TWI405181B

TWI405181B - 增進顯示裝置之亮度均勻性的校正方法及相關裝置

Info

Publication number: TWI405181B
Application number: TW098125483A
Authority: TW
Inventors: Hsing Chuan Chen
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2013-08-11
Also published as: US20110025587A1; TW201104666A; JP2011034044A

Description

增進顯示裝置之亮度均勻性的校正方法及相關裝置

本發明係指一種用來增進顯示裝置之亮度均勻性的校正方法及相關裝置，尤指一種可降低亮度誤差及大幅減少亮度校正時間之亮度均勻性的校正方法及相關裝置。

隨著視訊科技的不斷發展，高畫質及高解析度的液晶顯示裝置或電漿顯示器等已廣泛受到眾人的矚目。為使顯示裝置呈現良好的畫質，顯示裝置除了必須顯示出良好的色彩品質之外，還必須對畫面亮度的均勻性(或稱為亮度的一致性)儘量做到盡善盡美。以液晶顯示裝置為例，若以肉眼仔細觀察一個未經亮度校正的液晶顯示裝置，常人可輕易發現液晶顯示裝置中的區域及區域之間的亮度不盡相同。其次，若實際以光度計加以量測，則可發現不同畫素於表現相同灰階資料時，其實際所量測到的亮度值並不均勻，尤其若比較畫面的中間區域及邊緣區域時，通常可以觀測到較大的亮度差。在此情形下，為使顯示裝置的亮度均勻性能夠達到一定的標準，必須於產品設計時加入可供亮度校正的電路，並於顯示裝置的生產過程中加入嚴謹的亮度校正程序。

一般而言，習知技術中用於顯示裝置的亮度校正方法僅針對單一灰階進行實際的亮度量測及校正。舉例來說，以亮度訊號具有256個灰階的顯示裝置為例，習知技術中的亮度校正程序一般係針對其中的中間灰階(灰階值=128)進行畫素與畫素之間的亮度校正及補償。如此一來，此種亮度校正方法僅能保證畫素與畫素之間單一灰階亮度的一致性，且經實驗量測結果顯示，一般仍有超過20%的亮度誤差。因此，為了製造高品質的顯示裝置(亮度誤差在10%以內)，更精確而可信的亮度校正實為不可或缺的步驟。

再以液晶顯示裝置為例，由於背光裝置的亮度分布不夠均勻，以及用來驅動畫素的電壓值及畫素中液晶光學特性的差異，液晶顯示裝置的亮度表現絕對無法達到良好的一致性，因此需要藉由其他方法補償，使亮度能夠均勻。請參考第1圖，第1圖為習知技術之一亮度校正裝置10的架構示意圖。亮度校正裝置10用來對一顯示裝置MONITOR1進行亮度校正，其包含有一影像控制單元100、一亮度量測單元102及一亮度校正單元104。影像控制單元100用來控制顯示裝置MONITOR1顯示對應於特定灰階的畫面，亮度量測單元102用來量測特定取樣點的亮度，而亮度校正單元104則用來校正特定取樣點的輸出亮度。

請參考第2圖，第2圖為第1圖之顯示裝置MONITOR1於顯示一相同灰階之訊號時，畫面所實際表現出的亮度示意圖。當影像控制單元100控制整體畫面所顯示之灰階為128時，中間部分畫素PIXEL_A經由亮度量測單元102予以量測，其所得之亮度值經校準之後定義為128，而邊緣部份畫素PIXEL_B及PIXEL_C之亮度值則依序分別為90或100等大小不一的值。因此，若亮度校正單元104針對單一灰階為128的值做亮度校正，則可以用畫素PIXEL_A為基準，並對畫素PIXEL_B及PIXEL_C分別增加灰階差δE1及δE2以做為亮度校正值。換句話說，128+δE1及128+δE2係分別使畫素PIXEL_B及PIXEL_C的亮度與畫素PIXEL_A的亮度一致的新灰階值。如此一來，當校正基準的灰階為128時，若使PIXEL_B及PIXEL_C的灰階值加上亮度校正值，則可使畫素PIXEL_B及PIXEL_C的亮度與做為基準點的畫素PIXEL_A具有相同亮度。依此校正方法，所有畫素對應於某單一灰階(以第2圖為例，此時灰階為128)的校正值(例如：δE1、δE2等)，皆可依上述步驟加以量測及計算畫面中每一畫素相對於灰階為128時的亮度校正值。其次，可將所有畫素的亮度校正值集中儲存於顯示裝置MONITOR1內的一記憶體中，以備於正常模式操作時，顯示裝置MONITOR1就可以先將輸入訊號及其所對應之灰階值與記憶體中所存的校正值相加，再予以顯示。因此，針對此單一灰階而言，顯示裝置MONITOR1便能夠顯示出亮度一致的畫面。

此外，為了使顯示裝置MONITOR1所有的灰階都能進行亮度校正，習知技術亦有以上述之單一灰階校正為基礎，並以一曲線模擬亮度與灰階之間的函數對應關係。顯示裝置MONITOR1並在正常模式操作時，根據此曲線函數，計算其他灰階的校正值，以執行亮度校正的功能。然而，此用以定義亮度與灰階之間對應關係的曲線並非得自於實際量測，而是依靠經驗及猜測，因此由曲線函數所得到的校正值與實際值之間時常存在較大的誤差。

簡言之，上述之灰階校正方法只針對單一灰階做實際的量測及校正，而且必須對所有畫素逐一進行量測及校正。根據現有技術，單一顯示裝置所包含的畫素動輒超過百萬，若逐一對每個畫素進行量測及校正，則完成一顯示裝置的校正所需的時間將非常長，甚至長達數十小時，直接影響生產效率。除此之外，記憶體為了儲存所有畫素的校正值，其所耗費之記憶空間非常龐大，成本也相對較高。

因此，本發明的主要目的即在於提供一種用來增進一顯示裝置之亮度均勻性的校正方法及相關裝置。

本發明揭露一種用來增進一顯示裝置之亮度均勻性的校正方法，該顯示裝置包含複數個取樣點，該校正方法包含有控制該顯示裝置顯示複數個畫面，該複數個畫面對應於複數個灰階值；偵測每一取樣點對應於每一畫面的亮度，以取得對應於每一取樣點的複數個第一亮度訊號；根據一轉換函數，將對應於每一取樣點的複數個第一亮度訊號轉換成為複數個第二亮度訊號；根據對應於每一取樣點的該複數個第二亮度訊號及該複數個灰階值，決定對應於每一取樣點之一線性校正函數；以及根據對應於每一取樣點之該線性校正函數，校正每一取樣點的輸出亮度。

本發明另揭露一種增進一顯示裝置之亮度均勻性的校正裝置，該顯示裝置包含複數個取樣點，該校正裝置包含有一影像控制單元，用以控制該顯示裝置顯示複數個畫面，該複數個畫面對應於複數個灰階值；一亮度量測單元，用以偵測每一取樣點對應於每一畫面的亮度，以取得對應於每一取樣點的複數個第一亮度訊號；一訊號轉換單元，耦接於該亮度量測單元，用以根據一轉換函數，將對應於每一取樣點的複數個第一亮度訊號轉換成為複數個第二亮度訊號；一函數決定單元，耦接於該訊號轉換單元及該影像控制單元，用以根據對應於每一取樣點的該複數個第二亮度訊號及該複數個灰階值，決定對應於每一取樣點之一線性校正函數；以及一亮度校正單元，耦接於該函數決定單元，用以根據對應於每一取樣點之該線性校正函數，校正每一取樣點的輸出亮度。

請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一校正裝置30之架構示意圖。校正裝置30用來對一顯示裝置MONITOR2進行亮度校正，以增進其亮度均勻性。顯示裝置MONITOR2包含有多個預設的取樣點SP_1~SP_M，並且平均地分布於顯示裝置MONITOR2的螢幕上。校正裝置30包含有一影像控制單元600、一亮度量測單元602、一訊號轉換單元604、一函數決定單元606及一亮度校正單元608。影像控制單元600用來控制顯示裝置MONITOR2顯示畫面PIC_1~PIC_N，畫面PIC_1~PIC_N對應於灰階值GL_1~GL_K。亮度量測單元602用來偵測取樣點SP_1~SP_M對應於每一畫面PIC_1~PIC_N的亮度，以取得對應於取樣點SP_1~SP_M的亮度訊號LO_1~LO_M。訊號轉換單元604用來根據一轉換函數LOG，將對應於取樣點SP_1~SP_M的亮度訊號LO_1~LO_M轉換成為亮度訊號NL_1~NL_M。函數決定單元606用來根據對應於取樣點SP_1~SP_M的亮度訊號NL_1~NL_M及灰階值GL_1~GL_K，決定對應於取樣點SP_1~SP_M之線性校正函數GC_1~GC_M。亮度校正單元608用來根據對應於取樣點SP_1~SP_M之線性校正函數GC_1~GC_M，校正取樣點SP_1~SP_M的輸出亮度。

簡單來說，當亮度量測單元602取得對應於取樣點SP_1~SP_M的亮度訊號LO_1~LO_M後，訊號轉換單元604透過轉換函數LOG，將對應於取樣點SP_1~SP_M的亮度訊號LO_1~LO_M轉換成為亮度訊號NL_1~NL_M，再配合原始畫面的灰階值GL_1~GL_K，由函數決定單元606決定對應於取樣點SP_1~SP_M之線性校正函數GC_1~GC_M。藉此，亮度校正單元608可根據每一取樣點之線性校正函數，校正取樣點SP_1~SP_M的輸出亮度。較佳地，轉換函數LOG係一對數函數(logarithmic function)，當灰階與亮度分別完成座標轉換時，可使兩者之間的數學關係轉換成為一種線性關係。如此一來，將使得灰階與亮度之間的函數關係的複雜度大為降低。例如，函數決定單元606可使用最佳配適法(best fit method)決定每一取樣點之線性校正函數所包含之參數值，或使用線性內插(linear interpolation)的方式，建立專屬於取樣畫素SP_1~SP_M所有灰階值的亮度查找表(Gamma table)。因此，本發明無須執行全灰階量測，而同樣可以得到高精確的校正結果。

詳細來說，顯示裝置MONITOR2的亮度與灰階之間的對應關係通常可用一指數函數表示。然而，由於指數函數為一非線性函數，因此無法直接用線性內插的方式推導出精確的全灰階亮度查找表。反之，若使用對數函數分別對亮度與灰階進行座標轉換，則可以使亮度與灰階的對應關係由原來的指數函數，轉變成為一線性函數。

此外，為方便進行亮度校正，校正裝置30之操作者可由取樣點SP_1~SP_M中選取一取樣點做為基準畫素SSP，使其餘之取樣點以基準畫素SSP的線性校正函數做為其餘之取樣點執行校正亮度時的基準。除此之外，推導全灰階亮度校正值的方法，仍必須根據基準畫素的線性校正函數與其他取樣畫素的線性校正函數的相對關係而定。關於不同之線性校正函數其間的相對關係，以下以第4A圖至第4C圖之三種情況加以說明。其中，第4A圖至第4C圖皆為兩相異取樣點所對應之線性校正函數之示意圖。

情況一、如第4A圖所示，基準畫素的線性校正函數與其他取樣畫素的線性校正函數係呈平行關係。附帶一提的是，第4A圖所顯示的情況係為一種較常見的情況。在此一情況下，基準畫素SSP的線性校正函數(曲線A1)與其他畫素的線性校正函數(曲線B1)的斜率相同。為了使曲線B與曲線A重合，可以經由計算特定灰階的亮度差，推導出其相對之灰階值與調整後的新灰階值之間的差距(δE)，而將曲線B與曲線A重合在一起。以此方式，迅速計算並建立每一取樣畫素的亮度查找表。

情況二、如第4B圖所示，基準畫素的線性校正函數與其他畫素的線性校正函數係具有不同的斜率及截距。在此情況下，基準畫素的線性校正函數(曲線A2)與其他畫素的線性校正函數(曲線B2)的斜率不同，為了推導出其相對之灰階值與調整後的新灰階值之間的差距(δE)，以使曲線A2與曲線B2能夠重合，可使用最大灰階(在此，最大灰階值=255)及其所對應的亮度作為比較基準的一部分，並以此迅速計算出每一取樣畫素的亮度查找表。

情況三、如第4C圖所示，基準畫素的線性校正函數與其他畫素的線性校正函數大致平行，且斜率無固定。在此情況下，首先必須選定一灰階值GL_I，其次於基準畫素的線性校正函數(曲線A3)上找到對應於灰階值GL_I的亮度NL_I，然後根據此亮度NL_I於其他畫素的線性校正函數(曲線B3)上，找到對應於亮度NL_I的灰階值GL_J。依此步驟，便可依序推導出相對之每一灰階值與調整後的新灰階值之間的差距(δE)，並以此推導出每一取樣畫素的亮度查找表。

此外，亮度校正單元608並可利用加權和(weighted sum)的計算方式，根據相鄰取樣畫素的亮度查找表，計算取樣畫素以外畫素之亮度校正值，使畫面中的每一畫素都得到亮度校正。也就是說，本發明可根據對應於每一取樣點之線性校正函數，校正顯示畫素以外之其它部分(畫素)的輸出亮度。其中，計算加權和所使用的加權值係對應於畫素與鄰近取樣畫素之間的距離，距離愈大，其所對應的加權值愈小，反之則愈大。

綜合以上所述，首先，本發明選擇一取樣畫素為基準畫素，使畫面中其他畫素能以基準畫素做為校正標準。當取樣畫素(包含基準畫素與其他的取樣畫素)經由亮度量測單元602的量測，而得到3~16個不等的亮度與灰階之間的關係之後，訊號轉換單元604係利用轉換函數LOG進行座標轉換，將畫素的亮度與灰階之間原有的指數關係，經由座標轉換之後，在新的座標之中轉變成為線性關係。如此一來，函數決定單元606便可利用線性內插法，推導出每一取樣畫素中其他未經實際量測的亮度與灰階關係，成為每個取樣畫素專屬的線性校正函數。其次，亮度校正單元608可以根據取樣畫素的線性校正函數，與基準畫素的線性校正函數比較，計算並推導出用來調整取樣畫素的輸入灰階值的亮度查找表(Gamma Table)，用來使輸入灰階值經由亮度查找表，產生新灰階值，而此一新灰階值可使取樣畫素與基準畫素的亮度達到一致的效果。換句話說，取樣畫素的亮度相對於調整後的新灰階值之間所呈現的函數關係，可以儘可能逼近基準畫素的亮度與輸入灰階的函數關係。總而言之，校正裝置30的主要功能在於推導出每一畫素的每一灰階值與調整後的新灰階值之間的關係(δE)。

此外，值得注意的是，校正裝置30亦可應用在對單一顏色的亮度校正，比如說，顯示裝置中的紅綠藍三種原色(primary color)，也可以個別使用本方法進行單一顏色的亮度校正。

在習知技術中，由於未進行座標轉換，使得亮度與灰階之間的函數關係不是一種線性關係，因而不適合以線性內插的方式推導亮度查找表。因此，習知技術只能以實際量測方式，針對每個取樣畫素建立完整的亮度查找表，如此將使實際量測時間拉得太長，大幅提高生產成本。其次，習知技術也有以經驗或基於猜想的方式，根據單一或少數的實際量測值，加上由經驗判斷所得的曲線來勉強套入量測結果，因此常無法建立較精確的亮度查找表。相較之下，本發明所揭露之校正裝置30既可以使量測時間大幅縮減，並且可以節省大部分用來儲存亮度查找表的記憶體空間，並且得到精確的亮度校正結果。

除此之外，為增進亮度校正功能的效率，本發明於選擇取樣點時係根據一定的分布規律。請參考第5A及5B圖，第5A及5B圖為根據本發明之一取樣點分布示意圖。值得注意的是，於第5B圖中靠近邊緣的部份，取樣點與邊緣有一定的間隔，如此一來，可以使亮度量測單元602的量測誤差降到最低。

校正裝置30的運作方式可歸納為一校正流程60，如第6圖所示。校正流程60包含有以下步驟：

步驟62：開始。

步驟64：影像控制單元600控制顯示裝置MONITOR2顯示對應於灰階值GL_1~GL_K之畫面PIC_1~PIC_N。

步驟66：亮度量測單元602偵測取樣點SP_1~SP_M對應於畫面PIC_1~PIC_N的亮度，以取得對應於取樣點SP_1~SP_M的亮度訊號LO_1~LO_M。

步驟68：訊號轉換單元604根據轉換函數LOG,將對應於取樣點SP_1~SP_M的亮度訊號LO_1~LO_M轉換成為亮度訊號NL_1~NL_M。

步驟70：函數決定單元606根據對應於取樣點SP_1~SP_M的亮度訊號NL_1~NL_M及灰階值GL_1~GL_K，決定對應於取樣點SP_1~SP_M之線性校正函數GC1~GCM。

步驟72：亮度校正單元608根據對應於取樣點SP_1~SP_M之線性校正函數GC_1~GC_M，校正取樣點SP_1~SP_M的輸出亮度。

步驟74：結束。

總而言之，本發明所揭露之亮度校正方法及裝置，可於每一取樣畫素量測一特定數量(約3~16個)的亮度與灰階關係，經由一轉換函數進行座標轉換，使亮度與灰階之間原有的指數關係，經由座標轉換之後，轉變成為線性關係，並以線性內插方式，快速建立每個取樣畫素的亮度查找表。並且，本發明可進一步利用加權和(weighted sum)的計算方式，根據相鄰取樣畫素的亮度查找表，計算取樣畫素以外畫素之亮度校正值，使畫面中的每一畫素都得到亮度校正。

根據相關實驗結果，經由本發明所得之亮度查找表，其亮度的校正後誤差皆能保持在10%以下。此外，每一顯示裝置所需的亮度校正時間也可以由數小時至數十小時縮短為數分鐘，其經濟效益非常顯而易見。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．亮度校正裝置

100．．．影像控制單元

102．．．亮度量測單元

104．．．亮度校正單元

δE1、δE2．．．灰階差

MONITOR1、MONITOR2．．．顯示裝置

PIXEL_A、PIXEL_B、IXEL_.畫素

60．．．校正流程

62、64、66、68、70、72、74．．．步驟

30．．．校正裝置

600．．．影像控制單元

602．．．亮度量測單元

604．．．訊號轉換單元

606．．．函數決定單元

608．．．亮度校正單元

第1圖為習知技術之一亮度校正裝置的架構示意圖。

第2圖為第1圖之一顯示裝置於顯示一相同灰階之訊號時，畫面所實際表現出的亮度示意圖。

第3圖為本發明實施例一校正裝置之架構示意圖。

第4A圖至第4C圖為兩相異取樣點所對應之線性校正函數之示意圖。

第5A及5B圖為本發明之一取樣點分布示意圖。

第6圖為本發明實施例之一校正流程之示意圖。