作为前景广阔的高动态对比度显示系统，基于Mini-LED背光的液晶显示受到越来越多的关注。由于背光分区和液晶漏光问题，Mini-LED背光LCD中出现光晕效应，降低了图像质量。为了准确再现不同参数下的光晕效应，建立了精确的Mini-LED背光LCD显示系统光学模型。基于该模型设计了系统的视觉感知实验，研究不同Mini-LED背光分块大小、不同LCD对比度以及不同背光调制算法下，人眼对光晕效应的感知效果。实验结果表明，Mini-LED背光分块大小和调制算法对光晕效应有显著性影响，而LCD对比度对光晕效应感知无显著性影响。随着Mini-LED背光分块大小的增大，光晕效应显著增强。背光分块视角在0.5°及以上时，受测者能够较容易地感知到光晕效应。同时，主观实验结果和客观评价结果具有较高线性相关性。研究结果可为Mini-LED背光LCD显示系统的设计提供理论参考。

提出一种特种显示LED背光模块化评估设计方法。该方法将白灯、彩灯、导光板、光学膜进行模块化设计, 形成背光发光光谱库和背光功耗库。在产品设计和方案阶段, 调用背光发光光谱库、背光功耗库, 结合液晶屏的光谱透射比就能快速获得各种背光参数并预测和调整显示颜色以及准确评估背光功耗。

LED背光模组因其具有诸多优势已经成为液晶显示器背光方式的主要选择, 而在实际应用当中, 若某串LED故障, 液晶显示器就会出现暗线, 导致亮度均匀性不能满足要求。为了保证液晶显示器的亮度均匀性和后期的维修效率, LED灯串需具备故障自检测的能力。本文设计了一种基于DSP的LED背光模组中灯串故障自检测电路, 以546 mm(21.5 in)液晶显示器的直下式LED背光模组为例, 设计了灯板、驱动板的具体硬件电路, 利用CCS3.1开发工具, C语言编写软件控制逻辑。自检测结果表明: 该电路可有效的对LED灯串进行故障自检测, 满足了设计的要求。

利用矩阵式LED背光, 局域基色去饱和算法根据图像局部内容降低基色的饱和度, 从而降低子场图像之间的色差, 抑制色彩分裂现象。本文主要研究了局域基色去饱和算法中色彩分裂现象与背光分区数之间的关系。结果表明: 背光分区数越多, 图像色彩分裂现象抑制作用越显著, 但在权衡背光系统成本与图像画质的前提下, 当背光分区数为496, 该背光分区数下色彩分裂显著点数占背光分区数为1×1下色彩分裂显著点数的比例降至20%, 有效抑制了色彩分裂现象, 大大提升了图像画质。

为了实现检测角膜的表面形貌, 设计了基于Placido盘的角膜地形图仪投射照明系统。首先, 根据人眼的明视觉光谱光视效率、CCD元件光谱响应曲线以及仪器对面光源照度与发光均匀性的要求, 进行了LED背光源设计。其次, 根据角膜地形图仪检测原理, 比较了球形和椭球形Placido盘的利弊, 在背光源照明下分析了这两种面型Placido盘的光照情况。分析显示, 椭球形Placido盘的最大辐照度优于球形盘。采用反向逆推法建立数学模型, 利用Matlab软件求解确定了盘上黑白条纹环的分布。最后, 根据上述设计参数进行了Placido盘加工, 搭建了投影照明实验装置, 并利用标准模型眼对所获得的投射照明系统进行检测。实验结果表明: 在主波长为625 nm的AlGalnP红色LED面光源照明的情况下, 采用所设计的24环椭球型Placido盘成像到CCD上的黑白条纹环满足等间隔均匀分布的要求, 检测精度可达到0.05 m-1, 较好地满足了角膜地形图仪对投射照明系统的高对比度、高精度的要求。

针对头盔显示器(HMD)液晶像源的特殊要求, 选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源。基于此LED的光强分布曲线, 利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列, 以期进一步提高背光光效。首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜, 形成了亮度均匀的圆形光斑。然后对单个透镜进行切割, 形成矩形光斑, 并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列。选择了效果最优的透镜进行了加工和测试。结果表明: 与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比, 采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%, 背光亮度提高了96.4%, 非均匀性由23.8%略提高到23.1%, 半亮度视角由37°降低到19°。用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直, 易形成高亮度的均匀矩形光斑, 满足头盔显示器液晶像源背光的要求。

三基色LED背光存在两个独立的配色自由度,约束条件为夜视辐亮度不超标及与参考点之间色坐标偏差最小,在这两个约束条件下存在唯一最优的配色方案.本文通过二元线性回归方法,得到色坐标和辐亮度之间的近似依赖关系,并给出通过最少三次试配色获得的辐亮度测量结果推出最佳色坐标配置的计算方法.通过对多于三次测量数据残差的分析,表明在基本测量精度和样本点选取范围内,辐亮度估计的偏差可以控制在2%以内.

提出了一种满足液晶显示器NVIS的高亮LED背光设计方法。介绍了白灯LED+OGB LED背光阵列优化设计, 降低混光距离比、提高均匀度的方法, 并通过试差法, 对配色后测量结果进行分析, 求出最佳配色方案; 模拟与实验结果表明, 该设计方法完全能够满足夜航要求。

过高的工作温度会直接降低LED使用寿命, 并且会影响其发光强度以及发光效率, 导致大尺寸LED背光源光学性能大幅下降。从侧边式LED背光源模组的角度出发, 设计并采用IcePak软件仿真散热铝挤的宽度和厚度对背光模组温度的影响, 最终给出了适用于大尺寸LED背光模组的散热结构。结果表明, 随着铝挤的长度或厚度的增加, LED Bar的温度都会减少, 取铝挤长度为200 mm, 厚度为2 mm, 此时LED Bar的温度为69.4 ℃, 小于70 ℃, 符合设计要求且成本最低。进一步测量对应样机的LED Bar温度, 其最高温度为69.7 ℃, 与仿真实验结果非常接近。该结构制造工艺较为简单、成本低廉, 并且符合背光模组轻薄化的要求, 具有一定的市场价值。