CN101426313A - Led背光源驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED背光源驱动方法，包括以下步骤：将LED亮度划分成多个区间；每个区间选定一个LED驱动电流，其中，低亮度区间采用较小LED驱动电流，高亮度区间采用较大LED驱动电流；对每帧图像，首先分析图像信号，确定LED亮度区间，然后确定LED驱动电流。本发明提供的LED背光源驱动方法，对不同LED亮度区间采用不同的LED驱动电流，结合PWM调光与模拟调光，在LED背光源动态背光调整技术的基础上，进一步降低整体功耗。

Description

LED背光源驱动方法
技术领域
本发明涉及一种背光源驱动方法，特别是涉及一种LED背光源驱动方法。
背景技术
液晶显示设备已经成为主流显示设备，液晶电视发展突飞猛进，液晶显示器也有较大发展。由于液晶面板本身并不发光，需要背光源提供光源方能达到显示效果。目前主流大型背光源为CCFL背光源，但CCFL超细灯管的机械强度不足，在大屏幕电视整机中问题很突出，而且三基色荧光粉配合彩膜色彩表现能力欠佳，此外CCFL灯管中含有汞蒸汽也不符合环保的要求。
与CCFL背光源相比，LED背光源具有很多优点，不含有毒物质汞、具有极佳的色域显示、有很好的机械震动稳定性、有比CCFL更长的寿命、控制电路简单、驱动电压低、纳秒级的开关时间等。LED器件的瞬时开关特性使得对背光源进行动态控制成为可能，LED器件点光源的特点还使区域亮度控制成为可能。背光区域动态控制技术采用动态图像捕获技术根据画面灰度分布动态控制区域LED光源的发光强度，并改变前面相应液晶面板的图像信号与之配合，形成高画质图像显示。其动态对比度可以高达几万比一，满足高动态范围(High Dynamic Range，HDR)影像显示的需求。高动态显示LED背光源技术还可有效降低功耗，从而减小对散热的要求，降低成本。
背光源用LED驱动方式有很多，包括恒流驱动，恒压驱动等。比较好的是恒流驱动，所谓恒流驱动，其实是一个稳定的闭环反馈系统。其中反馈部分的输入端是由一个电阻来采样流经LED的电流后得到的压降，这个压降和内部标准电压进行比较进行反馈的。如图所示1，Rs为采样电阻，通过改变Rs电阻的大小可以改变和内部标准电压Vref的关系，从而改变的恒流驱动电流的大小。
对于动态背光来说，需要动态的调节LED的亮度，亮度调节的驱动方式很多，主要有下列两种：
1)通过PWM信号控制，这种方法通过调整驱动器的导通时间控制LED的输出亮度，PWM驱动信号波形图如图2所示，其中T为一个完整的LED亮暗周期时间，τ为其中LED亮所占时间间隔。
2)模拟调光，改变的是LED驱动器的模拟输出电流，通过电流的大小和亮度的关系来控制LED亮度。
其中，PWM调光(Pulse Width Modulation)是调节LED亮度的理想方式，这样的方式，一方面可以保证LED的恒流驱动，从而使得电流变化造成的LED发射光波长尽量小的变化。另一方面，这种方式通过调节亮暗占空比来调节亮度，亮度和占空比成线性关系，即占空比近似等效于显示器亮度比，即100％占空比对应最大亮度，比较容易控制。实际中PWM输入有多种方式，包括直接输入，采用IIC/SPI等总线控制内部存储器进而间接控制，文中例子为直接输入方式，PWM信号恒流驱动直接输入方式的原理见图3，其中PWM-IN为pwm控制输入端(可以有多种控制总线)，CTRL为电流大小控制端，FDBK为电压采样管脚，SW为控制输出管脚。
而模拟调光，由于不是恒定电流驱动，LED出射波长随电流大小变化，当驱动电流较大和较小时，LED出射波长产生较大变化从而导致画面色彩的漂移。但是模拟调光可能的优点之一就是可以降低功耗。当LED以小电流驱动时，有较高的发光效率，图4是LED发光强度与前置驱动电流关系曲线图，从图4可以看出，10mA前置电流驱动时的发光效率是20mA前置电流驱动时的约1.3倍。通常LED额定驱动电流为20mA，以额定电流的一半10mA驱动时我们发现白光LED色坐标的变化不是很明显，在人眼接受的范围内。降低LED驱动电流可以降低整体功耗，但是因为图像亮度有一定的要求，单纯的降低电流而提高效率会造成亮度的下降，因此需要综合考虑亮度和效率之间的关系。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种LED背光源驱动方法，可以降低整体功耗。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种LED背光源驱动方法，包括以下步骤：将LED亮度划分成多个区间；每个区间选定一个LED驱动电流，其中，低亮度区间采用较小LED驱动电流，高亮度区间采用较大LED驱动电流；对每帧图像，首先分析图像信号，确定LED亮度区间，然后确定LED驱动电流。
上述LED背光源驱动方法中，每个LED亮度区间内采用PWM控制占空比。
上述LED背光源驱动方法中，每个LED亮度区间所选定的LED驱动电流通过DAC芯片控制获得。
上述LED背光源驱动方法中，所述多个区间为3个。
上述LED背光源驱动方法中，所述所述较大LED驱动电流为LED额定驱动电流，所述较小LED驱动电流为LED额定驱动电流的一半。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的LED背光源驱动方法，对不同LED亮度区间采用不同的LED驱动电流，结合PWM调光与模拟调光，可以在LED背光源动态背光调整技术的基础上，进一步降低整体功耗。
附图说明
图1是现有恒流驱动的简单原理示意图。
图2是PWM信号波形图。
图3是LED恒流驱动器件原理图。
图4是LED发光强度与前置驱动电流关系曲线图。
图5是本发明LED背光源驱动算法框图。
图6是4bit开关树型DAC的简单原理示意图。
图7是本发明使用的恒流驱动示意图。
图8是实现本发明的一种系统结构框架图。
具体实施方式
下面结合附图及典型实施例对本发明作进一步说明。
本发明提出一种结合PWM调光与模拟调光新的LED动态驱动方案，可以在LED背光源动态背光调整技术的基础上，进一步降低整体功耗，包括以下步骤：将LED亮度划分成多个区间；每个区间选定一个LED驱动电流，其中，低亮度区间采用较小LED驱动电流，高亮度区间采用较大LED驱动电流；对每帧图像，首先分析图像信号，确定LED亮度区间，然后确定LED驱动电流。具体来说，在LED色坐标变化被人眼可以接受的范围内，将LED亮度调节区间预先分为多段，比如三段并分别选定10mA，15mA，20mA为LED驱动电流。其中，低亮度区间段使用小的LED驱动电流10mA，中间亮度区间区15mA，而高亮度区间选择20mA，而在每个亮度区间中，仍然使用PWM驱动调节方式实现更细致的背光调节。
图5是本发明LED背光源驱动算法框图，下面是对流程中各步骤的详细描述：
步骤S501：接收一帧图像信号。
步骤S502：分析图像信号，确定背光亮度区间。
步骤S503：确定LED驱动电流。
步骤S504：通过DAC芯片实现该LED驱动电流。
步骤S505：通过PWN控制方式进行背光亮度精细调节。
图6是4bit开关树型DAC的简单原理示意图，图7是本发明使用的恒流驱动示意图。
请参见图7，要控制电流的大小就需要改变图1中的Rs的阻值，如果Rs是精密的固定电阻，这就无法实现动态调节电流。在不改变原来芯片的功能的情况下，需要一个可以灵活控制的东西来取代Rs，比如采用数模转换芯片(DAC)来控制电流的大小，就可以达到改变Rs的目的。
DAC(Digital-Analog Converter)是一种数字信号转换为模拟信号的芯片，它有一定的转换精度，比如8位，10位，即2的8(10)次幂分之一的精度。这个精度足以保证LED电流变化的精度，其原理可以认为是一种可以选择的电阻分压网络，请参见图6，本发明中使用DAC来代替Rs来实现电流调节，保证多个LED亮度区间使用不同的LED驱动电流。
图8是实现本发明的一种系统结构框架图。
请参见图8，图中LCD CREEN为面板，LED BACKLIGHT为背光源，驱动板LEDDRIVER用于驱动背光源LED BACKLIGHT。本发明在具体实施时，通过一个FPGA(field-programmable gate array，现场可编程门阵列)芯片作为图像处理和动态背光LED控制以及电流控制的核心，由它负责将图像分类，分块，分析将LED块分别进行PWM和电流的控制，同时FPGA芯片还可以很方便补偿面板图像的亮度损失，以保持及强化图像效果。其中VIDEO-IN用于将输入的视频信号转换成差分信号或者并行信号传入FPGA功能板；FPGA BOARD用于将图像信号处理，从信号中提取得亮度特征和色度特征信息经过处理得到背光源相应的亮度调节控制信号，包括PWN调节占空比和LED驱动电流，经过处理后的信号传入驱动板LED DRIVER。此外，FPGA BOARD还输出补偿驱动信号(LVDS SIGNAL)给面板LCD CREEN。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1、一种LED背光源驱动方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将LED亮度划分成多个区间；
每个区间选定一个LED驱动电流，其中，低亮度区间采用较小LED驱动电流，高亮度区间采用较大LED驱动电流；
对每帧图像，首先分析图像信号，确定LED亮度区间，然后确定LED驱动电流。
2、根据权利要求1所述的LED背光源驱动方法，其特征在于，每个LED亮度区间内采用PWM控制占空比。
3、根据权利要求1所述的LED背光源驱动方法，其特征在于，每个LED亮度区间所选定的LED驱动电流通过DAC芯片控制获得。
4、根据权利要求1至3任一项所述的LED背光源驱动方法，其特征在于，所述多个区间为3个。
5、根据权利要求1至3任一项所述的LED背光源驱动方法，其特征在于，所述较大LED驱动电流为LED额定驱动电流，所述较小LED驱动电流为LED额定驱动电流的一半。
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