照明體及顯示器背光光譜功率分布的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光譜功率分布設(shè)計領(lǐng)域，具體設(shè)及一種照明體及顯示器背光光源光譜 分布的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著城市發(fā)展，常規(guī)化石能源日趨緊張，石油、煤等常規(guī)能源價格不斷攀 升，特別國際油價更達到歷史高位，造成了能源供應(yīng)的形勢愈加嚴(yán)峻。能源的可持續(xù)開發(fā)和 利用越來越受到人類的重視。照明是人類消耗能源的主要領(lǐng)域之一，如何在照明領(lǐng)域內(nèi)實 現(xiàn)節(jié)能對能源的可持續(xù)利用有著極其重要的意義。為了緩解不斷加劇的能源危機，國際上 在20世紀(jì)90年代初提出了 "綠色照明概念"，我國也在1996年開始實施推廣"綠色照明工 程"。實現(xiàn)該一計劃的重要步驟就是要發(fā)展和推廣高效、節(jié)能照明器具。節(jié)約照明用電，減 少環(huán)境及光污染，建立一個優(yōu)質(zhì)高效、經(jīng)濟舒適、安全可靠、有益環(huán)境的照明系統(tǒng)。綠色照明 設(shè)計的內(nèi)容是：照明節(jié)能、采光節(jié)能、污染防止、安全舒適照明和管理節(jié)能。其具體的措施包 括；（1)確定合理的照度標(biāo)準(zhǔn)；（2)通過高效光源、燈具及可靠附件的選用和合理布局提高 照明效率；(3)充分利用天然采光及照明智能管理減少用電量；(4)防止污染，提高設(shè)施維 護率。通常而言，光源選擇首先考慮的是光源的光效。高光效意味著在同等光亮的輸出前 提下耗能少，在節(jié)約能源、減少電力成本方面有著重大意義。
[0003] 高光效的光源對于顯示器而言同樣意義重大。通常情況下一般液晶顯示器（LCD) 背光源的功耗占整個液晶模組功耗的絕大部分，因此背光源功耗的降低對整個液晶模組功 耗的降低至關(guān)重要。在便攜設(shè)備上采用光效更高的LCD在同等電池容量條件下將提升設(shè)備 的續(xù)航能力。然而與照明有所區(qū)別的是，對于顯示器，提升光效的同時必須同時兼顧顯示器 的色域范圍，否則顯示器的成像質(zhì)量會因為色彩飽和度的下降受到影響，同樣不利于顯示 最終的品質(zhì)提升。
[0004] 現(xiàn)有方案通過小范圍調(diào)整光源的光譜峰值及半波寬度等方法對光效進行優(yōu)化，由 于顯示器件設(shè)及至少=種基色，通過單一改變白光的方法并不適用顯示器的背光調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，為了解決照明體光源光效低所帶來的能量消耗大和電力成本高的問 題，本發(fā)明提供了一種照明體的光譜功率分布優(yōu)化方法，達到提高光源光效的效果。
[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供的照明體光譜功率分布的優(yōu)化方法，包括步驟：
[0007] 根據(jù)照明體的色溫計算出相對應(yīng)的1931CIE-XYZ計色系統(tǒng)下的色坐標(biāo)（X。，y。）；
[000引 W照明體色坐標(biāo)固定為約束條件W及所述照明體光效n最大為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)造 等價的非線性規(guī)劃問題；
[0009] 求解所述非線性規(guī)劃問題，并對求解所得到的值進行歸一化處理得到光譜功率分 布的最優(yōu)解。
[0010] 為了綜合考慮實際限制條件，如每一波長的能量分布為非負(fù)數(shù)W及照明體色坐標(biāo) 與光譜S刺激值氣1)、v(A)、-=(1)之間的關(guān)系，所述構(gòu)造等價的非線性規(guī)劃問題的具體步 驟為：
[0011] 利用標(biāo)準(zhǔn)觀察者光譜S刺激值巧1)、巧1)、-^1)得出1931CIE-XYZ計色系統(tǒng)下照 明體光效n的積分表達式；
[0012] 經(jīng)過等間隔采樣并離散化將所述照明體光效n的積分表達式中積分運算轉(zhuǎn)換為 累加運算得到照明體光效n的離散表達式；
[0013] 構(gòu)造的非線性規(guī)劃問題如下：
[0014] 目標(biāo)函數(shù)：
【主權(quán)項】
1. 一種照明體光譜功率分布的優(yōu)化方法，其特征在于，包括步驟： 根據(jù)照明體的色溫確定相對應(yīng)的1931CIE-XYZ計色系統(tǒng)下的色坐標(biāo)（U。）； 以照明體色坐標(biāo)（X()，y。）固定為約束條件以及所述照明體光效η最大為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu) 造等價的非線性規(guī)劃問題； 求解所述非線性規(guī)劃問題，并對求解所得到的值進行歸一化處理得到光譜功率分布的 最優(yōu)解。
2. 如權(quán)利要求1所述的照明體光譜功率分布的優(yōu)化方法，其特征在于，所述構(gòu)造等價 的非線性規(guī)劃問題的具體步驟為： 利用標(biāo)準(zhǔn)觀察者光譜三刺激值f(A)、f(l)、導(dǎo)出1931CIE-XYZ計色系統(tǒng)下照明體 光效rI的積分表達式； 經(jīng)過等間隔采樣并離散化將所述照明體光效η的積分表達式中積分運算轉(zhuǎn)換為累加 運算得到照明體光效η的離散表達式； 構(gòu)造的非線性規(guī)劃問題如下： 目標(biāo)函數(shù)：
約束條件：
其中，叼幻=1(/:) +歹(幻+ 7(幻，系數(shù)1^為6831111/1，人為波長，0(\)為照明體歸一化 后的相對光譜分布。
3. 如權(quán)利要求2所述的照明體光譜功率分布的優(yōu)化方法，其特征在于，所述等間隔采 樣的采樣間隔為lnm。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的照明體光譜功率分布的優(yōu)化方法，其特征在于，求解所述非 線性規(guī)劃問題的步驟為：將原始照明體光譜分布作為初值帶入計算，經(jīng)過迭代計算得出最 優(yōu)解。
5. 如權(quán)利要求2或3所述的照明體光譜功率分布的優(yōu)化方法，其特征在于，求解所述非 線性規(guī)劃問題的步驟為：選取色坐標(biāo)近似的照明體的光譜分布作為初值帶入計算得到第一 次優(yōu)化后的光譜分布，再將該優(yōu)化后的光譜分布作為初值按照第一次優(yōu)化步驟帶入計算得 到第二次優(yōu)化的最優(yōu)解。
6. -種顯示器背光光譜功率分布的優(yōu)化方法，其特征在于，包括步驟： 按照色域標(biāo)準(zhǔn)確定顯示器各個基色的標(biāo)準(zhǔn)色坐標(biāo)和白場的標(biāo)準(zhǔn)色坐標(biāo)； 以某一基色的標(biāo)準(zhǔn)色坐標(biāo)（xp，yp)固定為約束條件以及所述基色光效最大為目標(biāo)函 數(shù)，構(gòu)造等價的非線性規(guī)劃問題，求解所述非線性規(guī)劃問題，并對求解所得到的值進行歸一 化處理得到所述某一基色的光效最優(yōu)光譜分布，按照該方法對所有基色進行處理分別得到 各個基色的光效最優(yōu)光譜分布； 通過構(gòu)造線性規(guī)劃問題計算各個基色的光譜相對強度，并計算出各個基色強度增益系 數(shù)V 按照所述各個基色強度增益系數(shù)np將所有基色的優(yōu)化光譜合成顯示器背光光譜得到 最終優(yōu)化的背光光譜BL( λ)。
7. 如權(quán)利要求6所述的顯示器背光光譜功率分布的優(yōu)化方法，其特征在于，所述構(gòu)造 等價的非線性規(guī)劃問題的具體步驟為： 利用標(biāo)準(zhǔn)觀察者光譜三刺激值:.「(Α)、.「(Α)、-?)得出1931CIE-XYZ計色系統(tǒng)下基色光 效1Ip的積分表達式； 經(jīng)過等間隔采樣并離散化將所述基色光效ηρ的積分表達式中積分運算轉(zhuǎn)換為累加運 算得到該基色光效η 5的離散表達式； 構(gòu)造的非線性規(guī)劃問題如下： 目標(biāo)函數(shù)：
約束條件：
Φρ(λ)彡 〇,（380nm 彡 λ 彡 780nm) 其中，訶/〇 =瑪/L) + y(/〇 + r(/L),系數(shù)k為6831m/W，Φρ( λ )為第ρ種基色歸一化后的 相對光譜分布，（xp，yp)為第P種基色的標(biāo)準(zhǔn)色坐標(biāo)。
8. 如權(quán)利要求7所述的顯示器背光光譜功率分布的優(yōu)化方法，其特征在于，所述等間 隔采樣的采樣間隔為lnm。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的顯示器背光光譜功率分布的優(yōu)化方法，其特征在于，所述線 性規(guī)劃問題如下： 目標(biāo)函數(shù)：
ΥΛ白場流明數(shù)，m為顯示器的基色種數(shù)，η p為第P種基色強度增益系數(shù)，Y p為第P種 基色單獨發(fā)光時的最大流明數(shù)，為光譜匹配函數(shù)，λ為波長，（Xw，yw)為白場色坐標(biāo)， φρ1( λ)為第P種基色的優(yōu)化光譜分布，（xp, yp)為第P種基色的標(biāo)準(zhǔn)色坐標(biāo)。
10.如權(quán)利要求9所述的顯示器背光光譜功率分布的優(yōu)化方法，其特征在于，所述最終 優(yōu)化的背光光譜BLU )公式如下：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種照明體光譜功率分布的優(yōu)化方法，基于1931 CIE-XYZ計色系統(tǒng)下色坐標(biāo)計算的數(shù)學(xué)模型，以照明體的色坐標(biāo)恒定為約束條件，以照明體的光效最大化為優(yōu)化目標(biāo)，綜合上述條件構(gòu)造合適的非線性規(guī)劃問題，再利用Matlab等的非線性規(guī)劃函數(shù)求解問題，最終得到某確定色坐標(biāo)下光效最大時的光譜功率分布。另外針對顯示器背光，本發(fā)明也公開了一種顯示器背光光譜功率分布的優(yōu)化方法，以滿足已有顯示器色域標(biāo)準(zhǔn)為前提，除了逐個優(yōu)化各個基色的光譜分布外，還優(yōu)化了各個基色之間光譜的相對強度，以該相對強度合成顯示器背光可以實現(xiàn)白場光效最大化。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104537217
【申請?zhí)枴緾N201410787406
【發(fā)明人】曹建偉, 王堅, 李曉華, 董玉珍, 黃順明
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月17日