TWI387734B - 標準階調特性光源提供裝置及方法 - Google Patents

Description

標準階調特性光源提供裝置及方法

本發明是有關於一光源提供裝置及方法，且特別是有關於一標準階調特性光源提供裝置及方法。

因應全球顯示器產業的激烈競爭以及微利時代的衝擊，顯示器生產商為了能夠擺脫低價策略以創造品牌新契機，除了要滿足大眾喜好並呈現出獨特的品牌及品味之外，還需創造優良的面板規格與改良生產技術，以使顯示器的影像品質臻於完美。

影像品質的評價一般可分為客觀量測與主觀量測，主觀量測係以人為評價單位，藉由參考文獻與實驗的方式，將人眼的特性與喜好建立後，再拿來對顯示器進行評價；客觀量測則是以亮度、色度計或相關量測儀器進行評價，也因此，這些儀器的亮度校正也相形重要。

在儀器標準的追溯上，有國家標準實驗室可以參照，而對於儀器階調特性的校正，目前只能以A光源為標準來校正亮度，但A光源的色溫固定(約2856K)，且其所能提供的亮度校正範圍有限。至於其餘階調特性校正的部分，目前也只能由業者自行實作，這對於一般色溫高達6500K的顯示器(最高可達9000K至10000K)來說，是遠遠不足的。

此外，在儀器的校正上，不同的色溫與不同的亮度需要參考不同的標準光源，而光源的光譜也會與標準光源的光譜有所差異。再者，隨著背光模組的精進，如發光二極體(Light Emitting Diode,LED)背光源、有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)背光源或其他不同色溫的背光源等，不同光源的階調特性也會影響到儀器的校正結果。

面對上述標準的缺乏，依據本發明技術所提供之亮度階調特性的標準器，在實際運用時能有標準之追溯方式。

本發明提供一種標準階調特性光源提供裝置及方法，可提供不同階調特性之標準光源。

依據本發明技術實施之一標準階調特性光源提供裝置範例，其包括光源單元、光導單元、感測單元及控制單元。其中，光源單元係提供一光源。光導單元係用以調制及均勻化光源。感測單元係用以偵測所述光源的階調特性。控制單元分別耦接至光源單元及感測單元，而可根據感測單元所偵測到的階調特性，控制光源單元調整其所提供之光源的階調特性使其符合標準階調特性。

依據本發明技術實施之一標準階調特性光源提供方法範例，其適於利用光源提供裝置提供符合標準階調特性之光源，其步驟包括提供一光源，再偵測此光源的階調特性，而根據所偵測到的階調特性，調整光源的階調特性而使其符合標準階調特性。接著再對此光源進行調制及均勻化，並輸出調整後之光源。

本發明之標準階調特性光源提供裝置及方法係可藉由感測光源之色度、亮度、光譜或色溫等階調特性，而用以對光源進行回饋控制，可使得輸出的光源符合校正所需的標準階調特性。此外，藉由感測光源之人眼視效函數，對進入光導單元的光量進行回饋控制，可提供所需的標準亮度階調。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

依據本發明技術，可利用光感測器與溫度感測器做光源的回饋控制，藉由循序點亮或連續電流點亮發光二極體(Light Emitting Diode,LED)、有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)或冷陰極燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamps,CCFL)等發光模組，並利用光感測器測得不同發光模組的光特性，如亮度、色度、相對色溫等，以及由回饋裝置根據此光特性資訊來調整發光模組的階調特性，因此可提供不同階調特性的標準光源給業者進行校正之用。為了使本發明之內容更為明瞭，以下則舉實施範例並參考附圖詳細說明本發明標準階調特性光源提供裝置及方法的詳細實施方式，附圖內的相同標號代表相同或功能相似的組件。

圖1是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源提供裝置的示意圖。請參照圖1，本實施例之光源提供裝置100係藉由光源單元110提供光源，並在光源單元110中設置一個光特性感測單元122以感測光源單元110所發出光的階調特性。其中，光源單元110係由多個發光單元(例如發光單元112a~112d)所組成，而此些發光單元例如是發光二極體(Light Emitting Diode,LED)或是有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)，在此不限定其範圍。

由光特性感測單元122所感測到之階調特性將會回饋至光源單元110，以對其所發出之光源的階調特性進行調整。經由光源單元110調整後的光源將會送入光導單元130，而由光 導單元130進行調制及均勻化，進而輸出作為標準光源。

詳細地說，光源單元110所發出光會經由光輸出調整單元132進入光均勻化單元134，而由光均勻化單元134對所進入的光進行調制及均勻化。值得一提的是，進入光均勻化單元134的光還可經由視效函數偵測單元124偵測出人眼視效函數，此人眼視效函數即反映出人眼實際上所看到的光的亮度。此人眼視效函數將立即回饋至光輸出調整單元132，藉以調整進入光導單元130的光量，使得最終由光導單元130輸出之光源符合標準亮度階調的要求，而可作為後續校正用的標準光源。

圖2是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源提供裝置的方塊圖。本實施例進一步介紹前述實施例中各部件的連接關係及運作方式，其中光源提供裝置100包括光源單元110、感測單元120、光導單元130、及控制單元140，其功能分述如下：光源單元110係用以提供光源，其是由多個發光單元112所構成的一個發光模組，此些發光單元112可以是發光二極體(LED)或是有機發光二極體(OLED)等發光元件，其用途即在於根據輸入電流而發出適當階調的光。再者，光源單元110中可再配置一個致冷散熱單元114，其可根據系統所測得之光源單元110的溫度，而適時調整光源單元110的溫度，藉以將其所發出之光的階調特性維持在符合標準階調特性的範圍內。

感測單元120包括光特性偵測單元122及視效函數偵測單元124。其中，光特性偵測單元122可配置在光源單元110內部，而用以偵測光源單元110所提供之光源的第一階調特性， 包括色度、亮度、光譜或色溫等光特性。另一方面，視效函數偵測單元124則可配置在光導單元130內部，而用以偵測進入光導單元130之光的第二階調特性，包括一人眼視效函數。

光導單元130包括光輸出調整單元132及光均勻化單元134。其中，光輸出調整單元132例如是一個電子光圈，其係用以調整進入光導單元130之光源的光量，而光均勻化單元134則例如是一個積分球或擴散片，而用以將經由光輸出調整單元132進入光導單元130之光源均勻化，並輸出作為標準光源。

控制單元140包括光特性控制模組142及光輸出控制模組144。其中，光特性控制模組142係從光特性偵測單元142接收其所測得之光特性，而據以控制光源單元110調整其所提供之光源。另一方面，光輸出控制模組144則會從視效函數偵測單元124接收其所測得之人眼視效函數，而據以控制光輸出調整單元132調整進入光導單元130之光源的光量。

詳細地說，圖3是依照本發明一實施例所繪示之調整光源階調特性方法的流程圖。請同時參照圖2及圖3，本實施例說明上述之光特性控制模組142如何根據光特性偵測單元142所測得之光特性，而控制光源單元110調整其所提供之光源。首先，由使用者輸入一個目標光度值(步驟S310)，接著，利用光特性偵測單元142偵測光源單元110所提供之光源的光度值(步驟S320)。然後，光特性控制模組142即會將光特性偵測單元142所測得之光源的光度值與使用者輸入的目標光度值比對(步驟S330)，並據以調節提供給光源單元110的電壓輸出大小(步驟S340)，使得光源單元110所提供之光源的光度值能夠調整至使用者所輸入的目標光度值。

舉例來說，若使用者設定的目標光特性：色溫為5000K，則若光特性偵測單元122測得光源單元110所提供之光源的色溫為5100K，此時光特性控制模組122即可控制光源單元110將其所提供之光源的光度值增加，如此反覆循環回饋，最後即可將光源單元110所提供之光源的光度值調整至5000K。另一方面，光輸出控制模組144則是從視效函數偵測單元124接收其所偵測之人眼視效函數，而據以控制光輸出調整單元142調整進入光導單元140的光源。

藉由上述的光特性偵測單元122與光特性控制模組142對於光源單元110的回饋控制，即可將光源單元110所提供之光源的色度、亮度、光譜或色溫等光特性調整至所需的標準。另一方面，藉由上述的視效函數偵測單元124與光輸出控制模組144對於光導單元130之光輸出調整單元132的回饋控制，則可將由光導單元130輸出之光源的亮度調整至人眼實際感受到的亮度。據此，即可提供色度、亮度、光譜或色溫均符合標準的光源給使用者校正之用。

值得一提的是，為了避免光源單元110中各個發光模組發光時所產生的熱會影響到其所提供之光源的光特性，在一實施例中，還可在光源單元110中配置一個溫度偵測單元(未繪示)，其可用以監測光源單元110發光時的溫度，並提供給控制單元140。而控制單元140的溫度控制模組(未繪示)則會對光源單元110中的致冷散熱單元114進行回饋控制，而將光源單元110所提供光源的色度、亮度、光譜或色溫等光特性維持在標準的範圍內。

以上實施例係針對如何提供單一階調特性之光源做說明，而在另一實施例中，本發明亦可提供不同階調特性之光 源，以下則再舉一實施例詳細說明。

圖4是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源提供裝置的示意圖。請參照圖4，本實施例之光源提供裝置400係藉由光源單元410提供光源，其中，光源單元410包括多個發光模組，每個發光模組均包括多個發光單元(例如412a、414a及416a)，而用以提供不同階調特性的光源，例如可發出紅綠藍(RGB)之顏色的光源，本實施例不限定其範圍。

針對這些不同階調特性的光源，光源單元410可各別在發光模組內配置光特性感測單元422a、422b及422c，而用以感測這些光源的階調特性。同樣地，上述的各個發光模組係由多個發光單元所組成，而此些發光單元例如是發光二極體(LED)或是有機發光二極體(OLED)，在此不限定其範圍。

由光特性感測單元422a、422b及422c所感測到之階調特性將會回饋至光源單元410，以對各個發光模組所發出之光源的階調特性進行調整。經由光源單元410調整後的光源將會送入光導單元430，而由光導單元430進行調制及均勻化，進而輸出作為標準光源。

詳細地說，光源單元410所發出光會經由光輸出調整單元432進入光均勻化單元434，而由光均勻化單元434對所進入的光進行調制及均勻化。值得一提的是，進入光均勻化單元434的光還可經由視效函數偵測單元424偵測出人眼視效函數，此人眼視效函數即反映出人眼實際上所看到的光的亮度。此人眼視效函數即可回饋至光輸出調整單元432，藉以調整進入光導單元430的光量，使得最終由光導單元430輸出之光源也符合標準亮度階調的要求，而可作為後續校正用的標準光源。

值得一提的是，針對不同階調特性的光源，本實施例包括以循序點亮或連續電流點亮的方式，分別點亮各個發光模組，並藉由對應的光特性感測單元偵測其階調特性並進行回饋控制。而在這些光源進入光導單元430時，視效函數偵測單元434亦可循序偵測這些不同階調特性光源的人眼視效函數，並回饋至光輸出調整單元432，藉以調整進入光導單元430之各個光源的光量，使得最終由光導單元430輸出之光源符合標準亮度的要求，而可作為後續校正用的標準光源。

圖5是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源提供裝置的方塊圖。本實施例進一步介紹前述實施例中各部件的連接關係及運作方式，其中光源提供裝置400包括光源單元410、感測單元420、光導單元430、及控制單元440，其功能分述如下：光源單元410係由第一發光模組412、第二發光模組414及第三發光模組416所構成，而例如是分別用以提供紅綠藍(RGB)等不同顏色的光源。此些發光模組均是由多個發光單元所構成(例如發光單元412a、414a及416a)，而這些發光單元可以是發光二極體(LED)或是有機發光二極體(OLED)等元件，其可根據輸入電流的大小發出適當亮度的光。再者，發光模組中可分別配置致冷散熱單元412b、414b及416b，其可根據系統所測得各個發光模組的溫度，而進行適當調節，藉以將這些發光模組所發出之光的階調特性維持在符合標準階調特性的範圍內。

感測單元420包括光特性偵測單元422、視效函數偵測單元424及溫度偵測單元426。其中，光特性偵測單元422可配置在光源單元410內部，而用以偵測光源單元410所提供之光 源的色度、亮度、光譜或色溫等光特性。視效函數偵測單元424則配置在光導單元430內部，而用以偵測進入光導單元430之光的人眼視效函數。另一方面，溫度偵測單元426亦可配置在光源單元410內部，而用以偵測光源單元410之溫度。

光導單元430包括光輸出調整單元432及光均勻化單元434。其中，光輸出調整單元432例如是一個電子光圈，其係用以調整進入光導單元430之光源的光量，而光均勻化單元434則例如是一個積分球或擴散片，而用以將經由光輸出調整單元432進入光導單元430之光源均勻化，並輸出作為標準光源。

控制單元440包括光特性控制模組442、光輸出控制模組444及溫度控制模組446。其中，光特性控制模組442係從光特性偵測單元442接收其所測得之光特性，而據以控制光源單元410中的第一發光模組412、第二發光模組414、第三發光模組416調整其所提供之光源，其詳細的調整內容已於先前實施例中說明，故在此不再贅述。此外，光輸出控制模組444則會從視效函數偵測單元424接收其所測得之人眼視效函數，而據以控制光輸出調整單元432調整進入光導單元430之光源的光量。

藉由上述之光源提供裝置即可提供不同階調特性，且色度、亮度、光譜或色溫均符合標準的光源供後續校正之用。值得一提的是，本發明更包括將上述實施例中的光源單元以冷陰極燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamps,CCFL)來取代，同樣可提供標準之光源給業者作校正之用，以下則再舉一實施例詳細說明。

圖6是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源 提供裝置的示意圖。請參照圖6，本實施例之光源提供裝置600係藉由光源單元610提供光源，此光源單元610係由冷陰極燈管(CCFL)612、擴散板(Diffuser)614及導光板(Light guide)616所組成。經由光源單元610產生的光源將會送入光導單元620，而由光導單元630進行調制及均勻化，進而輸出作為標準光源。

詳細地說，光源單元610所發出光會經由光輸出調整單元632所給定的光圈進入光均勻化單元634，而由光均勻化單元634對所進入的光進行調制及均勻化。值得一提的是，進入光均勻化單元634的光還可經由視效函數偵測單元624偵測出人眼視效函數，並回饋至光輸出調整單元632，藉以調整進入光導單元630的光量，使得最終由光導單元630輸出之光源也符合標準亮度的要求，而可作為後續校正用的標準光源。

圖7是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源提供裝置的方塊圖。本實施例進一步介紹前述實施例中各部件的連接關係及運作方式，其中光源提供裝置600包括光源單元610、感測單元620、光導單元630及控制單元640，其功能分述如下：光源單元610係用以提供光源，其可由冷陰極燈管612、擴散板614及導光板616所構成。由於冷陰極燈管產生的光具有色溫固定的特性，因此在本實施例中無需在光源單元610中配置光特性感測器以偵測其色溫並進行回饋控制。

感測單元620包括視效函數偵測單元624，其可配置在光導單元630內部，而用以偵測進入光導單元630之光的人眼視效函數。

光導單元630包括光輸出調整單元632及光均勻化單元 634。其中，光輸出調整單元632例如是一個電子光圈，其係用以調整進入光導單元630之光源的光量，而光均勻化單元634則例如是一個積分球或擴散片，而用以將經由光輸出調整單元632進入光導單元630之光源均勻化，並輸出作為標準光源。

控制單元640包括光輸出控制模組644，其可從視效函數偵測單元624接收人眼視效函數，而據以控制光輸出調整單元632調整進入光導單元630之光源的光量。

藉由上述視效函數偵測單元624與光輸出控制模組644對於光導單元630之光輸出調整單元632的回饋控制，則可將由光導單元630輸出之光源的亮度調整至人眼實際感受到的亮度。據此，即可提供色度、亮度、光譜或色溫均符合標準的光源給使用者校正之用。

綜上所述，本發明之標準階調特性光源提供裝置及方法藉由積分球等光導單元混成均勻面光源，且利用光偵測器與溫度感測器做光源的回饋控制，可控制光源的亮度、色度、相對色溫、光譜等階調特性，而透過電子光圈調整光導單元的進光量藉以改變其輸出光量，可提供標準亮度階調之光源。據此，本發明之光源提供裝置不僅可提供背光源的研究，也可以使業界在實際運用時有一標準追溯方式，而能夠解決製造商與中下游廠商或消費者因量測結果不一造成的各種糾紛。

雖然本發明已以實施範例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、400、600‧‧‧光源提供裝置

110、410、610‧‧‧光源單元

112、112a、112b、112c、112d、412a、414a、416a‧‧‧發光單元

114、412b、414b、416b‧‧‧致冷散熱單元

120、420、620‧‧‧感測單元

122、422、422a、422b、422c‧‧‧光特性感測單元

124、424、624‧‧‧視效函數偵測單元

130、430、630‧‧‧光導單元

132、432、632‧‧‧光輸出調整單元

134、434、634‧‧‧光均勻化單元

140、440、640‧‧‧控制單元

142、442‧‧‧光特性控制模組

144、444、644‧‧‧光輸出控制模組

412‧‧‧第一發光模組

414‧‧‧第二發光模組

416‧‧‧第三發光模組

426‧‧‧溫度偵測單元

446‧‧‧溫度控制模組

612‧‧‧冷陰極燈管

614‧‧‧擴散板

616‧‧‧導光板

S310~S340‧‧‧本發明一實施例之調整光源階調特性的方法之各步驟

圖1是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源提供裝置的示意圖。

圖2是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源提供裝置的方塊圖。

圖3是依照本發明一實施例所繪示之調整光源階調特性方法的流程圖。

圖4是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源提供裝置的示意圖。

圖5是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源提供裝置的方塊圖。

圖6是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源提供裝置的示意圖。

圖7是依照本發明一實施例所繪示之標準階調特性光源提供裝置的方塊圖。

100‧‧‧光源提供裝置

110‧‧‧光源單元

112、112a、112b、112c、112d‧‧‧發光單元

114‧‧‧致冷散熱單元

120‧‧‧感測單元

122‧‧‧光特性感測單元

124‧‧‧視效函數偵測單元

130‧‧‧光導單元

132‧‧‧光輸出調整單元

134‧‧‧光均勻化單元

140‧‧‧控制單元

142‧‧‧光特性控制模組

144‧‧‧光輸出控制模組

Claims (25)

1. 一種標準階調特性光源提供裝置，包括：一光源單元，提供一光源；一光導單元，調制及均勻化該光源；一感測單元，偵測該光源之一階調特性；以及一控制單元，耦接至該光源單元及該感測單元，根據該感測單元所偵測到之該階調特性，控制該光源單元調整該光源之該階調特性使其符合一標準階調特性。
2. 如申請專利範圍第1項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該光源單元包括多個發光模組，且各該些發光模組包括：多個發光單元，提供該光源；以及一致冷散熱單元，調整該發光模組之溫度，以維持該光源之該階調特性。
3. 如申請專利範圍第2項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該些發光單元包括發光二極體(Light Emitting Diode,LED)、有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)及冷陰極燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamps,CCFL)至少其中之一。
4. 如申請專利範圍第2項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該些發光模組提供單一階調特性之該光源。
5. 如申請專利範圍第2項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該些發光模組分別提供不同階調特性之該光源。
6. 如申請專利範圍第5項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該光源單元包括循序點亮該些發光模組的發光單元，以提供不同階調特性之該光源。
7. 如申請專利範圍第5項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該些不同階調特性包括紅綠藍(RGB)色彩空間的階調特性。
8. 如申請專利範圍第1項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該光導單元包括：一光輸出調整單元，調制由該光源單元接收之該光源的該階調特性；以及一光均勻化單元，均勻化經該光輸出調整單元調制之該光源並輸出之。
9. 如申請專利範圍第8項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該光輸出調整單元包括一電子光圈，其係根據該感測單元所偵測該光源之該階調特性，調整進入該光導單元之該光源的光量。
10. 如申請專利範圍第8項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該光均勻化單元包括一積分球或一擴散片。
11. 如申請專利範圍第8項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該感測單元包括：一光特性偵測單元，偵測該光源單元所提供之該光源的一第一階調特性，並提供給該控制單元，以對該光源單元進行回饋控制；以及一視效函數偵測單元，偵測進入該光導單元之該光源的一第二階調特性，並提供給該控制單元，以對該光輸出調整單元進行回饋控制。
12. 如申請專利範圍第11項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該控制單元包括：一光特性控制模組，依據該光特性偵測單元所偵測之該第 一階調特性，控制該光源單元調整其所提供之該光源；以及一光輸出控制模組，依據該視效函數偵測單元所偵測之該第二階調特性，控制該光輸出調整單元調整進入該光導單元之該光源。
13. 如申請專利範圍第12項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該第一階調特性包括一色度、一亮度、一光譜或一色溫。
14. 如申請專利範圍第12項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該第二階調特性包括一人眼視效函數。
15. 如申請專利範圍第12項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該感測單元更包括：一溫度偵測單元，偵測該光源單元之一溫度，並提供給該控制單元，以對該光源單元進行回饋控制。
16. 如申請專利範圍第15項所述之標準階調特性光源提供裝置，其中該控制單元更包括：一溫度控制模組，根據該溫度偵測單元所偵測該光源單元之該溫度，調整該光源單元所提供之該光源。
17. 一種標準階調特性光源提供方法，該方法包括下列步驟：提供一光源；偵測該光源之一階調特性；根據偵測到之該階調特性，調整該光源的該階調特性使其符合一標準階調特性；調制及均勻化該光源；以及輸出調整後之該光源。
18. 如申請專利範圍第17項所述之標準階調特性光源提供 方法，其中提供該光源的步驟包括提供單一階調特性之該光源。
19. 如申請專利範圍第17項所述之標準階調特性光源提供方法，其中提供該光源的步驟包括循序點亮多個發光模組以提供不同階調特性之該光源。
20. 如申請專利範圍第19項所述之標準階調特性光源提供方法，其中該些不同階調特性包括紅綠藍色彩空間的階調特性。
21. 如申請專利範圍第17項所述之標準階調特性光源提供方法，其中調制及均勻化該光源的步驟包括：利用一積分球或擴散片均勻化該光源。
22. 如申請專利範圍第17項所述之標準階調特性光源提供方法，其中更包括下列步驟：偵測該光源的一人眼視效函數；以及依據該人眼視效函數，對所輸出之該光源進行回饋控制。
23. 如申請專利範圍第22項所述之標準階調特性光源提供方法，其中依據該人眼視效函數，對所輸出之該光源進行回饋控制的步驟包括：依據該人眼視效函數調整所輸出之該光源的光量。
24. 如申請專利範圍第17項所述之標準階調特性光源提供方法，更包括：偵測該光源之一溫度；以及根據所偵測之該溫度，對所輸出之該光源進行回饋控制，以維持該光源的該階調特性。
25. 如申請專利範圍第17項所述之標準階調特性光源提供方法，其中該階調特性包括一色度、一亮度、一光譜或一色溫。