B7____ _ 五、發明説明（30 ) 所以黑暗子像素的亮度Ydark可透過下式提供： • 255-(^¾-)^ 1 y r n \py

Ydark ^ ^max * 255 = (255 方程式（1 0 ) 黑暗與亮度像素的亮度總和必須等於目標DAC值的亮度，正常是考慮該等像素對之中每一者係彳占用表面區域的—半。 27= 27max · (255)7 = Ydark + Ybright - ^max * fej” + Ybright 方程式（1 1 ) 解決丫…咖： = i^niax · [2(五J)y —(五J)叫一 Knax (255)方程式（1 2 ) 解決n b : nb = 255 · [2(255)^ - (2¾)^ ]I/y 方程式（13 如果功率p = 1，那麼明亮與黑暗子像素亮度是相同，即是，沒有半色調。當功率p增加，黑暗子像素的亮度便降低，而且亮度子像素的亮度會升高，下列曲線可分別稱為黑暗與亮度分枝。如果功率p太大，那麼對於目標D A C 值接近2 5 5而言，黑暗分枝的亮度太小，以致於亮度子像素的必要亮度將會超過全亮度，至少至少於η的某值。在此情況，最大誤差會在低於位準255的某DAC值上發生。目前，對於ρ最大值的未知分析解決是否不會造成任何亮度錯誤，但是ρ的值會數字表示。例如，如果y = 2.2，那麼ρ的最大值是2.01。此外，數字研究顯示當ρ増加超過2.0 1時，錯誤便會增加相當緩慢。既然當在明亮與 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A7 B7

567462 五、發明説明（31 黑暗分枝之間的分開增加時，視角特性通常可改I，以只要造成的亮度錯誤可接受，便可增加p的值。對於γ = 2·2而T，在不同p值所產生的錯誤摘要是在表1 顯示。顯示錯誤發生的範圍，與在範圍内的平均值、最大誤差及最大誤差發生的DAC值。對於非常靠近的不同光而言，人類視覺系統可感知到大約〇 . 5到1 〇 %的亮度不同。多達數個百分比的錯誤可接受，因為在γ曲線傳輸特性上的整個影響在影像是不會注意到，而無需並肩比較。ρ = 2.4的平均與最大誤差是大約1%，於ρ = 3 〇是逐漸增加到在3與4 %之間。功率定律演算法的明亮與黑暗分枝範例是在圖2 7顯示。功率錯誤範圍平均誤差最大誤差最大誤差位置 2.01 (無） 0 0 2.1 245-254 0.0007 0.0011 250 2.2 237-254 0.0026 0.0038 246 2.3 230-254 0.005 1 0.0076 243 2.4 225-254 0.0083 0.0121 240 2.5 220-254 0.0115 0.0171 238 2.6 216-254 0.0149 0.0223 237 2.7 213-254 0.0187 0.0277 235 2.8 210-254 0.0223 0.0332 234 2.9 208-254 0.0262 0.0388 234 3 205-254 0.0294 0.0443 233 表1 .γ = 2.2的功率定律誤差摘要 -35- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)

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吳差可透過線性演算法與功率定律演算法d A c值的適當^合而抑制。明確而言’黑暗分枝dac位準可以是低於誤差發生範圍的功率定律值’與在誤差正常在功率定律演算法發生範圍内的線性演算法值。如圖4所示，典型液晶顯示器面盤不會呈現理想丫類型傳輸特性。前述的演算法可運用在非理想傳輸特性，而且將會造成亦是非理想的半色調影像特性。此可透過基於面盤的已知亮度值計算所有半色調像素位準達成，而 =是基於理想特性的公式。在圖2 8中，其係顯示線性演异法位準的一範例，而且是如圖6所示運用在非理想顯示傳輸特性的一典型面盤。一另一選擇是先修改面盤的像素資料輸入，以更正固有的非理想傳輸特性及達成理想γ定律傳輸特性。若要如此做’ γ更正LUT的構成可將輸入位準改變成新位準，以致於輸出特性目前可遵守理想的γ定律特性。γ更正L U τ能與演算法L U Τ組合，所以γ更正與半色調演算法產生可在一操作中達成。對於低於最大值5 0 %的目標宏觀亮度而言，明亮半色調像素的亮度上限可容易建立。對於任何目標宏觀亮度而言，假設黑暗狀態的可忽略亮度，亮度像素的亮度不能超過多於2因素的目標亮度。此只遵循黑暗半色調像素的党度不能疋較小零值的結果。考慮黑暗狀態的非文亮度，明亮半色調像素亮度的理論上限值是某程度低於兩倍的目標亮度。此條件寸在半色調像素位準的明亮與累 -36- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇x 297公釐) 567462 五、發明説明（ A7 B7 33 暗f枝之間建立最大允許分離。當在曲線的明亮與黑暗分枝之間的差低於允許的最大分離時’實驗顯示的最好視角特性可獲得。當在兩分枝之間的分離減少時’色彩變化與圖案可見度減少亦會發生。非完全根據經驗的方法可用來建立使影像品質或另外的一觀點最佳化的數個演算法曲線。這些曲線可由使用者選取。大體上，曲線是遵循圖26或圖27的曲線形狀’具有在明亮與黑暗分枝之間分開的不同程度、且在 5 〇 %党度附近轉移區域的銳利轉角。圖2 9係顯不有關一 2 χ 4雙倍子像素半色調圖案的一丁 n 模式面盤的測量亮度與垂直視角特性的比較圖，其係透過使用在明亮與黑暗分枝之間最大分開的一線性演算法、與成對的像素處理。該等特性是在不同的目標亮度值顯示。當目標亮度從1 〇〇 %減少時，視角特性最初會從白色狀態情況降低，而且峰值亮度位置會從遠離正常投射而改變。當目標亮度接近最大值的5 〇 %時，視角特性便會回到白色狀態，而且是從i 〇〇〇/〇情況以2的因素依比例決定。此遇預期的，因為5 0 %亮度情況係對應在全亮度情況發生的像素總數的一半，而且另一半是完全雾、暗。當目標亮度進一步減少低於50%時，亮度辛值便再次遠離正常投射移動。所有先前的討論係有關運用在圖案的演算法細節，其中 /、有一半像素是罵暗’而且一半像素在半色調影像是明亮。對於具除了此之外的明亮與黑暗像素比例的圖案而 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公釐)

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k 567462 五、發明説明（34 對發生的^ 須改變。先前的討論是有關成】發”二色：子像素值的計算，即是，一黑暗子像素 :度子像素。處理的子像素對可包含在相同列(一2 X 區塊）内或在相同行（-h 2區塊）@。半色調區塊如何配置於可接受的圖案亦將討論。、、列中的像素密度是夠I每英寸或更大是大約、，那麼透過處理在此稱為四個像素處理的像素區塊，視角特性能可進一步改善，而沒有明顯影像解析度的減少。隨著包含4個像素的四個方塊，明亮盘黑暗子像素亮度分布可改良。一四個方塊的平均亮度是透過加上4子像素亮度及除以4的計算LUT而計算。目標位準亦可透過使用相反的LUT決定。如果所有4個子像= 是在目標位準，亮度將可匹配子像素最初區塊的平均亮度。如果平均亮度是在最大值的7 5 %與丨〇〇 %之間，那麼在區塊的4個像素之中一者能以較黑暗達成，而其餘3個像素是在或接近最大亮度。如果平均亮度是在5〇%與 7 5 %之間，那麼1像素是完全或幾乎完全黑暗，工像素是在一中間狀態，而且2個其餘像素是在或接近最大亮度。如果平均亮度是在2 5 %與5 0 %之間，那麼2個像素是完全或幾乎完全黑暗，1個像素是在中間狀態，而且1其餘像素是在或接近最大亮度。如果平均亮度是在〇%與%之間’那麼3個像素是完全或幾乎完全黑暗，而且1其餘像素是在中間狀態。四個像素處理的一演算法範例是在圖3 〇顯示，其中在 -38 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) -裝訂線 567462 A7 B7 35 五、發明説明（四個像素之中每一者的光亮與黑暗分枝之間的分開是最大值。對應於一 5行的LUT之曲線，其中對於每個目標位準而3，其係指定在2 X 2區塊的四個像素之中每一暑的數位像素位準。4個像素連績變成較明亮或較黑暗的順序可透過演算法的圖案產生部分決定。此可如表2所示透過足義在如位置A、B、C、和D的每個2 X 2四個方塊中的4 個像素位置而達成。

A B C D 表2.在每個2x2四個方塊内的像素位置不同圖案可透過指定在四個方塊内的子像素啟變的順序而產生。對於個別的紅、綠、或藍色的子像素而言，當目“像素位準從〇增加到2 5 5時，表示子像素啟動順序的圖是在表3和表4顯示。這些啟動順序不會造成圖案呈現閃爍’而遵守先前討論的標準。表3係定義2 X 2子像素圖案如何產生，而且表4係定義4 x 2雙倍子像素圖案如何產生。例如，對於水平序列的4個方塊而言，在2 χ 2子像素圖案中紅色子像素的啟動序列是在D、C、Β、Α與C、D、 A、B之間改變。對於在水平序列的4個方塊而言，在4 χ 2 雙倍子像素圖案中紅色子像素的啟動序列是在C、β、a、 D與A、D、C、B之間改變。 -39- 567462 A7 B7 五、發明説明（36 )

—位置 A B C D --- A B c D 紅色 3 2 1 4 1 4 3 2 綠色 4 —1 4 3 -V λ- 監色 1 4 3 2 3 2 1 4 表4.產生4x2雙倍子像素圖案的子像素啟動序列在此處理產生子像素圖案的5 〇 %目標亮度是符合在圖 19所示的2x2子像素圖案與在圖is顯示的4乂2雙倍子像素圖案。在2 5 0/〇和7 5 %目標亮度的2 X 2子像素圖案的範例是在圖3 1和圖3 2顯示。嚴格來說，在2 5 %和7 5 %的圖案是沒有5 0 %亮度圖案的完美2 x 2子像素對稱，但是他們確實維持此圖案的相同顏色特性。在2 5 %和7 5 %亮度的4 X 2雙倍子像素圖案範例是在圖3 3與圖3 4顯示。在類似方式中，這些圖案沒有完美4 x 2雙倍子像素對稱，但是他們確實可維持此圖案的相同顏色特性。對於在2x2方塊中所應用的技術而言，當亮度從最大減少到最小值時，顏色與視角特性變化大約是透過運用在像素對技術所呈現的一半。此結果會將每個像素所擴及範圍的目標亮度範圍以2的一因素減少。對於成對的像 -40- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 567462 A7

素處里而^ ▲在成對内的每個像素亮度從明亮改變成黑暗時，目標平均亮度會變化5 〇 %。對於四個像素處理而；，當方塊内的每個像素的亮度從明亮改變成黑暗時二目標平均亮度會變化25%。如此，從正常投射的^ 值亮度（如圖2 9所示）行程會減少大約一半，而且相對改善視角特係。從關於成對像素處理演算法改善的先前討論，可了解到從4個像素處理造成的圖案外觀的進一步改善亦可透過在圖3 0描述曲線的適當平滑或其他修改而達成。例如，當 0 7C度增加時，在另一像素啟動之前，不需要完全啟動在四個方塊内的一像素。如此，在圖3 〇顯示的4個曲線會重疊，而且改善可能在四個曲線性邊界發生的亮度變化。 J、又對於影像資料所符合的某些情況而言，需要停止半色調演算法處理。例如，如果一部分四個曲線性邊界發生的党度變化在白色背景是黑色文字，半色調演算法便可透過偵測是否出現位準2 5 5或0的子像素而關閉。對於子像素對的處理而T，如果子像素具有〇或2 5 5值，那麼沒有修改可於子像素資料達成。包含整完全飽和子像素的影像文字或其他部分不是半色調，而且在子像素之間局部對比可別留。其他標準可透過測試是否字型平滑而引用。如此，字母的高對比可被保留，而且包含飽和色彩緣圖影像亦可被保留。本發明能以硬體、軟體、或硬體與軟體的組合實施。本 -41 - 本紙張^A4 規格(21-〇779;公釐） 567462 五、發明説明（38 二=較佳具體實施例是在顯示模组内的控制器電子中孰 '、邵分中整個以硬體實施。然而，對於在技藝硬言’很清楚知道本發明可在顯示子系統 "作業系統軟體或在應用軟體内實施。不t發在一電腦系統以集中式、或分散式實施，其中明的：二布在數個互接的電腦系統。適於實施本發何類型的電腦系統、或其他裝置是在此描述。硬體：一典型組合可以是具電腦程式的-般目的電 Μ腦程式載入及執行時，可控制電腦系統， ^致於Η實施在此描述的方法。本發明亦可在一包本 =此描述方法所有特性的電腦程式產品内嵌入，而且§載入電腦系統時，可實施這些方法。電腦程式或在本内容的電腦程式是意謂著能以'組指人的任何程式語言、程式碼或記號法表示，而使具有的接或在Τ列之後而執行特殊功此’ a)轉換成另一程式語言 '程式碼、或記號法；不同材料形式再生。雖然本發明已特別顯示及闡述範例與較佳具體實施例， :是在技藝中熟諳此技者可了解到先前及其他變化與細即可達成’而不致於達背在中請專利中所發表本發明的精神與範圍。 -42- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x297公釐）

Claims

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第091100943號專利申請案 AS 中文申請專利範圍替換本(92年ι〇月）S —______D8 六、申請專利範圍 1· 一種用以在具有複數個子像素的一顯示裝置上產生一顯示影像之方法，該方法包含下列步驟： (A)以數位形式提供結合強度值與對應亮度值的亮度資料，其特徵是在該等強度值範圍的至少一視角方向中的該等子像素亮度； (B )提供代表該一部分影像顏色的一群子像素資料元素’其中該等子像素資料元素之中每一者係包含一強度值； (C )根據該党度資料修改在該群中有關該等子像素資料元件的該等強度值，以減少該等子像素的數量，其中孩等子像素具有在一亮度值與一黑暗亮度值之間中間色調亮度值範圍中的一亮度值；及 (D)輸出有關在該顯示裝置上顯示該群的該等子像素資料元件的該等修改強度值。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（c)進一步包含下列子步驟： σ 在一第一記憶體中儲存複數個登錄，其每個登錄是用以在一強度值與一對應亮度值之間提供一關聯，其特徵為在至少一視角方向中的該等子像素亮度；在一第二1己憶體中儲存複數個登錄，其每個登錄是用以在一目標強度值與一對應組強度值之間提供一關聯，其中該等強度值是超過及低於該目標強度值；識別在該第一記憶體中儲存的特殊亮度值，該等亮度值係對應該群的該子像素資料元素的強度值；本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐)一--------- 567462 A8 B8 C8 — ______D8 六、專利範圍 " ' '— -- 根據在孩第一記憶體中儲存的該等特殊亮度值而產生一第一亮度值；减別在對應该第一度值的該第一記憶體中儲存的一第一目標強度值；識別在該第二記憶體中儲存的一特殊組強度值，其中該等強度值係對應該第一目標強度值；及根據該特殊組強度值而修改在該群中的該等子像素資料元件的強度值。 3·如申請專利範圍第2項之方法，其中在該群中的該等子像素資料元件是在該影像中彼此相鄰的全像素元件。 4·如申請專利範圍第2項之方法，其中步驟（c )進一步包含下列步驟：將在該群中的該等子像素資料元件的強度值子像素資料元件設定成該特殊組的強度值。 5·如申請專利範圍第2項之方法，其中該第一亮度值是透過計算在該第一記憶體中儲存的該等特殊亮度值的一平均亮度值而取得。 6·如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（c )係進一步包含下列子步驟：評估滿足一組預定標準的該等子像素資料元素；如果該標準不滿足，修改該等強度值；及如果滿足該標準，維持該等強度值。 7·如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含下列步騾： (E )執行一數位-類比轉換，以便將該群的該等子像素 -2 - 本紙張尺度適财s a家標準(CNS) A4規格(21GX 297公釐) 567462 A8 B8 C8 --------- Ρβ__ '申請專利範圍 '~^ ^ 資料元件的修改強度值從數位形式轉換成類比形式的資料信號；及 (F )將類比形式的該等資料信號供應給該顯示裝置的子像素，该顯示裝置係用以顯示透過該群的該等子像素資料元件所代表的影像部分。 •如申叫專利範圍第7項之方法，其中一整合到顯示裝置的私路係提供以執行該數位_類比轉換並且將類比形式的資料信號供應給該顯示裝置的子像素。 9.如申請專利範圍第i項之方法，其中一顯示子系統的顯示邏輯在操作上係耦合到該顯示裝置：提供數位形式的該亮度資料；提供代表該影像部分顏色的該群子像素資料元素；根據該亮度資料而修改在該群中的該等子像素資料元件的該等強度值；及輸出該群的該等子像素資料元件的該等修改強度值，用以在該顯示裝置上顯示。 10·如申請專利範圍第1項之方法，其中該每個步驟係透過在一電腦系統上執行的應用軟體所執行。 11·如申請專利範圍第i項之方法，其中代表該影像的該等子像素資料元素是邏輯性劃分成列與行的一陣列。 12. 如申請專利範圍第1 〇項之方法，其中該群的子像素資料元素包含在遠陣列的該等列之中一列的一對資料元件。 13. 如申請專利範圍第i 〇項之方法，其中該群子像素資料元件包含在陣列的該等列之中一列的一對資料元件。 -3 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 567462 六、申請專利範圍 14·如申請專利範圍第10項之方法，其中該群的子像素資料兀素包含全像素元件，該等全像素元件係包含在陣列中資料元素的一 2 X 2的4個方塊。 15.如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（c)進一步包含減少在與影像顯示有關的不同視角上可感知的亮度^ 化。 16·如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（C )進一步包含減少在與影像顯示有關的不同視角上可感知的顏色變化。 ' 17·種用於數位處理裝置謂取及透過該數位處理裝置具體實施可執行指令程式之可程式儲存裝置，以執行用以在具有複數個予像素的顯示裝置上產生一影像的方法步驟，該方法步驟包含：次（A)以數位形式提供結合強度值與對應亮度值的亮度 ;貝料其特徵疋在垓等強度值範圍的至少一視角方向中的該等子像素亮度； (B )彳疋供代表该一部分影像顏色的一群子像素資料元素，其中該等子像素資料元素之中每—者係包含一強度值； (C)基於该党度資料而修改在該群中有關該等子像素資料元件的該等強度值，以減少該等子像素的數量，其中孩等子像素具有在一亮度值與一黑暗亮度值之間中間色調亮度值範圍中的一亮度值；及輸出有關在該顯示裝置上顯示該群的該等子像素資料 567462 ABCD 申請專利範圍元件的該等修改強度值。 18. 如申請專利範圍第17項之可程式儲存裝置，其中步驟 (C )進一步包含下列子步驟·· 在一第一记丨思體中儲存複數個登錄，其每個登錄是用以在一強度值與一對應亮度值之間提供一關聯，其特徵為在至少一視角方向中的該等子像素亮度；在一第二記憶體中儲存複數個登錄，其每個登錄是用以在一目標強度值與一對應組強度值之間提供一關聯，其中該等強度值是超過及低於該目標強度值；識別在該第一記憶體中儲存的特殊亮度值，該等亮度值係對應該群的該子像素資料元素的強度值；根據在該第一記憶體中儲存的該等特殊亮度值而產生一第一亮度值；識別在對應該第一亮度值的該第一記憶體中儲存的一第一目標強度值；識別在該第二記憶體中儲存的一特殊組強度值，其中該等強度值係對應該第一目標強度值；及根據該特殊組強度值而修改在該群中的該等子像素資料元件的強度值。 19. 如申請專利範圍第1 8項之可程式儲存裝置，其中在該群中的該等子像素資料元件是在該影像中彼此相鄰的全像素元件。 20. 如申請專利範圍第1 8項之可程式儲存裝置，其中該第一亮度值可透過計算在該第一記憶體中儲存的特殊亮度值 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 穴、申請專利範圍的一平均亮度值而取得。顯示裝置上產生一影像 21· —種用以在具有複數個子像素的之裝置，包含·· 一第一記憶體，其中亮度資料是數位形式，而且結合強度值與對應的亮度值，其特徵為用以儲存在強度值範圍於至少一視角方向的該等子像素亮度； -第二記憶體，其中一群子像素資料元素係代表一部分該影像的顏色，其中該等子像素資料元素之中每一者係包含儲存的一強度值；及一強度控制器，其係根據該亮度資料而修改在該群中的泫等子像素資料元件的該等強度值，以減少該等子像素數量，其中該等子像素具有在一明亮亮度值與黑暗亮度值之間的中間色調亮度值範圍内的一亮度值。 22. —種電腦裝置，包含：一顯示裝置，其可顯示一影像；及一處理器，用以將資料提供該該顯示裝置，其中該資料的配置可控制該顯示裝置，為了要顯示該影像，而且其中該資料的配置以致於該影像能以下列顯示：複數個子像素，其係邏輯劃分成一第一種類及一第二種類，其中：該第一種類的子像素是供應一第一極性的資料信號，該第二種類的子像素是供應與該第一極性相反的一第二極性的資料信號，及該等子像素可被劃分，以減少在顯示影像中感知到的 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 567462 、申請專利範圍閃爍；而且其中：孩寺子像素係對應代表該至少一，一 ± y 邵分影像顏色的資料 7L素’其中該等資料元素之中每一 τ母 #係包含一強度值， =其中該等強度值已修改’以減少具有—亮度值的該 0料元素數量’其中該亮度值係對應在一明亮亮度值與一黑暗亮度值之間的中間色調真泠枯々 j巴’冗度值靶圍中的該強度值〇 23.如申請專利範圍第22項之電腦裝置，其代表該影像的該等資料元素是邏輯劃分成列與行。 24·如申請專利範圍第23項之電腦裝置，其中該等子像素之中每-者係對應-資料元素，其中該資料元素係代表在一群的兩或多個顏色中的一特殊顏色，而且其中一全像素係包含對應該群顏色的子像素。 25·如申請專利範圍第24項之電腦裝置，其中對應該等已修改強度值的該等子像素是以子像素對之一圖案而配置^ 而且其中對於孩等子像素之中每一對而言，該等子像素對的一第一子像素的亮度是比該等子像素對的平均亮度更焭，而且該等子像素對的一第二子像素的亮度是比該等子像素對的平均亮度更黑暗。 26·如申請專利範圍第2 5項之電腦裝置，其中該圖案具有沿著孩等列的2個全像素週期及沿著該等行的2個全像素，而且其中孩等子像素對是在該影像中彼此相鄰的全像素元件。 -7- i紙張尺度適财s，科(CNS) 挪公董) 567462

- —-— --— 六、申請專利範圍 27· 2請專利範圍第26項之電腦裝置，其中對於包含對應琢寺修改強度值的子像素的每個全像素而言，包含該全像素的該等子像素是該等子像㈣的該等第二子像素與孩等子像素對的該等第一子像素之中一者。 28.如申請專利範圍第25項之電腦裝置，其中該圖案具有沿著孩等列的2個全像素週期及沿著該等行的#個全像素，而且其中該等子像素對是在該影像中彼此相鄰的全像素元件。 29·如申請專利範圍第28項之電腦裝置，其中對於包含對應該等修改強度值的子像素的每個全像素而言，包含該全像2的該等子像素是該等子像素對的該等第二子像素與該等子像素對的該等第一子像素之中一者。 30.如申請專利範圍第25項之電腦裝置，其中該圖案具有沿著該等列的4個全像素週期及沿著該等行的2個全像素，而且其中該等子像素對是在該影像中彼此相鄰的全像素元件。 31·如申請專利範圍第3 〇項之電腦裝置，其中對於包含對應該等修改強度值的子像素的每個全像素而言，包含該全像素的該等子像素是該等子像素對的該等第二子像素與該等子像素對的該等第一子像素之中一者。 32·如申請專利範圍第3 〇項之電腦裝置，其中對應該等修改強度值的該等子像素是以相鄰對配置，其中該耦合係包含該等子像素對的該等第二子像素與該等子像素對的該等第一子像素對之中一者。 -8 本紙張尺度適用中國國宏煻Α ____________ 567462 A8 B8 六、申請專利範圍 33·如申請專利範圍第25項之電腦裝置，其中該圖案呈有沿著該列的2個全像素週期及沿著該行的2個子像素：而且其中鱗子像素是在包含該等子像素對的該等第一子像素的相㈣的—第—列與包含該等予像㈣的該等第二子像素的相鄰對的一第二列之間以交替列配置，其中該第-列是由該等子像素對的該等第二子像素之中一者分開，而孩第二列是由該等子傻去中一者分開。像素對的”第一子像素之 34.如申請專利範圍第33項之電腦裝置，其中等該第一及第二列包含經由一綠色子像素所. 的相鄰對。纟斤-開的監色與紅色子像素 35.如申請專利範二列包含經由的相鄰對。圍第33項《電腦裝置，其中該等第-及第紅色子像素所分開的藍色與綠色子像素置’其中該等第一及第開的綠色與紅色子像素 36·如申請專利範圍第3 3項之電腦裳二列包含經由一藍色子像素所分的相鄰對。 -9- 562462 ϊ“、補充第091100943號專利申請案 +文圖式替換頁(92年7月） • L

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第091100943號專利申請案中文圖式替換頁(92年7月）厂. 使用者界面 A- -κ ί像素處理器 A-K 記憶體 -v Ν<-V 305 广· 303 301 I---------------------1 # Ί. s 5 324·ι螓决 ,312 、314 LSI Υ322 -318/0420 316 s228·!?^;^ 30誶駟姊^菡渔鰣敏 -56_