CN113539153A - 一种四原色显示屏坏点的修复方法 - Google Patents

Abstract

一种四原色显示屏坏点的修复方法，涉及显示屏坏点的修复。1)设计一种四原色像素排列方案，使每个子像素周围具有一个相同颜色的子像素，以确保子像素出现坏点时，能借用周围相同颜色的子像素完成显示；2)计算人眼在一定距离下对像素点的分辨极限；3)利用光学仿真软件搭建显示阵列以及探测平面，显示阵列模拟带有坏点子像素屏幕的显示效果，探测平面以坏点为中心，设置在显示阵列中坏点的近表面处，沿水平方向和竖直方向移动探测平面，记录覆盖区域内的光通量；4)拟合光学仿真软件中的数据，模拟没有坏点下探测平面移动中光通量的变化，改变坏点周围子像素的光通量权重，实现坏点修复。降低坏点带来的影响，修复方法更加快速便捷。

Description

一种四原色显示屏坏点的修复方法

技术领域

本发明涉及显示屏坏点的修复，尤其是涉及一种四原色显示屏坏点的修复方法。

背景技术

显示技术的发展，从阴极射线管(CRT)开始，经历液晶显示屏(LCD)、有机发光二极管显示屏(OLED)以及正在发展的微型LED(mini/micro-LED)技术路线。宽色域，高亮度，低成本，长寿命等指标，始终是下一代显示技术发展的方向。传统的三原色显示屏对于扩宽色域上有其局限性，而且在显示屏的坏点修复上，特别是涉及色度和亮度补偿方面，现阶段的研究存在不足。

中国专利CN 109494235 A所述坏点修复方法通过添加备用子像素将坏点数据转移至周围子像素或者使用备份子像素替换坏点，但是该方案前种方法没有考虑坏点所在像素的色域补偿，后种方法操作复杂且增加冗余。

中国专利CN 109637386 A、CN 107479220 A等使用物理方法进行修复，前者更换LED屏幕的坏点子像素实现屏幕修复，后者通过修复设备对损坏区域覆盖涂层以降低损坏区的显示效果影响，但是这类物理方法只能针对某一类显示屏的某一个问题进行修复，扩展性不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、快速、低成本的一种四原色显示屏坏点的修复方法。

本发明包括如下步骤：

1)设计一种四原色像素排列方案，使每个子像素周围具有一个相同颜色的子像素，以确保子像素出现坏点时，能借用周围相同颜色的子像素完成显示；

2)根据人眼与显示屏的距离，结合视网膜的分辨极限，计算人眼在一定距离下对像素点的分辨极限；

3)利用光学仿真软件搭建显示阵列以及探测平面，显示阵列模拟带有坏点子像素屏幕的显示效果，设定第m行第n列的坏点为(m,n)，探测平面设在显示阵列中坏点的近表面处，以坏点为中心，沿水平方向和竖直方向移动探测平面，记录覆盖区域内的光通量；

4)拟合光学仿真软件中的数据，模拟没有坏点下探测平面移动中光通量的变化，改变坏点周围子像素的光通量权重，使得探测平面在以坏点为中心进行水平和垂直方向扫描所得光通量接近没有坏点时的光通量，消除显示阵列的亮度不均匀性，实现坏点修复。

在步骤1)中，所述四原色像素排列方案具体为：每个像素包含四个子像素，由红绿蓝青四种颜色组成，子像素以2×2方式排列；所述排列构成两种像素布局，二者形成显示阵列最小的重复单元；所述子像素的形状包括但不限于菱形、长方形、正方形、圆形或椭圆形；所述四原色像素排列方案可应用于OLED、Micro-LED等自发光显示装置。

在步骤2)中，所述视网膜的分辨极限为视角α小于1弧分度，人眼无法分便两个物体；所述计算人眼在一定距离下对像素点的分辨极限，公式如下：

式中，h为分辨间距，d为人眼与显示屏的距离，α为视角。

在步骤3)中，所述利用光学仿真软件搭建显示阵列，设置的参数包括每个子像素的发光波长及半高宽、光源类型、光通量、光线仿真数量、子像素尺寸；

所述模拟带有坏点子像素屏幕的显示效果，分别模拟显示阵列出现红、绿、蓝、青子像素坏点下的显示情况，记录探测平面在以坏点为中心进行水平和竖直方向扫描时光通量随移动距离的变化；

所述探测平面设置在显示阵列的近表面处，探测平面为圆形，探测平面的直径小于等于分辨间距h，探测平面接收并记录其覆盖区域内子像素的光通量；探测平面的尺寸应保证一定距离下在人眼中的成像小于或等于视网膜的艾里斑，使人眼无法分辨探测平面覆盖下的子像素；探测平面设置的参数包括探测平面的直径、与显示阵列的距离；

所述记录覆盖区域内的光通量是通过光线追踪记录探测平面覆盖范围下子像素的光通量。

在步骤4)中，所述实现坏点修复的具体步骤可为：

(1)拟合光学仿真软件中的数据，模拟没有坏点下探测平面移动中光通量的变化，建立非线性多变量规划模型；

(2)在光学仿真软件上模拟显示屏存在坏点情况下，探测平面横向或纵向移动中接收光通量的变化情况，重建光学软件的模拟过程及结果；使用非线性多变量规划模型对坏点周围子像素权重的调整，限制每个子像素权重的取值范围，算法生成最优取值，以使探测平面在以坏点为中心进行水平和垂直方向扫描所得光通量接近没有坏点时的光通量，消除显示阵列的亮度不均匀性，使得修复后探测平面所接收的光通量和无坏点情况下的光通量尽可能接近，实现亮度补偿；

(3)限制每个像素下的四个子像素权重取值范围，使得像素点发出的光在原像素色坐标的麦克亚当椭圆内，保证坏点周围像素没有发生人眼可分辨的色度偏移，实现色度补偿。

与现有技术相比，本发明优点在于：

1)使用红绿蓝青四种子像素，扩大显示色域，呈现更佳的色彩真实度。

2)设计一种新的四原色像素排列，保证每一个子像素周围都有另一个相同颜色的子像素，降低坏点带来的影响。四原色像素排列方案，能够对现有的子像素坏点进行色度补偿和亮度补偿。坏点的修复只需改变周围子像素的亮度权重，使其在探测平面覆盖下的光通量和无坏点情况下的光通量一致，完成亮度补偿，相比物理修复方法，更加快速便捷。

3)使用非线性多变量规划模型，将探测平面覆盖下修改权重后的子像素光通量与没有坏点情况下的光通量作比较，快速匹配坏点周围每个子像素的光通量权重值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种显示阵列四原色子像素排列结构示意图；

图2是观察距离与分辨间距、人眼视角关系；

图3是本发明实施例提供的探测平面收集坏点及其周围光通量的显示阵列示意图；

图4是本发明实施例提供的带有坏点及需要进行子像素权重调整的示意图；

图5是本发明实施例提供的经过修复后红色坏点周围子像素光通量权重系数；

图6是本发明实施例提供的子像素光通量权重调整后的相应像素点色坐标图；

图7是本发明实施例提供的坏点修复前后探测平面接收的光通量与正常显示时的差值；

图8是本发明实施例提供的红色坏点修复前后探测平面横向扫描的光通量变化情况；

图9是本发明实施例提供的红色坏点修复前后探测平面纵向扫描的光通量变化情况。

具体实施方式

下面结合实施例以及附图对本发明的一种四原色显示屏坏点的修复方法作进一步的说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，不具有说明相对重要性或者所述技术特征的数量功能。

图1为本发明提供的一种四原色显示屏的像素排列结构图。第一像素单元1由11绿色子像素、12红色子像素、13蓝色子像素、14青色子像素四种颜色组成。第二像素单元2的内部子像素排列方式为第一像素单元中红色子像素和青色子像素对换，绿色子像素和蓝色子像素对换得到。第一像素单元1和第二像素单元2的周期性排列形成本发明实施例所述显示阵列。

如图2和3所示，本发明的一种四原色显示屏坏点的修复方法，包括如下步骤：

1)在显示阵列近表面处设置探测平面，用于记录其覆盖下子像素的光通量。如图2所示，确定显示阵列与人眼的观察距离d，结合人眼视网膜分辨极限(视角α小于1弧分度时便无法分辨两个物体)，根据下列公式计算探测平面直径h，

当探测平面为h时，探测平面内的子像素在人眼视网膜上形成的艾里斑几乎重合，使人眼无法分辨探测平面内的像素点。

2)利用光学仿真软件搭建显示阵列以及探测平面，如图3所示。所述光学仿真软件是Lambda Research Corporation公司设计的TracePro，在所述软件中模拟像素阵列生成CCT＝6000K,Duv＝0.0001白光时的显示效果，子像素的光源类型选择朗伯体。设定第m行第n列的子像素的坏点为(m,n)，探测平面以坏点为中心，沿水平方向和竖直方向移动，记录其覆盖区域内的光通量Φ₁(x)、Φ₁(y),光通量为四种子像素所对应光通量的和：

φ₁(x,0)＝∑φ_1u(x)(u＝R,G,B,C)

φ₁(0,y)＝∑φ_1v(y)(v＝R,G,B,C)

3)用MATLAB对TracePro探测平面的扫描过程建模，记录显示阵列每个子像素在探测平面上的面积变化情况，再乘以各自对应颜色的光通量转换系数以及光通量权重，将结果与TracePro中出现坏点的扫描结果作对比，并模拟没有坏点时探测平面接收到的光通量Φ_ij：

式中，N_u为红绿蓝青各自对应的光通量转换系数；S_ij为每个子像素点在探测平面的移动过程中的面积变化；M_ij为每个子像素对应的光通量权重，正常显示的子像素权重为1，坏点对应的子像素权重为0。

4)使用非线性多变量规划模型改变坏点周围每个子像素的光通量权重M‘_ij，使探测平面接收的光通量Φ₃尽可能和无坏点时的光通量Φ₂一致，实现亮度补偿。每个像素下子像素的权重选择作为限制条件，保证像素的色坐标在背景光源的三阶麦克亚当椭圆内，避免色度偏差，实现色度补偿。

下面以红色子像素坏点修复作为实例进行说明：

本实例中，选用Lambda Research Corporation公司设计的TracePro搭建显示阵列，红绿蓝青子像素波长分别为638nm、536nm、420nm、497nm，半高宽为15nm。显示阵列的背景光源为CCT＝6000K,Duv＝0.0001的白光，通过颜色混合计算，所需的光通量分别为0.97流明，2.54流明，0.46流明，0.02流明。每个子像素为20μm长的正方形，有效发光面积为17.5×17.5μm²，发光部分周围有7μm高的挡板，反射率为0.94，吸收率为0.05，用于防止子像素间的串扰。在人眼与显示屏的观测距离为20cm的情况下，设置探测平面的直径为60μm，距离显示阵列表面为1μm，所述探测平面涵盖9个子像素。考虑到探测平面只在坏点周围扫描，且坏点只影响局部显示，因此仿真模型设置的子像素数量为28×28，以此提高仿真速度。

坏点的修复过程如下：

1.如图4所示，假定第四行第五列的红色子像素为坏点，其光通量权重为M_(0,0)＝0，其余子像素正常显示，对应的权重为1。探测平面以坏点为中心，做水平和竖直方向扫描，以0.5个子像素(10μm)单位长度作为每次移动距离，记录探测平面在坏点中心上下左右四个方向10个单位长度距离的光通量，得到其在横向和纵向的光通量Φ₁变化情况曲线图。

2.在MATLAB上对探测平面扫描过程进行建模仿真，对探测平面扫描得到的光通量数据进行拟合，计算每种颜色的子像素对总光通量的贡献，以此确定红绿蓝青子像素的光通量转换系数：

N_(R,G,B,C)＝(0.75296 0.40018 1.1072 0.21274)

模拟无坏点时探测平面横向和纵向扫描时光通量Φ₂的变化情况，以此作为补偿的标准。

3.通过非线性多变量规划模型确定坏点周围其他子像素的光通量权重，待调整的权重以坏点周围的3个子像素作为主要标准，使得修正后探测平面记录的光通量Φ₃接近没有坏点时的情况。最终红色坏点周围子像素的权重如图5所示，数字为像素编号,对应于图6色品图上的各个子像素的坐标点，图7为补偿前后探测平面接收光通量与正常显示时光通量的差值。子像素坏点修复前后，探测平面光通量随移动距离的变化如图8和9所示。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种四原色显示屏坏点的修复方法，其特征在于包括如下步骤：

1)设计一种四原色像素排列方案，使每个子像素周围具有一个相同颜色的子像素，以确保子像素出现坏点时，能借用周围相同颜色的子像素完成显示；

2)根据人眼与显示屏的距离，结合视网膜的分辨极限，计算人眼在一定距离下对像素点的分辨极限；

3)利用光学仿真软件搭建显示阵列和探测平面，显示阵列模拟带有坏点子像素屏幕的显示效果，设定第m行第n列的坏点为(m,n)，探测平面以坏点为中心，设置在显示阵列中坏点的近表面处，沿水平方向和竖直方向移动探测平面，记录覆盖区域内的光通量；

4)拟合光学仿真软件中的数据，模拟没有坏点下探测平面移动中光通量的变化，改变坏点周围子像素的光通量权重，实现坏点修复。

2.如权利要求1所述一种四原色显示屏坏点的修复方法，其特征在于在步骤1)中，所述四原色像素排列方案具体为：每个像素包含四个子像素，由红绿蓝青四种颜色组成，子像素以2×2方式排列，每个子像素周围具有一个相同颜色的子像素；所述排列构成两种像素布局，二者形成显示阵列最小的重复单元，所述子像素的形状包括但不限于菱形、长方形、正方形、圆形或椭圆形。

3.如权利要求1所述一种四原色显示屏坏点的修复方法，其特征在于在步骤1)中，所述四原色像素排列方案应用于OLED、Micro-LED等自发光显示装置。

4.如权利要求1所述一种四原色显示屏坏点的修复方法，其特征在于在步骤2)中，所述视网膜的分辨极限为视角α小于1弧分度，人眼无法分便两个物体；所述计算人眼在一定距离下对像素点的分辨极限，公式如下：

式中，h为分辨间距，d为人眼与显示屏的距离，α为视角。

5.如权利要求1所述一种四原色显示屏坏点的修复方法，其特征在于在步骤3)中，所述利用光学仿真软件搭建显示阵列，设置的参数包括每个子像素的发光波长及半高宽、光源类型、光通量、光线仿真数量、子像素尺寸。

6.如权利要求1所述一种四原色显示屏坏点的修复方法，其特征在于在步骤3)中，所述模拟带有坏点子像素屏幕的显示效果，分别模拟显示阵列出现红、绿、蓝、青子像素坏点下的显示情况，记录探测平面在以坏点为中心进行水平和竖直方向扫描时光通量随移动距离的变化。

7.如权利要求1所述一种四原色显示屏坏点的修复方法，其特征在于在步骤3)中，所述探测平面设置在显示阵列的近表面处，探测平面为圆形，探测平面的直径小于等于分辨间距h，探测平面接收并记录其覆盖区域内子像素的光通量；探测平面的尺寸应保证一定距离下在人眼中的成像小于或等于视网膜的艾里斑，使人眼无法分辨探测平面覆盖下的子像素。

8.如权利要求1所述一种四原色显示屏坏点的修复方法，其特征在于在步骤3)中，所述探测平面设置的参数包括探测平面的直径、与显示阵列的距离。

9.如权利要求1所述一种四原色显示屏坏点的修复方法，其特征在于在步骤3)中，所述记录覆盖区域内的光通量是通过光线追踪记录探测平面覆盖范围下子像素的光通量。

10.如权利要求1所述一种四原色显示屏坏点的修复方法，其特征在于在步骤4)中，所述实现坏点修复的具体步骤可为：

(1)拟合光学仿真软件中的数据，模拟没有坏点下探测平面移动中光通量的变化，建立非线性多变量规划模型；

(2)在光学仿真软件上模拟显示屏存在坏点情况下，探测平面横向或纵向移动中接收光通量的变化情况，重建光学软件的模拟过程及结果；使用非线性多变量规划模型对坏点周围子像素权重的调整，限制每个子像素权重的取值范围，算法生成最优取值，以使探测平面在以坏点为中心进行水平和垂直方向扫描所得光通量接近没有坏点时的光通量，消除显示阵列的亮度不均匀性，使得修复后探测平面所接收的光通量和无坏点情况下的光通量尽可能接近，实现亮度补偿；

(3)限制每个像素下的四个子像素权重取值范围，使得像素点发出的光在原像素色坐标的麦克亚当椭圆内，保证坏点周围像素没有发生人眼可分辨的色度偏移，实现色度补偿。

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