CN107464531B - 利用lcd显示器背光源图像显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及色域扩展，图像显示，为利用LCD显示器背光源图像显示方法，背光源按照白光和宝石蓝光交替的方式进行排列，具体地，根据显示器尺寸，将其背光分为若干区域，每一个背光区域均为白光LED和宝石蓝LED的组合，然后根据LCD前面板显示图像的不同，动态调整每个背光区域中白光LED和宝石蓝光LED的亮度，最后对显示到LCD面板的图像进行液晶补偿。本发明主要应用于图像显示场合。

Description

利用LCD显示器背光源图像显示方法
技术领域
本发明涉及色域扩展，图像显示，具体讲，涉及利用LCD显示器背光源图像显示方法。
背景技术
1931年，国际照明委员会CIE制定了CIE 1931 RGB***，规定将700nm的红(Red)、546.1nm的绿(Green)和435.8nm的蓝(Blue)作为三原色，后来CIE 1931-xy色度图成为描述色彩范围最为常用的图表。由于历史的原因，目前RGB三原******的色域很小，仅能覆盖自然界中可见色彩的33.25％。为了使显示器能够表现更加丰富的颜色，研究人员对其进行了广泛的研究工作。其中主要包括这三个方面：(1)采用更加饱和的三原色；(2)采用多原色背光源扩展色域；(3)采用多原色面板扩展色域。
(1)采用更加饱和的三原色
国际电信联盟(ITU：International Telecommunication Union)提出的Rec.BT.2020标准[1]采用更加饱和三原色，可显示高密度橘色，深绿色，色域空间比传统BT.709的色域空间更宽广，能够显示更加丰富的色彩。
激光电视以红、绿、蓝三种连续激光(100％单色光)作为背光源，色彩饱和度大大提高，其色域覆盖率在理论上可高达人眼色域范围的90％以上。
(2)采用多原色背光源扩展
多原色背光源有RGB LEDs背光源，即采用红灯(Red LED)，绿灯(Green LED)，蓝灯(Blue LED)作为背光源，由于LEDs的带宽相对狭窄，色域宽达可到110％NTSC，从而达到扩展色域的目的。除此之外，多原色背光源设计还采用RGBY LEDs(即红绿蓝黄)和RGBC LEDs(即红绿蓝青)的形式[2]，都能在一定程度上扩展色域。
(3)采用多原色面板扩展色域
多原色面板扩展色域即在原有三原色LCD面板上增加多个滤光片，以达到来扩展色域的目的。日本爱普生公司采用四原色LCDs(red，blue，yellowish green，and emeraldgreen滤光片)，色域范围可高于100％NTSC[3]。还有一些研究采用五原色LCDs和六原色LCDs来扩展色域。其中有三星公司和三菱公司研究的六原色液晶面板[4][5]。
但是对于采用多原色背光源扩展色域这一方法而言，多数研究人员倾向于采用R、G、B三种颜色的LED作为背光源。以RGB LEDs作为背光源，虽然可扩展色域，但是以RGB LEDs为背光源的功耗高于传统以白LEDs为背光源的显示器，而且彩色LEDs发光效率低于白LEDs。并且同时控制三路背光信号，加大了相应背光电路和相应背光算法的复杂度。
基于保持亮度不变同时扩展色域的目的，本专利将采用白光LED和宝石蓝LED作为LCD显示器的背光源进行色域扩展。如图1所示，宝石蓝色光的波长处于蓝光和绿光的波长之间，也就是说，即使使用RGB三原色滤光片，第四原色光-宝石蓝色光的透射量很高，对于许多窄色域液晶面板，宝石蓝色光的透射量甚至达到50％。
参考文献
[1]Rec.ITU-R BT.2020，Parameter values for ultra-high definitiontelevision systems for production and international programme exchange.
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[4]Y.-C.Yang，et al.，“Development of six Primary-Color LCD”，SID 05Digest，PP.1210-1213.
[5]H.Sugiura，et al.，“Improved Six-primary-color 23-in.WXGA LCD usingSix-color LEDs”，SID 05Digest，PP.1126-1129。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出采用白光和宝石蓝的背光方案，配合相应的背光调光算法，达到扩展色域的目的。本发明采用的技术方案是，利用LCD显示器背光源图像显示方法，背光源按照白光和宝石蓝光交替的方式进行排列，具体地，根据显示器尺寸，将其背光分为若干区域，每一个背光区域均为白光LED和宝石蓝LED的组合，然后根据LCD前面板显示图像的不同，动态调整每个背光区域中白光LED和宝石蓝光LED的亮度，最后对显示到LCD面板的图像进行液晶补偿。
具体地，采用最大值、平均值或者均方根方法进行分区；其次，依据分区后的图像确定每一背光单元所对应的亮度值，通过脉冲宽度调制PWM的方式将亮度值赋予背光单元，最后对显示终端图像进行液晶补偿，显示***前面板LCD和背光面板共同配合，达到综合显示的效果。
采用LED背光算法确定每一背光单元所对应的亮度值，并进行液晶补偿，LED背光算法以及液晶补偿算法如下：
首先，对白光LED和宝石蓝LED背光进行建模：
其中，
Figure GDA0002166171770000022
Figure GDA0002166171770000023
其中，BLw和BLe分别代表背光单元中白光LED和宝石蓝LED的亮度值，(Rd，Gd，Bd)表示输入图像RGB的值，X，Y，Z指CIE-XYZ颜色空间的三刺激值，Xrw，Yrw，Zrw分别为白光透过红色滤光片的三刺激值，Xgw，Ygw，Zgw为白光透过绿色滤光片的三刺激值，Xbw，Ybw，Zbw分别为白光透过蓝色滤光片的三刺激值；Xre，Yre，Zre分别为宝石蓝光透过红色滤光片的三刺激值，Xge，Yge，Zge分别为宝石蓝光透过绿色滤光片的三刺激值，Xbe，Ybe，Zbe分别为宝石蓝光透过蓝色滤光片的三刺激值，([X]，[Y]，[Z])为CIE-XYZ颜色空间下三原色单位量，([Rw]，[Gw]，[Bw])为RGB颜色空间下背光只有白光时的三原色单位量；([Re]，[Ge]，[Be])为背光只有白光情况下的三原色单位量，(R，G，B)为液晶补偿值；
等式(1)变形为：
Figure GDA0002166171770000031
为了确定BLw和BLe的值，设BLe∶BLw＝k∶1(0≤k≤1)，有下式：
Y＝BLwYw+BLeYe＝BLw(Yw+kYe) (5)
等式(5)中，Y表示每一个背光分区的亮度值。Yw和Ye表示每一背光区域中白光LED和宝石蓝LED的亮度；
为了确定等式(5)中的k值，需借助新型背光模组下显示器的色域计算，以下为确定k值的过程：
由于背光中宝石蓝色LEDs的加入，使得该显示器的色域有了很大的扩展，WrWgWbEgEb.为应用新型背光模组的显示器所覆盖的色域范围，设点C(x，y)为一色度坐标点，当C点位于三角形WrWgWb中时，此时k＝0；当C点位于四边形WgEgEbWb中时，根据混色原理，当白色背光和宝石蓝色背光比例k进行混光时，有：
Figure GDA0002166171770000032
Figure GDA0002166171770000033
(Xg，Yg，Zg)表示当宝石蓝光和白光以比例k混光之后透过绿色滤光片的三刺激值，(Xb，Yb，Zb)表示当宝石蓝光和白光以比例k混光之后透过绿色滤光片的三刺激值；
对于线段WgEg上的任意一点G(xg，yg)以及线段EbWb上的任意一点B(xb，yb)，G和B两点的色度坐标可表示为：
Figure GDA0002166171770000034
Figure GDA0002166171770000035
Figure GDA0002166171770000037
其中，Agw＝Xgw+Ygw+Zgw，Age＝Xge+Yge+Zge，Abw＝Xbw+Ybw+Zbw，Abe＝Xbe+Ybe+Zbe；于是直线GB的方程可表示为：
此直线方程是关于k的表达式，若C(x，y)点坐标确定则k值能够获得，将k值带入式(5)，则BLw和BLe的值确定，再由公式(4)可求出液晶补偿值(R，G，B)。
本发明的特点及有益效果是：
本发明采用白光LED和宝石蓝LED作为背光源，在保持亮度的同时，扩展色域。
附图说明：
图1液晶显示器透射比。
图2背光面板和LCD面板结构示意图。
图3***显示整体架构。
图4 CIE 1931色度图下新型背光显示器色域覆盖范围。
图5背光面板设计示意图。
具体实施方式
本发明采用白光LED和宝石蓝LED作为背光源，其按照白光和宝石蓝光交替的方式进行排列，如图2所示。
根据显示器尺寸，将其背光分为若干区域，每一个背光区域均为白光LED和宝石蓝LED的组合。然后根据LCD前面板显示图像的不同，动态调整每个背光区域中白光LED和宝石蓝光LED的亮度。最后，由于背光值采用了新型的白光LED和宝石蓝LED，需要对显示到LCD面板的图像进行液晶补偿。
具体讲，首先应对输入图像进行分区，分区数量依据背光单元而定，可采用最大值、平均值或者均方根等方法进行分区；其次，依据分区后的图像确定每一背光单元所对应的亮度值，通过PWM(脉冲宽度调制)的方式将亮度值赋予背光单元，最后对显示终端图像进行液晶补偿。显示***前面板LCD和背光面板共同配合，达到综合显示的效果。
LED背光算法以及液晶补偿算法如下：
首先，对白光LED和宝石蓝LED背光进行建模：
Figure GDA0002166171770000041
其中，
Figure GDA0002166171770000042
Figure GDA0002166171770000043
其中，BLw和BLe分别代表一个背光单元中白光LED和宝石蓝LED的亮度值。(Rd，Gd，Bd)表示输入图像RGB的值。X，Y，Z指CIE-XYZ颜色空间的三刺激值。Xrw，Yrw，Zrw分别为白光透过红色滤光片的三刺激值，Xgw，Ygw，Zgw为白光透过绿色滤光片的三刺激值，Xbw，Ybw，Zbw分别为白光透过蓝色滤光片的三刺激值；Xre，Yre，Zre分别为宝石蓝光透过红色滤光片的三刺激值，Xge，Yge，Zge分别为宝石蓝光透过绿色滤光片的三刺激值，Xbe，Ybe，Zbe分别为宝石蓝光透过蓝色滤光片的三刺激值。([X]，[Y]，[Z])为CIE-XYZ颜色空间下三原色单位量。([Rw]，[Gw]，[Bw])为RGB颜色空间下背光只有白光时的三原色单位量；([Re]，[Ge]，[Be])为背光只有白光情况下的三原色单位量。(R，G，B)为液晶补偿值。
等式(1)可变形为：
Figure GDA0002166171770000051
为了确定BLw和BLe的值，设BLe∶BLw＝k∶1(0≤k≤1)，有下式：
Y＝BLwYw+BLeYe＝BLw(Yw+kYe) (5)
等式(5)中，Y表示每一个背光分区的亮度值。Yw和Ye表示每一背光区域中白光LED和宝石蓝LED的亮度。
为了确定等式(5)中的k值，需借助新型背光模组下显示器的色域计算，以下将介绍如何确定k值。
由于背光中宝石蓝色LEDs的加入，使得该显示器的色域有了很大的扩展。其色域如图4所示：
如图4所示，WrWgWbEgEb.为应用新型背光模组的显示器所覆盖的色域范围。设点C(x，y)为一色度坐标点，当C点位于三角形WrWgWb中时，此时k＝0；当C点位于四边形WgEgEbWb中时，根据混色原理，当白色背光和宝石蓝色背光以比例k进行混光时，有：
Figure GDA0002166171770000052
Figure GDA0002166171770000053
(Xg，Yg，Zg)表示当宝石蓝光和白光以比例k混光之后透过绿色滤光片的三刺激值，(Xb，Yb，Zb)表示当宝石蓝光和白光以比例k混光之后透过绿色滤光片的三刺激值。
对于线段WgEg上的任意一点G(xg，yg)以及线段EbWb上的任意一点B(xb，yb)，G和B两点的色度坐标可表示为：
Figure GDA0002166171770000054
Figure GDA0002166171770000055
Figure GDA0002166171770000056
Figure GDA0002166171770000057
其中，Agw＝Xgw+Ygw+Zgw，Age＝Xge+Yge+Zge，Abw＝Xbw+Ybw+Zbw，Abe＝Xbe+Ybe+Zbe；
于是直线GB的方程可表示为：
Figure GDA0002166171770000061
此直线方程是关于k的表达式，若C(x，y)点坐标确定(这里，可通过求得每一分区图像的平均值，依据色度原理求出C(x，y)点坐标)则k值可以求出。将k值带入式(5)，则BLw和BLe的值确定。再由公式(4)可求出液晶补偿值(R，G，B)。
如图5所示，本发明提出的背光面板设计是由白LED和宝石蓝LED交叉排列，白LED和宝石蓝LED均可单独控制，根据输入图像的内容，动态调整白LED和宝石蓝LED的发光亮度，可扩展显示器的色域范围，使得图像显示色彩更加丰富。
本发明提出一种新型的用于扩展色域的背光设计方案，即背光源为白LED+宝石蓝LED交叉排列。此背光设计方案，可以很好地扩展色域，同时也解决了多原色背光源因灯多导致背光电路复杂，背光算法复杂，功耗大等问题。

Claims (2)

1.一种利用LCD显示器背光源图像显示方法，其特征是，背光源按照白光和宝石蓝光交替的方式进行排列，具体地，根据显示器尺寸，将其背光分为若干区域，每一个背光区域均为白光LED和宝石蓝LED的组合，然后根据LCD前面板显示图像的不同，动态调整每个背光区域中白光LED和宝石蓝光LED的亮度，最后对显示到LCD面板的图像进行液晶补偿；
采用LED背光算法确定每一背光单元所对应的亮度值，并进行液晶补偿，LED背光算法以及液晶补偿算法如下：
首先，对白光LED和宝石蓝LED背光进行建模：
Figure FDA0002258781540000011
其中，
Figure FDA0002258781540000012
Figure FDA0002258781540000013
其中，BLw和BLe分别代表背光单元中白光LED和宝石蓝LED的亮度值，(Rd，Gd，Bd)表示输入图像RGB的值，X，Y，Z指CIE-XYZ颜色空间的三刺激值，Xrw，Yrw，Zrw分别为白光透过红色滤光片的三刺激值，Xgw，Ygw，Zgw为白光透过绿色滤光片的三刺激值，Xbw，Ybw，Zbw分别为白光透过蓝色滤光片的三刺激值；Xre，Yre，Zre分别为宝石蓝光透过红色滤光片的三刺激值，Xge，Yge，Zge分别为宝石蓝光透过绿色滤光片的三刺激值，Xbe，Ybe，Zbe分别为宝石蓝光透过蓝色滤光片的三刺激值，([X]，[Y]，[Z])为CIE-XYZ颜色空间下三原色单位量，([Rw]，[Gw]，[Bw])为RGB颜色空间下背光只有白光时的三原色单位量；([Re]，[Ge]，[Be])为背光只有白光情况下的三原色单位量，(R，G，B)为液晶补偿值；
等式(1)变形为：
Figure FDA0002258781540000014
为了确定BLw和BLe的值，设BLe:BLw＝k:1(0≤k≤1)，有下式：
Y＝BLwYw+BLeYe＝BLw(Yw+kYe) (5)
等式(5)中，Y表示每一个背光分区的亮度值，Yw和Ye表示每一背光区域中白光LED和宝石蓝LED的亮度；
为了确定等式(5)中的k值，需借助新型背光模组下显示器的色域计算，以下为确定k值的过程：
由于背光中宝石蓝色LEDs的加入，使得该显示器的色域有了很大的扩展，WrWgWbEgEb.为应用新型背光模组的显示器所覆盖的色域范围，设点C(x,y)为一色度坐标点，当C点位于三角形WrWgWb中时，此时k＝0；当C点位于四边形WgEgEbWb中时，根据混色原理，当白色背光和宝石蓝色背光比例k进行混光时，有：
Figure FDA0002258781540000021
Figure FDA0002258781540000022
(Xg,Yg,Zg)表示当宝石蓝光和白光以比例k混光之后透过绿色滤光片的三刺激值，(Xb,Yb,Zb)表示当宝石蓝光和白光以比例k混光之后透过绿色滤光片的三刺激值；
对于线段WgEg上的任意一点G(xg,yg)以及线段EbWb上的任意一点B(xb,yb)，G和B两点的色度坐标可表示为：
Figure FDA0002258781540000023
Figure FDA0002258781540000024
Figure FDA0002258781540000025
其中，Agw＝Xgw+Ygw+Zgw,Age＝Xge+Yge+Zge,Abw＝Xbw+Ybw+Zbw,Abe＝Xbe+Ybe+Zbe；于是直线GB的方程可表示为：
Figure FDA0002258781540000027
此直线方程是关于k的表达式，若C(x,y)点坐标确定则k值能够获得，将k值带入式(5)，则BLw和BLe的值确定，再由公式(4)可求出液晶补偿值(R，G，B)。
2.如权利要求1所述的利用LCD显示器背光源图像显示方法，其特征是，具体地，采用最大值、平均值或者均方根方法进行分区；其次，依据分区后的图像确定每一背光单元所对应的亮度值，通过脉冲宽度调制PWM的方式将亮度值赋予背光单元，最后对显示终端图像进行液晶补偿，显示***前面板LCD和背光面板共同配合，达到综合显示的效果。
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