CN101976549B - 一种拼接式大面积场致发射背光源的动态调光电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拼接式大面积场致发射背光源的动态调光电路，该背光源由多个具有一定规则形状的三极型场致发射背光单元拼接而成，每个背光单元相对独立；其特征在于：所述动态调光电路包括视频信号的接收与处理模块、帧存储模块以及驱动模块，其中视频信号的接收与处理模块根据接收到的视频信号产生各个场致发射背光单元的亮度控制信号；所述帧存储模块用于存储视频图像数据，起到数据缓存的作用；所述驱动模块对亮度控制信号进行电流及电压放大，以驱动场致发射背光源。

Description

一种拼接式大面积场致发射背光源的动态调光电路

技术领域

本发明涉及液晶显示装置，特别是一种拼接式大面积场致发射背光源的动态调光电路，属于背光源领域，也属于视频信号的处理与控制领域以及场致发射装置的驱动领域。 

背景技术

目前液晶显示器(LCD)现在已经广泛应用于电视、手机、计算机、监控器等设备上，背光源作为LCD不可或缺的一个重要组成部分，目前主要采用冷阴极荧光灯（CCFL）或半导体发光二极管（LED）组装而成。但是，冷阴极荧光灯含有对环境有害的金属汞、色域窄、亮度均匀度不够、寿命短、体积大、功耗高等缺点，正逐步抑制其在大面积背光源领域上的应用。而半导体发光二极管背光源需要散热板，存在着成本高、很难实现较好的均匀性等问题，很难在大尺寸和超大尺寸显示器器件上的广泛应用。场致发射背光源与其它背光源相比是一种绿色节能的光源，其原理是利用平面上阴极材料在电场作用下轰击阳极的荧光粉，而发出均匀可见光。不需要像扩散片、导光板、反射板等辅助组件，直接背光，具有低成本、环保、对比度高、视角广、亮度高、能耗低、色域宽广、响应时间短且工作温度范围宽等优点。

随着信息显示技术的发展和人们对显示器件的色彩、节能等方面上进一步要求，同时也对背光源的功耗、对比度和色域范围性能提出了要求，背光源的技术要朝着低能耗、低成本、高亮度、高对比度以及长寿命等方面进行发展。

动态调光的背光源可以把背光区域分成若干个小区域，每个小区域可根据对应部分的图像亮度独立地进行调整，可独立调节的背光区域越多，显示图像整体的对比度就越好，同时还可降低能耗。

目前，现有的动态调光的方法基本都是基于LED背光源，而场致发射背光源有着许多LED背光源所没有的优点，因而有必要提供一种基于场致发射背光源的动态调光电路。

发明内容

本发明的目的是提供一种拼接式大面积场致发射背光源的动态调光电路。

为实现上述目的，本发明采用以下方案实现：一种拼接式大面积场致发射背光源的动态调光电路，该背光源由多个具有一定规则形状的三极型场致发射背光单元拼接而成，每个背光单元相对独立；其特征在于：所述动态调光电路包括视频信号的接收与处理模块、帧存储模块以及驱动模块，其中视频信号的接收与处理模块根据接收到的视频信号产生各个场致发射背光单元的亮度控制信号；所述帧存储模块用于存储视频图像数据，起到数据缓存的作用；所述驱动模块对亮度控制信号进行电流及电压放大，以驱动场致发射背光源；所述视频信号的接收与处理模块采用FPGA芯片，主要包括视频接口模块、图像分区亮度提取模块、亮度转换模块和PWM信号产生模块；所述视频接口模块接收视频像素数据信号、数据时钟信号、行同步信号、场同步信号、数据使能信号，并在所述视频接口模块接收的信号的作用下将视频图像数据存入所述的帧存储模块；所述的图像分区亮度提取模块根据每个场致发射背光单元所覆盖的区域分别读取帧存储模块中相应的视频图像数据，根据这些数据获取各个区域的最大亮度数据；所述的亮度转换模块接收各个场致发射单元对应区域的最大亮度数据，将这些数据通过线性、非线性或查表映射算法转换成用于控制PWM信号的数据；所述PWM信号产生模块接收由亮度转换模块发出的数据，将该数据转换成具有一定占空比的方波信号。

本发明的动态调光电路根据每个背光源单元所覆盖的区域的图像信号，控制对应的背光源单元的亮度，使得在图像较亮的区域背光源也较亮，在图像较暗的区域背光源也较暗，从而实现动态调光，具有电路简单，能耗小，使用寿命长的优点。

附图说明

图1为本发明拼接式大面积场致发射背光源整体结构示意图。

图2为本发明拼接式大面积场致发射背光源的动态调光电路的整体示意图。

图3为本发明分区亮度提取模块的程序流程图。

图4为本发明PWM信号产生模块的程序流程图。

图5为本发明驱动模块示意图。

图6为本发明栅极型场致发射背光单元结构及其驱动电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例子对本发明做进一步说明。

请参照图1，图1为本发明的拼接式大面积场致发射背光源整体结构示意图，该背光源11包含多个栅极型场致发射背光单元12，所有背光单元12可为方形、三角形、矩形、梯形、正多边形等按一定的规则进行排列，每个背光单元相对独立，可分别施加驱动信号且互不影响。

图2为本发明一种拼接式大面积场致发射背光源的动态调光电路的整体示意图，如图所示，该动态调光电路主要包括三个部分，视频信号的接收与处理模块21、帧存储模块22和23以及驱动模块24，其中视频信号的接收与处理模块21采用FPGA芯片，主要包括视频接收模块25、分区亮度提取模块26、亮度转换模块27、PWM信号产生模块28。

该动态调光电路工作流程如下：视频接口模块25接收视频像素数据信号以及各种控制信号，并在这些控制信号的作用下将视频图像信号存入帧存储器22或23。分区亮度提取模块26读取帧存储器23或22中的视频图像数据，根据这些数据以及每个场致发射背光单元所覆盖的区域，得到各个区域的最大亮度数据。亮度转换模块27接收各个场致发射单元对应区域的最大亮度数据，将这些数据转换成用于控制PWM信号的数据。PWM信号产生模块28接收由亮度转换模27块发出的数据，将该数据转换成具有一定占空比的方波信号，送入驱动模块24，经过放大后驱动场致发射背光源。

以下将结合实例具体说明该工作流程。假设视频分辨率为1024*768，颜色为24位真彩色，场致发射背光单元为方形，呈阵列式排列，个数为m*n，即行方向上有m个场致发射单元，列方向上有n个场致发射单元。

视频接收模块接收视频像素数据以及数据时钟信号ODCK，数据使能信号DE，场同步信号VS，行同步信号HS等控制信号。当VS上升沿到来时，选择当前所要存储的帧存储器，并将存储器地址寄存器ADDRX和ADDRY清零，当HS上升沿到来时，将ADDRX清零，ADDRY加1，当ODCK上升沿到来且DE为高电平时，将数据存入帧存储器的（ADDRY-1）*1024+ADDRX地址单元中，并将ADDRX加1，在存入数据时，若接受的是RGB三基色数据，则通过亮度方程Y=0.30R+0.59G+0.11B，得到亮度数据后在存入，若接收的为亮度以及色差信号，则直接存入亮度。如此将一帧的视频图像数据存入帧存储器中，等下一帧图像到来时即下一个VS上升沿到来时，再用同样的方法将视频图像数据存入另一个帧存储器中。

分区亮度提取模块的程序流程图如图3所示，该算法的核心是根据当前的场致发射背光模块，从帧存储器中提取相应区域内的所有像素值亮度数据。假设要提取第j行，第i列的背光单元所对应的峰值亮度，则搜索的帧存储器地址范围为ADDRY*1024+ADDRX，其中ADDRY∈{(j-1)*768/m : j*768/m-1}，ADDRX∈{(i-1)*1024/n : i*1024/n-1}，比较该地址范围内的所有数据，提取最大亮度数据。

亮度转换模块接收各个场致发射单元对应区域的最大亮度数据，将这些数据通过线性、非线性或查表等映射算法转换成用于控制PWM信号的数据。

PWM信号产生模块的程序流程图如图4所示，该模块根据亮度转换模块产生的PWM信号数据，利用计数的方法产生具有一定占空比的方波信号。

驱动模块示意图如图5所示，主要包括隔离模块51、一级放大模块52、二级放大模块53。该驱动模块主要是对PWM亮度控制信号进行电流及电压放大，以驱动场致发射背光源。其中隔离模块51对后级高压和前级低压进行隔离，起到保护作用；一级放大模块52对输入信号进行放大，使之能够驱动二级放大模块53；二级放大模块53主要由MOS管组成，采用推拉结构，对信号进行放大以驱动背光模块。

图6所示为三极型场致发射背光单元结构及其驱动电路连接示意图。背光单元主要包括阳极板61以及阴栅板62，其中阳极板上主要包括阳极，以及对应的阳极电极63，阴栅板上分布着阴极和栅极，以及对应的阴极电极64和栅极电极65。所有电极均外接限流电阻66，减小每路电极之间的电流差值，提高背光源的亮度均匀性。所有阳极电极相连并接直流高压+Va，所有阴极电极相连并接地，所有栅极电极相连并连接驱动模块输出端，其中驱动模块所施加的直流电压Vg为阴栅极的调控电压，如此使PWM信号通过栅极的调控作用，控制背光源亮度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种拼接式大面积场致发射背光源的动态调光电路，该背光源由多个具有一定规则形状的三极型场致发射背光单元拼接而成，每个背光单元相对独立；其特征在于：所述动态调光电路包括视频信号的接收与处理模块、帧存储模块以及驱动模块，其中视频信号的接收与处理模块根据接收到的视频信号产生各个场致发射背光单元的亮度控制信号；所述帧存储模块用于存储视频图像数据，起到数据缓存的作用；所述驱动模块对亮度控制信号进行电流及电压放大，以驱动场致发射背光源；所述视频信号的接收与处理模块采用FPGA芯片，主要包括视频接口模块、图像分区亮度提取模块、亮度转换模块和PWM信号产生模块；所述视频接口模块接收视频像素数据信号、数据时钟信号、行同步信号、场同步信号、数据使能信号，并在所述视频接口模块接收的信号的作用下将视频图像数据存入所述的帧存储模块；所述的图像分区亮度提取模块根据每个场致发射背光单元所覆盖的区域分别读取帧存储模块中相应的视频图像数据，根据这些数据获取各个区域的最大亮度数据；所述的亮度转换模块接收各个场致发射单元对应区域的最大亮度数据，将这些数据通过线性、非线性或查表映射算法转换成用于控制PWM信号的数据；所述PWM信号产生模块接收由亮度转换模块发出的数据，将该数据转换成具有一定占空比的方波信号。

2.根据权利要求书1所述的拼接式大面积场致发射背光源的动态调光电路，其特征在于：所述帧存储模块采用双存储器，两个存储器轮流用于帧数据的存储和输出。

3.根据权利要求书1所述的拼接式大面积场致发射背光源的动态调光电路，其特征在于：所述场致发射背光模块为三极型结构，阳极施加高压，阴极接地，栅极施加PWM信号，通过栅极的调控作用控制背光源亮度。

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