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液晶顯示LED背光源動態(tài)調(diào)光算法研究

2017-11-29 19:04馬祿永殷明星齊立超
大陸橋視野·下 2017年12期
關(guān)鍵詞:背光源液晶顯示

馬祿永+殷明星+齊立超

【摘 要】LED技術(shù)發(fā)展至今,不論從LED器件的結(jié)構(gòu)還是性能上都有了很大的改進(jìn),同時(shí)價(jià)格也在不斷下降,這些都為LED背光技術(shù)的快速發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持,以及市場對高畫質(zhì)、低能耗的液晶顯示設(shè)備的需求也促進(jìn)了LED動態(tài)背光技術(shù)的研究和發(fā)展。為了更好推動LED技術(shù)行業(yè)發(fā)展,本文分析一下液晶顯示LED背光源動態(tài)調(diào)光算法相關(guān)內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】液晶顯示;LED;背光源;調(diào)光算法

一、 導(dǎo)言

經(jīng)過幾年的研究和發(fā)展,一些科研人員和液晶顯示公司已經(jīng)提出了許多用于LED背光動態(tài)調(diào)光的算法,并且已經(jīng)有基于LED背光動態(tài)調(diào)光算法的液晶顯示產(chǎn)品上市,但是主要技術(shù)掌握在三星、索尼、飛利浦等幾家跨國液晶顯示公司手中,產(chǎn)品的價(jià)格也是相當(dāng)?shù)陌嘿F?,F(xiàn)本作者將會結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn),針對液晶顯示LED背光源動態(tài)調(diào)光算法進(jìn)行相關(guān)分析。

二 、LED背光源

LED的制成材料是很多層且很薄的攙雜有半導(dǎo)體的材料。其中的一層有無數(shù)電子,另一層因電子不足,形成了帶正電的“空穴”,在進(jìn)行工作時(shí),電子與空穴在通過的電流作用下,互相結(jié)合,通過光輻射的方式釋放出了剩余的能量。

LED顯示器,是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式,用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。LED可以使整個屏幕的區(qū)域被分為若干塊,通過影像顯示的信號,使各區(qū)域的顏色、亮度都能得到獨(dú)立的控制,因而可以使暗的部分更暗,亮的部分更亮,其動態(tài)的對比度極高,它是一種點(diǎn)陣式的平面光源,其所用的輔助組件比較簡單,屏幕亮度的分布更均勻,而且與常用的背光源相比,LED背光源可以節(jié)省約48%的電量。其使用的期限可以超越10 0000h。LED背光源的色域非常好,且使用的是三基色的混合白,能夠與太陽光非常接近,其顏色也是自然色,在物體上照射出的顏色非常的鮮艷。而且與CCFL相比,可以使殘影、環(huán)保問題得到很好的處理。當(dāng)前,在手機(jī)彩屏LCD的背光源中,LED已經(jīng)得到了廣泛而成熟的應(yīng)用。對于尺寸比較大的LCD的背光源而言,LED才剛露頭腳,一般情況下,室內(nèi)顯示器如果大于20cm,則其亮度要接近300cd/m2,戶外顯示器在25~35cm時(shí),其亮度要達(dá)到1500~2000cd/m2。

要作為LCD的背光源,LED中還面臨一些問題有待解決:成本價(jià)太高;LED的的發(fā)光率及亮度都還要進(jìn)一步增強(qiáng)。CCFL輸出的光通量在5000~7000lm左右,事實(shí)上屏幕所輸出的光通量要比300lm高,而LED基本上與這一規(guī)范相差較遠(yuǎn);對于LED發(fā)出的光,其混光、混色都需在特定的空間內(nèi)才能完成,而且導(dǎo)光板也要從點(diǎn)光源轉(zhuǎn)為面光源,這就要在光學(xué)特性有保障的基礎(chǔ)上,對背光源的最小厚度進(jìn)行明確。因而,與CCFL相比,LED作背光源的白光一致性是一個比較大的問題。

三 、現(xiàn)有主要調(diào)光算法

(一)最大值法

其基本調(diào)光原理是將對應(yīng)圖像中所有RGB子像素中的最大值或者對應(yīng)圖像的灰度最大值作為該區(qū)域的背光亮度值,同時(shí)對圖像進(jìn)行補(bǔ)償。此算法可以得到較強(qiáng)的背光亮度值并且不會產(chǎn)生圖像像素的溢出失真,但是其節(jié)能效果較差,不能有效地提高對比度等。

(二)平均值法

其基本調(diào)光原理是通過計(jì)算每個背光區(qū)域?qū)?yīng)的圖像區(qū)域所有像素灰度平均值來確定本區(qū)域背光亮度值,同時(shí)對圖像像素進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。本算法所確定的背光強(qiáng)度相對較暗,相鄰區(qū)域背光亮度相差可能較大,由于光線的串?dāng)_,雖然可以擁有比較高的對比度和較低的功耗,但是液晶分子經(jīng)過補(bǔ)償之后顯示圖像的失真較為嚴(yán)重,顯示圖像會有明顯的“塊”區(qū)域。

(三)映射函數(shù)反轉(zhuǎn)法

其基本原理是:對于每一幀圖像都有一幅對應(yīng)的亮度累積曲線,將圖像映射曲線對y=x進(jìn)行鏡像,獲得背光調(diào)制的映射函數(shù)反轉(zhuǎn)曲線,如圖1所示。將IMF所得到的曲線與由每個分區(qū)的最大值或者其它參數(shù)獲得的背光信號重新對應(yīng),可得到一組具有更高對比度的背光信號及較為合理的功耗,因此,IMF動態(tài)背光調(diào)光算法是當(dāng)前比較實(shí)用的背光信號確定方法。

(四)平方根法

其基本原理是:通過計(jì)算每個背光區(qū)域的灰度平均值,將其歸一化后求其平方根,依此來確定每個區(qū)域的背光強(qiáng)度值,同時(shí)對圖像像素進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償。由本算法所確定的背光強(qiáng)度更暗,在液晶分子經(jīng)過補(bǔ)償之后顯示圖像的溢出失真更加嚴(yán)重,且圖像整體變暗。

相對于國外來說,國內(nèi)對于LED動態(tài)調(diào)光技術(shù)的研究起步較晚,但是近兩年國內(nèi)的研究人員也提出了一些動態(tài)調(diào)光算法,并且有一些國內(nèi)液晶顯示廠商利用現(xiàn)有的調(diào)光技術(shù)研制出了LED背光動態(tài)調(diào)光的顯示樣機(jī),下面簡單介紹國內(nèi)動態(tài)調(diào)光算法的發(fā)展:

其基本調(diào)光原理:分析統(tǒng)計(jì)顯示圖像像素的RGB3個分量,獲得每個像素RGB最大值構(gòu)成的整體亮度圖像,該步驟是為了準(zhǔn)確反映每個像素的最大強(qiáng)度以免在像素補(bǔ)償過程中出現(xiàn)削幅;根據(jù)上步所得的亮度圖像計(jì)算灰度圖像的概率密度分布曲線,再由低灰階到高灰階累加得到圖像的CDF曲線;通過預(yù)先設(shè)定的CDF閾值K對應(yīng)獲得灰度值即為背光信號值,原理如圖2所示。

四、總結(jié)

上文中,我們對液晶顯示LED背光源動態(tài)調(diào)光算法作出了初步地分析。鑒于自身能力、工作經(jīng)驗(yàn)的限制,本文可能對液晶顯示LED背光源動態(tài)調(diào)光算法論述的還不夠徹底、全面。整個論述過程中,甚至可能出現(xiàn)某些不恰當(dāng)?shù)挠^點(diǎn)或問題。而要避免這些,必然需要各個同行們的批評和建議。希望廣大的相關(guān)從業(yè)者們,能夠立足于自身實(shí)踐,從思想、行動上對液晶顯示LED背光源動態(tài)調(diào)光算法做出創(chuàng)新,從而推動我國LED行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

[1]張喜條.液晶電視LED背光直下區(qū)域調(diào)光算法研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2015.(4):112-168

[2]韓東.LED液晶電視動態(tài)調(diào)光技術(shù)及應(yīng)用[D].合肥工業(yè)大學(xué),2015.(7):225-304endprint

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