CN101697270A

CN101697270A - 一种led液晶显示设备的动态背光控制结构和方法

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Publication number: CN101697270A
Application number: CN200910218658A
Authority: CN
Inventors: 郑志华
Original assignee: Irico Group Corp
Current assignee: Irico Group Corp
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2010-04-21

Abstract

本发明涉及一种LED液晶显示设备的动态背光控制结构和方法，其特征在于：包括一具有发光组件以提供光源的LED背光模块，还包括有一用于动态背光控制的亮度控制单元；所述LED背光模块为一系列呈矩阵排列的LED灯组成；所述用于动态背光控制的亮度控制单元包括一用于产生动态背光控制信号的主控电路和与其电连接的用于驱动LED灯阵列的驱动电路；该用于驱动LED灯阵列的驱动电路通过其上的行开关和列开关连接到LED灯阵列上。其具有明显减少驱动芯片数量、从而有效的减少驱动板的体积，并使驱动板的设计更加简单；既能改善图像显示质量，又能显著降低成本的特点，该结构所实现的方法能够有效的降低背光功耗，提高图像对比度的效果。

Description

一种LED液晶显示设备的动态背光控制结构和方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示设备的背光方式，特别是一种LED液晶显示设备的动态背光控制结构和方法。

背景技术

发展至今，出现了三种液晶显示设备的背光方式：图1A所示为0维方式，只能对整个背光单元进行整体的亮度调节，整个背光的亮度由调光系数k减小到原亮度的k倍(k＜1)，同时对视频信号处理，使液晶LC调整到原来的1/k，如图2为取k＝0.5时的示意图。0维方式能够有效的降低能耗，但不能改善对比度。为了更加有效的降低能耗，并提高图像对比度，又出现了后面的2种方式。图1B为1维方式，对整个背光单元划分行区域，每个行区域由独立的驱动芯片单独控制亮度。这种方式能够有效的降低能耗、并提高了图像对比度，但为了控制每个行分区，增加了驱动芯片的数量。图1C为2维方式，对整个背光单元划分2维的方块区域，每一方块区域由独立的驱动芯片单独控制亮度，这种方式不但有效的降低能耗，而且与前两种方式相比，对比度效果最好，但驱动芯片的数量太多，成本高。

鉴于此，在节约能源的情况下，既希望能保证2维方式的高对比度效果，又希望减少驱动芯片的数量，以减小驱动板体积和生产成本，本发明的产生解决了这些问题。

发明内容

本发明的主要目的是，提供一种液晶显示设备的动态背光控制结构，其具有明显减少驱动芯片数量、从而有效的减少驱动板的体积，并使驱动板的设计更加简单；既能改善图像显示质量，又能显著降低成本的特点。

本发明的另一目的是，提供一种液晶显示设备的动态背光控制方法，有效的降低背光功耗，提高图像对比度的效果。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种用于LED液晶显示设备的动态背光控制结构，其特征在于：包括一具有发光组件以提供光源的LED背光模块，还包括有一用于动态背光控制的亮度控制单元；

所述LED背光模块为一系列呈矩阵排列的LED灯组成；所述用于动态背光控制的亮度控制单元包括一用于产生动态背光控制信号的主控电路和与其电连接的用于驱动LED灯阵列的驱动电路；该用于驱动LED灯阵列的驱动电路通过其上的行开关和列开关连接到LED灯阵列上。

所述该LED灯阵列按照液晶屏的尺寸，划分为m行n列共m×n个分区；其中m为5到15间的整数，n为10到30之间的整数；每个分区包含相同数量的LED灯，并且每个分区中的LED灯串联在一起；该LED灯阵列划分的m×n的分区每一行中的所有LED灯分区对应连接到驱动电路的同一个行开关上，每一列中的所有LED灯分区对应连接到驱动电路的同一个列开关上。

所述每个分区中的LED灯为白光LED灯，或为多基色LED灯。

所述用于产生动态背光控制信号的主控电路为MPU、FPGA、CPLD、DSP、ASIC其中之一或其组合。

所述用于驱动LED灯阵列的驱动电路为PWM波IC或高速开关IC。

所述行开关和列开关连接到LED灯阵列上组合控制结构包括列开关一直闭合由行开关单独控制结构或行开关一直闭合由列开关单独控制结构，以及由行开关和列开关混合控制结构。

此控制方法包括以下步骤：

1)主控电路接收一图像信号中的像素数据；

2)根据接收的像素数据依次计算出每个背光分区的亮度值；

3)主控电路分别取出每行和每列背光分区中的亮度最大值MLD，并发送给驱动电路；

4)驱动电路驱动每一个行开关的输出其对应行的行最大亮度值；

5)驱动电路驱动每一个列开关的输出其对应列的列最大亮度值；

6)主控电路再通过实际分区亮度值与期望分区亮度值相比较，计算出调整系数k；

7)把像素数据调整为原来的1/k倍。

该控制方法中：所述步骤2)中的每个背光分区的亮度值为此背光分区对应位置的像素数据中的最大值；所述步骤6)中的期望分区亮度值为步骤2)中计算得到的每个背光分区的亮度值。

本发明利用行开关和列开关组合控制的方式来控制每一个背光分区的亮度，采用行开关和列开关分别控制LED背光分区的行和列，进而实现区域的动态背光；利用这种方法不但降低了背光单元的能耗、提高动态对比度，而且显著减少驱动芯片的数量，降低成本。同时计算出亮度调整系数k对图像数据进行1/k调整，达到高图像对比度的效果。

附图说明

图1为传统的三种背光方式示意图；

图1A为传统的0维背光方式示意图；

图1B为传统的1维背光方式示意图；

图1C为传统的2维背光方式示意图；

图2为传统的0维背光方式的调光示意图；

图3为本发明电路结构示意图；

图4为本发明的LED背光单元结构示意图；

图4A为本发明的LED背光单元的开关控制结构示意图；

图4B为LED背光单元中每个LED分区的放大示意图；

图5为本发明的开关控制的3种方式示意图；

图5A为行开关单独控制的控制方式；

图5B为列开关单独控制的控制方式；

图5C为行开关和列开关同时控制的控制方式；

图6为本发明动态背光控制方法流程图；

图7为本发明所采用的示例图像；

图7A为图6示例图像的原始图像；

图7B为图6A原始图像的对应背光分区的亮度值；

图8为计算所得行开关和列开关输出值；

图9为各个分区实际的背光亮度。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细叙述。

本发明的电路结构框图如图3所示，包括主控电路、驱动电路和LED灯阵列，驱动电路与LED灯阵列之间通过开关结构相连。

本发明动态背光控制结构包括一具有发光组件以提供光源的LED背光模块，还包括有一用于动态背光控制的亮度控制单元；该LED背光模块为一系列呈矩阵排列的LED灯组成；该用于动态背光控制的亮度控制单元包括一用于产生动态背光控制信号的主控电路和与其电连接的用于驱动LED灯阵列的驱动电路；该用于驱动LED灯阵列的驱动电路通过其上的行开关和列开关到LED灯阵列上。

其中，主控电路接收图像的像素信号、消隐信号和时钟信号，在消隐信号的有效期间、并在时钟信号的边沿采集每一个像素数据。主控电路根据采集的像素数据计算出每个背光分区的亮度值并进一步取出每行背光分区和每列背光分区中的亮度最大值；此后，主控电路把得到的每行背光分区的亮度最大值和每列背光分区的亮度最大值发送给驱动电路，驱动电路驱动连在其上的每一个行开关和每一个列开关输出对应的最大亮度值，从而实现了对LED灯阵列发光亮度的控制。

图4所示为本发明的LED背光单元结构示意图；该LED灯阵列按照液晶屏的尺寸，划分为m行n列共m×n个分区；其中m为5到15间的整数，n为10到30之间的整数。该LED灯阵列划分的m×n的分区，每个分区包含相同数量的LED灯，并且每个分区中的LED灯串联在一起，见图4B所示。该LED灯阵列划分的m×n的分区每一行中的所有LED灯分区对应连接到驱动电路的同一个行开关上，由此行开关同时控制；每一列中的所有LED灯分区对应连接到驱动电路的同一个列开关上，由此列开关同时控制。每一个区域都是由其所在行的行开关和所在列的列开关来控制，如图4A所示，图4A所示的各个部分：1为第m行第n列分区；2为一个LED灯分区；3为第m行分区的控制开关；4为第n列分区的控制开关。其中，第m行第n列分区1是由第m行分区的控制开关3和、第n列分区的控制开关4共同来控制亮度的。图中所示该LED灯阵列是由多个LED灯分区2呈阵列排列组成，通过控制连接在每一个LED灯分区上的行开关和列开关，便可以完成对LED灯阵列亮度的控制。

本发明液晶显示设备的动态背光控制结构有3种控制结构：

图5A行开关控制结构，该结构方式为：列开关是一直闭合的，行开关的通断决定了此行的背光分区的亮度。通过调节行开关输出波形的占空比就可以实现此行区域的动态背光调节，即实现的是图1B的1维背光方式的效果。另一种控制结构方式是图5B列开关控制方式，该结构方式为：行开关是一直闭合的，列开关的通断决定了此列的背光分区的亮度。通过调节列开关输出波形的占空比就可以实现此列区域的动态背光调节。再一种控制方式是图5C行开关和列开关同时控制的结构方式，该结构方式为：行开关和列开关均输出波形，配合起来就可以实现每一个分区的动态背光调节。对于一个具有m行n列背光分区的背光单元，行开关和列开关同时控制的方式只需m+n路控制输出，而采用传统的2维控制方式图1C需要m×n路控制输出，采用本发明的行开关和列开关同时控制的方式不但能保证高的动态背光效果，而且明显的减少了驱动芯片的数量。

本发明的LED灯阵列划分的m×n的分区，每个分区中的LED灯为白光LED灯，或为多基色LED灯。

所述用于产生动态背光控制信号的主控电路为MPU、FPGA、CPLD、DSP、ASIC其中之一或其组合。用于驱动LED灯阵列的驱动电路为PWM波IC或高速开关IC。

图6所示为本发明动态背光控制方法流程图。

此控制方法包括以下步骤：

1)主控电路接收一图像信号中的像素数据；

2)根据接收的像素数据依次计算出每个背光分区的亮度值；每个背光分区对应位置下有许多的像素，其中最大的那个像素值被作为此背光分区的亮度值；

3)分别取出每行和每列背光分区中的亮度最大值MLD；在上一步骤得到每一个分区的亮度值后，选出每一行中最大的亮度值作为此行的行亮度值；同时选出每一列中最大的亮度值作为此列的列亮度值；主控电路并把得到的每一行的最大亮度值和每一列的最大亮度值发送给驱动电路；

5)驱动电路驱动每一个列开关的输出其对应列的列最大亮度值，完成LED背光灯阵列的亮度输出；

6)主控电路再通过实际分区亮度值D_MLD_m，n与期望分区亮度值MLD_m，n，相比较，计算出调整系数k_m，n；k_m，n，＝期望亮度值/实际亮度值；其中，期望分区亮度值为步骤2)中计算得到的每个背光分区的亮度值，实际亮度值由公式D_MLD_m，n＝min(MLD_row，m，MLD_col，n)可以计算求得；

7)把像素数据调整为原来的1/k倍。这样保证了背光和像素的乘积不变。

下面通过图7的示例图像详细说明实现本发明的算法流程图6。

首先对原始图像图7A进行背光统计得到每一个背光分区的亮度值MLDm，n，如图7B。其次分别取出图7B中每一行和每一列的分区亮度值的最大值MLD_row，m和MLD_col，n，作为此行行开关和此列列开关的输出值，如图8所示。第m行开关和第n列开关的输出值表达式如下：

MLD_row，m＝max(MLD_m，1，MLD_m，2，MLD_m，3，…，MLD_m，n，…)

MLD_col，n＝max(MLD_1，n，MLD_2，n，MLD_3，n，…，MLD_m，n，…)

每个分区实际的背光亮度是：

D_MLD_m，n＝min(MLD_row，m，MLD_col，n)

图7的示例图像的实际背光亮度为图9所示，到此为止便可以实现动态背光调节，实现的图像对比度的效果优于图1B传统1维背光控制方式，稍微低于传统2维背光控制方式。为了达到传统2维背光控制方式所达到的高图像对比度，下面进行图像亮度调整。根据图8和图6B，计算出每个区域的亮度调节系数k_m，n，k_m，n表征了需要调整亮度值的比例，其表达式如下：

k_m，n＝D_MLD_m，n/MLD_m，n

根据此比例系数k_m，n，对图像数据进行调整，调整为原来的1/k_m，n。最终达到高图像对比度的效果。

由上可知，本发明的LED液晶显示设备的动态背光控制方法，具有节约能源，高图像对比度，能够显著减少驱动芯片数量，降低成本的优点。

Claims

1.一种用于LED液晶显示设备的动态背光控制结构，其特征在于：包括一具有发光组件以提供光源的LED背光模块，还包括有一用于动态背光控制的亮度控制单元；

所述LED背光模块为一系列呈矩阵排列的LED灯组成；

所述用于动态背光控制的亮度控制单元包括一用于产生动态背光控制信号的主控电路和与其电连接的用于驱动LED灯阵列的驱动电路；该用于驱动LED灯阵列的驱动电路通过其上的行开关和列开关连接到LED灯阵列上。

2.如权利要求1所述的用于LED液晶显示设备的动态背光控制结构，其特征在于：所述该LED灯阵列按照液晶屏的尺寸，划分为m行n列共m×n个分区；其中m为5到15间的整数，n为10到30之间的整数。

3.如权利要求2所述的用于LED液晶显示设备的动态背光控制结构，其特征在于：所述该LED灯阵列划分的m×n的分区，每个分区包含相同数量的LED灯，并且每个分区中的LED灯串联在一起。

4.如权利要求2所述的用于LED液晶显示设备的动态背光控制结构，其特征在于：所述该LED灯阵列划分的m×n的分区每一行中的所有LED灯分区对应连接到驱动电路的同一个行开关上，每一列中的所有LED灯分区对应连接到驱动电路的同一个列开关上。

5.如权利要求2所述的用于LED液晶显示设备的动态背光控制结构，其特征在于：所述该LED灯阵列划分的m×n的分区，每个分区中的LED灯为白光LED灯，或为多基色LED灯。

6.如权利要求1所述的用于LED液晶显示设备的动态背光控制结构，其特征在于：所述用于产生动态背光控制信号的主控电路为MPU、FPGA、CPLD、DSP、ASIC其中之一或其组合。

7.如权利要求2所述的用于LED液晶显示设备的动态背光控制结构，其特征在于：所述用于驱动LED灯阵列的驱动电路为PWM波IC或高速开关IC。

8.如权利要求1所述的LED液晶显示设备的动态背光控制结构，其特征在于：所述行开关和列开关连接到LED灯阵列上组合控制结构包括列开关一直闭合由行开关单独控制结构或行开关一直闭合由列开关单独控制结构，以及由行开关和列开关混合控制结构。

9.一种用于LED液晶显示设备的动态背光控制方法，其特征在于：此控制方法包括以下步骤：

1)主控电路接收一图像信号中的像素数据；

2)根据接收的像素数据依次计算出每个背光分区的亮度值；

7)把像素数据调整为原来的1/k倍。

10.如权利要求9所述的一种用于LED液晶显示设备的动态背光控制方法，其特征在于：所述步骤2)中的每个背光分区的亮度值为此背光分区对应位置的像素数据中的最大值；

所述步骤6)中的期望分区亮度值为步骤2)中计算得到的每个背光分区的亮度值。