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本研究從 CIEDE 2000 色差公式的發想,探討改善顯示器在偏斜視角時遇到色彩轉變的 問題,並建立一套量化使用者觀看顯示器時之彩色視角指標,提供面板技術開發的參考,以 增進顯示器的影像品質改善與評價。這項研究不僅考慮了顯示器在各個色彩屬性面向的表現,

不像以往只以亮度對比來決定觀賞視角的範圍。研究中從亮度的品質探討至色彩流失及色彩 偏移的影響,不僅僅是改善亮度對顯示器的影響,對於目前顯示器產業高度要求的色彩品質,

y = -0.1688x + 6.5628 r = -0.864 1

2 3 4 5 6 7 8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 主觀

評 價影 像品 質 平均 得分

新 TQCVA

也相對提出改善的參考依據指標。

實驗中選用了 20 個具代表性的色塊做觀測視角的評估,透過這些色塊,可以辨識不同的 顯示器技術及特性。針對目前產業最常使用的技術面板,進行量測和實驗,而提出一套可符 合每種面板特性的度量方式。再加入了主觀視覺評價的結果,客觀的量測數值計算與主觀評 是兩者之間的相互驗證,使得本研究更能夠貼近人眼知覺的感受,進而做到最適合使用者觀 看的效果。

本研究透過現有業界常在使用的量測設備與方法,提出了一個新的計算模式以提供更便 利的評價視角的色彩影像品質,並且這個度量方式是符合主觀評價的結果。而且,這個方法 的優勢在於可以馬上計算出當下觀看視角的彩色圖像之影像品質。在這個新的度量方式中,

只需三個組成成份:視角的色差計算、衰減因子以及能量統整。這個模式可以很容易的將明 度差、色彩偏移、色彩流失和主觀評價之間的結果進行匹配。除此之外,對於不同特性的顯 示器,也可使用此種度量方式,在這個新的度量方式中,基於心理物理實驗得到不同面板之 間的差異,還可運用於面板的分級或分類制度中。綜觀以上的陳述,簡易的將此顯示器視角 度量法的優勢條列於下:

 符合主觀視覺評價結果

 提供不同顯示技術面板使用

 可統計每個視角的累積能量

 各別判斷明度、彩度、色相的差異

近年來平面顯示器技術日益精進,更是成為日常需求重心,人們對電視機的要求越來越 高,新的顯示器量測技術也正如火如荼進行著[24]。如同林晏羽生的論文提及,在未來的工 作中,期望再收集更多不同技術面板的特性,如有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode,

OLED)面板,軟性材質面板等。用以確認此方法可提供更多元的面板使用。還有針對特殊 記憶色,如膚色、天空、草地等等,進行視角分析[25]。

參考文獻

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[24] Information Display Measurements Standard, Version 1.03, IDMC & SID, 150-167 (2012).

[25] 林晏羽,以色差為基礎的新式平面顯示器視角範圍度量法,國立台灣科技大學色彩與照 明科技研究所,碩士論文,民國102年6月。

附錄

附錄一:偏斜視角衰減因子模擬示意圖

AF at Viewing Angle (=0, =0)

(a) 三維空間分佈 (b) 二維視角分佈

AF at Viewing Angle (=45, =180)

(a) 三維空間分佈 (b) 二維視角分佈

AF at Viewing Angle (=45, =135)

(a) 三維空間分佈 (b) 二維視角分佈

附錄二:顯示器視角色偏指標研究開發 人因實驗問卷

受測者基本資料:

性別: □ 男 □ 女 出生年:西元 相關工作年資: 面板: 視角位置(θ,ψ):

請依以下各項問題由 1-8 分進行評分:

1:極差 2:差 3:稍差 4:平庸 5:可 6:佳 7:極佳 8:完美 圖 1

1. 請問您對此圖片的亮度感覺評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 2. 請問您對此圖片的色彩飽合度評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 3. 請問您對此圖片的色相感覺評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 4. 請問您對此圖片的影像品質評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 2

1. 請問您對此圖片的亮度感覺評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 2. 請問您對此圖片的色彩飽合度評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 3. 請問您對此圖片的色相感覺評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 4. 請問您對此圖片的影像品質評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 略...

1. 略... 1 2 3 4 5 6 7 8

2. 略... 1 2 3 4 5 6 7 8

3. 略... 1 2 3 4 5 6 7 8

4. 略... 1 2 3 4 5 6 7 8

圖 7

1. 請問您對此圖片的亮度感覺評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 2. 請問您對此圖片的色彩飽合度評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 3. 請問您對此圖片的色相感覺評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 4. 請問您對此圖片的影像品質評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 圖 8

1. 請問您對此圖片的亮度感覺評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 2. 請問您對此圖片的色彩飽合度評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 3. 請問您對此圖片的色相感覺評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 4. 請問您對此圖片的影像品質評分為 1 2 3 4 5 6 7 8 整體影像的品質

1. 請問看完所有圖片後,您對整體影像的品質 1 2 3 4 5 6 7 8

國科會補助專題研究計畫項下出席國際學術會議心得報告

日期:102 年 5 月 30 日

一、參加會議經過

國際顯示資訊學會(SID)的年會是顯示工程領域一年一度的盛會,內容包含研討 會與商展。SID 五十年的歷史上,第一次在加拿大溫哥華舉辨,超過 6,500 位來自世 界各地關於各式各樣顯示技術的最新研發在此展現,包含現有產品如電漿顯示器、

液晶顯示器、OLED 顯示器等等。此每年的盛會,也是顯示器產業帶給世人最前端 的顯示工業趨勢,如可繞式顯示器、電子書、立體顯示器、超高畫質顯示器等等。

研討會有六個平行的 tracks,共 70 個 sessions 和 1 個 poster。本人的口頭報告安 排在 5/23 的 Session 41: Colors and Image Quality。題目是 Subjective Image Quality of Viewing Angle Beyond the Color Difference Metric in FPD,內容在於探討平面顯示器 視角能夠被接受的雙眼影像階調與色彩差異程度符合視角範圍主觀評價的心物量測 標準方法,研究方法以 CIE DE2000 色差公式為基礎,開發色彩視角範圍演算法,包 括「視角的色差計算」、「偏斜觀看視覺敏感度衰減因子」和「資訊統整」三個主要 關鍵步驟,並提出一個品質彩色視角度量指標模型。有近兩百位聽眾聆聽,受到與 會學者熱烈提問。會議中遇到來自工研院、台清交等國內名校的學者、以及國內業 者。也與美日韓的學者交換了意見。

同時,本人也參與 5/21 國際顯示量測委員會 (International Committee for Display Metrology, ICDM) 的例行會議。ICDM 目前是以個人會員為單位的組織,因此沒有 國籍與團體會員的問題。本人計畫參與新式顯示器視角影像品質的測量技術標準制 定。延續去年參與 ICDM 的會議,今年也討論相關顯示器量測技術的新發展議題與

計畫編號 NSC 101-2221-E-011 -003

計畫名稱 以色差為基礎的新式平面顯示器視角範圍度量法 出國人員

姓名 溫照華 服務機構

及職稱 國立台灣科技大學 助理教授 會議時間 102 年 5 月 19 日至

102 年 5 月 24 日 會議地點 Vancouver, Canada 會議名稱

(中文) 國際顯示資訊學會 2013 顯示週 (英文) SID Display Week 2013

發表論文 題目

(中文)在平面顯示器中僅使用色差指標不足以評價視角主觀影像品質 (英文) Subjective Image Quality of Viewing Angle beyond Color

Difference Metric in FPD

標準制定工作。除了對 3D 顯示器量測技術討論外,也發了一些時間討論 ICDM 組織 和 SID 組織間的權利義務。由於 ICDM 並非 SID 的下屬機構,但因受到 SID 的資助,

SID 希望 ICDM 的成果能向 SID 做報告,也希望 ICDM 的成員也必須是 SID 的會員。

所幸地,現場與會者都具備 SID 的會員,所以這個問題並不嚴重。

SID2013 會場:溫哥華會議中心

照明領域知名國際學者 Dr. Rea 演講 (LRC)

LG WRGB OLED TV (彎曲型) 我的口頭論文發表(Session 54, No.4)

海報論文發表 LG 55" Glasses Free 3D Display

二、與會心得

本屆 SID 的學會引人注目的是,以 OLED 為主題的會議非常多。在總共 70 場的 普通會議中,有 20%即 14 場的議題是 OLED。例如,友達光電(AU Optronics)發 表了關於 65 吋 OLED 電視的論文,而且,柔性 OLED 螢幕及高效率 OLED 照明面 板等的論文發表也一場接一場。另外,還有很多討論 OLED 技術的論文發表。除了 OLED 以外,其他主要主題有,正在穩步推進技術開發的三維(3D)顯示技術(包 含相關技術在內共 8 場)、液晶顯示器技術(6 場)以及 InGaZnO 等氧化物半導體 TFT(5 場)等。本屆展會的參展企業超過 170 家。2013 年 1 月的 International CES 上展出了多款大型 OLED 電視機,不過此次 SID 的展會好像沒有這麼熱鬧。參展企 業主要是旭硝子(AGC)、康寧、3M 以及郡是等玻璃廠商和樹脂廠商。

日本顯示器(JDI)在研討會上發表了用於新一代智慧手機和平板電腦的 5 吋全高 畫質及 7 吋 WQXGA 液晶面板技術的詳情。另外,還發佈了用於車載設備的 3D 顯 示器、In-cell 型觸控面板及內置記憶體型反射式彩色液晶螢幕等技術。此外,JDI 還 在展會上展示了在研討會上發表的實物,積極宣傳了該公司的技術。發表的論文

「Innovative 5-inch FHD and 7-inch WQXGA Displays for Next Generation Smartphones and Tablets」 (論文序號 50.1) ,以及「Image Quality Assessment of Ultra-High Resolution Mobile Display Utilizing New RGBW Method」 (論文序號 69.1)中,詳細介紹了用於 智慧手機和平板電腦的液晶面板上採用的 CMOS LTPS、光配向、採用負顯技術的 IPS 構造、RGBW 畫素排列及 In-cell 觸控螢幕技術。通過採用這些技術,5 吋和 7 吋面 板的畫素密度分別達到 438ppi 和 431ppi,透光率分別達到 11%(原產品為 4.2%)

和 9.5%,模組厚度分別為 0.9mm 和 1.27mm,與之前的液晶面板相比,大幅提高了 性能。

JDI 發表的 430ppi 以上 5" FHD 顯示器 5" FHD 的戶外顯示比較

高通展出了配備 MEMS 反射型螢幕「Mirasol」的手錶型終端「Wearable Form Factor」和智慧手機。手錶型終端螢幕的尺寸為 1.6 吋,畫素為 600 畫素×600 畫素,

精細度非常高為 577ppi。該公司沒有公佈具體的耗電量,但表示僅在切換顯示時消

耗電力。。最近,高通在銷售 Pixtronix 公司的採用其他 MEMS 顯示技術的螢幕方面

相當積極。從展示品來看,Mirasol 的解析度也大幅提高,而且改善了彩色顯示性能。

夏普的子公司——Sharp Microelectronics of the Americas(SMA)利用在每個畫 素中加入 1bit 記憶體的「記憶體液晶螢幕」技術,製造手錶型智慧手機的「智慧手 錶」用小型螢幕。這款 1.26 吋(144 畫素×168 畫素)的記憶體液晶螢幕雖然為透射 型,但顯示圖像時僅消耗 15μW 電力,更新圖像時也只消耗 50μW。視訊響應性為 30ms。另外,目前僅為單色顯示。

日本顯示器展出的 7.03 吋(768 畫素×1024 畫素×RGB)螢幕在顯示圖片時的耗 電量為 3mW。該公司表示, 「如果顯示 60 訊框/秒的視訊,由於更新影像要消耗電力,

因此耗電量為 100mW」。該螢幕採用可實現高載流子遷移率的低溫多晶矽(LTPS)

TFT 驅動畫素,視訊顯示性能也比較出色。

Pixtronix 公司在其母公司高通的展位上展出了一款 7 吋 MEMS 顯示器,畫素數 為 1280×800,有 24 位的色彩表現力。背板採用了夏普的 IGZO 技術,可以說這是夏 普與 Pixtronix 于 2012 年 12 月 4 日宣佈技術合作之後的第一個成果。

美國 3M 公司公開演示了採用量子點的薄膜「QDEF」 ,而在研討會上,美國 QD Vision 公司就面向液晶顯示器用途的量子點的製造情況發表了特邀演講。3M 公司以 前一直通過以「DBEF」為代表的各種背照燈薄膜來提高液晶顯示器的顯示性能,這 次則將向市場投放新產品—採用量子點、可大幅擴大液晶顯示器色域的 QDEF 薄膜。

通過組合使用藍色 LED 和 QDEF,可以輕鬆實現 NTSC 比為 100%的廣色域。

QDEF 擁有將直徑分別為 3nm 和 7nm 的量子點分散到薄膜中,通過保護膜將其 夾住的構造。QDEF 貼在背照燈的導光板和液晶面板之間。背照燈光源採用藍色 LED 取代原來的白色 LED。通過 3nm 量子點將藍色光轉換成綠色光,通過 7nm 量子點將 藍色光轉換成紅色光。據介紹,與原來擁有平穩波長特性的白色 LED 相比,藍色 LED 可憑藉擁有尖銳峰值的紅綠藍光源,獲得鮮艷的色彩。這項技術是 3M 從 2012 年開 始與德國 Nanosys 公司共同開發出來的。目前正在進行用戶評測,計劃 2013 年第三 季度開始產品供貨。展會上有許多參觀者圍著演示品,就連筆者進行採訪的時候,

仍有觀眾在一旁插嘴提出問題。在展會上,3M 公司進行了將 QDEF 薄膜用於移動終 端液晶面板的演示。現場還進行了比較,原產品的標準色域為 NTSC 比 70%,QDEF 則提高到了與 OLED 同等的 NTSC 比 100%。3M 還通過大尺寸電視,演示了原產品 與 QEDF 配備產品之間的差異。配備 QDEF 的大尺寸電視試製品被展會主辦方授予 了「BEST IN SHOW DISPLAY WEEK 2013」大獎。

日本半導體能源研究所(SEL)的全資子公司——Advanced Film Device Inc(AFD Inc)與 SEL 在 SID 2013 上宣佈,開發出了發光效率達到 130.6 lm/W 的 OLED 照明 面板(演講編號 66.4) 。這一發光效率在未採用半球狀光提取層的產品中為世界最高 水準。不過發光顏色僅為黃色、尺寸為 56 mm × 42 mm 的柔性 OLED 面板。亮度為 1000 cd/m

2

時的發光效率達到了 130.6 lm/W。另外,還公開了尺寸為 360 mm × 300 mm 大面積柔性 OLED 照明面板,其發光效率為 110 lm/W。為保持形狀,在面板背 面黏貼了金屬箔,但可彎曲半徑 30 mm。據其介紹,此次的高發光效率是通過在發 光層添加某種空穴傳輸材料構成「激基複合物(Exciplex)」 ,削減了能量損失後獲得 的。激基複合物是指隨著兩個不同分子間的電子遷移而發光的材料。此次在發光層 的主體材料和空穴傳輸材料之間形成了激基複合物,減輕了空穴的能量損失。基於 電子遷移的發光波長大幅轉向長波長側。同時,驅動電壓也降低了 0.3V 左右。

東芝公佈了透光型 OLED 的技術(演講編號 49.4L) 。演講中介紹的是在今年 3

月舉行的「日本照明展」上參考展出的「透光型單面發光 OLED 面板」 。熄燈後可變 透明是照明用 OLED 面板的一大特點。OLED 面板變透明的一般方法是,採用 ITO 等透明電極配置在面板兩面。但是,這樣做成的透明 OLED 面板存在兩個課題:一 是光線會從面板的正反兩面透出,這對於有些用途並不合適。比如,在窗戶上採用 這種透明 OLED 面板時,光線不僅可以照到房間裏面,還可以照到窗外,不僅浪費 電,還會造成光污染。另一是發光時從面板任何一面看都不透明。也就是說,發光 時就會失去透明的特點。

友達光電在稱該公司試製出了 65 吋全高畫質 OLED 螢幕(演講編號 21.3) 。這 一尺寸在全高畫質 OLED 螢幕中屬於全球最大級別,螢幕的背板採用了 InGaZnO

(a-IGZO)TFT。全彩通過利用蒸鍍技術在每個畫素分塗紅色(R) 、綠色(G)和藍 色(B)OLED 材料的方式實現,而非最近大量採用的「白色發光 OLED+彩色濾光 片」的方式。友達光電此次在 RGB OLED 層的形成中採用了基於精細金屬掩模(FMM)

的蒸鍍技術。發光元件的構造為底部發光型,有兩個空穴運輸層(HTL)和兩個電 子運輸層(ETL) 。RGB 發光層的形成步驟如下:首先,開發出了能夠由一塊第 6 代

(G6)玻璃基板獲得兩塊 65 吋面板的生產設備。在該基板上形成空穴注入層(HIL)

和 HTL 的各層後,按照 B、G、R 的順序形成發光層。此時是將基板固定,水平移 動兩張 FMM 薄膜,從而實現 RGB 的分別塗覆。此次製作的 65 吋螢幕的顯示部分尺 寸為 142.48mm×803.52mm,精細度為 34ppi,對比度為 10 萬比 1,色階為 10bit,但 色彩表現範圍按 NTSC 規格比為 83%,屬於偏低水準。友達光電今後將逐漸提高 FMM 的精細度,儘早確立 32 吋全高畫質 OLED 螢幕(精細度為 70ppi)的製作技術,實 現用一塊 G6 玻璃製作四塊面板。之後,計劃在 2013 年內開發出 4K×2K 的 65 吋 OLED 螢幕(精細度為 68ppi),在 2014 年開發出 46~55 吋(精細度為 80~96ppi)、2015 年開發出 40 吋(精細度為 110ppi)的 4K×2KOLED 螢幕。

三、發表論文全文或摘要

This paper proposed a revision metric based on perceptual attributes to measure viewing angles quality. Results revealed that overall image quality went beyond color difference.

The fit parameters in regression analysis indicated that the weight was reasonable for hue difference, moderate for chroma difference and low for lightness difference.

四、建議

SID 研討會為了增進與會人士的交流,午餐時間長達兩小時,但會場內的餐廳不 多,而且地點在觀光勝地,會場外的餐廳往往人滿為患。國內若舉辦大型研討會,

也應該注意餐飲供應的問題。在會場提供免費 WiFi 上網,以及提供足夠的空間讓與 會者能夠練習口頭報告。

SID 要求與會者報告前 24 小時需將 ppt 或 pdf 檔交給檔案中心,報告者可以在 提交檔案時檢查播放是否有問題,也可以當場排練。到了上台報告時,完全不需要 自備筆電,免除了切換投影機的時間與可能發生的訊號不相容問題。這種嚴謹的作 法非常值得參考。

慣例 SID 大會在每天會議結束前,皆安排了 author interview 的時間。能夠借此

機會作實體或 video 的 demo 展示,對於有興趣了解助技術表現的與會者有很大的幫 助。值得國內學術研討會參考。

五、攜回資料名稱及內容

 SID 2013 Symposium Digest of Technical Papers (USB disk)

 EuroDisplay 2013 研討會訊息

 IMID 2013 研討會訊息

 SID Display Week 2014 研討會訊息

 國際顯示量測委員會 ICDM 免費的最新顯示器量測標準(IDMS1), 共 562 頁

 International Committee on Display Metrology Meeting Minutes, 22 pages

國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表

日期:2013/10/31

國科會補助計畫

計畫名稱: 以色差為基礎的新式平面顯示器視角範圍度量法 計畫主持人: 溫照華

計畫編號: 101-2221-E-011-003- 學門領域: 人因工程與工業設計

無研發成果推廣資料

101 年度專題研究計畫研究成果彙整表

計畫主持人:溫照華 計畫編號:101-2221-E-011-003- 計畫名稱:以色差為基礎的新式平面顯示器視角範圍度量法

量化

成果項目 實際已達成

數(被接受 或已發表)

預期總達成 數(含實際已

達成數)

本計畫實 際貢獻百

分比

單位

備 註 ( 質 化 說 明:如 數 個 計 畫 共 同 成 果、成 果 列 為 該 期 刊 之 封 面 故 事 ...

等)

期刊論文 0 0 100%

研究報告/技術報告 0 0 100%

研討會論文 0 0 100%

論文著作 篇

專書 0 0 100%

申請中件數 0 0 100%

專利 已獲得件數 0 0 100% 件

件數 0 0 100% 件

技術移轉

權利金 0 0 100% 千元

碩士生 2 2 100%

博士生 0 0 100%

博士後研究員 0 0 100%

國內

參與計畫人力

(本國籍)

專任助理 0 0 100%

人次

期刊論文 0 0 100%

研究報告/技術報告 0 0 100%

研討會論文 1 1 100%

論文著作 篇

專書 0 0 100% 章/本

申請中件數 0 0 100%

專利 已獲得件數 0 0 100% 件

件數 0 0 100% 件

技術移轉

權利金 0 0 100% 千元

碩士生 0 0 100%

博士生 0 0 100%

博士後研究員 0 0 100%

國外

參與計畫人力

(外國籍)

專任助理 0 0 100%

人次

其他成果 (無法以量化表達之成 果如辦理學術活動、獲 得獎項、重要國際合 作、研究成果國際影響 力及其他協助產業技 術發展之具體效益事 項等,請以文字敘述填 列。)

透過此計畫執行同時,也與國內一家顯示器大廠進行相關技術開發產學合作案 1 件。

成果項目 量化 名稱或內容性質簡述

測驗工具(含質性與量性) 0

課程/模組 0

電腦及網路系統或工具 0

教材 0

舉辦之活動/競賽 0

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國科會補助專題研究計畫成果報告自評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價 值(簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性)、是否適 合在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等,作一綜合評估。

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估

■達成目標

□未達成目標(請說明,以 100 字為限)

□實驗失敗

□因故實驗中斷

□其他原因 說明:

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形:

論文:■已發表 □未發表之文稿 □撰寫中 □無 專利:□已獲得 □申請中 ■無

技轉:□已技轉 □洽談中 ■無 其他:(以 100 字為限)

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面,評估研究成果之學術或應用價 值(簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性)(以 500 字為限)

完成新式的評價視角範圍的技術,稱之為「彩色視角範圍的全面品質指標」,此指標結合 主觀評價結果,得到一簡便且快速計算面板觀測視角範圍,可符合人眼感知的結果。此模 型的優點有三:首先,此公式可分別統計色差、明度差、彩度差及色相差;其次,可即時 計算每個觀測視角的累積能量;最後,此計算模型可適用於各種不同技術面板。在預測可 容忍視角範圍時,更加便捷快速,更可以使用於不同技術面板的分類,或是面板等級區分 的運用,進而提升顯示器產業的色彩影像品質需求。在消費者購買電視或顯示器時的決策 經驗中,統整一個特定指標是必須的,這個針對新型平面顯示器的視角範圍度量法即提供 了這樣的指標,這肯定可以降低消費者在採購顯示器產品時的困擾,進而提升產業的推進 與發展。

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