LIQUID CRYSTAL DISPLAY WITH LED BACKLIGHT PLATE AND ATTENUATION DETECTION METHOD THEREOF
WIPO Patent Application WO/
An attenuation detection method for a liquid crystal display with a LED backlight plate includes: synchronistically driving a plurality of LED units in a one-to-one correspondence manner with a plurality of driving signals which are orthogonal to each other, detecting the light emitted by respective LED units and transforming it into detected electric signals with an optical detector (33), separating lighting data of respective LED units from the detected electric signals with a processing device (36), comparing the separated data with the data pre-stored in a storage device (35), and compensating for the attenuation amount. A display device using the detection method is also provided.
Inventors:
WANG, Tsung-I (FL7 No.66 Hwa-Ya 1st Rd, Hwa-Ya Technical Park Kuei-Shan Hsian, Tao-Yuan Hsien Taiwan, 33383, CN)
Application Number:
Publication Date:
03/10/2011
Filing Date:
09/02/2009
Export Citation:
DYNASCAN TECHNOLOGY CORP. (FL7 No.66 Hwa-Ya 1st Rd, Hwa-Ya Technical Park Kuei-Shan Hsian, Tao-Yuan Hsien Taiwan, 33383, CN)
光远科技股份有限公司 (中国台湾省桃园县龟山乡华亚科技园区华亚一路66号7楼, Taiwan, 33383, CN)
International Classes:
G02F1/13357; G09G3/36
View Patent Images:
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Foreign References:
CNYCN1774665ACN1776488ACN1838220AJPACN1841161ACN1082208A
Attorney, Agent or Firm:
BEIJING MING & LONG INTELLECTUAL PROPERTY AGENT LIMITED (Suite 1505, Building 3No.17 South Zhongguancun Road, Haidian District, Beijing 1, 100081, CN)
权利要求书
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?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；
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 (：组:)的测试讯号数据 (群 & 分别同?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
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? 骤 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?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?骤 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?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? 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?骤 a)至 f)的定时感测补偿?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?骤 a)前， 感测该预储存感测值的同?相位侦测?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该等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、 且周期数目大于该等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?骤 a)至 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?骤 a)至 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?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。
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。
Description:
LED背光板液晶显示器及其衰减检测方法
【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 ifc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?， 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?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?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 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 数字讯号处理装置 (digital signal processor, 以下简称 DSP)处理光学感测器感测值的 「同?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?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 0E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?。 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?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 Ois) ,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
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?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； 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?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 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?骤： 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 ?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; 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…?骤
33R、 33G、 33B...分色光感测器 33' ...太阳能电池
Gl、 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
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
：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 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 Gl、 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, ...316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 Is， 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 1^0如1、 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-width modulation)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纰 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 dimming control)。
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) J 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^n)之值仅能为 1或 -1的排列组合， 且所有驱动讯号 A^n)均需符 合下列条件：
∑ ,, 1≤11≤ ^ . .--式(1) ∑ ^2(11)= N 式 (2)
∑ ！!),^)…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=(l， -1， 1， -1)，
A2=(l， 1, -1， -1)，
A3=(l， -1， -1， 1)
上述三组驱动讯号代入式 (1)、 （2)、 （3)分别得到：
∑ ^(11)=0；
∑ ^2(11) = ； 及
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：
A2=(l 1 -1 -111 -1 -1)
A3 = (l -1 -111-1 -11)
A5 = (l -11 -1 -11 -11)
A7 = (l -1 -11 -111 -1)
同样可以计算得出上述七个驱动讯号符合 ? ^(11)=0, ∑ ^2(11)=8, 及 Σ Ai^A^O i^)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， 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 LE , 若其 PWM控制开关 ON时， 该 LE 所发光强度在光学感测器 33的感测值 为 , 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 A^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 ^!：) 驱动的该组 LE 元件发光的感测值在 n=l， ...N时序中， 可以分别被写成1 /2 1,(1+ ^(!!))^=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 A^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 d = 1/2 (1+ (11： ， (n=l , 2， ...16) 若各颗 LE 所发光的各别光感测值为 , (ι=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=l， 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(n)= ∑ ΙΑ(η) = ∑
1,(1+^(11)), (η=1， 2…. 32)。
随后， 将利用一个讯号处理器 DSP, 把此光学感测值 SO)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 ^时， 可以 DSP进行
S i A^n)的处 理， 因∑ S^A^n)- ∑ ∑ ^l+A^n))!, A!(n)
= 1/2 ∑ ∑ 1^1(11) +
1/2 ∑ ∑ IAC^A^n)
= 1/2 ∑ΙΙ + 1/2 ∑ΙΛ '32
=0 + 1/2 ΙΓ32=16 Ii
因而得到 = ?
SC^AjCn) 同理以 DSP进行
S^A^n;)可以得到 161 因而可以从光学感测器所混 杂感测出之 Si、 S2、 S3n、-- 1...S32的总和数值当中， 逐一解调出 16个 LED 301、 302、 303、 ...316的各别光感测值 Ik= ?
S(n)Ak(n)。
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?解调方式中， 由于有将个 别驱动讯号乘回的?骤， 一旦有某些与驱动讯号不同?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?， 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?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 Ns， 此时光学感测器的总感测值 将变为 S(X)+NS， 如果以 A^n)解调时， 由于
^^(11)=0, 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 至 A7的实施例， 重复两 次将得到 16位元的驱动讯号：
Αι' = (1 -11-11-11 -1， 1-11-11-11 -1)
Α2' = (11-1-111-1 -1, 11-1-111-1 -1) 同理， 重复 Α3'至 A6'
Α7' = (1 -1-11-111 -1, 1-1-11-111 -1) 且 '， Α2'， ... Α7'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 1M Hz, 即每一位元周期需耗时 1μδ。 若驱动讯号长度为 η=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 3600χ64μδ， 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?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?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?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即可完成全部检坝 ijo 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?骤 711中供能并点亮并于?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?骤 715 逐一纪录背 光板中的每一组！^ 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?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?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?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?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 IS1：)进行比对， 例如解调出的感测值 与 标准感测值 IS1的差异超过一个预定程度， 例如亮度出现 5%的偏差， 则在?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 LE 的 PWM驱动值加以补偿。
一般而言，可以利用解调出的感测值 L与标准感测值 181的反比值 即 (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? 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?骤 727重复进行上述? 骤 721至 726， 确保该显示器随时保持良好画面品质。 更进一?， 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?， 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 1、 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 y(A& 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-stimulus value), 并分别记为 Xlr， X2r， X3r 3/4
Xig, X2g， X3g及 Xlb， X2b， X3b， 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 X1()=Xk+Xlg+Xlb 为白光的 X激励值， X2o=X2r+X2g+X2b为白光的 Y激励值， X3o= X +X3g+X3b 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°C， 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 、 gl、 ！^在分色光 感测器 33R、 33G、 33B上的光感测值分别为
3/4 及 xlg、 x2g、 x3g及 xlb、 x2b、 x3b等 9个感测值； 则这 9个感测值 Xlj与前面所述的利用 『标准光检 测仪』 所量测的 9个激励值
3/4 有线性的关系， 可以写为：
x^ Ky . Xy C ^ K 2、 3， j= r、 g、 b)--.(4) 假设该等 Γι、 gl、 biLED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 3/4 '( i= l、 2、 3， j= r、 g、 b 其中，
3/4 '、 为标记 1^之1^0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 、 gl、 ^三个 LED颗粒的激励值可以写为：
y (ι= 1、 2、 3， j= r、 g、 b ) ...... (5)
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 、 Pg、 Pb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 IV、 Pg'、 Pb'， 当然， 此 时代表白光的 X、 Υ、 Ζ的三个激励值需要相同， 因而得到
Pr'Xlr' + Pg'Xlg' + Pb'Xlb' = PrXlr + PgXlg + PbXlb
Pr'X2r' + Pg'Xlg' + Pb b' = PrX2r + PgX2g + PbX2b
Pr'X3r' + Pg'X3g' + Pb'Xsb' = PrX3r + PgX3g + PbX3b .……. (6)
由 (7)式可知，
3/4 各激励值在厂内量出为已知， 且 、 Pg、 Pb 也因为白光 的色度及亮度设定为已知， 另 x 3/4 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 '已量得， 则可利用 (7)式可以求得新的 PWM驱动值 IV、 Pg'、 P 利用此新的 PWM驱动值可以将已变异的 Γι、 gl、 ^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?， 如上述当检测整个背光板中的所有 LED 仅需花费例如 3600 组 /60χ64μδ=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 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。 gp， 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。
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