馬祿永 殷明星 齊立超/南京中電熊貓平板顯示科技有限公司

液晶顯示LED背光源動態(tài)調(diào)光算法研究

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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)，同時價格也在不斷下降，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。

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，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，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。

[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）：225-304