Local dimming原理及在車(chē)載中的應(yīng)用

周琨

摘 要：Local dimming（局部調(diào)光）是一種低成本提升車(chē)載顯示器對(duì)比度和清晰度的技術(shù)。在目前OLED技術(shù)尚無(wú)法突破嚴(yán)苛的汽車(chē)環(huán)境要求的狀況下，局部調(diào)光是一種首選的成本和性能兼顧的技術(shù)。在滿(mǎn)足汽車(chē)環(huán)境要求的同時(shí)，大幅提升了顯示器的清晰度，提高了顯示內(nèi)容的辨識(shí)度，同時(shí)成本的上升也在合理范圍內(nèi)。它能給客戶(hù)帶來(lái)更好的體驗(yàn)，使駕駛更為安全。本文對(duì)它的工作原理以及如何應(yīng)用進(jìn)行了闡述，給讀者提供了一種思路和方法來(lái)提升車(chē)載顯示器的對(duì)比度。

關(guān)鍵詞：Local dimming原理 Local dimming應(yīng)用 車(chē)載顯示器

1 引言

在當(dāng)今以?shī)蕵?lè)和信息為中心的世界里，在選擇車(chē)輛時(shí)，顯示屏在客戶(hù)心目中扮演著非常重要的角色。因此，汽車(chē)顯示器已集成在儀表盤(pán)、中央信息顯示器、平視顯示器、后視鏡、后座娛樂(lè)顯示器等應(yīng)用中，每輛車(chē)最多達(dá)到12個(gè)顯示器。人們還希望在車(chē)內(nèi)享受到和家庭娛樂(lè)系統(tǒng)、手機(jī)、平板電腦同等的優(yōu)質(zhì)視覺(jué)體驗(yàn)。因此，需要更大、更高分辨率和更清晰的顯示器。目前有許多類(lèi)型的顯示技術(shù)，包括薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）、OLED和MicroLED技術(shù)。TFT LCD技術(shù)以合理的成本提供了明亮可靠的顯示器，這也是到目前為止汽車(chē)中最常用的顯示器。

與消費(fèi)類(lèi)顯示器相比，汽車(chē)顯示器需滿(mǎn)足更多要求。必須足夠堅(jiān)固不僅能承受惡劣的汽車(chē)環(huán)境（冷/熱沖擊、負(fù)載跳變、啟動(dòng)/停止），但也包含額外的滿(mǎn)足ASIL（汽車(chē)安全完整性等級(jí)）要求的診斷安全標(biāo)準(zhǔn)，具有低電磁干擾（EMI），并且足夠小，可以安裝在有限的狹小空間內(nèi)。此外，由于車(chē)輛是在戶(hù)外使用，強(qiáng)烈的環(huán)境光，使得對(duì)顯示器的亮度和對(duì)比度有著較高的要求。Local dimming（局部調(diào)光） 技術(shù)為用戶(hù)提供更清晰和高對(duì)比度的畫(huà)面。

2 Local Dimming原理簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)的TFT LCD的背光照明，采取邊緣照明的方式，即照明LED裝在屏幕的一側(cè)，通過(guò)導(dǎo)光板將光線(xiàn)均勻分布到整個(gè)屏幕。這樣做的缺點(diǎn)是整個(gè)屏幕的光線(xiàn)只能統(tǒng)一調(diào)整（不同區(qū)域的背光亮度一樣）。當(dāng)屏幕中某個(gè)區(qū)域需要顯示純黑時(shí)，由于受背光的影響，實(shí)際顯示為深灰色，而不是真正的黑色，從而造成對(duì)比度不高，顯示不夠清晰。如圖一所示。

Local Dimming技術(shù)可以較好地解決這個(gè)缺陷。它采用全陣列LED照明方式（如圖二所示），LED沿面板表面均勻分布，每個(gè)LED或由幾個(gè)LED組成的小區(qū)域可以單獨(dú)控制，從全亮度到全暗。通過(guò)局部調(diào)光，可以獲得更深的黑色和更令人印象深刻的對(duì)比度。如圖2所示。

2.1 Local Dimming原理及實(shí)現(xiàn)方法

如圖4所示，System Board將視頻信號(hào)送給TCON（Timing Controller），TCON根據(jù)視頻信號(hào)，提取出各區(qū)域畫(huà)面的亮度信息，并轉(zhuǎn)換為各區(qū)域的背光控制信號(hào)，以SPI的方式，送給LED Driver。從而實(shí)現(xiàn)，根據(jù)顯示的內(nèi)容，實(shí)時(shí)的調(diào)整各區(qū)域的背光亮度，從實(shí)現(xiàn)真黑和高對(duì)比度。

2.2 Local Dimming TCON 算法說(shuō)明

通過(guò)分析目標(biāo)圖像的特征（例如每個(gè)背光片段的局部直方圖和平均像素強(qiáng)度），得到每幀圖片相對(duì)應(yīng)的，各區(qū)域的明暗圖。圖片傳送到LCD顯示的同時(shí)，背光控制信號(hào)同步控制各區(qū)域的背光亮度。即畫(huà)面較暗區(qū)域的背光亮度會(huì)下降（全黑畫(huà)面的區(qū)域，背光照明會(huì)被關(guān)閉），畫(huà)面較亮區(qū)域的背光亮度會(huì)得到提升。圖5為顯示的畫(huà)面，圖6為分析后，各區(qū)域的背光亮度信息。

3 Local Dimming在車(chē)載中的應(yīng)用舉例說(shuō)明

如圖7所示：Local Dimmig的功能由HX8880（TCON）+TLC6C5748（LED Driver）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

HX8880 的功能BLOCK如圖8所示，視頻信號(hào)接口為DP（Display Port），LED驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)SPI口輸出。

電源的控制時(shí)序如圖9所示：

輸入的視頻信號(hào)需滿(mǎn)足以下表1、圖10要求：

視頻信號(hào)進(jìn)入TCON后，TCON會(huì)對(duì)每一幀信號(hào)進(jìn)行分析，得出各區(qū)域的亮度控制數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的序號(hào)按以下圖11方式命名。

HX8880 Local Dimming支持最大2500個(gè)區(qū)域的劃分，水平4～120列，垂直4～120行。TLC6C5748（LED Driver）接收到來(lái)自TCON的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)后，按照數(shù)據(jù)控制各區(qū)域的背光亮度。

TLC6C5748及其周邊的構(gòu)成如圖12所示。

TLC6C5748 具有48個(gè)控制通道，可以分別控制48個(gè)區(qū)域的LED，如果需要將背光劃分更多的區(qū)域，則可以通過(guò)增加TLC6C5748的顆數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)上述的說(shuō)明，相信大家對(duì)Local Dimming的原理及使用方法有了一定的認(rèn)識(shí)。Local Dimming的應(yīng)用可以在合理的成本前提下，讓用戶(hù)獲得更清晰的畫(huà)面，更好的視覺(jué)體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Implementing Automotive Displays with SerDesDaisy Chaining & Local Dimming Backlight Architecture–REVISED 2022.

[2]Automotive 144-Zone Local Dimming Backlight Reference Design–REVISED OCTOBER 2018.