液晶電視動態(tài)調(diào)光技術應用與研究

冠捷顯示科技（廈門）有限公司 周江潮

液晶電視動態(tài)調(diào)光技術應用與研究

冠捷顯示科技（廈門）有限公司 周江潮

傳統(tǒng)液晶電視工作時處于恒定顯示狀態(tài)，即使顯示全黑色圖像背光源也處于最亮狀態(tài)，造成了能源的極大浪費。動態(tài)調(diào)光技術可以根據(jù)液晶電視的顯示內(nèi)容實時地調(diào)整背光源亮度，補償液晶像素亮暗需求，降低整機功耗的同時能夠提高顯示對比度。本文詳細地分析了液晶電視全局動態(tài)調(diào)光技術和區(qū)域動態(tài)調(diào)光技術的原理及應用現(xiàn)狀，為改進動態(tài)調(diào)光作出參考。

液晶電視；全局動態(tài)調(diào)光；區(qū)域動態(tài)調(diào)光；背光源

1.引言

液晶是一種介于液體和晶體之間的特殊物態(tài)，具有較強的廣電特性，可以根據(jù)液晶分子所處的電場強度控制液晶分子的折射率，旋轉光線傳播方向就可以渲染一幅幅圖像，同時可以利用三原色過濾色膜，實現(xiàn)一個液晶顯示彩色圖像的功能[1]。液晶電視主要由兩個部分組成，分別是液晶面板（LCD Panel）和LED背光源模塊（LED Backlight），LED背光源模塊可以為液晶電視提供顯示光源，同時可以控制液晶面板的顏色和光強度。LED背光源作為重要的顯示模塊，可以采用動態(tài)調(diào)光技術，有效提升電視圖像畫質(zhì)、降低功耗[2]。

圖1 液晶電視組成結構

液晶電視采用了非線性液晶材料，全黑圖像不能完全隔離背光源發(fā)射的光線，因此電視圖像全黑時產(chǎn)生漏光現(xiàn)象，降低了液晶顯示器對比度。利用動態(tài)調(diào)光技術，可以根據(jù)像素亮暗調(diào)整背光亮度，補償像素亮度，減少漏光現(xiàn)象的發(fā)生，并且保持液晶屏幕前的亮度不變，明顯提升對比度[3]。傳統(tǒng)的液晶電視背光源亮度通常設置在恒定不變的狀態(tài)，無法根據(jù)渲染畫面的變化自適應改變，因此背光源總是處于一個最大亮度狀態(tài)，另外，液晶電視已經(jīng)從傳統(tǒng)的23英寸、32英寸向50英寸、65英寸轉變，液晶電視的功耗也從60W逐漸提升到350W，大尺寸液晶電視消耗的能源更多，采用動態(tài)調(diào)光技術可以在提高電視畫質(zhì)的同時降低20%——50%的功耗，能夠更好地節(jié)約能源，提高人們的經(jīng)濟效益。液晶電視動態(tài)調(diào)光根據(jù)背光源結構進行劃分，一種是側入式背光結構的全局動態(tài)調(diào)光技術，另外一種是直下式背光結構的區(qū)域動態(tài)調(diào)光技術，經(jīng)過多年的研究和應用，兩種動態(tài)調(diào)光技術已經(jīng)得到了較好的改進。

2.液晶電視全局動態(tài)調(diào)光技術

全局動態(tài)調(diào)光技術又被稱為0D Dimming，其采用全局性的動態(tài)調(diào)光算法，可以提升液晶電視的對比度，降低20%的整機功耗。全局動態(tài)調(diào)光技術在執(zhí)行過程中需要全面地統(tǒng)計輸入圖像信息，并且可以計算出液晶電視圖像整體亮度水平的背光亮度值，針對像素進行補償時需要充分考慮溢出現(xiàn)象，并且能夠保留圖像細節(jié)。全局調(diào)光技術可以控制整體背光源亮度，分析液晶電視視頻圖像，計算背光亮度值，補償液晶圖像像素，然后將這兩個過程疊加在一起，整合效果就是液晶電視顯示的圖像。

全局動態(tài)調(diào)光技術已經(jīng)得到了廣泛應用和改進，提出了側出式發(fā)光二極管背光全局動態(tài)調(diào)整算法、基于圖像分類的全局動態(tài)調(diào)光算法、基于最大值法的全局動態(tài)調(diào)光算法。圖像分類可以采用先進的K均值算法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機等機器學習技術自動化地將液晶電視圖像進行分類，自適應地計算液晶電視圖像亮度，根據(jù)實際需求調(diào)整背光源亮度。京東方科技集團與中國科技大學、合肥工業(yè)大學聯(lián)合研發(fā)了一款65英寸的全局動態(tài)調(diào)光技術液晶電視機；海信公司也研發(fā)和生產(chǎn)了一款ULED液晶電視，能夠使電視機的對比度達到800萬：1，與普通的4K液晶電視相比，圖像質(zhì)量提高了3個數(shù)量級，能夠表現(xiàn)更加炫麗的細節(jié)內(nèi)容。夏普公司為了適應現(xiàn)代高清液晶電視娛樂性、沉浸感，與浙江大學聯(lián)合提出了一種基于圖像CDF閾值的液晶電視動態(tài)調(diào)整算法，并且引入FPGA技術開發(fā)了一個產(chǎn)品模型，將軟件算法集成到硬件內(nèi)，形成了一個動態(tài)調(diào)光固件，并采用了流水線式產(chǎn)品生產(chǎn)方式，提高了產(chǎn)品研發(fā)、制造和生產(chǎn)效率。

3.液晶電視區(qū)域動態(tài)調(diào)光技術

液晶電視區(qū)域動態(tài)調(diào)光技術主要包括兩個，分別是1D調(diào)光和2D調(diào)光。1D調(diào)光的背光源結構是許多邏輯獨立控制的分區(qū)，這些分區(qū)位于水平方向或垂直方向，每一個區(qū)域都關聯(lián)著一顆LED或最小的控制燈組。背光源可以根據(jù)液晶電視水平或垂直方向上的分區(qū)圖像計算某些區(qū)域的背光源亮度，因此1D調(diào)光特別適用于水平、垂直方向存在層次差別的液晶電視圖像，由于1D調(diào)光受限于背光源結構，因此液晶電視對比度提升效果較弱，節(jié)能效果也不明顯。2D調(diào)光技術可以將液晶電視視頻圖像按照X方向和Y方向劃分為若干個區(qū)域，每一個區(qū)域都關聯(lián)著一顆或多顆LED等，每一個分區(qū)的液晶電視背光亮度取決于其關聯(lián)區(qū)域圖像的信息，分區(qū)和分區(qū)之間的LED等是邏輯獨立的，與0D調(diào)光和1D調(diào)光技術相比，2D調(diào)光技術具有更高的節(jié)能效果，也可以最大程度上提高液晶電視的對比度?；趨^(qū)域動態(tài)調(diào)光技術的液晶電視也得到了廣泛研發(fā)，東芝公司研發(fā)了一款液晶電視，其采用點陣式背光LED，能夠?qū)?072個直下式LED背光燈劃分為512個邏輯獨立和單獨控制的區(qū)域，促使液晶電視的背光照明更加精準，避免液晶電視背光亮度不均勻和漏光現(xiàn)象，并且能夠最大程度上提升液晶電視的對比度。三星公司采用LED智能光源技術研發(fā)了一款全高清液晶電視，其可以從電路上將液晶電視屏幕劃分為192個邏輯獨立區(qū)域，根據(jù)電視的輸入圖像信號，單獨調(diào)節(jié)每一個區(qū)域的背光亮度，顯著提高液晶電視畫面對比度和色彩表現(xiàn)力。北京大學與TCL集團聯(lián)合研發(fā)了一種基于復雜背景的動態(tài)調(diào)光液晶電視，引入了先進的自然光識別、人臉識別、膚色識別等技術，可以將復雜的視頻圖像進行層次劃分，這樣就可以更好地滿足動態(tài)調(diào)光需求，提高動態(tài)調(diào)光在液晶電視中的應用效果。

4.結束語

動態(tài)調(diào)光利用機器學習、模式識別等技術自適應計算和發(fā)現(xiàn)背光亮度信息，根據(jù)液晶電視的視頻圖像內(nèi)容動態(tài)地改變背光源亮度，能夠最大程度上節(jié)約能源消耗，并且可以提高液晶電視對比度，渲染更加真實、細膩的圖像，滿足人們對高清晰、大尺寸液晶電視的觀感需求。國內(nèi)外許多液晶電視廠家、科研院所等針對動態(tài)調(diào)光進行研究和改進，建立了基于機器學習的、模式識別的動態(tài)調(diào)光算法，能夠?qū)碗s的液晶電視圖像劃分為多個層次和邏輯獨立區(qū)域，更加精準地實現(xiàn)動態(tài)調(diào)光。

[1]姚健平,楊梅慧.電流調(diào)光模式對LED液晶模組光學性能的影響[J].電視技術,2015,39(13):103-106.

[2]劉芬,張磊,韓東,等.液晶顯示全局動態(tài)調(diào)光算法的高效實現(xiàn)方法研究[J].液晶與顯示,2014,29(1):28-33.

[3]楊雷,李純懷,陳宥燁,等.基于平均值法的LED背光源動態(tài)調(diào)光二次修正算法[J].液晶與顯示,2014,29(1):101-105.