基于图像局部亮度的液晶显示器动态调光算法

为了合理降低液晶显示器的背光功耗,抑制像素补偿导致的截断噪声,减少显示图像的颜色和亮度失真,对基于图像特征的液晶显示器动态调光算法进行研究。首先,根据液晶显示器特性介绍了区域调光算法处理过程,分析了截断噪声产生的原因。提出了基于图像局部亮度的液晶显示器动态调光算法,即基于最大值法得到初始背光值,根据图像局部区域亮度与初始背光分布图对应区域亮度的相似程度修正初始背光值,通过模糊-掩模方法模拟背光的混光扩散过程,结合像素补偿得到调光图像。实验结果表明,使用基于图像局部亮度的液晶显示器动态调光算法处理后,背光功耗平均降低约31.54%;截断噪声平均低至像素总和的1.17%;L*a*b颜色空间峰值信噪比(LabPSNR)平均达到37.11dB。应用该算法能够合理降低显示器的背光功耗,使图像的截断噪声得到显著抑制,颜色和亮度失真明显改善,对于各类图像都具有良好的适用性。

《液晶显示LED背光技术》专题文章导读

科学技术快速发展的今天，人们对于信息显示的依赖程度已经到了不可或缺的地步，成为人们获取现代信息的最重要的手段和途径，是历来各国高科技竞争的制高点之一，带动着相当可观的上下游产业的发展。以TFT-LCD、OLED为代表的现代显示产业进入了新的高速发展阶段，成为支撑全球信息产业持续发展的新经济增长点。其产品广泛应用于移动设备、消费性电子产品、新兴电子产品等众多领域，几乎涵盖整个电子市场，并且随着人类活动领域的不断拓宽以及国家国防战略的需要，对可应用于各种特殊时空状态下的显示技术也提出了更高的要求。总的来说，新型显示的研究包括3个方面：

真三维立体显示技术研究现状与进展

文章从双目视觉机理角度介绍了立体显示的相关原理,阐述了真三维立体显示的相关概念,同时解释了基于体素的三维显示技术,介绍了国外真三维立体显示技术的最新发展情况,并介绍我实验室自主研发的固态体积式真三维立体显示器的最新研究进展。

固态体积式真三维立体显示发光二极管投影光源

针对固态体积式真三维立体显示对高亮度和色温可调的要求,设计了采用大功率、单芯片发光二极管(LED)的投影光源。理论计算了投影光源的亮度,结合液晶光阀对不同波长透过率的影响,对理论设计结果进行了修正。考虑寿命、散热等影响因素,提出了采用大功率红绿蓝LED加白光LED的投影光源方案。针对选取的LED发光特性,采用混合集光方法设计了准直器,并进行了仿真和实际测试。测试结果表明:采用准直器后,LED的发散角从±75°减小为±20°。搭建了真三维显示系统样机,测试其屏前亮度达到149cd/m2,且无闪烁,立体感强,但存在视角较小的问题。实验显示,设计的投影光源满足固态体积式真三维立体显示的要求。

固态体积式真三维立体显示器的色度学特性

开发了一种真三维显示器样机,由单片DMD、200W UHP光源、RGBRGB 6段4倍速色轮、20层液晶光阀组成的显示体、投影镜头、折叠光路、控制电路等部分组成。对该显示器的色度学特性进行了分析,其色域是NTSC标准的53.8%,色温是5 401K。色轮是影响色域的主要因素之一,选择新的色轮后,色域提升至NTSC标准的69.7%。

固态体积式真三维立体显示器

为了追求更加真实的立体显示效果,实现真正的三维物理空间显示,合肥工业大学研发了第二代固态体积式真三维立体显示器,文章介绍了显示器的整机结构及系统设计,并对显示效果进行了测试。介绍了显示器的各组成部分及作用,主要包括LED光源、方棒积分器、中继系统、全反射棱镜、分色棱镜、三片数字微镜器件、投影镜头、折叠光路、显示体和控制电路等。然后进行了系统设计,包括液晶光阀制作、光源设计和电路模块设计。搭建了样机并测试了整机显示效果,亮度达到123cd/m2,色彩饱和度达到78.43%NTSC色域。显示图像颜色鲜艳,亮度较高,立体感较强。

用于机载液晶显示的四基色发光二极管背光源

针对机载液晶显示的特殊要求,设计了一种四基色发光二极管(LED)背光源。采用了能单独控制亮度的红、绿、蓝、琥珀等4种颜色的LED,以克服现有滤光片方法带来的夜模式下显示色域大幅下降的问题。在昼模式下工作时,4种颜色的LED同时发光,混合成白光;在夜模式下工作时,关闭红色LED以减少红外辐射,而绿、蓝、琥珀等3种颜色LED工作。计算了夜模式下3种颜色的混合配比。将蓝色LED的混光比例作为固定值代入昼模式下计算得到红、绿、琥珀的配比。仿真设计了采用红、绿、蓝三合一LED和单独琥珀色LED的背光源,分析了它们的性能,并开发了实际样品。测试结果表明:昼模式下,背光模块的发光强度为23 515cd/m2(屏前亮度为1 175cd/m2),非均匀性为8.07%,色域为NTSC(National Television Standard Committee)的116.5%;夜模式下,背光模块的发光强度为15.36cd/m2(屏前亮度为0.77cd/m2),非均匀性为15.49%,色域为NTSC的83.5%,满足机载液晶显示的要求。

显示器的实时色彩管理

基于动态影像切换速度快的特点,提出一种可内嵌于显示器中,通过硬件实现的色彩管理方法来提高显示器图像颜色信息的一致性。研究了ICC规范的色彩管理理论,基于三维查找表与插值法,建立了显示器驱动信号值间的非均匀查找表;利用查找表数据,通过三维插值算法实现了显示器的色彩管理,并通过对图像特征的判断完成了自适应渲染功能。在现场可编程门阵列上建立了基于该方法的显示器实时色彩管理系统,利用该系统对两台显示器进行了色彩管理实验。结果表明,在实行色彩管理前后,两台显示器的最大色差/平均色差分别为14.56/5.08与5.4/1.83ΔEuv色差单位;使用自适应渲染功能则较好地保留了原图像的细节信息。该系统可对显示器进行较高精度的色彩管理,且满足高清分辨率动态影像实时性的需求。

液晶显示全局动态调光算法的高效实现方法研究

动态调光算法包括背光值和液晶像素补偿量确定。通过查表法实现的基于图像分类的S曲线调光算法电路存在资源消耗大、处理速度慢等缺陷。本文提出了2种算法实现方式:等差数列法、最小二乘拟合法,并分别对这2种算法进行了仿真分析,得到其与查找法的最大标准差分别为1.8和0.8。在开发的全局调光液晶电视样机上进行了实际测试,和查表法得到的像素亮度相比:等差数列法的误差为3个灰度级,最小二乘法的误差在1个灰度级以内。2种算法都可使电路存储资源的利用率由原查表法的71%降低到4%。仿真和实验结果表明最小二乘法具有更好的效果。

用于固态体积式真三维立体显示的LED投影照明系统研究

合肥工业大学开发的固态体积式真三维立体显示器包括单片DMD、UHP投影光源、RGBRGB六段4倍速色轮、方棒、20层液晶光阀组成的显示体、投影镜头、折叠光路、控制电路等,存在刷新率低、色域小的问题。本文设计了基于LED的投影照明系统,包括RGB三原色LED发光模块、混合聚光镜、X棱镜等,替换样机中的UHP光源和色轮。红、绿、蓝LED顺序发光,光线经准直后进入X棱镜,在方棒的出射端顺序形成红、绿、蓝均匀矩形光斑。LED照明系统无需色轮分色,显示刷新率可达到60Hz。仿真和试验结果证明本文设计的LED照明系统完全满足真三维立体显示的要求。

辊压法制备柔性双稳态液晶显示器件

基于PET塑料薄膜取代硬质玻璃作为基板材料制备柔性液晶盒时,采用传统制备工艺会产生盒厚度不均以及盒中残留气泡等现象,导致柔性液晶器件性能变差。采用辊压工艺可以有效地解决上述问题,文章对其工艺流程进行了详细描述。实验发现,通过在辊压工艺中加热两片基板以降低溶液的黏度,能够有效地避免气泡残留,获得厚度均匀的柔性液晶盒。应用辊压工艺和聚合物分散胆甾相液晶,成功地制备了尺寸为7cm2的反射式柔性双稳态液晶盒。利用正交偏光显微镜观察了聚合物分散液晶的相形态,紫外分光光度计测试了其光电性能:最高反射率为22.8%,对比度为2.259,阈值电压为78V,饱和电压为99V。

OpenMP与环形缓冲技术在TFT-LCD缺陷检测中的应用

针对TFT-LCD玻璃基板缺陷检测过程中数据流量大、数据处理流程复杂、数据输入输出时序性要求高等问题,文中提出了一种使用环形缓冲和Open MP的多线程并行处理方法。该方法利用Open MP技术来实现复杂的多核并行处理,以达到充分利用多核处理器资源来提高数据处理能力的目的。同时,该方法在缺陷数据输入、数据处理、数据输出等流程中,利用环形缓冲技术进行数据分流,从而实现多线程并行处理与实时稳定输出。将该方法应用到实时缺陷检测系统中,使检测系统的处理速度提高了约2~3倍,数据输出时间误差降低了70%~80%,这充分表明了该方法的实用性和有效性。

x86结构下的多视点裸眼立体显示实时合成并行算法研究

目前的柱栅式裸眼立体显示技术已经能够在UHD模式下具有良好的2D显示性能,但是随着分辨率的提高,立体显示图像的合成所需要处理的数据量急剧增加。为此,我们在x86架构运行环境下,提出了一种采用SIMD指令集来实现显示图像实时合成的算法。实验表明,相比于通用算法,该算法可大幅减少运算时间,速度提高了1个数量级以上。有效满足柱栅式立体显示系统图像的实时合成,具有一定的工程实际意义。

快速响应光阀的制备及在真三维立体显示中的应用

固态体积式真三维立体显示系统主要由数据传输,图像处理模块,高速彩色投影光路模块,显示模块(显示体)以及外围控制电路组成。显示模块由多层液晶光阀组成,光线透过显示体后能量衰减严重,造成显示画面黯淡,模糊,此外,由于光阀响应时间慢,系统刷新频率低,屏幕存在严重的闪烁问题。本文通过在液晶中添加少量聚合物和手性物添加剂制备出快速响应的聚合物稳定胆甾相液晶光阀,其开态透过率达到88%,响应时间小于1ms。将其应用于真三维立体显示系统,显示画面清晰稳定,无闪烁。

航空液晶显示模块加固优化分析

加固液晶显示模块在温度变化时,由于光学胶、加固玻璃、偏振片等元件的热膨胀系数、弹性模量、泊松比的不同,会对液晶产生额外的热应力。针对加固液晶显示模块建立有限元分析模型,仿真分析了高温环境下不同光学胶厚度、不同光学胶工艺和不同加固玻璃厚度对液晶屏的影响。仿真结果表明:当加固玻璃的厚度为2.3 mm,光学胶的厚度为300μm,采用固化后弹性模量为1.65E7 Pa、热膨胀系数为1.2E-3/℃、泊松比为0.44的光学胶固化工艺,模块的变形量、应变和应力值最小,有利于保证模块的显示性能。

用于汽车抬头显示器的光学增亮膜设计

为了降低直下式背光的厚度并提升亮度,设计了一种光学增亮膜。基于Snell定律设计了对单个LED发出光线起均匀照度作用的二维微结构曲线。该微结构曲线是把LED看做理想点光源设计并计算的,但考虑到实际的LED是一个正方形发光面,因此对该微结构曲线进行了优化,提升了它对实际尺寸LED的均匀照度作用。根据LED的排布规律提出了一种正六边形蜂窝拼接排布方案,并进行了仿真分析。仿真结果表明:使用光学增亮膜的背光中心亮度提升了172.4%。根据微结构设计结果采用无掩膜直写光刻工艺制作了实际样品并进行了效果测试,测试结果表明:中心亮度提升了136.2%,厚度降低了13mm。采用本文设计的光学增亮膜可以有效地提高背光亮度同时降低背光厚度,满足汽车抬头显示器的直下式背光亮度高、体积小的要求。

环境光对固态体积式真三维显示闪烁的影响研究

为了优化固态体积式真三维显示中的闪烁现象,研究了环境光对于显示闪烁的影响。通过傅里叶变换在频域获得环境光与成像光信号叠加后的频域能量分布,分析了环境光影响显示闪烁的原因。同时,设计完成了两组视觉感知实验并进行统计分析。结果显示,环境光的频率、最大光强及占空比对于真三维显示的闪烁程度有显著性影响,显著性差异小于0.001。其中,环境光的频率是影响显示闪烁的首要因素,环境光频率与显示刷新率相匹配是消除环境光对闪烁影响的主要途径;降低最大光强或提高占空比有助于消除闪烁。闪烁程度评价模型的评估结果与实验结果的相关系数大于0.99,研究结果对于基于层叠屏的三维显示闪烁程度优化具有积极的启发和指导作用。

加固液晶显示模块高温工作特性研究

加固液晶显示模块需要通过高温环境试验,以保证环境温度较高时仍能工作。建立了加固液晶显示模块的有限元分析模型,测试了常温下的温度分布,通过将仿真结果和实际测试数据相比较,对模型进行了优化,保证了仿真结果的精度。在此基础上,仿真分析了不同环境温度、不同驱动电流下液晶屏和LED背光板上的温度分布。仿真结果表明:当环境温度升高到65℃时,必须将LED驱动电流降低到150 mA,才能保证液晶屏温度不超过清亮点,LED结温不超过最大限制值。

加固液晶显示器高温环境下热应力探究

为了探究加固液晶屏高温下热应力影响,建立了基于ANSYS的液晶屏复合结构的有限元分析模型,模拟分析了二维模型等效应力和液晶层上边界Y方向应力的分布情况。仿真结果表明,当环境温度上升到70℃,胶层中气泡和裂纹附近会发生应力集中,液晶盒上边界也会发生相应位置Y方向应力集中。将三种光学胶实际测试的力学数据代入模型分析发现,光学胶的弹性模量和热膨胀系数越大,引起的应力集中也越明显。基于模拟分析,胶层中含有裂纹时液晶屏所受应力最大,因此加工中应避免胶层出现裂纹。在对液晶屏粘贴ITO玻璃时,应该选用弹性模量和线膨胀系数较小的光学胶。

固态体积式真三维立体显示器中继系统设计

固态体积式真三维立体显示将三维目标体信息通过高速投影光学引擎,依据显示信息表面深度不同,分别投影到对应深度的显示体上。文章设计了用于固态体积式真三维立体显示照明光路中的中继系统,其放大率为-2,物方数值孔径为0.402,优化后畸变小于0.5%,大大提高了固态体积式真三维立体显示器照明系统的能量利用率和均匀性,降低了系统对光源亮度的要求,同时也减小了系统的发热量。