显示面板色彩重现与提高光学效率技术

目前众多科技产业中，谁将成为主角？有人说，下一个技术将是"显示器（Display Central）"的时代，相信会获得很多人的认同；最主要是因为显示器在技术加持之下，养成人们对视觉需求越来越强烈，另外几乎所有的电子产品都有显示器的应用，使得平面显示器成为科技产业不可或缺的主角。本文以液晶显示器技术为主轴，谈谈平面显示器的技术发展与实验室中的研究方向。

液晶显示器对于色彩需求越来越高

过去，重视色彩表现的研究绝大部分都是以艺术、设计产业为主；相较之下，具电子、电机等理工背景的工程师来说，简直是"一窍不通"，不过在显示面板技术长久发展之下，使得显示器产业对"色彩"有更进一步的需求。因为影像信号在显示设备进行转换的同时，图片或影像很容易就会产生色彩失真的缺点，加上显示设备色彩表现所涵盖的工程技术层次相当高。因此，"色彩表现"将成为显示产业，未来发展重点的技术之一。

在显示设备所运用的色彩重现技术，最主要目的在于，搭配视觉系统及环境条件下，将输入端的设备信号，经过一系列色彩演算及处理过程，转换成输出端装置的信号，使得输出画面的影像色彩与输入影像色彩一致，这就是显示设备的色彩重现技术。不过，在色彩形成及表现方面，由于色彩是光源、物体，以及人类视觉感受互相结合下所形成，而在同样物体而不同光源照射（反射）下，显示设备所产生的色彩与实际色彩会有所差异。因此，在显示设备中要做到色彩重现技术，必须将光源、物体、人类视觉感受等参数列入考虑。

过去，国际照明协会（The International Commission on Illumination；CIE）依据人类视觉系统对可見光的响应，订定一系列色彩相关定义标准及表述空间，各具有各别特性及应用性。例如CIE 1931 XYZ色彩空间，其中X、Y、Z为三刺激值，描述人类视觉系统对入射光的响应。因为此空间为视觉系统的真实响应，若视觉系对不同的环境及物体的入射光有相同的响应，即相同的X、Y、Z值，则视为有相同的色彩。因此，若将显示设备中的相关输入信号转换到类似XYZ色彩空间这類与仪器特性无关的色彩空间，将有助于进行色彩重现的计算。

显示器色彩重现步骤及未來研究范围

色彩特性叙述档（Profile）：建构一套色彩特性叙述档最基本的方法就是查表法，将仪器上的各组數位讯号直接对应到所属的三刺激值，这个方法所建立起來的色彩特性叙述档最正确也最完整，但是所占的内存空间是非常可观的，比方说，以一组色彩为（8、8、8），那么色彩特性叙述档就有256 x 256 x 256组之多，工程浩大，一般会尽量采取其它方法逼近。建构色彩特性叙述档的方法还有解析模型（analytical model）、回归模型（Regression）以及对照表内插模型（LUT + interpolation）。例如对照表内插模型，就是查表法配合内插法，先找出几组数据剩下的使用内插法去逼近，如此一来可以省下很多时间。

色外观模型（Color Appearance Model）：周遭环境的改变会影响人类视觉系统对色彩的感觉，色外观模式为了将环境影响的因素抽離，有许多的模块，例如：CIELAB、CIELUV、Hunt、Nayatani等模型。色外观模型是考虑环境（光源）对色彩影响的模型，应用于计算不同环境（光源）对色彩感知的影响。举例而言，相同观察者，若观察被不同光源所照射的同一个物体时，如有可能产生不同的色知觉。此外，若考虑心理层面对色彩认知的影响，由于人类对于周遭环境具有适应的能力，所以同样一个物体在不同的光源下，由于视觉系统的适应力，也有可能会辨别为极为相近的颜色。因此，环境（光源）因素对色彩感知的作用相当复杂，基于此复杂性，若用色外观模式，去分離环境光源在视觉系统所贡献的三刺激值，之后则剩下与环境无关的三刺激值，进行处理运算。

前面约略提到，CIE制定许多色彩空间，且各有其特性及应用性，其中像CIE 1971 LUV、CIE 1971 LAB等空间，因为所定义的参数中，已将环境光源的参数独立出来，故这些空间不仅是色彩空间，同时亦是可用的色外观模型，而LCH空间也是属于这类的色彩空间，分别为明了（L）、色相（C）、彩度（H）。因此，若要考虑环境光源的作用时，若可将XYZ三刺激值再转换到LCH模型去进行处理。

色域对应（Gamut mapping）：显示器设备中所能表现出的色彩范围称为"色域"，也将其视为显示设备的显色能力。然而各显示装置所具有的色域不尽相同，若是输入端部份色彩在输出端无法显示，则势必会出现严重的失真；因此，色域对应成为色彩重现过程中相当重要的一个步骤。另外，也为何配合各显示器设备的色域不同，再处理色域对应时有几种常見的方法，例如：保持纯色（Keep hue）、减少亮度偏移（Minimize lightness shift）、调整色度（Move chroma）等方法。