CN101290413A - 影像模块的设计方法及使用该方法的液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种影像模块的设计方法及使用该方法的液晶显示器，通过制定一目标色度值，经由调整每一像素中的一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置，并根据液晶显示器组成零件的光学特性，加以仿真与运算，产生一设计色度值，然后循环调整每一像素中的一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置与光学特性的仿真运算，使产生的设计色度值能够接近目标色度值。如此，将可调整液晶显示器的颜色，并解决颜色偏差的问题。

Description

影像模块的设计方法及使用该方法的液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种影像模块的设计方法及使用该方法的液晶显示器，特别涉及一种具有调整影像颜色功能的影像模块的设计方法及使用该方法的液晶显示器。

背景技术

液晶显示器利用液晶表示文字和影像，液晶本身不会发光，而显示器的明暗度，则是利用反射光或背面辅助光源，以产生不同的显示作用。由于液晶显示器具有轻薄性、低电压驱动、低耗电性、彩色化及低价格等优点，成为目前普遍使用的显示装置。

液晶显示器的发展，由扭转向列(Twisted Nematic，TN)型液晶显示器演变至超扭转向列(Super Twisted Nematic，STN)型液晶显示器，再转换成薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)液晶显示器。

扭转向列(TN)型液晶显示器的特征为高对比性、透光率的波长相依性低、响应速度较快、色阶调表示特性佳、驱动电压低、上下视野角狭窄及中间阶调视角相依性大。超扭转向列(STN)型液晶显示器的特征为高多重发讯特性、彩色化及响应速度较慢。薄膜晶体管(TFT)液晶显示器的每一像素由四个晶体管所控制，薄膜晶体管技术是目前液晶显示器技术中，提供最佳分辨率的一种技术，此种薄膜晶体管液晶显示器又称为主动矩阵式液晶显示器，其优点有宽广的视野角、高对比性、高分辨率、比被动矩阵式的响应速度要快，极适用于动态影像的处理及大容量的显示等。

超扭转向列(STN)型液晶显示器的缺点之一为响应速度不够快，因此播放动画时，会有拖影的现象。为了提升播放动画的能力，于是持续尝试开发具有高速响应的液晶产品。随着产品响应速度的加快，却发生了颜色偏差的问题。

超扭转向列(STN)型液晶显示器的另一个缺点为白黑的对比不够高。为了提高对比，于是调整光学设计；但常有的问题是对比提高了，却发生颜色偏差的问题。

液晶显示器的白(W)画面是由所有像素的红、绿与蓝次像素全部点亮时组成，因此白画面的色度是依据次像素红、绿与蓝个别的色度而定，但也有顾客会同时要求红画面、绿画面、蓝画面与白画面的色度。因此，如何同时满足这四个画面的色度需求，成为必须解决的问题。

请参阅图1，其为现有技术的一彩色像素中一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置图。在图1中，组成一个像素的红次像素R1、绿次像素G1与蓝次像素B1的面积相同。对于彩色超扭转向列(STN)型/薄膜晶体管(TFT)液晶显示器，为了适应产品应用的不同，其像素中红次像素R1、绿次像素G1与蓝次像素B1的排列方式将有所不同。例如，欲显示动态画面时，红次像素R1、绿次像素G1与蓝次像素B1将需要排列成马赛克或三角形的形式；欲显示静态画面时，红次像素R1、绿次像素G1与蓝次像素B1将需要排列成直条状的形式。

而制造成产品后，当液晶显示器白画面的颜色产生偏差时，可以修改背光源的颜色来做调整，也可以变更红次像素R1、绿次像素G1或蓝次像素B1颜料的颜色来做调整；但是，若利用修改背光源来调整颜色，则颜色调整的范围有限，通常，只能在色度坐标(0.31，0.31)的附近调整；若偏离太多的话，由于发光二极管(LED)厂商需要特别适应此情况，故此种发光二极管(LED)的产量少，其交货会发生问题。另一方面，若藉由调整红次像素R1、绿次像素G1或蓝次像素B1的颜料，来修改白色显示的色度，如此，同时也会变更红色、绿色与蓝色显示的色度，造成白色显示的色度虽符合顾客的需求，但红色、绿色与蓝色所显示的色度却变成规格外。

接着，说明现有的设计实例，以应用于高速应答品的设计。由于超扭转向列(STN)型液晶显示器的响应时间与液晶池隙(Cell Gap)d的平方成正比；当液晶池隙(Cell Gap)d愈小，响应时间也愈小，亦即应答速度也愈快，但所需液晶的异方性屈折率参数Δn就要愈大，同时异方性屈折率参数Δn(或Δn*d)所对应的波长分散性就会愈大。在此，波长分散性的定义为：

$D=\frac{{\mathrm{\Δnd}}_{\mathrm{at}450\mathrm{nm}}}{{\mathrm{\Δnd}}_{\mathrm{at}590\mathrm{nm}}}.$

请参阅图2，其为现有的多种液晶波长分散性D随着异方性屈折率参数Δn变化的数据图。在图2中，包含17种液晶的共673笔数据点，而对于不同液晶厂商或不同型号的液晶，其异方性屈折率参数Δn与波长分散性D的正相关性虽然不尽相同，但确实有正相关趋势。例如，以超扭转向列(STN)型液晶显示器来说，在Δnd＝0.84μm的设计下，将正常的液晶池隙d设定为6.3μm时，所需的异方性屈折率参数Δn为0.84/6.3＝0.133，此时，从图2可知波长分散性D＝1.11。而为了快速应答的目的，将液晶池隙d设定为4.7μm时，所需的异方性屈折率参数Δn为0.84/4.7＝0.179，此时，从图2可知波长分散性D＝1.16。依据上述的说明，可以获得D＝1.11与D＝1.16时的Δnd值，如表1所示：

	Δndat 400nm	Δndat 450nm	Δndat 500nm	Δndat 550nm
					D＝1.11	979.9nm	912.8nm	869.5nm	840.0nm
D＝1.16	1062.7nm	948.2nm	881.4nm	840.0nm
						Δndat 600nm	Δndat 650nm	Δndat 700nm
D＝1.11	819.0nm	803.5nm	791.7nm
					D＝1.16	813.1nm	794.9nm	782.2nm

表1不同波长分散性的Δnd值

现有设计实例中，初始的光学设计条件如下：未通电液晶容置组(未显示于图中)LCD的扭转角为240°，Δnd＝0.84μm；上偏光板(未显示于图中)角度为10°；上位相差板(未显示于图中)角度为70°；下位相差板(未显示于图中)角度为110°；下偏光板(未显示于图中)角度为80°。设计结果如图3与图4所示，图3为现有设计实例中波长分散性D＝1.11时，白画面与黑画面的计算分光特性；图4为现有设计实例中波长分散性D＝1.16时，白画面与黑画面的计算分光特性。从图3与图4中可知，当波长分散性D＝1.16时，黑画面会偏蓝；依据经验，当波长分散性D＞1.14时，颜色就会有显著的变化，不得不变更设计以克服颜色的问题。

在现有设计实例中，以上述波长分散性D＝1.11的设计为起点，当波长分散性D＞1.14时，将光学设计条件变更如下：上偏光板(未显示于图中)角度为11～15°；上位相差板(未显示于图中)角度为65～69°；未通电液晶容置组(未显示于图中)LCD的Δnd减少为780～800nm；下位相差板(未显示于图中)角度为111～115°；下偏光板(未显示于图中)角度为75～79°。变更设计后的结果如图5所示，图5为现有设计实例中波长分散性D＝1.16时变更设计后的白画面与黑画面的计算分光特性。此时，黑色画面偏蓝的问题将获得改善，但同时白色画面也会产生偏蓝的问题。即使使用其它不同角度、不同位相差值搭配的设计，或是使用液晶涂布的位相差板，发生的问题仍然相同。

综上所述，可知：如何让扭转向列(TN)型液晶显示器、超扭转向列(STN)型液晶显示器与扭转向列(TN)型薄膜晶体管(TFT)液晶显示器兼具高速响应与高的白黑对比，且同时满足红(R)画面、绿(G)画面、蓝(B)画面与白(W)画面的色度需求，为设计本发明的主要动机。

因此，本案发明人鉴于上述现有技术的缺点，经过悉心研究，并本着锲而不舍的精神，创造出本发明所述的影像模块的设计方法及使用该方法的液晶显示器。

发明内容

本发明提供一种影像模块的设计方法及使用该方法的液晶显示器，其可解决背景技术中所述的缺点，即可调整液晶显示器的颜色，解决颜色偏差的问题。

为达上述目的，本发明第一提出一种影像模块的设计方法，首先，制定一目标色度值；接着，循环调整每一像素中一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置，让仿真并产生得到的一设计色度值能够接近目标色度值。藉由次像素面积比例的调整，进而调整液晶显示器所显示的色度，达到改善颜色偏差的功效。

本发明第二提出一种液晶显示器，包括一影像模块，其是利用上述的设计方法所设计的。

本发明第一提出的一种影像模块的设计方法，包括下列步骤：

首先，a.制定一目标色度值；接着，b.设定每一像素中一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置；接着，c.模拟并产生一设计色度值；接着，d.比较该目标色度值与该设计色度值；然后，e.重复步骤b至步骤d，直至目标色度值与设计色度值之间在一误差值内。

所述的步骤a的末尾，还包括下列步骤：a1.设定该目标色度值为一目标色度坐标；

所述的步骤c包括下列步骤：

c1.设定该设计色度值为一设计色度坐标；及

c2.产生该设计色度坐标，该设计色度坐标为一透过色度坐标与一反射色度坐标的其一。

所述的步骤c2包括下列步骤：

c21.设定欲产生的该设计色度坐标为该透过色度坐标；

c22.建立一光源分光特性；

c23.建立一透过分光特性；及

c24.产生该透过色度坐标。

所述的步骤c22包括下列步骤：c221.建立一背光模块光源的该光源分光特性；

所述的步骤c23包括下列步骤：

c231.在一第一玻璃基板上制作一红彩色滤光片，藉由一入射光穿过该红彩色滤光片，测量产生一红滤光片透过分光特性；

c232.在一第二玻璃基板上制作一绿彩色滤光片，藉由该入射光穿过该绿彩色滤光片，测量产生一绿滤光片透过分光特性；

c233.在一第三玻璃基板上制作一蓝彩色滤光片，藉由该入射光穿过该蓝彩色滤光片，测量产生一蓝滤光片透过分光特性；

c234.利用该入射光穿过一透过式光机，产生一光机透过分光特性；

c235.利用该红滤光片透过分光特性、该绿滤光片透过分光特性、该蓝滤光片透过分光特性与该光机透过分光特性，产生该透过分光特性；

其中，所述的步骤c234包括下列步骤：

c2341.建立该入射光穿过该透过式光机的一数学模型与该数学模型中的至少一参数；

c2342.利用至少一实施例与每个该实施例的一理论值透过率曲线与一实测值透过率曲线，回归计算该等参数；及

c2343.根据该等参数，产生该光机透过分光特性，其中该透过式光机包括一下偏光板、一未通电液晶容置组与一上偏光板；

其中，所述的步骤c2342包括下列步骤：

c23421.藉由该入射光依序穿过该下偏光板、该未通电液晶容置组与该上偏光板的一第一实施例，分析产生该第一实施例的该理论值透过率曲线，测量产生该第一实施例的该实测值透过率曲线；及

c23422.藉由该第一实施例的该理论值透过率曲线与该第一实施例的该实测值透过率曲线，回归计算该等参数中的至少一未通电液晶容置组参数。

所述的透过式光机还包括一位相差板，且在步骤c23422的末尾还包括下列步骤：

c23423.藉由该入射光依序穿过该下偏光板、该位相差板与该上偏光板的一第二实施例，分析产生该第二实施例的该理论值透过率曲线，测量产生该第二实施例的该实测值透过率曲线；及

c23424.藉由该第二实施例的该理论值透过率曲线与该第二实施例的该实测值透过率曲线，回归计算该等参数中的至少一位相差板参数；

所述的透过式光机还包括一液晶涂布位相差板，且在步骤c23422的末尾还包括下列步骤：

c23425.利用该入射光依序穿过该下偏光板、该液晶涂布位相差板与该上偏光板的一第三实施例，分析产生该第三实施例的该理论值透过率曲线，测量产生该第三实施例的该实测值透过率曲线；及

c23426.藉由该第三实施例的该理论值透过率曲线与该第三实施例的该实测值透过率曲线，回归计算该等参数中的至少一液晶涂布位相差板参数；

所述的透过式光机还包括一白画面与一黑画面其一的N层液晶、一下位相差板与一上位相差板，且在步骤c23422的末尾还包括下列步骤：

c23427.利用该入射光依序穿过该下偏光板、下位相差板、该白画面与该黑画面其一的N层液晶、上位相差板与该上偏光板的一第四实施例，分析产生该第四实施例的该理论值透过率曲线，测量产生该第四实施例的该实测值透过率曲线；及

c23428.藉由该第四实施例的该理论值透过率曲线与该第四实施例的该实测值透过率曲线，回归计算该等参数中的至少一液晶容置组画面参数；或

在步骤c23421之前还包括下列步骤：设定该液晶容置组包括一液晶层。

在所述的步骤c231之前还包括下列步骤：设定该入射光来自该背光模块光源。

所述的步骤c24包括下列步骤：

c241.利用该光源分光特性与该透过分光特性，产生一X刺激值、一Y刺激值与一Z刺激值；及

c242.利用该X刺激值、该Y刺激值与该Z刺激值，产生该透过色度坐标。

在所述的步骤c241与步骤c242之间还包括下列步骤：实测产生一第一系数，修正该Y刺激值；及/或

在步骤c242的末尾还包括下列步骤：实测产生至少一第二系数，修正该透过色度坐标。

所述的步骤c2包括下列步骤：

cc21.设定欲产生的该设计色度坐标为该反射色度坐标；

cc22.建立一光源分光特性；

cc23.建立一反射分光特性；及

cc24.产生该反射色度坐标。

所述的步骤cc22包括下列步骤：cc221.建立一反射用光源的该光源分光特性；

步骤cc23包括下列步骤：cc231.利用一入射光、一红彩色滤光片、一绿彩色滤光片、一蓝彩色滤光片与一反射式光机，建立该反射分光特性；

其中在步骤cc231之前还包括下列步骤：设定该入射光来自该反射用光源。

本发明提供的一种影像模块的设计方法及使用该方法的液晶显示器，具有以下特点：藉由制定一目标色度值，经由调整每一像素中一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置，并根据液晶显示器组成零件的光学特性，加以仿真与运算，以产生一设计色度值，然后循环调整每一像素中一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置与光学特性的仿真运算，使产生的设计色度值能够接近目标色度值。如此，将可调整液晶显示器的颜色，并解决颜色偏差的问题。

附图说明

图1为现有技术的一彩色像素中一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置图；

图2为现有的多种液晶波长分散性D随着异方性屈折率参数Δn变化的数据图；

图3为现有设计实例中波长分散性D＝1.11时白画面与黑画面的计算分光特性；

图4为现有设计实例中波长分散性D＝1.16时白画面与黑画面的计算分光特性；

图5为现有设计实例中波长分散性D＝1.16时变更设计后的白画面与黑画面的计算分光特性；

图6为本发明提出的一彩色像素中一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置图；

图7为本发明第一实施例中LED背光模块光源的实测光源分光特性；

图8为本发明第一实施例中在标准C光源下红绿蓝彩色滤光片的实测分光特性；

图9为本发明第一实施例中液晶容置组白画面的计算透过分光特性；

图10为本发明第一实施例中在标准C光源下个别红绿蓝彩色滤光片加上液晶容置组白画面的计算透过分光特性；及

图11为本发明第一实施例中在标准C光源下所有红绿蓝彩色滤光片加上液晶容置组白画面的计算透过分光特性。

主要符号说明

R1：红次像素

G1：绿次像素

B1：蓝次像素

具体实施方式

为了更清楚详细的叙述本发明所提出的影像模块的设计方法及使用该方法的液晶显示器，下面结合图6～图11，列举多个较佳实施例加以说明：

首先为制定目标色度值，本实施例中的目标色度值为一目标色度坐标，亦即在不改变红色、绿色与蓝色显示的色度下，如欲改变白色显示的色度，则以变更一彩色像素中一红次像素R1、一绿次像素G1与一蓝次像素B1的面积来对应。

请参阅图6，其为本实施例所提出的一彩色像素中一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置图。如图2所示，在与图1比较的情况下，若红色、绿色与蓝色显示的颜色要不变，而白色要偏红一些的话，红次像素R1的面积就要加大。

本实施例所介绍的方法可适用于透过式显示器，亦可适用于反射式显示器。对于透过式显示器，光线从背光模块光源发出后，成为入射光，入射光进入透过式显示器，然后穿过透过式显示器，以到达人眼或量测设备；对于反射式显示器，光线从反射用光源发出后，成为入射光，入射光进入反射式显示器，然后由反射式显示器内反射回光源方向，以到达人眼或量测设备。后续的实施例以透过式液晶显示器来介绍本发明方法。

接着，说明建立光源分光特性数据库与透过分光特性数据库的方法。依据JIS Z 8701标准内所述颜色的表示方法，可见光波长范围为380～780nm，其中每5nm取一个测量值，且计算2度视野角标准C光源的色度坐标，所获得的值为(x＝0.3101，y＝0.3162)。由于波长在400nm以下及700nm以上对人眼的感知贡献少，加上为了简化数据，经过计算，在波长范围400nm～700nm中，每间隔10nm取一个测量值，且计算2度视野角标准C光源的色度坐标，所获得的值为(x＝0.3100，y＝0.3165)。与前者比较，两者计算值的差异仅小数点以下第4位，故后续数据的收集与计算均以后者的方式进行。

液晶显示器中，光线由背光模块光源出发，经过液晶容置组(未显示于图中)LCD到达人眼或量测设备，光源及各个材料均会影响最后产品的色度。首先，说明光源放射分光特性：

背光源放射分光特性：经由测量，以取得不同色度背光源的分光特性，如偏黄、适中或偏蓝的背光源分光特性，以作为后续计算之用。

对于透过分光特性，以下分成两个部分来做说明，一为彩色滤光片(ColorFilter)透过分光特性，另一为透过式光机的光机透过分光特性。

彩色滤光片(Color Filter)透过分光特性：将红着色材制作在一第一玻璃基板上，使红着色材形成一红彩色滤光片；将绿着色材制作在一第二玻璃基板上，使绿着色材形成一绿彩色滤光片；将蓝着色材制作在一第三玻璃基板上，使蓝着色材形成一蓝彩色滤光片。让入射光分别穿过红彩色滤光片、绿彩色滤光片与蓝彩色滤光片，而入射光来自背光模块光源、标准光源或所选择的光源。经由测量，取得不同色浓度时，红彩色滤光片、绿彩色滤光片与蓝彩色滤光片的一红滤光片透过分光特性、一绿滤光片透过分光特性与一蓝滤光片透过分光特性，以作为后续计算之用。

接着，利用模拟与计算来求取液晶透过式光机的光机透过分光特性。由于当偏光板(未显示于图中)、位相差板(未显示于图中)与液晶容置组(未显示于图中，包括玻璃以及玻璃里面的材料组合(包含液晶层))LCD组合起来后，还会有位相差所造成的透过率影响，因此，必须将位相差的因素表示出来，然后加以求取。就以彩色超扭转向列(STN)型液晶显示器而言，透过式光机由复数光学零件所组成，例如，当入射光经过下偏光板→下位相差板→液晶容置组LCD→上位相差板→上偏光板时，各光学零件的透过率的计算是以如下的琼斯矩阵(Jones Matrix)的数学模型来表示：

偏光板： $\left(\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right);$

一般的位相差板： $\left(\begin{array}{cc}{e}^{-\mathrm{i\Γ}/2}& 0\\ 0& e^{\mathrm{i\Γ}/2}\end{array}\right);$

液晶涂布的位相差板或未通电的液晶容置组LCD：

$\left(\begin{array}{cc}\cos X-i\frac{\mathrm{\Γ}\sin X}{2X}& \mathrm{\φ}\frac{\sin X}{X}\\ -\mathrm{\φ}\frac{\sin X}{X}& \cos X+i\frac{\mathrm{\Γ}\sin X}{2X}\end{array}\right);$

其中， $\mathrm{\Γ}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\Δnd},$ $X=\sqrt{{\mathrm{\φ}}^2+{\left(\frac{\mathrm{\Γ}}{2}\right)}^2},$ φ为液晶旋转角度。

液晶容置组LCD白画面或黑画面：利用琼斯矩阵(Jones Matrix)解析时，依照液晶池隙(Cell Gap)d的厚度，视为如同N(例如N＝40)层的一般的位相差板堆栈而成，而每一层具有倾斜角度、Δnd值与液晶分子长轴方向参数；整合这些条件，将液晶容置组LCD白画面或黑画面的透过率物理行为表示为数学模型。

利用上述的表示法，再加上适当的坐标转换，据以计算出最后出射的偏光状态，

其表示为 $\left(\begin{array}{c}{V}_x\\ V_y\end{array}\right).$

如此，即可计算出透过率，其表示为(V_x)²+(V_y)²。而不同波长下的透过率即构成光机透过分光特性。

接着，在各光学零件的透过率数学模型中引入至少一参数，然后配合至少一实测值，进而获得该等参数，且根据该等参数，产生各光学零件的透过分光特性及透过式光机的光机透过分光特性。而未通电液晶容置组LCD数学模型中的参数的取得方法如下：

依照Pochi Yeh及Claire Gu两人所介绍的方法，其中应用琼斯矩阵(JonesMatrix)，以计算入射光经过偏光板→未通电液晶容置组LCD→偏光板所产生的透过率，透过率表示为：

$T=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}{\cos }^2(\mathrm{\α}-\mathrm{\β})-{\sin }^{2}X\sin 2\mathrm{\β}\sin 2\mathrm{\α}\\ +\frac{\mathrm{\φ}}{2X}\sin 2X\sin 2(\mathrm{\α}-\mathrm{\β})-{\mathrm{\φ}}^2\frac{{\sin }^{2}X}{X^2}\cos 2\mathrm{\β}\cos 2\mathrm{\α}\end{array}\right];$

其中，

α＝入射侧透过轴角度-入射侧配向角度；

β＝出射侧透过轴角度-出射侧配向角度；

φ＝液晶旋转角度；

$X=\sqrt{{\mathrm{\φ}}^2+\frac{{(2\mathrm{\π\Δnd}/\mathrm{\λ})}^2}{4}};$

$\mathrm{\Δnd}=a+\frac{b}{{\mathrm{\λ}}^2}+\frac{c}{{\mathrm{\λ}}^4};$

λ＝入射光波长，入射光来自背光模块光源、标准光源或所选择的光源。

以上产生了以「φ，a，b，c，α」为变量的理论值透过率曲线；接着，利用测量产生对应于数学模型的实测值透过率曲线；然后，将包含变量「φ，a，b，c，α」的理论值透过率曲线与实测值透过率曲线进行回归运算，以求得「φ，a，b，c，α」这5个变量的值，亦即求得了未通电液晶容置组LCD数学模型中的未通电液晶容置组参数数值。

接着，说明一般的位相差板与液晶涂布的位相差板数学模型中的参数的取得方法：

一、一般的位相差板：

依照Pochi Yeh及Claire Gu两人所介绍的方法，其中应用琼斯矩阵(JonesMatrix)，以计算入射光经过偏光板→位相差板→偏光板所产生的透过率，透过率表示为：

$T=\frac{1}{2}[{\cos }^2(\mathrm{\α}-\mathrm{\β})-{\sin }^2\frac{\mathrm{\π}\·\mathrm{\Δnd}}{\mathrm{\λ}}\sin 2\mathrm{\β}\sin 2\mathrm{\α}];$

其中：

α＝入射侧透过轴角度-位相差光轴角度；

β＝出射侧透过轴角度-位相差光轴角度；

λ＝入射光波长，入射光来自背光模块光源、标准光源或所选择的光源。

接着，利用理论值透过率曲线与实测值透过率曲线，求取位相差板数学模型中的位相差板参数数值。

二、液晶涂布的位相差板：

由于这种位相差板对光线的延迟效果，就如同未通电液晶容置组LCD一般，因此我们利用求取未通电液晶容置组LCD数学模型中的参数的相同方法，来求取液晶涂布的位相差板数学模型中的液晶涂布位相差板参数数值。

至于，液晶容置组LCD白画面或黑画面数学模型中的参数的取得方法：

以液晶容置组LCD白画面为例，依照Pochi Yeh及Claire Gu两人所介绍的方法，其中应用琼斯矩阵(Jones Matrix)，以计算入射光经过下偏光板→下位相差板→白画面的N(例如N＝40)层液晶→上位相差板→上偏光板所产生的透过率数学模型。而N层液晶其各自的琼斯矩阵(Jones Matrix)，则由上述未通电液晶容置组LCD所求得的参数，搭配现有每一层液晶的倾斜角度与液晶分子长轴方向参数，即可获得。然后，利用理论值透过率曲线与实测值透过率曲线，求取液晶容置组LCD白画面数学模型中的液晶容置组白画面参数数值。相同的方法亦适用于液晶容置组LCD黑画面，以获得液晶容置组黑画面参数数值。

在获得红滤光片透过分光特性、绿滤光片透过分光特性、蓝滤光片透过分光特性与光机透过分光特性之后，根据红、绿、蓝滤光片与透过式光机的相互配置，产生结合后的透过分光特性。

现在，利用所产生的光源分光特性与透过分光特性，计算产生一设计色度值，本实施例中的设计色度值为一设计色度坐标。当应用于本实施例的透过式光机时，设计色度坐标为一透过色度坐标，当应用于反射式光机时，设计色度坐标为一反射色度坐标。

依据JIS Z 8701标准内所述颜色的表示方法，物体色三刺激值X，Y，Z的求法如下：

X刺激值：X＝K∫S(λ)x(λ)T(λ)dλ；

Y刺激值：Y＝K∫S(λ)y(λ)T(λ)dλ；

Z刺激值：Z＝K∫S(λ)z(λ)T(λ)dλ；

系数： $K=\frac{100}{\∫S\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}};$

其中：

S(λ)：光源的分光特性；

x(λ)，y(λ)，z(λ)：XYZ表色系的等色函数；

T(λ)：透过分光特性，应用于透过式光机；

然后，利用X刺激值、Y刺激值与Z刺激值，求得透过色度坐标(x，y)：

$x=\frac{X}{X+Y+Z},$ $y=\frac{Y}{X+Y+Z}.$

为了核对计算得的Y刺激值与透过色度坐标的正确性，并考虑未列入计算的标准光学零件对透过率的影响。于是对背光源与白画面的实施例进行测量，产生辉度值、第二Y刺激值与第二透过色度坐标的测量值。然后，藉由比较所述的计算值与所述的测量值，产生一个修正系数，据以修正计算得的Y刺激值，也可以产生一个以上的第二修正系数，据以修正计算得的透过色度坐标。

利用模拟与计算产生透过色度坐标后，比较目标色度坐标与透过色度坐标。当目标色度坐标与透过色度坐标之间在一误差值外，则继续调整每一像素中一红次像素R1、一绿次像素G1与一蓝次像素B1的面积配置；继续模拟并产生另一透过色度坐标；及继续比较目标色度坐标与所产生透过色度坐标。当目标色度坐标与透过色度坐标之间在一误差值内，表示所设计的透过式光机的色度已能符合需求。

接着，举出第一实施例，以说明上述的影像模块的设计方法。请参阅表2，其为背光源、彩色滤光片与液晶容置组白画面的分光特性。表3的资料是在红次像素R1∶绿次像素G1∶蓝次像素B1的面积比为1∶1∶1时，所产生的结果。其中，第一栏为波长，第二栏为背光源B/L分光特性，第三栏为红彩色滤光片CF-R透过分光特性，第四栏为绿彩色滤光片CF-G透过分光特性，第五栏为蓝彩色滤光片CF-B透过分光特性，第六栏为液晶容置组LCD白画面透过分光特性；而液晶容置组LCD包括玻璃以及玻璃里面的材料组合(包含液晶层)。

请参阅图7、图8、图9、图10与图11，图7为本发明第一实施例中LED背光模块光源的实测光源分光特性；图8为本发明第一实施例中在标准C光源下红绿蓝彩色滤光片的实测分光特性；图9为本发明第一实施例中液晶容置组白画面的计算透过分光特性；图10为发明第一实施例中在标准C光源下个别红绿蓝彩色滤光片加上液晶容置组白画面的计算透过分光特性；图11为本发明第一实施例中在标准C光源下所有红绿蓝彩色滤光片加上液晶容置组白画面的计算透过分光特性。

波长(nm)	背光源B/L	红彩色滤光片CF-R	绿彩色滤光片CF-G	蓝彩色滤光片CF-B	液晶容置组LCD白画面
						700	0.0899	0.9042	0.2122	0.0313	0.4800
690	0.1155	0.8664	0.1543	0.0288	0.5100
						680	0.1462	0.8194	0.1087	0.0274	0.5400
670	0.1826	0.8301	0.0776	0.0259	0.5600
						660	0.2265	0.8874	0.0606	0.0209	0.6000

650	0.2753	0.8895	0.0595	0.0140	0.6200
						640	0.3281	0.8428	0.0682	0.0085	0.6600
630	0.3572	0.8358	0.0796	0.0051	0.6900
						620	0.3202	0.8073	0.1093	0.0034	0.7200
610	0.2943	0.7781	0.1857	0.0030	0.7600
						600	0.2991	0.8152	0.3203	0.0038	0.7800
590	0.3401	0.6644	0.4616	0.0057	0.8200
						580	0.4004	0.2703	0.5705	0.0095	0.8500
570	0.4550	0.0199	0.6366	0.0166	0.8800
						560	0.4544	0.0032	0.7123	0.0352	0.9100
550	0.4722	0.0022	0.7623	0.0780	0.9300
						540	0.4917	0.0065	0.7716	0.1469	0.9500
530	0.4931	0.0164	0.7846	0.2342	0.9700
						520	0.4970	0.0113	0.7823	0.3560	0.9800
510	0.3922	0.0051	0.7496	0.4881	0.9900
						500	0.2977	0.0044	0.6626	0.5830	0.9800
490	0.3127	0.0052	0.5820	0.6638	0.9700
						480	0.5329	0.0060	0.3453	0.7128	0.9500
470	1.0000	0.0050	0.0722	0.7290	0.9200
						460	0.9874	0.0054	0.0139	0.7196	0.8700
450	0.9615	0.0068	0.0110	0.7366	0.8000
						440	0.5135	0.0112	0.0104	0.6999	0.7200
430	0.1324	0.0180	0.0061	0.6560	0.6200
						420	0.0317	0.0318	0.0113	0.6365	0.5000
410	0.0107	0.0587	0.0193	0.6320	0.3800
						400	0.0079	0.0987	0.0375	0.5455	0.2600

表2背光源、彩色滤光片与液晶容置组白画面的分光特性

请参阅表3，其为根据表2、图7、图8、图9、图10与图11的数据并经由本发明方法所计算出的结果，其中运用了一些参数，据以修正计算值。表3中的液晶模块LCM包括上偏光板、下偏光板、上位相差板、下位相差板、液晶容置组LCD、背光源与电气回路。当液晶模块LCM的白画面辉度除以黑画面辉度的比值为最大的时候，以LCM-W表示这个白画面(此时红绿蓝(RGB)区域的光线均可通过)，并可利用计算或测量来获得其色度、透过率或辉度数值。如果只让液晶模块LCM的红(R)区域的光线通过，而绿(G)区域与蓝(B)区域的光线不通过，则以LCM-R表示这个液晶模块LCM的红画面。同理，以LCM-G表示液晶模块LCM的绿画面，且以LCM-B表示液晶模块LCM的蓝画面。而x与y的组合表示色度坐标；Y为Y刺激值。

	x	y	Y	辉度	NTSC比例
						背光	0.280	0.294	-	5300	-
CF-R	0.633	0.347	21.96	-	54.49％
						CF-G	0.315	0.563	57.43	-
CF-B	0.140	0.141	15.94	-
						LCM-R	0.571	0.355	14.20	48	48.22％
LCM-G	0.313	0.569	54.11	184
						LCM-B	0.152	0.111	15.87	54
LCM-W	0.272	0.334	28.06	-
						LCM-W	0.286	0.319	-	287	-

表3预估结果

本实施例的方法并非完全理论计算，有一部分是将实物测量结果与理论计算结果比较而取得参数，然后利用参数修正理论计算结果。其中，背光辉度的实测值为5300(cd/m2)；该背光源经过液晶模块LCM后的辉度实测值(此时，液晶模块LCM显示白画面)为287(cd/m2)；经由计算所得到的液晶模块的Y刺激值是28.06。但是，以上的计算中作了部分简化，例如，偏光板、玻璃、绝缘膜、配向膜、液晶的透过率等等，并未列入计算(透过率均先当作100％)，而为了制程稳定，材料不会被任意更改，因此，这些简化的计算，以一个参数来代替，也不会有大的误差。具体而言，经简化计算后可以得到计算结果，液晶模块白色色度LCM-W为(0.272，0.334)，Y刺激值为28.06。对照实物的测量结果，背光辉度为5300(cd/m2)，液晶模块实测的白色色度LCM-W为(0.286，0.319)，以及白画面辉度为287(cd/m2)。在此，设定了3个参数作为修正之用：其一，5300*28.06*U＝287→U＝0.00193，其二，0.272*V＝0.286→V＝1.051，其三，0.334*W＝0.319→W＝0.955。以这些数据为基础，若液晶显示器有不同的设计架构，或有不同的色度要求，只要不变更材料，该U、V与W参数仍适用。

在表3中，液晶模块红画面LCM-R的计算Y刺激值为14.20，液晶模块绿画面LCM-G的计算Y刺激值为54.11，液晶模块蓝画面LCM-B的计算Y刺激值为15.87。根据液晶模块红绿蓝画面的计算Y刺激值比例14.20∶54.11∶15.87，且乘以白画面的测量辉度287(cd/m2)，因此，可以得到液晶模块的红绿蓝画面的辉度估计值，其辉度估计值分别为48，184与54(cd/m2)。

本第一实施例中，若白画面色度目标值为x＝0.31，y＝0.31时，经由人为判断，且运用已设计好的计算机程序循环运算；如此，获得液晶容置组LCD的每一像素中红次像素R1、绿次像素G1与蓝次像素B1的面积比例，此面积比例设计为，红面积∶绿面积∶蓝面积＝1.52∶0.92∶1.05；亦即若总和为1，则红面积∶绿面积∶蓝面积＝43.5％∶26.4％∶30.1％。

另外，从背景技术中的图3、图4与图5可知，现有设计实例难以解决颜色偏差的问题。于是应用本发明技术，首先设定白画面的目标色度值(x，y)；接着，设定每一像素中红次像素R1、绿次像素G1与蓝次像素B1的面积比例；接着，计算出液晶容置组LCD白画面的分光特性，并产生如表2的分光特性；接着，利用实测与计算，产生如表3的设计值；如此循环设定面积比例与模拟运算，就能求得所需要的红次像素R1、绿次像素G1与蓝次像素B1的面积比例，以克服现有设计实例的颜色偏差问题。

上述调整透过式光机所显示色度坐标的方法，亦可适用于调整反射式光机所显示的色度坐标。此时所欲产生的设计色度坐标为一反射色度坐标；接着，建立一光源分光特性，此为一反射用光源的光源分光特性；接着，建立一反射分光特性，此为利用一入射光、一红彩色滤光片、一绿彩色滤光片、一蓝彩色滤光片与一反射式光机所求得的反射分光特性；然后，产生反射色度坐标。而入射光来自反射用光源、标准光源或所选择的光源。

另外，表示彩色的方法有许多种，例如红绿蓝(RGB)模型、色调饱和强度(HSI)模型、Lab模型与CMYK模型等等，本发明方法也适用于这些彩色模型中各色彩元素(例如色调(Hue))的调整，并不限于色度坐标的调整。

本发明的特点为：一种影像模块的设计方法及使用该方法的液晶显示器，藉由制定一目标色度值，经由调整每一像素中一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置，并根据液晶显示器组成零件的光学特性，加以仿真与运算，以产生一设计色度值，然后循环调整每一像素中一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置与光学特性的仿真运算，使产生的设计色度值能够接近目标色度值。如此，将可调整液晶显示器的颜色，并解决颜色偏差的问题。

综上所述，本发明提供的影像模块的设计方法及使用该方法的液晶显示器确实能达到发明构想所设定的功效。且，以上所述者仅为本发明的较佳实施例，举凡本发明涉及的本领域内的专利技术人员，在依据本发明的精神下所作的等效修饰或变化，皆应涵盖于本发明所要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种影像模块的设计方法，特征在于，包括下列步骤：

a.制定一目标色度值；

b.设定每一像素中的一红次像素、一绿次像素与一蓝次像素的面积配置；

c.模拟并产生一设计色度值；

d.比较该目标色度值与该设计色度值；及

e.重复步骤b至步骤d，直至该目标色度值与该设计色度值之间的误差在一误差值内。

2.如权利要求1所述的影像模块的设计方法，其特征在于，在步骤a的末尾，还包括下列步骤：

a1.设定该目标色度值为一目标色度坐标；且

步骤c包括下列步骤：

c1.设定该设计色度值为一设计色度坐标；及

c2.产生该设计色度坐标，该设计色度坐标为一透过色度坐标与一反射色度坐标的其一。

3.如权利要求2所述的影像模块的设计方法，其特征在于，所述的步骤c2包括下列步骤：

c21.设定欲产生的该设计色度坐标为该透过色度坐标；

c22.建立一光源分光特性；

c23.建立一透过分光特性；及

c24.产生该透过色度坐标。

4.如权利要求3所述的影像模块的设计方法，其特征在于，所述的步骤c22包括下列步骤：

c221.建立一背光模块光源的该光源分光特性；且

步骤c23包括下列步骤：

c231.在一第一玻璃基板上制作一红彩色滤光片，藉由-入射光穿过该红彩色滤光片，测量产生-红滤光片透过分光特性；

c232.在一第二玻璃基板上制作一绿彩色滤光片，藉由该入射光穿过该绿彩色滤光片，测量产生一绿滤光片透过分光特性；

c233.在一第三玻璃基板上制作一蓝彩色滤光片，藉由该入射光穿过该蓝彩色滤光片，测量产生一蓝滤光片透过分光特性；

c234.利用该入射光穿过一透过式光机，产生一光机透过分光特性；

c235.利用该红滤光片透过分光特性、该绿滤光片透过分光特性、该蓝滤光片透过分光特性与该光机透过分光特性，产生该透过分光特性；

其中步骤c234包括下列步骤：

c2341.建立该入射光穿过该透过式光机的一数学模型与该数学模型中的至少一参数；

c2342.利用至少一实施例与每个该实施例的一理论值透过率曲线与一实测值透过率曲线，回归计算该等参数；及

c2343.根据该等参数，产生该光机透过分光特性，其中该透过式光机包括一下偏光板、一未通电液晶容置组与一上偏光板；

步骤c2342包括下列步骤：

c23421.藉由该入射光依序穿过该下偏光板、该未通电液晶容置组与该上偏光板的一第一实施例，分析产生该第一实施例的该理论值透过率曲线，测量产生该第一实施例的该实测值透过率曲线；及

c23422.藉由该第一实施例的该理论值透过率曲线与该第一实施例的该实测值透过率曲线，回归计算该等参数中的至少一未通电液晶容置组参数。

5.如权利要求4所述的影像模块的设计方法，其特征在于，其中：

该透过式光机更包括一位相差板，且在步骤c23422的末尾还包括下列步骤：

c23423.藉由该入射光依序穿过该下偏光板、该位相差板与该上偏光板的一第二实施例，分析产生该第二实施例的该理论值透过率曲线，测量产生该第二实施例的该实测值透过率曲线；及

c23424.藉由该第二实施例的该理论值透过率曲线与该第二实施例的该实测值透过率曲线，回归计算该等参数中的至少一位相差板参数；

该透过式光机更包括一液晶涂布位相差板，且在步骤c23422的末尾还包括下列步骤：

c23425.利用该入射光依序穿过该下偏光板、该液晶涂布位相差板与该上偏光板的一第三实施例，分析产生该第三实施例的该理论值透过率曲线，测量产生该第三实施例的该实测值透过率曲线；及

c23426.藉由该第三实施例的该理论值透过率曲线与该第三实施例的该实测值透过率曲线，回归计算该等参数中的至少一液晶涂布位相差板参数；

该透过式光机更包括一白画面与一黑画面其一的N层液晶、一下位相差板与一上位相差板，且在步骤c23422的末尾还包括下列步骤：

c23427.利用该入射光依序穿过该下偏光板、下位相差板、该白画面与该黑画面其一的N层液晶、上位相差板与该上偏光板的一第四实施例，分析产生该第四实施例的该理论值透过率曲线，测量产生该第四实施例的该实测值透过率曲线；及

c23428.藉由该第四实施例的该理论值透过率曲线与该第四实施例的该实测值透过率曲线，回归计算该等参数中的至少一液晶容置组画面参数；或

在步骤c23421之前还包括下列步骤：设定该液晶容置组包括一液晶层。

6.如权利要求4所述的影像模块的设计方法，其特征在于，在步骤c231之前还包括下列步骤：

设定该入射光来自该背光模块光源。

7.如权利要求3所述的影像模块的设计方法，其特征在于，步骤c24包括下列步骤：

c241.利用该光源分光特性与该透过分光特性，产生一X刺激值、一Y刺激值与一Z刺激值；及

c242.利用该X刺激值、该Y刺激值与该Z刺激值，产生该透过色度坐标。

8.如权利要求7所述的影像模块的设计方法，其特征在于，其中：

在步骤c241与步骤c242之间还包括下列步骤：实测产生一第一系数，修正该Y刺激值；及/或

在步骤c242的末尾还包括下列步骤：实测产生至少一第二系数，修正该透过色度坐标。

9.如权利要求2所述的影像模块的设计方法，其特征在于，步骤c2包括下列步骤：

cc21.设定欲产生的该设计色度坐标为该反射色度坐标；

cc22.建立一光源分光特性；

cc23.建立一反射分光特性；及

cc24.产生该反射色度坐标。

10.如权利要求9所述的影像模块的设计方法，其特征在于，步骤cc22包括下列步骤：

cc221.建立一反射用光源的该光源分光特性；且

步骤cc23包括下列步骤：

cc23 1.利用一入射光、一红彩色滤光片、一绿彩色滤光片、一蓝彩色滤光片与一反射式光机，建立该反射分光特性；

其中在步骤cc231之前还包括下列步骤：设定该入射光来自该反射用光源。

11.一种液晶显示器，其特征在于，包括一影像模块，该影像模块是根据权利要求1至10中的任一所述方法予以设计的。

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