高动态范围（HDR）激光显示一方面可以显示接近人眼动态范围的高对比度场景，另一方面可以最大化显示色域，是下一代显示技术的重要发展方向。为了实现高亮度、高效率、低成本的HDR激光显示，提出了一种基于区域调光的HDR激光显示架构，即模块化的激光光源通过光纤阵列的方式拼接出一个阵列照明光场，在图像显示时，每个激光器会根据画面各个区域的亮度来动态控制发光强度，而空间光调制器会根据动态的照明光场和要显示的图像内容进行相应的像素调制。另外，针对激光器波长差异导致的显示色差，提出了一种消除激光色差的区域调光算法，其主要原理是，激光器调制光强输出后，空间光调制器上的每一个像素点均根据该处混合照明光的三基色色坐标计算出对应的调制值，进而实现HDR图像的无色差显示。

Mini-LED背光能够通过精细化的分区实现局域动态调光, 是当前液晶背光技术的研究热点。为揭示Mini-LED背光不同的调光单元形式对背光模组的光学性能和系统架构产生的不同影响, 本文建立了Mini-LED背光模组区域调光单元的3种不同的光学模型, 即直下式调光单元、侧入式调光单元, 以及本文提出的角入式调光单元。通过对不同结构的Mini-LED发光源光学模型进行光学建模和仿真追迹, 对调光单元进行了出光均匀性和光线利用率的对比。结果表明, 角入式调光单元在未添加光学膜片的情况下, 出光均匀性为67.27%且光线利用率为86.67%; 在添加光学膜片的情况下, 出光均匀性为84.70%且光线利用率为92.10%。与传统侧入式调光单元和直下式调光单元相比有不同程度的提升。本文结果对Mini-LED背光单元设计具有重要的理论指导意义和应用价值。

在分析现有算法的优缺点的基础上,尽可能考虑各种类型的图像,基于发光二极管-液晶显示器直下式图像视频显示原理样机,提出了一种可靠有效的基于区域背光亮度提取的数据测量方法,并提出了一种高效实用的基于深度学习的背光亮度提取方法。该方法基于采用多层下采样结构的神经网络,综合提取图像特征,获得最优的背光。实验结果表明,该方法可以提高图像显示质量和扩大图像的动态范围,而网络结构中有无旁路的对比实验结果验证了所提方法的优越性和有效性。

提出了一种新型可调节的自适应区域调光方法。该方法利用已有区域背光算法计算的背光亮度值构造约束条件,在经区域背光算法得出背光后,结合人眼视觉特性对该背光进行不同幅度的增减,利用发光二极管-液晶显示器(LED-LCD)样机选取在显示图像不失真的条件下显示质量最好的背光亮度作为该图像的最佳背光亮度,然后对最佳背光进行像素补偿。实验结果表明所提方法能使显示图像更加接近真实场景感知,在一定程度上提高了图像的对比度等。

为了合理降低液晶显示器的背光功耗, 抑制像素补偿导致的截断噪声, 减少显示图像的颜色和亮度失真, 对基于图像特征的液晶显示器动态调光算法进行研究。首先, 根据液晶显示器特性介绍了区域调光算法处理过程, 分析了截断噪声产生的原因。提出了基于图像局部亮度的液晶显示器动态调光算法, 即基于最大值法得到初始背光值, 根据图像局部区域亮度与初始背光分布图对应区域亮度的相似程度修正初始背光值, 通过模糊-掩模方法模拟背光的混光扩散过程, 结合像素补偿得到调光图像。实验结果表明, 使用基于图像局部亮度的液晶显示器动态调光算法处理后, 背光功耗平均降低约31.54%; 截断噪声平均低至像素总和的1.17%; L*a*b颜色空间峰值信噪比(LabPSNR)平均达到3711dB。应用该算法能够合理降低显示器的背光功耗, 使图像的截断噪声得到显著抑制, 颜色和亮度失真明显改善, 对于各类图像都具有良好的适用性。

为解决液晶显示存在能效和对比度不高问题, 本文结合主流背光结构和区域调光技术优势, 提出了一种侧入式 LED背光区域调光算法, 包括背光调光、亮度分配和像素补偿三个部分。调光算法将输入图像进行分区, 计算每个分区的图像亮度; 亮度分配算法引入资源分配和运输模型建立图像分区亮度到 LED灯串亮度的映射关系。像素补偿算法使用低通滤波器模拟得到 LED发出的光经导光板、扩散膜后的扩散效果, 据此调整液晶像素亮度。并对该算法进行了大量的仿真实验, 开发了原理性样机。对 30幅典型图像实际测试表明, 平均节能率为 20.57%, 平均结构相似性性能参数为 0.985。本文提出的侧入式区域调光算法既能保持背光结构轻薄, 同时具有较好的节能和显示效果。

各个电视、液晶厂商都投入极大的物力、人力、财力加大研发力量去降低功耗, 从技术发展趋势上来说, 如何降低背光的功耗最受到关注。节能及画质提升技术一直是彩电行业不断追求创新的领域, 随着液晶电视的普及, 区域调光技术成为集节能与画质提升于一身的最佳技术之一。

为了提高无汞平面光源(FFL)的发光效率和避免放电收缩，设计并制作了一种新型的具有弧形电极结构的无汞平面光源，该结构光源在单极性脉冲作用下具有高亮度、高发光效率以及高工作余度等特性；另外，设计了一种可实现区域调光的电极结构，基于该结构光源，提出了一种调光方法及调光电路；最后，完成了基于81 cm (32 in)无汞平面光源的模型验证。实验结果表明：所设计的平面光源可采用脉冲密度调制或者脉冲频率调制的调光方法来实现亮度的行列可调，在最大亮度时，其功耗为256 W；而当其亮度降低至400 cd/m2时，其功耗降低至15 W，此时FFL有最高发光效率为29 lm/W。采用区域调光方法可以在获得100%～6%宽范围亮度调节的同时，有效降低FFL背光源的功耗。

提出了一种基于积累分布函数(CDF)阈值的动态背光液晶电视背光信号提取算法，可动态控制液晶电视背光亮度以达到降低功耗、提升对比度的目的。该算法亦能通过调节CDF阈值有效控制显示图像失真率，可有效提升液晶电视画面质量。对提出的算法硬件电路进行了设计，进一步证明了该算法的可实现性。