液晶電視LED背光模組及區(qū)域調(diào)光控制技術(shù)淺析

吳 琦

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州215104)

隨著LCD產(chǎn)業(yè)成本的不斷降低，液晶電視作為一種新型的顯示設(shè)備已在逐步取代傳統(tǒng)的CRT屏而成為市場的主流。作為液晶顯示設(shè)備的主體器件，背光模組技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為液晶顯示設(shè)備發(fā)展的重要指標(biāo)而被各大廠商所重視。

與傳統(tǒng)的CRT顯示屏不同，液晶面板本身不發(fā)光，必須為其提供一個平面背光源，才能夠正常顯示畫面，這個平面背光源被稱作背光模組。目前市面上所標(biāo)榜的LED電視，其實并非指整個顯示部分靠 LED陣列來顯示［1］，而是由LED燈取代傳統(tǒng)的CCFL冷陰極燈管作為發(fā)光源的背光模組，確切的說是LED背光液晶電視。

LED背光模組可分為直下式陣列排布和邊發(fā)光式直線排布兩種［2］，邊發(fā)光式主要應(yīng)用于中小尺寸的LCD顯示器件，如筆記本電腦、手機和平板電腦等，主要特點是輕薄，而直下式，因其發(fā)光空間較大的要求，所以一般應(yīng)用在大尺寸的液晶電視面板上面。早期因為成本和厚度的問題，導(dǎo)致LED TV的市場占有率并不高，而近幾年隨著LED成本的降低，LED發(fā)光效率的提高，背光模組機構(gòu)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，厚度由2010年的18 mm以上，到2011年的13 mm，降至2012年的10 mm甚至更薄，使直下式背光模組具有更多的優(yōu)勢，將成為未來的主流。

圖1 直下式LED背光模組厚度呈逐年減小趨勢

1 背光調(diào)光控制技術(shù)

液晶電視最大的耗電部件，也是最主要的部件之一就是背光模組了，如何降低背光模組耗電量，一直是各大模組廠商的攻堅重點;另外液晶電視畫質(zhì)的改善，也是各大面板廠商一直探討的話題，主要內(nèi)容就是靜態(tài)對比度的提高和解決拖影這兩大問題［3］。而解決以上問題的核心，就是LED這種發(fā)光器件，以及一項叫做區(qū)域調(diào)光控制的技術(shù)。

首先來看LED這種發(fā)光器件，與CCFL線光源相比，它是點光源，可以隨意排放成需要的陣列形狀，易于控制，另外發(fā)光效率高、環(huán)保、壽命長久、色域更廣，最主要的，直流低壓啟動和高速響應(yīng)，決定了其在背光模組中的應(yīng)用前景廣闊，可以更好地應(yīng)用在區(qū)域調(diào)光控制系統(tǒng)中。

為什么區(qū)域調(diào)光控制可以改善電視的畫質(zhì)，以及降低功耗呢?下面就來說明一下。

圖2 調(diào)光模式

我們將調(diào)光模式分為4個級別Non－Dimming，0－D Dimming，1－D Dimming和2－D Dimming。

傳統(tǒng)背光，都是整片模組中所有的發(fā)光單元一起亮或者通過手動調(diào)節(jié)亮度分幾級變化［4］，即使在畫面全黑的情況下，背光也是一直亮著的，會有微弱的光漏出來，約有0.5 nits，也就是說面板本身無法完全遮住背光，所以對比度一般只能做到1 000∶1，我們稱之為 Non － Dimming。

0－D Dimming，是根據(jù)畫面的平均亮度，總體調(diào)節(jié)所有發(fā)光單元的亮度，而且所有發(fā)光單元亮度相同。

1－D Dimming是將整個畫面區(qū)域縱向劃分為多個等面積區(qū)域，每個區(qū)域通過獨立計算該區(qū)域內(nèi)的平均亮度進行調(diào)節(jié)控制，也叫按線調(diào)節(jié)。

2－D Dimming技術(shù)，即區(qū)域調(diào)光控制技術(shù)，是將整個畫面劃分成多個區(qū)域，系統(tǒng)根據(jù)每個區(qū)域分布計算平均亮度，再對各個區(qū)域的亮度進行獨立調(diào)節(jié)控制，背光需要與液晶面板顯示信號同步，當(dāng)一個區(qū)域是全白時，這個區(qū)域的LED陣列全部點亮，而一個區(qū)域全黑時，這個區(qū)域下面的LED陣列則全部關(guān)閉，分區(qū)域的進行LED陣列亮度的控制。不該亮的區(qū)域我們讓它關(guān)閉，這樣可以有效地降低功耗，并且提高畫面靜態(tài)對比度達到10 000∶1以上。

從2－D Dimming圖中我們也可以看出，2－D Dimming可以將獨立調(diào)光區(qū)域劃分的更小，區(qū)域越小，對比度越高，從而更好地改善畫質(zhì)，應(yīng)用等量LED燈設(shè)計時候較其他模式的調(diào)光系統(tǒng)更節(jié)能。但同時，成本會更高，對控制IC的能力要求更高，電路部分的耗電也會增加，所以，合理地劃分LED區(qū)域調(diào)光陣列的大小，合理地應(yīng)用IC，對成本，對節(jié)能和提高畫質(zhì)都有很大幫助，更容易提高普及程度。

2 背光區(qū)域控制方案

基于MCU的區(qū)域調(diào)光控制方案是目前市面上應(yīng)用較廣的設(shè)計方案，主要由三個部分組成:FPGA或SOC，MCU以及LED驅(qū)動IC。SOC采集圖像信號并通過SPI接口發(fā)送資料給MCU，MUC進行資料處理后再通過SPI控制一個或者多個LED驅(qū)動單元，框圖如圖3。

圖3 MUC區(qū)域調(diào)光控制系統(tǒng)框圖

3 區(qū)域調(diào)光控制技術(shù)的未來發(fā)展

目前區(qū)域調(diào)光控制技術(shù)還處在起步階段，所以存在著相當(dāng)一部分問題需要解決，如區(qū)域間邊緣亮度差問題，如何確保每個LED陣列發(fā)光強度符合顯示需求的算法，舉例說明，在黑暗的夜空中閃爍的恒星，整體環(huán)境是很暗的，如果背光強度過暗，則恒星的亮度可能就太暗了。又如快速移動的動態(tài)影像，可能會造成畫面閃爍問題。所以單純一種平均灰度算法是不能滿足現(xiàn)有的實際需求的，需要綜合算法，以達到均衡，還值得我們?nèi)ヌ接懞脱芯俊?/p>

［1］張書華.液晶顯示器光源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.現(xiàn)代顯示，1995(1):51 －56，64.

［2］楊清德.LED照明工程與施工［M］.北京:金盾出版社，2009.

［3］劉永智，楊開愚，等.液晶顯示技術(shù)［M］.北京:電子科技出版社，2002.

［4］彭軍.光電器件基礎(chǔ)與應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2009.