一种LED分区背光光扩散函数模板的测试方法

摘要

本发明公开了一种LED分区背光光扩散函数模板的测试方法，该方法采用分区动态调光的液晶显示器、色度亮度计、计算机和二维运动云台，首先设定各LED分区背光特定的亮度；接着用色度亮度计测试分区背光对应的液晶显示面板上各分区的实际亮度；然后将测试的实际亮度数据对应代入计算机MATLAB自动化求解程序，得到光扩散函数模板参数的方程组；最终求解出光扩散函数模板参数。本发明的优点在于：该测试方法应用范围广泛，LED背光光源位于背光模块下方的直下式或位于背光模块侧边的侧出式以及各种分区背光源位置形式的变形均可；测试硬件系统结构简单，搭建方便，可操作性强；采用MATLAB程序自动化求解，计算速度快，精度高。

主权项

1.一种LED分区背光光扩散函数模板的测试方法，采用分区动态调光的液晶显示器（1）、色度亮度计（2）、计算机（3）和二维运动云台（4）；所述分区动态调光的液晶显示器（1）内包括背光模块（101）、液晶显示面板（102）和背光驱动控制电路板（103）；所述背光模块（101）主要包括LED背光光源、反射膜、导光板、扩散膜或扩散板和增亮膜；将LED背光光源分成特定数量的分区，形成可单独控制的的LED分区背光，以实现分区动态调光；LED光源发出的光线通过扩散膜或扩散板后成为亮度均匀的面光源；光扩散函数描述了LED发出的光线经过多次扩散膜或扩散板扩散后入射到液晶屏的光线传递性能；实际中LED光线通过扩散膜或扩散板的传播过程可以用（2n+1）×（2n+1）函数模板来表示；其中，n为大于等于1的整数；函数模板中的参数表明了光线在不同方向的扩散性能；以最简单的n等于1的3×3函数模板为例，就有a，b，c和d四个参数需要确定；其中a在扩散模板的中心位置，表示为光扩散中心扩散后的剩余光能量系数；b,c和d分布在扩散模板的四周，分别代表光扩散中心对四周的扩散能力系数；为保证光传播中能量守恒，a,b,c和d满足恒等式a+2b+2c+4d=1；其特征在于：为获得LED分区背光光扩散函数模板，首先首先设定各LED分区背光特定的亮度，接着用色度亮度计（2）测试分区背光对应的液晶显示面板（102）上各分区的实际亮度，然后将测试的实际亮度数据对应代入计算机MATLAB自动化求解程序，得到光扩散函数模板参数的方程组，最终求解出光扩散函数模板参数；测试的液晶显示器必须具有可单独控制亮度的LED分区背光，LED背光光源位于背光模块（101）下方的直下式或位于背光模块（101）侧边的侧出式均可；LED分区背光光扩散函数模板测试的具体操作步骤如下：（1）将液晶显示器（1）放到二维运动云台（4）上，使色度亮度计（2）对准液晶显示面板（102）的中心；（2）背光亮度按常用8位256阶划分，即最低亮度为0，最高亮度为255；背光驱动控制电路板（103）产生所有LED分区背光都是最高亮度255的驱动信号，送入背光源；待液晶显示面板（102）显示稳定，移动二维运动云台（4），带动色度亮度计（2）逐个测试各分区中心点的亮度，记为L₂₅₅(i,j)，见公式（1）；其中，i=1～L,j=1～K，i表示分区背光的行数，j表示分区背光的列数，L×K表示LED分区背光数量，将L₂₅₅(i,j)平均值作为之后测试亮度的归一化标准，记为L_average，见公式（2）：$L_{255}=\left[\begin{array}{c}{L}_{255-11}{L}_{255-12}................L_{255-1K}\\ L_{255-21}{l}_{255-22}................l_{255-2K}\\ ................................\\ L_{255-m1}{L}_{255-m2}................L_{255-\mathrm{mK}}\\ L_{255-L1}{L}_{255-L2}..............L_{255-\mathrm{LK}}\end{array}\right]---\left(1\right)$$L_{\mathrm{average}}(i,j)=\frac{\Sigma L_{255}(i,j)}{i\times j}---\left(2\right)$（3）通过背光驱动控制电路板（103）设定背光源初始亮度矩阵L_blcok-set，见公式（3）；初始亮度矩阵中的元素记为L_blcok-set(i,j)；L_blcok-set(i,j)表示第(i,j)个分区的背光设定值，其中，i=1～L,j=1～K，i表示分区背光的行数，j表示分区背光的列数，L×K表示LED分区背光数；$L_{\mathrm{block}-\mathrm{set}}=\left[\begin{array}{c}{L}_{11}{L}_{12}................L_{1K}\\ L_{21}{L}_{22}................L_{2K}\\ ................................\\ L_{m1}{L}_{m2}................L_{\mathrm{mK}}\\ L_{L1}{L}_{L2}..............L_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]---\left(3\right)$（4）为获知步骤（3）中背光初始亮度矩阵L_blcok-set下对应的液晶显示面板（102）的亮度，需测试液晶显示面板（102）对应各分区亮度值；移动二维运动云台（4），带动色度亮度计（2）逐个测试液晶显示面板（102）对应各分区中心点的亮度，记为L_blcok-mea(i,j)，见公式（4）；其中i=1～L,j=1～K，i表示分区背光的行数，j表示分区背光的列数，L×K表示LED分区背光数量；$L_{\mathrm{block}-\mathrm{mea}}=\left[\begin{array}{c}{L\prime }_{11}{L\prime }_{12}............{L\prime }_{1K}\\ {L\prime }_{21}{L\prime }_{21}............{L\prime }_{2K}\\ ................................\\ {L\prime }_{n1}{L\prime }_{n1}............{L\prime }_{\mathrm{nK}}\\ {L\prime }_{L1}{L\prime }_{L1}............{L\prime }_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]---\left(4\right)$（5）将测试数据L_blcok-mea(i,j)按照步骤（2）所得归一化标准L_average归一化到0-255阶；按公式（5）进行归一化计算，得到归一化亮度矩阵L_block-mea‘，见公式（6）；归一化亮度矩阵L_block-mea‘中的元素L_block-mea‘(i,j)表示归一化后显示器对应各分区的中心亮度值，其中，i=1～L,j=1～K，i表示分区背光的行数，j表示分区背光的列数，L×K表示LED分区背光数量；$L_{\mathrm{block}-\mathrm{mea}}\prime (i,j)\frac{L_{\mathrm{block}-\mathrm{mea}}(i,j)\times 255}{L_{\mathrm{average}}}---\left(5\right)$$L_{\mathrm{block}-\mathrm{mea}}\prime =\left[\begin{array}{c}{L\prime }_{g-11}{L\prime }_{g-12}................{L\prime }_{g-1K}\\ {L\prime }_{g-21}{L\prime }_{g-21}................{L\prime }_{g-2K}\\ ................................\\ {L\prime }_{g-n1}{L\prime }_{g-n1}................{L\prime }_{g-\mathrm{nK}}\\ {L\prime }_{g-L1}{L\prime }_{g-L1}.................{L\prime }_{g-\mathrm{LK}}\end{array}\right]---\left(6\right)$（6）建立光扩散函数模板计算方程组，具体步骤如下：6.1将背光初始亮度矩阵L_blcok-set按原边界值进行边界扩散，得到边界扩散亮度矩阵L_ext，L_ext是一个（L+2）×（K+2）的矩阵，其中L为步骤（2）中的L，K为步骤（2）中的K，边界扩散亮度矩阵L_ext见公式（7）；$L_{\mathrm{ext}}=\left[\begin{array}{c}{L}_{11}{L}_{11}{L}_{12}.................L_{1K-1}{L}_{1K}{L}_{1K}\\ L_{11}{L}_{11}{L}_{12}.................L_{1K-1}{L}_{1K}{L}_{1K}\\ L_{21}{L}_{21}{L}_{22}................L_{2K-1}{L}_{2K}{L}_{2K}\\ ....................................\\ L_{m1}{L}_{m1}{L}_{m2}...............L_{\mathrm{mK}-1}{L}_{\mathrm{mK}}{L}_{\mathrm{mK}}\\ L_{L1}{L}_{L1}{L}_{L2}..............L_{\mathrm{LK}-1}{L}_{\mathrm{LK}}{L}_{\mathrm{LK}}\\ L_{L1}{L}_{L1}{L}_{L2}..............L_{\mathrm{LK}-1}{L}_{\mathrm{LK}}{L}_{\mathrm{LK}}\end{array}\right]---\left(7\right)$6.2对边界扩散亮度矩阵L_ext中不包含扩散边界的元素进行混光，即对L_ext（2,2）到L_ext（L+1,K+1）的元素进行混光,接着对剩余边界元素以原边界扩充，得到扩充亮度矩阵，扩充亮度矩阵记为L_H，见公式（8）；L_H中的元素记为L_H(i,j)，其中i=1～（L+2）,j=1～（K+2），L为步骤（2）中的L，K为步骤（2）中的K，L_H（i,j)的计算方法见公式（9）；公式（9）中，a，b，c和d为3×3扩散膜函数模板参数；$L_H=\left[\begin{array}{cccccccc}{L}_{\mathrm{ext}-10}& L_{\mathrm{ext}-11}& L_{\mathrm{ext}-12}& L_{\mathrm{ext}-13}& ..........& L_{\mathrm{ext}-1(K-1)}& L_{\mathrm{ext}-1K}& L_{\mathrm{ext}-1(K+1)}\\ L_{\mathrm{ext}-20}& L_{H-11}& L_{H-12}& L_{H-13}& .........& L_{H-1(K-1)}& L_{H-1K}& L_{\mathrm{ext}-2(K+1)}\\ L_{\mathrm{ext}-30}& L_{H-21}& L_{H-22}& L_{H-23}& .........& L_{H-2(K-1)}& L_{H-2K}& L_{\mathrm{ext}-3(K+1)}\\ L_{\mathrm{ext}-40}& L_{H-31}& L_{H-32}& L_{H-33}& .........& L_{H-3(K-1)}& L_{H-3K}& L_{\mathrm{ext}-4(K+1)}\\ .........& & & & & & & \\ L_{\mathrm{ext}-L0}& L_{H-(L-1)1}& L_{H-(L-1)2}& L_{H-(L-1)3}& ..........& L_{H-(L-1)(K-1)}& L_{H-(L-1)}& L_{\mathrm{ext}-L(K+1)}\\ L_{\mathrm{ext}-(L+1)0}& L_{H-L1}& L_{H-L2}& L_{H-L3}& ..........& L_{H-L(K-1)}& L_{H-\mathrm{LK}}& L_{\mathrm{ext}-(L+1)(K+1)}\\ L_{\mathrm{ext}-(L+2)0}& L_{\mathrm{ext}-(L+2)1}& L_{\mathrm{ext}-(L+2)2}& L_{\mathrm{ext}(L+2)3}& .........& L_{\mathrm{ext}-(L+2)(K-1)}& L_{\mathrm{ext}-(L+2)K}& L_{\mathrm{ext}-(L+2)(K+1)}\end{array}\right]---\left(8\right)$L_H(i,j)＝a×L_ext(i,j)+b×{L_ext(i-1,j)+L_ext(i+1),j)}+c×{L_ext(i,j-1)+L_ext(i.j+1)}+d×{L_ext(i-1,j-1)+L_ext(i-1,j+1)+L_ext(i+1,j-1)+L_ext(i+1,j+1)}   （9）6.3抽取扩充亮度矩阵L_H中不包括边界扩散的元素组成新的矩阵，即抽取L_ext（2,2）到L_ext（L+1,K+1）的元素组成新的矩阵，所述新的矩阵记为L_H‘，则L_H‘是一个L×K的矩阵，见公式（10），公式（10）中L为步骤（2）中的L，K为步骤（2）中的K；新的矩阵中元素L_H‘(i,j)为含参数a，b，c和d的算式，可用含参数a，b，c和d的函数g（a,b,c,d）简单表示；${L_H}^{\prime }=\left[\begin{array}{cccccc}{L}_{H-11}& L_{H-12}& L_{H-13}& .........& L_{H-1(K-1)}& L_{H-1K}\\ L_{H-21}& L_{H-22}& L_{H-23}& .........& L_{H-2(K-1)}& L_{H-2K}\\ L_{H-31}& L_{H-32}& L_{H-33}& .........& L_{H-3(K-1)}& L_{H-3K}\\ .........& & & & & \\ L_{H-(L-1)1}& L_{H-(L-1)2}& L_{H-(L-1)3}& .........& L_{H-(L-1)(K-1)}& L_{H-(L-1)K}\\ L_{H-L1}& L_{H-L2}& L_{H-L3}& .........& L_{H-L(K-1)}& L_{H-\mathrm{LK}}\end{array}\right]---\left(10\right)$6.4将新的矩阵L_H‘线性扩大4倍，得到第一扩大矩阵，第一扩大矩阵记为L_H‘‘，L_H‘‘是一个2L×2K的矩阵,见公式（11）；公式（11）中L为步骤（2）中的L，K为步骤（2）中的K；6.5再重复6.1～6.4的步骤4次，经过5次混光扩大得到混光扩大矩阵L_final，L_final是一个（L×2⁵）×（K×2⁵）的矩阵，其中L为步骤（2）中的L，K为步骤（2）中的K；混光扩大矩阵中的元素L_H‘(i,j)为含参数a，b，c和d的算式，可用含参数a，b，c和d的函数h（a,b,c,d）简单表示；6.6将混光扩大矩阵L_final中的元素进行L×K分区，其中L为步骤（2）中的L，K为步骤（2）中的K；则每分区中含有混光扩大矩阵L_final中32×32个元素算式；取每个分区中心四个元素算式的平均值算式，作为液晶显示面板（102）对应该分区中心的亮度算式，该分区中心的亮度算式仍为含参数a，b，c和d的算式，可用含参数a，b，c和d的函数f（a,b,c,d）简单表示；（7）将步骤5所得背光源的归一化亮度矩阵L_blcok-mea‘中4个以上的元素数值与液晶显示面板（102）对应各分区中心的亮度算式f（a,b,c,d）相等，即可构成该分区方程L_block-mea‘(i,j)=f（a，b，c，d），与其他分区方程联立组成方程组，再结合恒等式a+2b+2c+4d=1，联立解方程，即可求解得到测试液晶显示器（1）中背光模块（101）所用扩散膜系下光扩散函数模板参数：a，b，c和d的具体数值；选取方程和计算求解的过程，可通过MATLAB程序自动化完成；另外，可在测试系统L×K的分区背光下，通过测试和计算其它背光设置情况，验证求解出的LED分区背光光扩散函数模板的正确性。