CN104504262A - 显示器滤色片透过率谱线分布优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，基于1931CIE-XYZ计色系统下色坐标计算的数学模型，以显示器色坐标满足显示器色域标准为约束条件，以显示器的光效最大化为优化目标构造线性规划问题，再对线性规划问题进行求解最终得到显示器色域标准下光效最大时的显示器红、绿、蓝三种滤色片的透过率谱线分布。本发明还公开了另一种显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，通过构造两次优化方程，充分考虑显示器的色域标准，得到最优的三基色滤色片的透过率谱线分布。通过上述方法，本发明解决了因提高背光光效而降低显示质量的问题，达到对于任何已知背光，在基色色坐标以及白场色坐标满足色域要求的前提下，实现光效的提高。

Description

显示器滤色片透过率谱线分布优化方法

技术领域

本发明属于显示器模组设计领域，具体涉及一种显示器滤色片透过率谱线分布优化方法。

背景技术

液晶显示器的被动发光成像原理要求基色色光通过不同滤色片的选色作用完成。这种方式造成显示器背光的光能大量被滤色片层吸收，光效较低。在背光已知的前提下，如何在兼顾显示器色域同时提高光效，对显示器的设计生产有着很大意义。

现有技术中优化方法均仅限于在已知色坐标的条件下改变色光光谱。由于液晶显示器的被动发光成像原理，最终显示器所生成的颜色效果与滤色片紧密相关。在背光确定时，通过改变滤色片透过率谱线的分布同样可以实现光效提高的目的。

发明内容

有鉴于此，为了解决提高显示器背光光效同时兼顾显示器色域的问题，本发明提供了一种显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，对于已知的任何背光，基色色坐标以及白场色坐标在满足色域要求的前提下，实现光效的提高。

为了解决上述问题，本发明一方面提供了一种显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，包括步骤：

按照色域标准确定显示器标准基色色坐标和显示器标准白场坐标；

在显示器背光光谱曲线固定的条件下，以显示器基色色坐标和白场坐标分别满足所述显示器标准基色色坐标和所述显示器标准白场坐标为约束条件，显示器白场流明数L最大为目标函数，构造线性规划问题；

求解所述线性规划问题，最终得到优化的滤色片透过率谱线分布。

进一步地，构造线性规划问题的具体步骤为：

利用标准观察者光谱三刺激值和基色透过率谱线分布CF_r(λ)、CF_g(λ)、CF_b(λ)得出1931 CIE-XYZ计色系统下显示器白场流明数L的积分表达式；

经过等间隔采样并离散化将所述显示器白场流明数L的积分表达式中积分运算转换为累加运算得到显示器白场流明数L的离散表达式；

构造的线性规划问题如下：

目标函数：

$L=\underset{j=1}{\overset{3N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{BL}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\stackrel{\‾}{y}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)$

约束条件：

$A\·{\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=\left[\begin{array}{c}0\\ ...\\ ...\\ 0\end{array}\right]$

0≤CF_all(λ_i)≤1

其中，λ为波长，N为透过率谱线分布经过采样后的元素个数，CF_r(λ)，CF_g(λ)，CF_b(λ)分别为红、绿、蓝三色滤色片的透过率谱线分布，(x_r,y_r)、(x_g,y_g)、(x_b,y_b)、(x_w,y_w)分别为显示器红、绿、蓝三基色色坐标及白场坐标，BL(λ)为显示器背光相对光谱功率分布，BL_all(λ)为1×3N的矩阵，BL_{all_j}(λ_i)为矩阵BL_all(λ)中第j个元素，为光谱匹配函数，为1×3N的矩阵，为矩阵中第j个元素，CF_all(λ)为3N×1的矩阵，CF_{all_j}(λ_i)为矩阵CF_all(λ)中第j个元素，i∈[1,N]，

BL_all(λ)＝[BL(λ₁)…BL(λ_N)，BL(λ₁)…BL(λ_N)，BL(λ₁)…BL(λ_N)]，

${\stackrel{\‾}{y}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=[\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right)],$

CF_all(λ)＝[CF_r(λ₁),...,CF_r(λ_N),CF_g(λ₁),...,CF_g(λ_N),CF_b(λ₁),...,CF_b(λ_N)]^T

为了提高优化性能，增加迭代计算的次数，采样间隔选取较小的整数，本发明中等间隔采样的采样间隔为1nm。

另一方面，本发明还提供了另一种显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，包括步骤：

按照色域标准确定显示器标准基色色坐标和显示器标准白场坐标；

在显示器背光光谱曲线固定的条件下，以显示器基色色坐标满足所述显示器标准基色色坐标为约束条件，显示器白场流明数L最大为目标函数，构造线性规划问题；

求解所述线性规划问题，并对得到的解进行归一化处理，得到优化的滤色片透过率谱线分布；

根据所述显示器标准白场坐标，利用液晶模组调节各基色最大液晶透过率相对比例对所述优化的滤色片透过率谱线分布进行白平衡矫正。

构造线性规划问题的具体步骤为：

利用标准观察者光谱三刺激值和基色透过率谱线分布CF_r(λ)、CF_g(λ)、CF_b(λ)得出1931CIE-XYZ计色系统下显示器白场流明数L的积分表达式；

经过等间隔采样并离散化将所述显示器白场流明数L的积分表达式中积分运算转换为累加运算得到显示器白场流明数L的离散表达式；

构造的线性规划问题如下：

目标函数：

$L=\underset{j=1}{\overset{3N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{BL}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\stackrel{\‾}{y}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)$

约束条件：

$A\·{\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=\left[\begin{array}{c}0\\ ...\\ ...\\ 0\end{array}\right]$

0≤CF_all(λ_i)≤1

其中，λ为波长，N为透过率谱线分布经过采样后的元素个数，CF_r(λ)，CF_g(λ)，CF_b(λ)分别为红、绿、蓝三色滤色片的透过率谱线分布，(x_r,y_r)、(x_g,y_g)、(x_b,y_b)、(x_w,y_w)分别为显示器红、绿、蓝三基色色坐标及白场坐标，BL(λ)为显示器背光相对光谱功率分布，BL_all(λ)为1×3N的矩阵，BL_{all_j}(λ_i)为矩阵BL_all(λ)中第j个元素，为光谱匹配函数，为1×3N的矩阵，为矩阵中第j个元素，CF_all(λ)为3N×1的矩阵，CF_{all_j}(λ_i)为矩阵CF_all(λ)中第j个元素，i∈[1,N]，

BL_all(λ)＝[BL(λ₁)…BL(λ_N)，BL(λ₁)…BL(λ_N)，BL(λ₁)…BL(λ_N)]，

${\stackrel{\‾}{y}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=[\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right)],$

CF_all(λ)＝[CF_r(λ₁),...,CF_r(λ_N),CF_g(λ₁),...,CF_g(λ_N),CF_b(λ₁),...,CF_b(λ_N)]^T

为了提高优化性能，增加迭代计算的次数，采样间隔选取较小的整数，第二种方法中的等间隔采样的采样周期为1nm。

为了保证白场色坐标符合标准，所述白平衡矫正的具体步骤为：

以显示器白场坐标满足所述显示器标准白场坐标为约束条件，显示器白场流明数Y_w值最大为目标函数，构造线性规划问题；

求解所述线性规划问题，得到各基色最大灰阶时液晶层透过率T_r、T_g、T_b。

构造所述线性规划问题如下：

目标函数：

Y_w＝T_rY_r+T_gY_g+T_bY_b

约束条件：

[y_gy_bY_r(x_r-x_w)]T_r+[y_ry_bY_g(x_g-x_w)]T_g+[y_ry_gY_b(x_b-x_w)]T_b＝0

[y_gy_bY_r(y_r-y_w)]T_r+[y_ry_bY_g(y_g-y_w)]T_g+[y_ry_gY_b(y_b-y_w)]T_b＝0

0≤T_r≤1

0≤T_g≤1

0≤T_b≤1

其中，Y_w为白场流明数，T_r、T_g、T_b分别为最大灰阶时红、绿、蓝液晶层透过率，(x_r,y_r)、(x_g,y_g)、(x_b,y_b)、(x_w,y_w)分别为显示器红、绿、蓝三基色色坐标及白场坐标，BL(λ)为显示器背光相对光谱功率分布，

$Y_r=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_r\left({\mathrm{\λ}}_i\right),Y_g=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_g\left({\mathrm{\λ}}_i\right),Y_b=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_b\left({\mathrm{\λ}}_i\right).$

与现有技术相比，本发明方法包括如下优点：

本发明提供的显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，通过采样离散处理使得所涉及的光谱分布函数由积分运算转换为累加运算，为线性规划问题的建立和计算机处理提供了条件；由于在构造线性规划问题时，充分考虑显示器背光各个基色和白场的色坐标限制条件，能够在基色色坐标以及白场色坐标满足色域要求的前提下，实现光效的提高。

附图说明

图1为实施例1所提供的显示器滤色片透过率谱线分布优化方法流程图；

图2为实施例1的显示器背光光谱分布曲线图；

图3为实施例1的红绿蓝滤色片透过率谱线优化结果图；

图4为实施例2所提供的显示器滤色片透过率谱线分布优化方法流程图；

图5为实施例2的红绿蓝滤色片透过率谱线优化结果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，实施例1所提供的显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，包括步骤：

步骤1、确定显示器的色域范围。对于传统三基色显示器而言，一般的色域标准会提供红、绿、蓝三个基色及白场共四组色坐标，比如NTSC标准(National TelevisionStandards Committee，美国标准电视广播传输和接收协议)中红、绿、蓝、白的色坐标规定分别为(x_r,y_r)＝(0.67,0.33)、(x_g,y_g)＝(0.21,0.71)、(x_b,y_b)＝(0.14,0.08)、(x_w,y_w)＝(0.31,0.316)。

步骤2、设红、绿、蓝三色滤色片的透过率谱线分布分别为CF_r(λ)，CF_g(λ)，CF_b(λ)，显示器背光相对光谱功率分布为BL(λ)。结合标准观察者光谱三刺激值1931CIE-XYZ计色系统下显示器红、绿、蓝三基色及白场色坐标(x_r,y_r)、(x_g,y_g)、(x_b,y_b)、(x_w,y_w)计算公式如下：

$\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)=\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)+\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)+\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right),{\mathrm{CF}}_w\left(\mathrm{\λ}\right)={\mathrm{CF}}_r\left(\mathrm{\λ}\right)+{\mathrm{CF}}_g\left(\mathrm{\λ}\right)+{\mathrm{CF}}_b\left(\mathrm{\λ}\right)$

$x_r=\frac{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_r\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_r\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}},y_r=\frac{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_r\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_r\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}---\left(1\right)$

$x_g=\frac{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_g\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_g\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}},y_r=\frac{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_g\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_g\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}---\left(2\right)$

$x_b=\frac{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_b\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_b\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}},y_r=\frac{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_b\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_b\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}---\left(3\right)$

$x_w=\frac{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_w\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_w\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}},y_r=\frac{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_w\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{{\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_w\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}---\left(4\right)$

由于背光光谱为归一化后的数据，对于相同的背光，光能消耗是相同的，而因滤色片透过率谱线差异造成的显示器亮度差异将直接决定该显示器的光效，故在本方案优化过程中，背光固定时，光效最优等价为流明数最大。显示器白场流明数L表达式如下：

$L={\∫}_{380}^{780}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_w\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}---\left(4\right)$

步骤3、离散化函数。由于均为统计结果，没有公认的解析式与之对应，所以将色坐标计算所涉及的函数分布全部按波长等间隔采样并离散化将积分运算转换为累加运算。离散化后色坐标的计算公式如下：

$x_r=\frac{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_r\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)}{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_r\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)},y_r=\frac{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_r\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)}{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_r\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)}---\left(6\right)$

$x_g=\frac{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_g\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)}{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_g\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)},y_r=\frac{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_g\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)}{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_g\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)}---\left(7\right)$

$x_b=\frac{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_b\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)}{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_b\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)},y_r=\frac{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_b\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)}{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_b\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)}---\left(8\right)$

$x_w=\frac{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_w\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)}{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_w\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)},y_r=\frac{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_w\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)}{\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_w\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{w}\left(\mathrm{\λ}\right)}---\left(9\right)$

显示器白场流明数L表达式变为：

$L=\underset{\mathrm{\λ}=380\mathrm{nm}}{\overset{780\mathrm{nm}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left(\mathrm{\λ}\right){\mathrm{CF}}_w\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)---\left(10\right)$

原连续函数经过采样离散后都分别对应N个元素，本实施例以采样间隔为1nm为例进行说明，离散化后所有按波长分布的函数在可见光范围380nm～780nm内均包含401个元素。

步骤4、等价构造线性规划问题。在滤色片优化过程中涉及3个待求解的函数分布。为了构建矩阵表达式方便计算，本方案将三个函数合为一个函数带入数学工具求解。合成过程为将红、绿、蓝的透过率谱线分布CF_r(λ)，CF_g(λ)，CF_b(λ)离散函数顺次首尾连接，形成一个3N个元素的离散函数式CF_all(λ)，将显示器背光相对光谱功率分布函数顺次首尾连接，形成一个3N个元素的离散函数式BL_all(λ)，将光谱分布函数顺次首尾连接，形成一个3N个元素的离散函数式则合成公式如下：

$\begin{array}{c}{\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=[{\mathrm{CF}}_r\left({\mathrm{\λ}}_1\right),...,{\mathrm{CF}}_r\left({\mathrm{\λ}}_N\right),{\mathrm{CF}}_g\left({\mathrm{\λ}}_1\right),...,{\mathrm{CF}}_g\left({\mathrm{\λ}}_N\right),{\mathrm{CF}}_b\left({\mathrm{\λ}}_1\right),...,{\mathrm{CF}}_b\left({\mathrm{\λ}}_N\right){]}^T\\ {\mathrm{BL}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=[\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_N\right)]\\ {\stackrel{\‾}{y}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=[\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·\·\·\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right)]\end{array}---\left(11\right)$

以显示器色坐标等于标准色坐标为约束条件，亮度值最大为目标函数，构造等价的线性规划问题。

因此目标函数可以等效为：

$L=\underset{j=1}{\overset{3N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{BL}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\stackrel{\‾}{y}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)---\left(12\right)$

式中，BL_all(λ)为1×3N的矩阵，BL_{all_j}(λ_i)为矩阵BL_all(λ)中第j个元素，为光谱匹配函数，为1×3N的矩阵，为矩阵中第j个元素，CF_all(λ)为3N×1的矩阵，CF_{all_j}(λ_i)为矩阵CF_all(λ)中第j个元素，i∈[1,N]。

由于待解滤色片分布已变为CF_all(λ)，在构造线性规划约束矩阵过程中系数矩阵的行数应该等于CF_all(λ)包含的元素数。当出现系数不足的情况时用0补足。具体的约束条件为包含八个等式的线性方程组，如下：

$A\·{\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=\left[\begin{array}{c}0\\ ...\\ ...\\ 0\end{array}\right]---\left(13\right)$

其中，

另外，由于待解函数表达式存在物理意义，即CF_all(λ)中每一波长的值为材料透过率，故值在区间[0,1]之间，以采样间隔为1nm为例，最终该线性规划问题包含1203个未知数，8个等式约束条件，2406个不等式约束条件。

步骤5、利用Matlab等数学工具求解上述线性规划问题，得到的解经过归一化处理即为优化的显示器滤色片透过率谱线分布。注意最终CF_all(λ)的解中第1到第401个值对应红基色滤色片，第402到802个值对应绿色滤色片，第803到1203个值对应蓝色滤色片。利用这三组透过率谱线分布和已知背光组合后红、绿、蓝基色以及白场的色坐标均与色域标准规定值相同，同时光效达到最大。

以图2所示的光谱分布为背光光谱，利用NTSC标准(National Television StandardsCommittee，美国标准电视广播传输和接收协议)中红、绿、蓝、白的色坐标规定分别为(x_r,y_r)＝(0.67,0.33)、(x_g,y_g)＝(0.21,0.71)、(x_b,y_b)＝(0.14,0.08)、(x_w,y_w)＝(0.31,0.316)，最终三基色滤色片透过率谱线优化结果如图3。使用如图2的背光配合图3的RGB优化滤色片设计显示器，其理论白场光效可达197.1lm/W。

如图4所示，实施例2所提供的显示器滤色片透过率谱线分布优化方法中步骤1至3与实施例1中步骤1至3相同，此处仅对步骤3以后的步骤进行详细描述，具体如下：

步骤4、等价构造线性规划问题。在滤色片优化过程中涉及3个待求解的函数分布。为了简化问题，本方案将三个函数合为一个函数带入数学工具求解。合成过程为将红、绿、蓝三个函数顺次首尾连接，形成一个3N个元素的离散函数式，波长λ取值在可见光范围380nm～780nm内，同样以采样间隔为1nm为例，总共有1023个元素，设其为CF_all(λ)合成公式如式(11)。

以显示器色坐标等于标准色坐标为约束条件，亮度值最大为目标函数，构造等价的线性规划问题。由于待解滤色片分布已变为CF_all(λ)，在构造线性规划约束矩阵过程中系数矩阵的列数应该等于CF_all(λ)包含的元素数，即1203，当出现系数不足的情况时用0补足，具体的目标函数为式(12)。

与实施例1不同的是，约束条件中不包含白场色坐标的数据，仅满足基色色坐标相同的要求即可。约束条件为包含六个等式的线性方程组，如下：

$A\·{\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=\left[\begin{array}{c}0\\ ...\\ ...\\ 0\end{array}\right]---\left(14\right)$

其中，

另外由于待解函数表达式存在物理意义，即CF_all(λ)中每一波长的值为材料透过率，故值在区间[0,1]之间。最终该线性规划问题包含1203个未知数，6个等式约束条件，2406个不等式约束条件。

步骤5、利用Matlab等数学工具求解上述线性规划问题，得到的解经过归一化处理即为优化的显示器滤色片透过率谱线分布。最终CF_all(λ)的解中第1到第401个值对应红基色滤色片，第402到802个值对应绿色滤色片，第803到1203个值对应蓝色滤色片。利用这三组透过率谱线分布和已知背光组合后红、绿、蓝基色的色坐标均与色域标准规定值相同，同时亮度达到最大。

步骤6、液晶模组白平衡矫正。由于实施例2在步骤4中构造线性规划问题时没有添加白场的色坐标作为约束条件，由步骤5解出的最优滤色片透过率谱线分布结合背光在基色均最强后所得的白场色坐标往往与标准要求的色坐标不相同。实施例2中利用液晶模组在灰阶最大时液晶层的透过率调节各基色最大亮度，以实现白场色坐标符合标准。设最大灰阶时红、绿、蓝液晶层透过率分别为T_r、T_g、T_b。为了实现白场色坐标与标准吻合，有下式成立：

$\left\{\begin{array}{c}\left[y_g{y}_b{Y}_r(x_r-x_w)\right]T_r+\left[y_r{y}_b{Y}_g(x_g-x_w)\right]T_g+\left[y_r{y}_g{Y}_b(x_b-x_w)\right]T_b=0\\ \left[y_g{y}_b{Y}_r(y_r-y_w)\right]T_r+\left[y_r{y}_b{Y}_g(y_g-y_w)\right]T_g+\left[y_r{y}_g{Y}_b(y_b-y_w)\right]T_b=0\end{array}\right.---\left(15\right)$

其中，

$Y_r=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_r\left({\mathrm{\λ}}_i\right),Y_g=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_g\left({\mathrm{\λ}}_i\right),Y_b=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_b\left({\mathrm{\λ}}_i\right)$

为了提高光效，在背光固定的条件下，白场流明数Y_w应该尽可能的增大，以此为目标函数表达式如下：

Y_w＝T_rY_r+T_gY_g+T_bY_b             (16)

另外由于待解变量存在物理意义，为液晶透过率，故T_r、T_g、T_b值均在区间[0,1]之间。最终该线性规划问题包含3个未知数，2个等式约束条件，6个不等式约束条件。利用Matlab等数学工具求解上述线性规划问题，最终可以求得各基色最大灰阶时液晶层透过率T_r、T_g、T_b。在上述3种透过率的调节下，显示器白场色坐标与标准色坐标(x_w,y_w)相同，同时白场流明数达到最大值。

以图2所示的光谱分布为背光光谱，利用NTSC标准(National Television StandardsCommittee，美国标准电视广播传输和接收协议)中红、绿、蓝、白的色坐标规定分别为(x_r,y_r)＝(0.67,0.33)、(x_g,y_g)＝(0.21,0.71)、(x_b,y_b)＝(0.14,0.08)，实施例2的三基色滤色片透过率谱线优化结果如图5。

在NTSC标准下白平衡矫正结果为T_r＝100％、T_g＝73.50％、T_b＝92.71％，白平衡矫正的亮度损失为18.05％。使用如图2的背光配合图5的RGB优化滤色片设计显示器，并在以1:0.735：:09271的相对比例完成RGB白平衡矫正后，其理论白场光效为197.1lm/W，该值与实施例1的优化结果完全一致。

与实施例1相比，实施例2的方案中最终的白场流明数与实施例1的方案相同，即两种方案最终光效相同。然而实施例2的方案中滤色片透过率谱线优化结果为理想的窗口函数形式，包含明确的窗口位置与宽度，制备难度相对实施例1更低。实施例1的滤色片透过率谱线优化结果与实际背光相关，无明显规律性，但不需要液晶层的白平衡矫正环节。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，其特征在于，包括步骤：

按照色域标准确定显示器标准基色色坐标和显示器标准白场坐标；

在显示器背光光谱曲线固定的条件下，以显示器基色色坐标和白场坐标分别满足所述显示器标准基色色坐标和所述显示器标准白场坐标为约束条件，显示器白场流明数最大为目标函数，构造线性规划问题；

求解所述线性规划问题，最终得到优化的滤色片透过率谱线分布。

2.根据权利要求1所述的显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，其特征在于，所述构造线性规划问题的具体步骤为：

利用标准观察者光谱三刺激值 和基色透过率谱线分布CF_r(λ)、CF_g(λ)、CF_b(λ)得出1931CIE-XYZ计色系统下显示器白场流明数L的积分表达式；

经过等间隔采样并离散化将所述显示器白场流明数L的积分表达式中积分运算转换为累加运算得到显示器白场流明数L的离散表达式；

构造的线性规划问题如下：

目标函数：

$L=\underset{j=1}{\overset{3N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{BL}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\stackrel{\‾}{y}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)$

约束条件：

$A\·{\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=\begin{array}{}\left[\begin{array}{c}0\\ ...\\ ...\\ 0\end{array}\right]\end{array}$

0≤CF_all(λ_i)≤1

其中，λ为波长，N为透过率谱线分布经过采样后的元素个数，CF_r(λ)，CF_g(λ)，CF_b(λ)分别为红、绿、蓝三色滤色片的透过率谱线分布，(x_r,y_r)、(x_g,y_g)、(x_b,y_b)、(x_w,y_w)分别为显示器红、绿、蓝三基色色坐标及白场坐标，BL(λ)为显示器背光相对光谱功率分布，BL_all(λ)为1×3N的矩阵，BL_{all_j}(λ_i)为矩阵BL_all(λ)中第j个元素，y(λ)为光谱匹配函数，为1×3N的矩阵，为矩阵中第j个元素，CF_all(λ)为3N×1的矩阵，CF_{all_j}(λ_i)为矩阵CF_all(λ)中第j个元素，i∈[1,N]，

BL_all(λ)＝[BL(λ₁)…BL(λ_N)，BL(λ₁)…BL(λ_N)，BL(λ₁)…BL(λ_N)]，

${\stackrel{\‾}{y}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=[\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)...\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)...\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)...\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right)],$

CF_all(λ)＝[CF_r(λ₁),...,CF_r(λ_N),CF_g(λ₁),...,CF_g(λ_N),CF_b(λ₁),...,CF_b(λ_N)]^T

3.根据权利要求2所述的显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，其特征在于，所述等间隔采样的采样间隔为1nm。

4.一种显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，其特征在于，包括步骤：

按照色域标准确定显示器标准基色色坐标和显示器标准白场坐标；

在显示器背光光谱曲线固定的条件下，以显示器基色色坐标满足所述显示器标准基色色坐标为约束条件，显示器白场流明数L最大为目标函数，构造线性规划问题；

求解所述线性规划问题，并对得到的解进行归一化处理，得到优化的滤色片透过率谱线分布；

根据所述显示器标准白场坐标，利用液晶模组调节各基色最大液晶透过率相对比例对所述优化的滤色片透过率谱线分布进行白平衡矫正。

5.根据权利要求4所述的显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，其特征在于，所述构造线性规划问题的具体步骤为：

利用标准观察者光谱三刺激值 和基色透过率谱线分布CF_r(λ)、CF_g(λ)、CF_b(λ)得出1931CIE-XYZ计色系统下显示器白场流明数L的积分表达式；

经过等间隔采样并离散化将所述显示器白场流明数L的积分表达式中积分运算转换为累加运算得到显示器白场流明数L的离散表达式；

构造的线性规划问题如下：

目标函数：

$L=\underset{j=1}{\overset{3N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{BL}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\stackrel{\‾}{y}}_{\mathrm{all}\_j}\left({\mathrm{\λ}}_i\right)$

约束条件：

$A\·{\mathrm{CF}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=\begin{array}{}\left[\begin{array}{c}0\\ ...\\ ...\\ 0\end{array}\right]\end{array}$

0≤CF_all(λ_i)≤1

其中，λ为波长，N为透过率谱线分布经过采样后的元素个数，CF_r(λ)，CF_g(λ)，CF_b(λ)分别为红、绿、蓝三色滤色片的透过率谱线分布，(x_r,y_r)、(x_g,y_g)、(x_b,y_b)、(x_w,y_w)分别为显示器红、绿、蓝三基色色坐标及白场坐标，BL(λ)为显示器背光相对光谱功率分布，BL_all(λ)为1×3N的矩阵，BL_{all_j}(λ_i)为矩阵BL_all(λ)中第j个元素，y(λ)为光谱匹配函数，为1×3N的矩阵，为矩阵中第j个元素，CF_all(λ)为3N×1的矩阵，CF_{all_j}(λ_i)为矩阵CF_all(λ)中第j个元素，i∈[1,N]，

BL_all(λ)＝[BL(λ₁)…BL(λ_N)，BL(λ₁)…BL(λ_N)，BL(λ₁)…BL(λ_N)]，

${\stackrel{\‾}{y}}_{\mathrm{all}}\left(\mathrm{\λ}\right)=[\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)...\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)...\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right),\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)...\stackrel{\‾}{y}\left({\mathrm{\λ}}_N\right)],$

CF_all(λ)＝[CF_r(λ₁),...,CF_r(λ_N),CF_g(λ₁),...,CF_g(λ_N),CF_b(λ₁),...,CF_b(λ_N)]^T

6.根据权利要求5所述的显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，其特征在于，所述等间隔采样的采样间隔为1nm。

7.根据权利要求5或6所述的显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，其特征在于，所述白平衡矫正的具体步骤为：

以显示器白场坐标满足所述显示器标准白场坐标为约束条件，显示器白场流明数Y_w值最大为目标函数，构造白平衡矫正线性规划问题；

求解所述白平衡矫正线性规划问题，得到各基色最大灰阶时液晶层透过率T_r、T_g、T_b。

8.根据权利要求7所述的显示器滤色片透过率谱线分布优化方法，其特征在于，构造所述白平衡矫正线性规划问题如下：

目标函数：

Y_w＝T_rY_r+T_gY_g+T_bY_b

约束条件：

[y_gy_bY_r(x_r-x_w)]T_r+[y_ry_bY_g(x_g-x_w)]T_g+[y_ry_gY_b(x_b-x_w)]T_b＝0

[y_gy_bY_r(y_r-y_w)]T_r+[y_ry_bY_g(y_g-y_w)]T_g+[y_ry_gY_b(y_b-y_w)]T_b＝0

0≤T_r≤1

0≤T_g≤1

0≤T_b≤1

其中，Y_w为白场流明数，T_r、T_g、T_b分别为最大灰阶时红、绿、蓝液晶层透过率，(x_r,y_r)、(x_g,y_g)、(x_b,y_b)、(x_w,y_w)分别为显示器红、绿、蓝三基色色坐标及白场坐标，BL(λ)为显示器背光相对光谱功率分布，

$Y_r=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_r\left({\mathrm{\λ}}_i\right),Y_g=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_g\left({\mathrm{\λ}}_i\right),Y_b=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{BL}\left({\mathrm{\λ}}_i\right){\mathrm{CF}}_b\left({\mathrm{\λ}}_i\right).$