CN102651205A

CN102651205A - 一种用于白光led直下式动态背光的控制方法

Info

Publication number: CN102651205A
Application number: CN2012101630061A
Authority: CN
Inventors: 刘臻; 张建华
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2012-08-29

Abstract

本发明涉及了一种用于白光LED直下式动态背光的控制方法。本方法控制的背光模组包括视频信号输入模块、视频信号处理模块、LED背光源驱动模块以及LED阵列。视频信号处理模块采用一种基于最大值-平均值的阈值确定算法和一种场序式扫描算法，对输入的视频信号进行处理后产生相应的脉宽调制信号（PWM），并将其传输至LED背光源驱动模块。根据场序式扫描所产生的使能信号点亮对应区域的LED阵列。上述控制方法，能够在大幅度降低功耗的同时保证画面的质量。

Description

一种用于白光LED直下式动态背光的控制方法

技术领域

本发明属于发光二极管LED控制技术领域，涉及一种液晶用背光源亮度的调整方法，特别是一种用于白光LED直下式动态背光的控制方法。

背景技术

如今，液晶显示器LCD凭借其体积小、重量轻、省电、低辐射以及易于携带等优点，已经被广泛应用于笔记本电脑、电脑显示器以及电视显示屏等消费电子产品中。不过由于LCD面板本身不具备发光特性，因此需要在LCD面板后面加上发光源，这样才能够实现显示效果。背光模组就是这样一种为LCD面板提供光源的光学器件。

LED作为一种新型的节能环保型光源，目前已经被广泛应用于液晶显示器背光模组。其按照LED背光源技术种类划分：目前可以分为RGB-LED和白光LED；按照背光源入射位置划分：LED背光模块依光源入射位置分为直下式与侧入式两大类；大致可分为直下式LED背光源、直下式白光LED背光源、侧光式白光LED背光源等。

运用RGB-LED作为背光源有着使用白光LED无可比拟的优势，其中最主要的一点就是运用RGB-LED能够实现更宽广的色域，可以达到110%NTSC。在这基础上采用动态背光控制算法，可以实现更低的功耗、更高的对比度以及更好的画质。然而由于RGB-LED采用的是红、绿、蓝三色LED器件，其成本相对而言较高。通过改变三色LED器件的混光配比及相应的亮度来实现动态背光，受环境影响比较大，尤其是温度的影响。当RGB-LED长时间工作后，其LED器件温度上升会产生颜色漂移，需要添加额外的颜色反馈电路来实现稳定的色温。

白光LED背光源尽管不能像RGB-LED那样提供广阔的色域，不过它不需要复杂的反馈电路来实现白平衡，这大大减少了整个控制系统的复杂性，而且配合动态控制算法，可以近一步实现高对比度，低功耗，改善运动图像的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于白光LED直下式动态背光的控制方法，未达到上述目的，本发明采用下述技术方案，实现更高的画质以及更低的功耗。

一种用于白光LED直下式动态背光的控制方法，其特征在于：所控制的背光模组包括视频信号接收模块、视频信号处理模块、LED背光源驱动模块以及LED阵列；所述的视频信号解码模块用于对输入的LVDS（低压差分信号）视频信号进行解码后转成标准的TTL电平，并将其传送至视频处理模块；所述的视频处理模块通过对TTL电平进行处理，运用相应的算法得出LED背光阵列中各个区域LED的控制值，并产生相应的脉宽调制信号（PWM），并将其传输至LED背光源驱动模块；所述的LED背光源驱动模块根据所接收的PWM信号产生相应的电压值，用于点亮LED阵列；所述的LED阵列根据对应的驱动电压值，呈现相应的亮度。

所述的LED阵列采用直下式白光LED背光源，其具体分区方式为4行8列，共32个分区。每个区域包括24颗LED，其排列方式为8串3并。

所述视频信号输入模块采用低压差分信号（LVDS）作为输入信号源。

所述视频信号处理模块包括行列扫描模块，主控模块，锯齿波发生模块，PWM生成模块；所述行列扫描模块通过对TTL信号进行处理，改变行列计数器的值，并将行坐标、列坐标送至主控模块；所述主控模块，根据所得到的行，列坐标采用控制算法对各区域的视频信号像素值进行处理，并得出各区域所对应的背光区域LED的控制值；所述的锯齿波发生模块用于产生锯齿信号，并将其传输至PWM生成模块；所述的PWM生成模块根据输入锯齿波以及相应的背光区域LED控制值产生相应的PWM波形，从而实现对LED背光阵列的调光。

所述控制算法包括背光确定算法和扫描算法。背光确定算法主要用于确定某一个特定区域对应的背光信号控制值。扫描算法根据当前的行列扫描情况打开特定的一行LED背光阵列，并关闭其余三行LED背光阵列。

所述LED背光源驱动模块包括BOOST升压电路以及开关管调光模块；所述的BOOST升压电路实现对输入电压的升压，为LED背光阵列提供足够的正向导通电压；所述的开关管调光模块根据输入PWM信号的占空比来实现开关场效应管（MOSFET），从而实现改变一个周期内通过LED的平均电流，最终实现调光。

本发明应用于白光LED直下式背光模组。与现有的技术相比较，本发明采用基于场序式扫描的控制方法，能够在较大幅度降低功耗的同时保证画面的质量。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的白光LED直下式动态背光模块结构框图；

图2为图1中视频信号解码模块的电路图；

图3为图1中视频信号处理模块的详细模块图；

图4为图3中主控模块所采用的算法的顶层框图；

图5为图4中背光确定算法的流程图；

图6为图4中扫描算法的状态转移图；

图7为图1中LED背光源驱动模块的电路图；

图8为本发明所属算法的一个实施例的具体实现过程图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图1，本发明用于白光LED直下式动态背光，其特征在：所控制的背光模组包括视频信号接收模块、视频信号处理模块、LED背光源驱动模块以及LED阵列；所述的视频信号解码模块用于对输入的低压差分信号LVDS视频信号进行解码后转成标准的TTL电平，并将其传送至视频处理模块；所述的视频处理模块通过对TTL电平进行处理，运用相应的算法得出LED背光阵列中各个区域LED的控制值，产生相应的脉宽调制信号PWM，并将其传输至LED背光源驱动模块；所述的LED背光源驱动模块根据所接收的PWM信号产生相应的电压值，用于点亮LED阵列；所述的LED阵列根据对应的驱动电压值，呈现相应的亮度。

实施例二：

为了解决RGB-LED受环境影响产生的色温漂移问题以及RGB-LED控制系统复杂，成本较高的问题，本实施例给出一种控制系统简单，不受颜色漂移问题影响的直下式白光LED背光控制算法，实现较大程度降低功耗的同时保证较佳的画面质量。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，本发明较佳实施例的用于白光LED直下式动态背光的基于顺序扫描的控制方法，本方法控制的背光模块包括视频信号接收模块100、视频信号处理模块200、LED背光源驱动模块300和LED背光阵列400。视频信号接收模块100用于对输入的LVDS（低压差分信号）视频信号进行解码后转成标准的TTL电平，并将其传送至视频处理模块。视频信号处理模块200通过对输入视频信号的处理，得出相应的背光驱动信号，并将其以脉宽调制信号（PWM）的形式传送至LED背光源驱动模块300。背光源驱动模块300根据输入PWM信号占空比的不同，调整通过LED背光阵列400电流的大小，从而实现动态调光。

在本实施例中，LED背光阵列400采用直下式白光LED背光源，具体分区方式为4行8列，一共32个分区。每个区域包括24颗LED，其排列方式为8串3并。

在本实施例中，视频信号输入模块采用低压差分信号（LVDS）的形式传输信号。LVDS信号通过一对差分信号线进行数据的传输，使得信号能以较高的速率传输，克服了传统VGA信号传输信号时功耗大、EMI电磁干扰大等缺点。

在本实施例中，视频信号处理模块200包括行、列扫描模块220，主控模块240以及PWM信号产生模块260。行、列扫描模块220主要通过两个计数器对当前扫描的像素的位置进行计数，分别记录器行坐标值以及列坐标值，并将这两个坐标值传送至主控模块240。主控模块240运用特定的算法根据行、列扫描模块220得到的坐标值对输入视频信号的像素值进行处理，通过运算得出某一特定区域对应的像素特征值，并将其转化成为该区域的LED背光控制信号传输至PWM信号产生模块260。PWM信号产生模块260将其自身产生的信号和输入的LED背光控制信号进行比较，输出相应的具有特定占空比的PWM信号实现对LED背光阵列中某一特定区域的亮度进行调整。

在本实施例中，主控模块240中所采用的算法包括背光确定算法242和扫描算法244。背光确定算法242主要用于确定某一个特定区域对应的背光信号控制值。首先根据行列扫描模块扫描得到的坐标值确定某一个特定区域对应的像素特征值，主要包括像素平均值和像素最大值，然后取像素最大值与像素平均值之差的一半作为补偿值，最后将像素平均值与补偿值的和作为该区域的像素特征值，通过线性映射得到对应的背光控制信号。扫描算法244实现在特定时刻打开一行LED背光阵列并关闭其余三行LED背光阵列，到了特定的时刻再打开下一行LED背光阵列并关闭其余三行LED背光阵列，如此循环往复。

在本实施例中，视频信号处理模块200采用FPGA（现场可编程门阵列）芯片来实现。FPGA采用的是Altera的Cyclone II系列的EP2C8Q208C8芯片。该芯片逻辑单元灵活，集成度高，使用范围宽，其兼容了PLD（可编程逻辑器件）和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程灵活。与传统的ASIC（专用集成电路）相比，FPGA具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点。其中集成了LVDS信号处理IP核，运用该IP核可以更高效地处理输入视频信号。通过硬件描述语言对所需要实现的功能进行建模，并进行相关配置后可以方便地实现预期功能。

在本实施例中，LED背光源驱动模块300采用TI（德州仪器）公司的高亮度白光LED驱动芯片TPS61165实现。该芯片通过BOOST变换电路对输入电压进行升压，为LED光源提供足够的正向导通电压。控制端通过输入脉宽调制信号（PWM）完成对芯片内部集成的场效应管（MOSFET）的开关，实现调整在一个周期内通过LED的平均电流，以达到调光的目的。该芯片有较高的转换效率，且在PWM信号作为输入控制信号的情况下吸收电流具有较小的纹波。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种用于白光LED直下式动态背光的控制方法，其特征在：所控制的背光模组包括视频信号接收模块、视频信号处理模块、LED背光源驱动模块以及LED阵列；所述的视频信号解码模块用于对输入的低压差分信号LVDS视频信号进行解码后转成标准的TTL电平，并将其传送至视频处理模块；所述的视频处理模块通过对TTL电平进行处理，运用相应的算法得出LED背光阵列中各个区域LED的控制值，产生相应的脉宽调制信号PWM，并将其传输至LED背光源驱动模块；所述的LED背光源驱动模块根据所接收的PWM信号产生相应的电压值，用于点亮LED阵列；所述的LED阵列根据对应的驱动电压值，呈现相应的亮度。

2.根据权利要求1所述的用于白光LED直下式动态背光的控制方法，其特征在于：

（1）所述的LED阵列采用直下式白光LED背光源，其具体分区方式为4行8列，共32个分区，每个区域包括24颗LED，其排列方式为8串3并；

（2）所述视频信号接收模块采用标准的LVDS接口，将LVDS视频信号作为输入信号源；

（3）所述视频信号处理模块包括行列扫描模块，主控模块，锯齿波发生模块，PWM生成模块；所述行列扫描模块通过对TTL信号进行处理，改变行列计数器的值，并将行坐标、列坐标送至主控模块；所述主控模块，根据所得到的行，列坐标采用控制算法对各区域的视频信号像素值进行处理，并得出各区域所对应的背光区域LED的控制值；所述的锯齿波发生模块用于产生锯齿信号，并将其传输至PWM生成模块；所述的PWM生成模块根据输入锯齿波以及相应的背光区域LED控制值产生相应的PWM波形，从而实现对LED背光阵列的调光；

（4）所述控制算法包括背光确定算法和扫描算法；背光确定算法主要用于确定某一个特定区域对应的背光信号控制值，扫描算法根据当前的行列扫描情况打开特定的一行LED背光阵列，并关闭其余三行LED背光阵列；

（5）所述LED背光源驱动模块包括BOOST升压电路以及开关管调光模块；所述的BOOST升压电路实现对输入电压的升压，为LED背光阵列提供足够的正向导通电压；所述的开关管调光模块根据输入PWM信号的占空比来实现开关场效应管MOSFET，从而实现改变一个周期内通过LED的平均电流，最终实现调光。