利用视频处理方法拟合、补偿、校准液晶屏表面亮度不均匀的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及由于背光不均匀、或背光受不同边界条件的影响（背光边缘异质条 件）而产生的液晶屏表面亮度不均匀的解决方法。
【背景技术】
[0002] 今天，液晶显示已经发展到了无处不在的境地，液晶显示在人们的工作、生活、娱 乐等各个领域中扮演着不可或缺的角色，它被广泛应用在手机、iPad、电脑、电视以及休闲、 娱乐器材，以及在飞机上、商场中、在公共场所的指示、广告系统中。
[0003] 液晶的发展使得数字高清显示（1920X1080)作为一种标准而成为现实；同时 也是由于液晶技术的不断成熟与进步，4K超高清（3820X2160)成为现实。液晶正在引 领的数字显示技术向更高高清度的方向发展。
[0004] 上个世纪，作为单体使用的液晶家用电视机、个人电脑显示器的迅速普及是液晶 技术成熟的典型标志。那时，液晶显示屏还仅仅局限于单体（单台）独立使用。本世纪 初，随着液晶技术及显示技术的不断发展，液晶屏突破了单体独立使用的局限，开始走向利 用单体液晶屏拼接成液晶幕墙的领域，液晶应用领域得到迅速拓展。
[0005] 但是，液晶本身不发光，液晶显示需要背光提供光源才能显示视频图像。
[0006] 液晶的背光从光源性质上可以分为冷阴极荧光灯与LED两种，从安置方式上分可 以分为侧面背光与直射式背光两种。
[0007] 1)冷阴极荧光灯背光： 通常使用的荧光灯，是一种低气压弧光放电荧光灯，其两端电极的温度较高，称之为热 阴极放电灯。由于电极长期处在高温下工作，阴极溅散严重（日光的两端逐渐发黑是阴极 溅散的表现），其寿命较短，一般在5千至1万之间。
[0008] 而冷阴极荧光灯由于采用辉光放电，其两端电极的温度相对较低（放电所需电压 相对较高），阴极溅散相对缓慢，灯的寿命长。一般可以达到3万小时上下。冷阴极荧光灯 的研发成功，对于需要长时间工作背光的液晶屏的发展起到了功不可没的作用。
[0009] 冷阴极荧光灯作为液晶屏的背光，由于其两端电极具有一定的长度，该长度在很 大程度上取决于冷阴极突光灯的发光长度，对于一支1左右米长的冷阴极突光灯，其电极 长度一般需要10 ~ 20毫米左右，如图1中的（1)所示。而对于一台宽屏（16:9)的46 英吋液晶屏来说，其x，y方向的尺寸约为1018,573毫米，如图2所示，因此，需要的冷 阴极荧光灯两端的电极长度通常在18毫米左右。
[0010] 冷阴极荧光灯作为背光，有侧面与直射两种形式，这两种形式的冷阴极荧光灯通 常沿液晶屏的X方向安置，如图3、4所示。图3 (1)为直射式冷阴极荧光灯的排列方 式，图4 (1)为侧面冷阴极荧光灯的排列方式。这就是我们早前使用的液晶电视的典型背 光。在这样的结构中，由于需要放置冷阴极荧光灯两端电极的长度，液晶屏的边框通常在 30毫米以上。 toon] 作为单体使用的液晶屏，人们非常习惯液晶显示屏被宽宽的边框围着。但是，宽边 框成为了液晶屏走向拼接幕墙首当其冲的障碍。为了避免太宽的边框在拼接画面中喧宾夺 主，超窄边液晶拼接屏应运而生，它的边框宽度一般在6 ~ 7毫米左右。相对而言，冷阴 极荧光灯两端的电极并没有因为超窄边的需求而缩短，仍然在10 ~ 20毫米的长度。
[0012] 为了获得相对均匀的液晶显示亮度，在直射式背光中利用反射方法遮挡冷阴极荧 光灯两端的电极成为了一种典型的背光形式，如图1 (2)所示。
[0013] 2)LED背光： 随着固体发光技术LED的迅速发展，LED背光首先被使用到单体家用电视机个人电脑 监视器上。LED背光同样有侧面与直射式两种形式。
[0014] 典型的直射式LED背光如图5所示。其中（1)是沿x，y方向的LED阵列，（2) 是液晶屏，（3)是背光扩散膜，（4)是液晶屏边缘背光反射面。
[0015] 典型的侧面LED背光如6所示。其中（1)为沿X方向排列LED光源，（2)为 液晶屏，（3)为扩散膜，（4)为导光板。导光板的作用是将其侧面（顶部）的线光源（视 LED直线式排列为线光源）转换成面光源，其上平面紧铁扩散膜及液晶面板玻璃，下底面 通常为一斜面，在光源处厚，在另一侧薄，并且在其下底面按一定的方式制有微小的凸起、 或者印有反光材料，使得从其侧面发出的线光源，按远近分布、逐层、并且尽可能均匀的反 射到液晶屏表面，来构建液晶屏需要的面光源。
[0016] 手机液晶屏的背光常常使用LED点背光形式，如图7中（1)所示。
[0017] 由于液晶屏受到屏体尺寸大小的限制，任何光源形式，以及任何排列方式的背光 (今天的背光仍然是由一定间隔、不连体的离散发光构成），在液晶屏边界区域的发光及反 射状态与中央区域会有明显的不同。中央区域的显示亮度由于其周围的光源排列方式相同 或非常相近，发出的光被充分的叠加、匀化，表面亮度相对一致（光融合性质相同），但是， 当背光在液晶屏边界部分，其一侧大致具有中央区域的特性，而另一侧则被边界阻隔而不 能获得像中央区域光源一样的叠加、匀化光（背光边缘异质条件），与中央区域相比，其表 面亮度会产生明显的不同。
[0018]直射式冷阴极荧光灯背光的液晶表面亮度如图8所示。其中（1)为中央区域的 表面亮度，（2)为边缘区域，（3)是中央区域表面亮度的平均值，（4)为边缘区域的表面亮 度平均值。由于存在冷阴极荧光灯两端电极的影响，液晶表面亮度在X方向的左右两侧有 明显的下降，出现明显的暗区，这种暗区亮度比起中央区域的亮度降低约30%左右。
[0019]直射式LED背光的液晶表面亮度如图9所示，其中（1)为中央区域的表面亮度， (2)为边缘区域，（3)是中央区域表面亮度的平均值，（4)为边缘区域的表面亮度平均值。 与冷阴极荧光灯背光相比，LED由于没有冷阴极荧光灯的长电极所限，LED可以尽可能地排 列到液晶屏的边缘上，整屏亮度平均值有很大提高。但即使如此，背光边缘异质条件的存 在，仍然使得边缘区域的液晶屏表面亮度会与中央区域的亮度有明显的差异。同时，LED背 光在x，y方向上都会存在边缘效应，因此，液晶屏表面会出现一个类似"平顶金字塔"式的 亮度分布情况。
[0020] 侧面冷阴极荧光灯背光灯、LED背光液晶表面亮度如图10所示。其中（1)为冷 阴极荧光灯背光灯背光，（2)为LED背光，（3)为两者边缘区域，（侧面背光，由于光源集 中在液晶屏单边，在接近光源的边缘区域液晶屏表面亮度会有一个强光区的凸起），（4)为 两者中央区域的表面亮度，（5)是两者中央区域表面亮度的平均值，（6)为两者边缘区域 的表面亮度平均值。
[0021] 所有背光设计都会竭尽全力、用各种方法来弥补因为不同区域光融合条件不同造 成的液晶屏表面显示亮度不同的现象。在这些方法中有增加背光扩散膜、增加背光光源密 度、提升背光至液晶屏之间距离；对于侧背光，增加导光板厚度，提高导光板底层反射效率 及改进反射阵列的算法及其分布，等等。
[0022] 但是，无论如何，液晶屏既然作为一个有限尺寸的单体，客观上存在边界发光及反 射条件与中央区域不同的情况。从理论上讲，在这种有限面积、有限高度的单体上，单单通 过弥补背光的手段是无法实现边缘与中央区域完全均匀的亮度表面的。
[0023] 液晶表面亮度的不均匀性，对于液晶作为单体使用时，显示效果虽然不尽完美，但 是它是可以接受的，这也就是今天所有液晶屏能够普及的一个原因。
[0024]但是，当人们希望液晶屏尺寸越来越大，单体液晶屏达到120英吋仍然不够大的 时候，利用单体液晶拼接成液晶显示幕墙就成为了一种解决的方案。在这种利用多个单体 液晶拼接显示幕墙的时候，由于背光原因造成的液晶屏表面亮度不均匀的现象就成为了一 个突出的问题。
[0025]这种亮度不均匀的表面在液晶屏用于拼接时，由于边缘区域的暗区夹在中央区域 的明亮区域中间，形成明显的对比，非常容易被觉察出来，不仅如此，这种暗区严重伤害拼 接后整屏的显示效果。
[0026] 当背光设计已经竭尽全力，仍然无法获得充分平均、等亮的液晶表面，特别是边缘 亮度与中央亮度存在差异的时候，利用视频处理方法来补偿背光亮度不均匀成为一种有效 手段。
【发明内容】
[0027]本发明的目的是解决现有单体液晶屏表面亮度不一致，使得在液晶拼接中无法做 到显示幕墙中整幅显示区域达到均匀亮度的问题，提出的一种解决方法。本发明提供的这 种解决方法将有效地克服背光本身因受制到屏体尺寸大小、厚度限制而无法达到液晶屏表 面亮度均匀的缺陷。
[0028] 本发明提出了 ： 1. 逐点亮度系数补偿； 2. 逐线亮度系数补偿； 3. 整面亮度函数补偿； 的解决方案。
[0029]视频处理亮度增益补偿原理是通过设置一些列的亮度修正K值，在视频被送达 液晶屏显示之前