CN101697273A - 使用led背光源的lcd亮度均匀性自动校正系统及校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于平板显示液晶显示器用LED背光源的亮度均匀性校正系统及校正方法，其特征在于：包括与LED阵列(8)相电连接的亮度检测仪(7)，以及在电源模块(1)与LED阵列(8)之间电流通路中设置的电流自动检测模块(2)；电源模块(1)分别与电流检测模块(2)及信号处理模块(4)连接；亮度检测仪(7)通路上设置有数据存储器(6)，数据存储器(6)分别与电流检测模块(2)、亮度检测仪(7)相连接；数据存储器(6)、数据处理器(5)、信号处理模块(4)依次相互电连接，信号处理模块(4)再与LED阵列(8)连接，实现该系统的信号数据传递。能够以解决因长时间工作后LED效率下降差异，使得LCD显示器的质量能够得到保证。

Description

使用LED背光源的LCD亮度均匀性自动校正系统及校正方法

技术领域

本发明属于平板显示领域，涉及LCD(液晶显示器)显示器件用的LED(发光二极管)背光源的亮度均匀性校正系统及校正方法。

背景技术

LCD显示技术已经成为当今显示技术的主流技术，所占据的市场比重越来越大，OLED则被认为是今后显示技术的发展方向，目前也在迅速发展，已经有部分产品在市场上销售。

LCD显示器件的应用领域很广，是目前应用最广泛的显示器件。常见的应用有：手机显示屏，便携式媒体播放器，LCD电视，电脑显示器，各种仪器仪表的显示器等等。根据显示时使用的光源不同，LCD显示器可分为透射式、反射式和半透半反射式显示三种LCD显示器件，其中最常见，使用最多的是透射式LCD显示。其工作原理是LCD显示面板通过控制透过显示面板的光线的颜色和透过光线的多少，实现图像的显示。典型的透射型LCD显示器件结构由：背光源、下偏光片、液晶盒、上偏光片、驱动电路及其它的辅助光学膜片组成，见图1。典型的中大尺寸的LCD显示器件的背光源以CCFL(冷阴极荧光灯管)或HCFL(热阴极荧光灯管)作为光源，CCFL和HCFL这两种光源具有寿命长、亮度高、技术成熟、成本较低等优点，但是这两种光源以汞为主要的发光物质，对环境存在较大的污染；亮度对电信号响应较慢，为毫秒级别，对LCD显示动态画面的效果有一定不良影响等缺点。随着LCD显示器件结构技术的发展，及消费者对轻薄、广色域、高光效、环保等特点的诉求，LCD显示器件的体积变得越来越簿，LED作为光源，具有光效高(可达100lm/W以上)；寿命长(亮度半衰周期可达10万小时)；色域广(可达到NTSC标准的100％以上)；可高频开关(开关速度可以达微秒级)；对环境无污染等优点，被一致认为是今后LCD背光源的发展方向，目前已经有部分采用LED做背光源的大尺寸LCD显示器件产品，主要应用在笔记本电脑、LCD电视上。LCD显示器件上使用的LED背光源从光路上可分为侧光式和直下式两种。LED背光源的问题是，由于LED芯片生产、封装过程中工艺的差异性，造成LED成品的差异性，比如：发射光谱波长的差异、发光效率的差异、发射光谱半峰宽差异等；与CCFL、HCFL等光源不同，使用CCFL和HCFL作为光源的大尺寸LCD背光源，是由少数几根CCFL或HCFL灯管组成的，即使灯管之间存在少量的差异，也可以很方便的进行调整，使整个光源的亮度、色度均匀性趋向一致。大尺寸LCD用LED背光源是由很多颗LED芯片拼合而成，调整上有诸多不便。另外，在工作过程中，由于器件封装工艺的差异、工作环境的差异，每个LED芯片工作时的温度不一样，造成每个LED芯片的衰减速度不一样，每个芯片存在的微小差异，在宏观上就会引起均大的不均匀性。另外，用于LCD背光照明的LED一般为红、绿、蓝三基光LED结合，形成白光。红、绿、蓝三基色的LED衰减速度不一致，随着时间变化，就会造成显示器白场坐标值偏差。为了解决LED芯片颗粒差异性的问题，用于LCD背光源的每个LED芯片都需要经过检测，装配到同一个背光源上的芯片发光光谱、发光效率要求尽量一致。装配完成后，还要对每一个LED芯片进行检测，将所有芯片的亮度调节到一样。

LED在使用过程中，发光效率随着使用时间的增加会有所下降，因为在实际使用中，LED背光源中不同的LED累计工作的时间并不完全一样，而且在制造过程中不同的LED颗粒工艺条件也会有所差异，不同LED发光效率因工作时间引起的效率下降速度也不一样，以上因素综合作用的结果造成LED作为背光源的LCD显示器或电视机在使用一段时间后，会出现亮度均匀性下降，影响LCD显示的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用LED背光源的LCD亮度均匀性自动校正系统及校正方法，用于解决LCD背光照明的LED背光源的亮度均匀性及其使用过程中的校正问题，以解决因长时间工作后LED效率下降差异，造成的显示画面亮度不均匀，使得LED作为背光源的LCD显示器或电视机在使用一段时间后，亮度均匀性能够自动校正，LCD显示器的质量能够得到保证。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的，一种使用LED背光源的LCD亮度均匀性自动校正系统，包括LED阵列及LED背光源的电源模块，其特征在于：还包括与该LED阵列相电连接的亮度检测仪，以及在电源模块与LED阵列之间的电流通路中设置电流自动检测模块；电源模块分别与电流检测模块及信号处理模块连接；在亮度检测仪通路上设置有数据存储器，数据存储器分别与电流检测模块和亮度检测仪相连接；数据存储器、数据处理器、信号处理模块依次相互电连接，信号处理模块再与LED阵列连接，实现该系统的信号数据传递。

该系统的安装步骤如下：

1)LED背光源使用的LED发光芯片颗粒或芯片组以矩阵的方式排列；

2)在LED背光源的电源模块与LED发光芯片之间的电流通路中设置电流自动检测模块；

3)设置存储器，可将电流自动检测模块检测所得数据自动记录；

4)设置数据处理模块，可自动根据程序设定，对存储器内记录的数据进行处理；

5)装配完成后，通过亮度测试仪器，将背光源亮度调到一致。

所述LED阵列是以矩阵方式排列的LED背光源使用的LED发光芯片颗粒或芯片组，该LED阵列包括行驱动模块及列驱动模块。

该亮度均匀性自动校正方法包括下述步骤：

1)依次点亮每个LED，通过亮度检测仪将背光源亮度调到一致；利用电流检测模块自动检测各个LED阵列芯片点亮时的电流值，并存储在数据存储器中；

2)将全部的LED阵列芯片以同样的亮度持续点亮一段时间后，再利用亮度检测仪器检测各LED的亮度，将此时测得的各LED的亮度值与上述第1)步中所测得的亮度进行比较，取得其中的差值后暂存于数据存储器中；

3)同上述第1)步，自动检测各LED阵列芯片点亮时的电流值，并与上述第1)步所得电流进行比较，取其差值，暂存于数据存储器中；

4)利用第2)步和第3)步所得数据，经数据处理器处理后，生成校正数据，对第1)步的数据进行补偿；

5)利用第4)步的数据对LED背光源进行点亮，重复第2)步至第4)步的过程，至LED背光源亮度重新调整均匀；

6)利用第1)步至第4)步的调节过程，得到各个LED阵列芯片亮度变化与电流值变化的拟合曲线，存储于数据存储器内；

7)用户在LCD显示器使用一段时间后，需要进行亮度均匀性校正时，只需运行亮度均匀性校正程序，显示器即可自动进行LED阵列芯片工作时的电流值自动测定，然后将测得的数据与数据存储器内存储的数据进行比对，然后利用测得的电流值变化值，根据第1)步至第6)步所得的拟合曲线，计算出校正值，完成亮度均匀性自动调节；

8)亮度自动调节的实现可通过上述第7)步所得的校正数据，对LED背光源不同LED阵列芯片的发光亮度分别调节；

上述步骤8)或是：亮度自动调节功能亦可利用上述第7)步所得的校正数据，对LCD显示画面的亮度信息进行补偿校正。

所述通过上述步骤7)所得校正数据，形成与LED芯片校正补偿值互补的亮度画面，将此亮度画面与输入显示图像的亮度信号进行叠加，形成新的显示画面，实现对LED背光源亮度的补偿校正。

本发明的特点是：由于本发明采取了实际测量LED背光源的每个LED的亮度——时间，亮度——电流的变化规律，拟合出亮度——时间，亮度——电流的衰减曲线；在产品使用过程中，通过系统中设置的电流测量装置及预置的测量程序，测量产品经过一定时间的使用后LED芯片工作时的电流变化值，再与之前实际测量所得的亮度——时间，亮度——电流的衰减曲线比对后，根据测量值与拟合曲线的差异得到校正补偿数值，再使用所得到的补偿数值对LED芯片工作电流进行校正，使整个LED背光源不同LED芯片的亮度保持一致。因为补偿数值来自实际测量的电流值，因此补偿准确度高，可以保持LED背光源在长时间工作后，整体的亮度均匀性不会因为各个芯片衰减的程度不一致而产生大的差异，画面质量不会因此下降。

附图说明

图1是LED背光源亮度自动调节模块组成原理图；

图2是LED芯版阵列示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实现方法进行进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本发明提出的一种使用LED背光源的LCD亮度均匀性自动校正系统由电源模块1、电流检测模块2、列驱动模块3、信号处理模块4、数据处理器5、数据存储器6、亮度检测仪7、LED阵列8和行驱动模块9组成。

LED背光源使用的LED发光芯片颗粒或芯片组以矩阵的方式排列，构成LED阵列8，该LED阵列8包括行驱动模块9及列驱动模块3。

在LED背光源的电源模块1与LED发光芯片LED阵列8之间的电流通路中设置电流检测模块2；在电流检测模块2通路上设置数据存储器6，可将电流检测模块2检测所得数据自动记录；在LED阵列8电流通路上设置亮度检测仪器7，将所测得的LED颗粒亮度数据传输给数据存储器6；在数据存储器6通路上设置数据处理器5，可自动根据程序设定，对数据存储器6内记录的数据进行处理；在数据处理器5通路上设置信号处理模块4，信号处理模块4将经处理的数据信号传递给LED阵列8上的列驱动模块3及行驱动模块9，将背光源亮度进行调整。

该LED阵列8与亮度检测仪7电连接，电源模块1与LED阵列8之间的电流通路中设置电流检测模块2电连接；电源模块1分别与电流检测模块2及信号处理模块4连接；亮度检测仪7通路上设置有数据存储器6分别与电流检测模块2和亮度检测仪7相连接；数据存储器6、数据处理器5、信号处理模块4依次相互电连接，信号处理模块4再与LED阵列8连接，实现该系统的信号数据传递。

该亮度均匀性自动校正方法包括下述步骤：

1)校正系统装配完成后，依次点亮每个LED，通过亮度检测仪7将背光源亮度调到一致；利用电流检测模块2自动检测各个LED阵列8芯片点亮时的电流值，并存储在数据存储器6中；

2)将全部的LED阵列8芯片以同样的亮度持续点亮一段时间后，再利用亮度检测仪7检测各LED的亮度，将此时测得的各LED的亮度值与上述第1)步中所测得的亮度进行比较，取得其中的差值后暂存于数据存储器6中；

3)同上述第1)步，自动检测各LED阵列8芯片点亮时的电流值，并与上述第1)步所得电流进行比较，取其差值，暂存于数据存储器6中；

4)利用第2)步和第3)步所得数据，经数据处理器5处理后，生成校正数据，对第1)步的数据进行补偿；

5)利用第4)步的数据对LED背光源进行点亮，重复第2)步至第4)步的过程，至LED背光源亮度重新调整均匀；

6)利用第1)步至第4)步的调节过程，得到各个LED阵列8芯片亮度变化与电流值变化的拟合曲线，存储于数据存储器6内；

7)用户在LCD显示器使用一段时间后，需要进行亮度均匀性校正时，只需运行亮度均匀性校正程序，显示器即可自动进行LED阵列8芯片工作时的电流值自动测定，然后将测得的数据与数据存储器6内存储的数据进行比对，然后利用测得的电流值变化值，根据第1)步至第6)步所得的拟合曲线，计算出校正值，完成亮度均匀性自动调节；

8)亮度自动调节的实现可通过上述第7)步所得的校正数据，对LED背光源不同LED阵列8芯片的发光亮度分别调节；

上述步骤8)或者是：亮度自动调节功能亦可利用上述第7)步所得的校正数据，对LCD显示画面的亮度信息进行补偿校正。

其中LED阵列的结构如图2所示，行电极11和列电极12形成交叉矩阵，在每一个行、列电极交叉点的确定位置设置LED发光颗粒10。在行、列电极上施加电压，即可驱动LED颗粒发光，发光的亮度大小可以通过行驱动模块9和列驱动模块3施加在行、列电极上的电压高低来实现。图1中的亮度检测仪器7为外部检测仪器，所测得的LED颗粒亮度数据可以传输给数据存储器6中。

要实现亮度自动调节功能，必须先进行LED初始亮度数据的采集，即通过亮度检测仪7对各个LED颗粒的亮度进行检测，存储在数据存储器6中。

通过电流检测模块2将各个LED课题10在初始亮度条件下通过的电流值进行检测，所得的数据也存储在数据存储器6中。

使LED背光模块进行一段时间的持续点亮后，分别检测各LED颗粒的亮度值和通过的电流值，采集所检测的数据与初始的亮度数据及电流数据进行对比，通过数据处理器5计算出初始数据与点亮一段时间后的数据之间的变化，根据亮度数据的变化及电流的变化，计算出校正补偿数据。

将所得的校正补偿数据通过行驱动器及列驱动器对驱动LED芯片颗粒的电流值进行调整，使各LED颗粒的亮度趋于平均，如果一次校正后，所得的整个LED背光源亮度还不够均匀，可再重复亮度检测，所得亮度值再与第一次补偿后的电流值进行对比，进行二次校正，直至校正后的背光源亮度均匀性达到要求。

将初始亮度、初始电流、校正后的亮度变化数据、校正后的电流变化数据通过数据处理器，进行变化曲线拟合，各个LED颗粒的拟合数据分别存储于数据存储器中。

之后，器件工作定时间，产生亮度均匀性的较大差异时，如需进行亮度均匀性的校正，即可通过电流检测模块，测得各LED的电流值，将测得的电流值与数据存储器内的数据进行比较，再根据各LED的亮度变化——电流变化拟合曲线计算出校正数据，实现亮度均匀性的自动校正。

实施例2：

根据实施例1中所得的LED亮度与电流值之间的变化规律，如果不通过调节LED颗粒的驱动电流值实现亮度调节，也可以根据电流变化规律，通过对显示画面亮度信息进行相应的补偿处理，实现对显示画面亮度均匀性的补偿校正。

具体方法是：根据实施例1所得的各个LED芯片校正补偿值，生成一个亮度画面，即以补偿值最大的点为基准，补偿值较小的点亮度相应降低，形成一个与LED芯片校正补偿值互补的亮度画面，将此亮度画面与输入的显示图像的亮度信号进行叠加，形成新的显示画面，由此实现对LED芯片衰减后亮度不均的补偿校正，得到与输入信号一致的画面显示。

与实施例1的不同在于，实施例1通过对LED芯片的驱动电流进行补偿校正，实现背光源亮度的均匀性校正；实施例2通过利用补偿校正值对对显示信号进行处理，得到校正后的显示画面，对LED背光源的驱动电流大小不进行改动。

Claims (5)

1.一种使用LED背光源的LCD亮度均匀性自动校正系统，包括LED背光源的电源模块(1)及LED阵列(8)，其特征在于：还包括与该LED阵列(8)相电连接的亮度检测仪(7)，以及在电源模块(1)与LED阵列(8)之间电流通路中设置的电流自动检测模块(2)；电源模块(1)分别与电流检测模块(2)及信号处理模块(4)连接；在亮度检测仪(7)通路上设置有数据存储器(6)，数据存储器(6)分别与电流检测模块(2)、亮度检测仪(7)相连接；数据存储器(6)、数据处理器(5)、信号处理模块(4)依次相互电连接，信号处理模块(4)再与LED阵列(8)连接，实现该系统的信号数据传递。

2.根据权利要求1所述的一种使用LED背光源的LCD亮度均匀性自动校正系统，其特征在于：所述LED阵列(8)是以矩阵方式排列的LED背光源使用的LED发光芯片颗粒或芯片组，该LED阵列(8)包括行驱动模块(9)及列驱动模块(3)。

3.一种使用LED背光源的LCD亮度均匀性自动校正方法，其特征在于：该亮度均匀性自动校正方法包括下述步骤：

1)依次点亮每个LED，亮度检测仪(7)将背光源亮度调到一致；电流检测模块(2)自动检测各LED阵列(8)芯片点亮时电流值，并存储于数据存储器(6)中；

2)将全部LED阵列(8)芯片以同样的亮度持续点亮一段时间，亮度检测仪器(7)检测各LED的亮度，将测得各LED阵列(8)芯片的亮度值与上述步骤1)中所测亮度比较，取其中差值暂存于数据存储器(6)中；

3)同上述步骤1)，自动检测各LED阵列(8)芯片点亮时电流值，并与上述步骤1)所得电流比较，取其差值，暂存于数据存储器(6)中；

4)利用步骤2)和步骤3)所得数据，经数据处理器(5)处理后，生成校正数据，对步骤1)数据进行补偿；

5)利用步骤4)的数据对LED背光源点亮，重复步骤2)至步骤4)过程，至LED背光源亮度重新调整均匀；

6)利用步骤1)至步骤4)的调节过程，得到各LED阵列(8)芯片亮度变化与电流值变化拟合曲线，存储于数据存储器(6)内；

7)在LCD显示器使用一段时间后，运行亮度均匀性校正程序，显示器自行LED阵列(8)芯片工作时电流值自动测定，然后将测得数据与数据存储器(6)存储数据比对，然后利用测得电流值变化值，由第1)步至第6)步所得拟合曲线，计算出校正值，完成亮度均匀性自动调节；

8)通过上述步骤7)所得校正数据，对LED背光源不同LED阵列(8)芯片发光亮度分别调节。

4.根据权利要求3所述的使用LED背光源的LCD亮度均匀性自动校正方法，其特征在于：所述步骤8)或是通过上述步骤7)所得校正数据，对LCD显示画面的亮度信息进行补偿校正。

5.根据权利要求3所述的使用LED背光源的LCD亮度均匀性自动校正方法，其特征在于：所述通过上述步骤7)所得校正数据，形成与LED芯片校正补偿值互补的亮度画面，将此亮度画面与输入显示图像的亮度信号进行叠加，形成新的显示画面，实现对LED背光源亮度的补偿校正。

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