CN102798016B - 背光单元、背光源、背光源控制方法以及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液晶显示技术领域，提供了一种背光单元、背光源、背光源控制方法以及显示装置。该背光单元由一个LED和一块导光板构成，所述导光板包括入光面和与所述入光面相对的出光面，所述LED发出的光线从所述导光板的入光面射入，自所述导光板的出光面射出。本发明中通过导光板与LED组成多个独立的背光单元，LED发出的光线经过多个的导光板尽量发散，明显减小了混光的距离，降低了器件厚度，又避免了大尺寸导光板加工难度大的问题。此外，对多个背光单元分别进行控制，从而对整个背光源进行动态的实时控制，达到降低功耗、提高对比度的目的。

Description

背光单元、背光源、背光源控制方法以及显示装置

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，特别涉及一种背光单元、背光源、背光源控制方法以及显示装置。

背景技术

在目前的平板显示器件中液晶显示器件已占据了主流地位，而在现有的液晶显示器件中，由于液晶面板本身不能发光，背光源是液晶显示器件中不可缺少的组成部分。在液晶显示器件的背光源中，虽然冷阴极荧光灯（CCFL，Cold Cathode Fluorescent Lamp）一度占据着统治地位，但由于LED（Light Emitting Diode，发光二极管）具有宽色域、白点可调、高调光率及长寿命等优点，近来已被开发作为新型的液晶显示器件背光源，并已在一些台式液晶显示器以及液晶电视中得到应用。用于大尺寸TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶体管）液晶电视的背光源也越来越多地采用了LED光源。

液晶显示器件的背光源通常为直下式或侧入式，即在液晶面板背部或侧边提供CCFL或LED的光源，光源发出的光经引导形成均匀的面光源照射到液晶面板上。直下式LED背光源具有亮度高、均匀性好等优点，尤其在使用了动态背光控制后，背光源的功耗可大大降低。但是直下式背光源中，LED发出的光需要经过一段空间距离，把光线混合均匀后到达光学膜材，才能得到比较好的光学参数。因此，直下式虽然较易实现，背光的亮度和质量也能得到保证，但由于LED与液晶面板背部必须保持一定的距离，造成显示器件的厚度无法进一步减小，无法跟上显示器件日益轻薄化的趋势。

现有技术中在直下式或侧入式背光源中通常都会使用导光板对光线进行引导。导光板是一种可以传递并改变光源发出光线的部件，通过合理设计导光板的结构、网点等参数，可以使通过导光板的光线按照设计者的意愿进行传递，可有效地提高光线均匀度和/或降低背光源厚度。但是随着导光板尺寸的增加，其加工难度和成本增大，也是限制大尺寸显示器件发展的因素之一。

发明内容

（一）要解决的技术问题

针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中直下式背光源厚度较大的问题，提供了一种背光单元、背光源、背光源控制方法以及显示装置。

（二）技术方案

为此解决上述技术问题，本发明具体采用如下方案进行：

首先，本发明提供一种背光单元，由一个LED和一块导光板构成，所述导光板包括入光面和与所述入光面相对的出光面，所述LED发出的光线从所述导光板的入光面射入，自所述导光板的出光面射出。

优选地，自所述出光面发出的出射光的发散角度不小于120°。

优选地，所述导光板为长方体形导光板，所述导光板的出光面的边缘四周具有倒角或圆角。

优选地，所述倒角为45度倒角。优选地，所述导光板入光面的中心处有一个球冠形空间，所述LED置于所述球冠形空间中。

另一方面，本发明还同时提供一种背光源，所述背光源包括：多个LED驱动电路、背光源控制单元、以及多个上述的背光单元，所述背光源控制单元用于控制LED驱动电路；所述LED驱动电路用于驱动所述背光单元。

优选地，所述背光源控制单元包括：视频信号输入模块，用于接收输入的视频信号；解码模块，用于将所述视频信号解码为数字格式信息；区域处理模块，用于对所述数字格式信息进行区域处理，获得背光亮度控制信号和视频控制信号；背光亮度控制信号输出模块，用于输出所述背光亮度控制信号给所述LED驱动电路；视频控制信号输出模块，用于输出所述视频控制信号给面板。

优选地，每个背光单元的亮度由所述背光源控制单元单独控制。

优选地，所述背光源控制单元为FPGA芯片。

另一方面，本发明还同时提供一种显示装置，所述显示装置包括上述的背光源。

另一方面，本发明还同时提供一种背光源控制方法，用于对上述的背光源进行控制，所述方法包括步骤：

接收输入的视频信号；

将所述视频信号解码为数字格式信息；

对所述数字格式信息进行区域处理，获得背光亮度控制信号和视频控制信号；

输出所述背光亮度控制信号给所述LED驱动电路，输出所述视频控制信号给面板。

优选地，所述区域处理的过程包括：

根据所述背光源中所述背光单元的行列数，将所述面板对应分成多个区域；

对于所述视频信号解码后中的一帧显示画面数据，计算出每个所述区域中像素显示亮度最大值；

将每个所述区域中像素显示亮度最大值除以像素可达到亮度的最大值，得到每个所述区域的亮度百分比，将每个所述区域的亮度百分比作为所述背光亮度控制信号；

将每个所述区域内所有像素信号值除以所述区域的亮度百分比，得到所述区域对应像素的所述视频控制信号。

（三）有益效果

本发明的技术方案中，通过导光板与LED组成多个独立的背光单元，LED发出的光线先经过多个导光板，使光线尽量发散，相对于传统的直下式背光源，明显减小了混光的距离，又避免了大尺寸导光板加工难度大的问题。此外，LED经过每个导光板发出的光可以进行单独控制，在直下式背光源对多个背光单元分别进行控制，从而可以根据面板显示画面的内容，对整个背光源进行动态的实时控制，达到降低功耗、提高对比度的目的。

附图说明

图1为本发明的实施例中背光单元的基本结构示意图；

图2为本发明的实施例中背光单元的导光板的截面示意图；

图3为本发明的实施例中直下式背光源的结构示意图；

图4为本发明的实施例中背光单元LED发出光线的出射情况示意图；

图5为本发明的实施例中多个背光单元相邻互补的示意图；

图6为本发明的实施例中背光源控制单元的功能模块结构图；

图7A为现有技术中未使用导光板的LED光分布图；

图7B为使用了本发明的导光板的LED光分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明通过导光板与LED组成多个独立的背光单元，在直下式背光源对多个背光单元分别进行控制。LED发出的光线先经过多个导光板，使光线尽量发散，相对于传统的直下式背光源，明显减小了混光的距离，降低了器件厚度，可得到超薄的显示器件。又因为只使用多个尺寸较小的导光板，避免了大尺寸导光板加工难度大的问题。

首先，参见图1，本发明的背光单元包括一个LED 1以及一个导光板2，导光板2包括入光面和与入光面相对的出光面，LED 1发出的光线从导光板2的入光面射入，自导光板2的出光面射出，且出射光尽量发散。

导光板2的截面如图2所示，本发明中导光板2的外形为长方体形，且其出光面的边缘四周都有一个45度倒角，以增大光出射时的发散角度，使光线向四周发散；在导光板2的下部中心处有一个球冠形空间，可以将LED 1置于其中，同时球冠形也将LED 1发出的光向导光板2四周发散，以增大光线经过导光板2后的出射角度。通过上述形状的导光板和LED的配合，可以有效降低光线的混光距离，从而能够缩短包括该背光单元背光源与面板间的距离，使得器件的厚度明显降低。

如图3所示，本发明的超薄直下式背光源包括多个图1所示的背光单元、LED驱动电路和背光源控制单元。其中，多个背光单元组成M行N列的阵列形式。

背光单元中的LED在LED驱动电路的驱动下，发出一定亮度的白光，其发出的白光由LED顶端出射，并有一定的角度。优选地，本发明中的LED的光线的发散角度不小于120度。

LED驱动电路通过调整输出电流来驱动背光单元，从而控制LED的亮度变化。LED驱动电路能够将输入的标准电压值，如24V转换为LED工作所需要的电压值，通过反馈检测的方式，不断调节输出电压，实现对LED的恒流驱动，使LED保持设定的亮度值。LED驱动电路还能够接收来自背光源控制单元的信号，该控制信号是按照标准协议，如SPI或IIC传输的数字信号，LED驱动电路将该数字信号转换为PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）信号的占空比，利用PWM占空比实现对LED平均电流的调节，从而实现了对背光源亮度的调节。

本发明的背光单元中LED 1发出的光线经过导光板2后的出射情况如图4所示。多个背光单元组合成一个大的背光源，可以为任意尺寸的面板提供背光，由于可使用多个小尺寸的导光板，导光板尺寸不随面板尺寸增大而变大，有效降低了导光板的加工成本和加工难度，从而可以支持更大尺寸的显示器件。

优选地，本发明中通过设计背光单元之间的距离，使背光单元出射的光线能够形成相邻互补的形式，每个背光单元对应背光源上的一个区域，如图5所示。

更优选地，本发明中每个背光单元是一个独立的最小控制单元，每个背光单元的亮度可由背光源控制单元单独控制，从而可以根据面板显示画面的内容，对整个背光源进行动态的实时控制，达到降低功耗、提高对比度的目的，此外在对背光源进行实时动态控制时，只要独立处理每个背光单元对应的一个区域的亮度即可，不必考虑背光单元相互之间的配合和/或影响，降低了算法的复杂程度。背光源控制单元根据面板显示画面的内容，对背光源实行动态控制，且该单元进一步包括：视频信号输入模块、解码模块、区域处理模块、背光亮度控制信号输出模块、以及视频控制信号输出模块。其中，视频信号输入模块用于接收输入的视频信号；解码模块用于将该视频信号解码为数字格式信息；区域处理模块用于对该数字格式信息进行区域处理，获得背光亮度控制信号和视频控制信号；背光亮度控制信号输出模块用于输出该背光亮度控制信号给LED驱动电路；视频控制信号输出模块用于输出该视频控制信号给面板。

本发明更进一步地提供一种显示装置，包括如上所述的超薄直下式背光源。所述显示装置可以为：液晶面板、电子纸、液晶电视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等具有任何显示功能的产品或部件。

此外，在本发明中，优选的背光源控制方法包括步骤：

背光源控制单元接收原本输入给面板的视频信号；

将视频信号解码为FPGA可进行算法处理的数字格式信息；

对数字格式信息进行区域处理，经过算法运算后，获得背光亮度控制信号和视频控制信号；

输出背光亮度控制信号给LED驱动电路，输出视频控制信号给面板。

其中，所述区域处理的算法运算的基本过程是：根据背光源中背光单元的行列数，将面板对应分成M*N个区域。对于视频信号解码后中的一帧显示画面数据，计算出每个区域中像素显示亮度最大值（相应的每帧画面可得到M*N个最大值）。将每个区域中像素显示亮度最大值除以像素可达到亮度的最大值（如8位为255），得到每个区域的亮度百分比，该百分比即为对应区域的背光控制信号的PWM占空比，将该PWM占空比作为背光控制信号。此外，将每个区域内所有像素信号值除以该亮度百分比，得到该区域对应像素的视频控制信号。将一帧画面中的M*N个区域均按该方法计算，就得到了对应该帧画面的各区域背光控制信号（PMW占空比）和各区域对应像素的视频控制信号，将背光控制信号和视频控制信号按照相应协议输出，即实现了根据显示画面对背光源的调整。对每帧画面数据均作上述运算，实现了对背光源的实时动态控制。

具体地，对于视频信号的来源，有很多个，可以是电脑显卡直接输出的VGA、DVI信号，也可以是T/CON板接收到的LVDS信号，这是本领域公知的技术手段，相关技术人员应该都能理解。接收端检测到每帧视频信号的起始信号后，开始接收视频信号，转换为对应液晶显示装置每个像素的值，对于8位的面板，该值为0~255之间的一个数字，本算法就是对该值进行计算，得到相应的背光的亮度控制信号和面板的视频控制信号，面板的视频控制信号也是0~255之间的一个数字，输出给T/CON板，背光的亮度控制信号对应LED驱动电流的PWM调整信号，可以是8位、10位、12位的数字信号，该信号通过SPI协议传输给LED驱动芯片，实现对背光的实时调节。

实现上述背光源控制方法的背光源控制单元优选地为一FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）芯片。由于现场可编程门阵列FPGA本身的特性，其除了具备硬件的逻辑单元阵列之外，自身还支持以编程配置的方式实现更复杂的逻辑功能。因此，本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述实施例方法的各步骤，而所述的存储介质可以是：ROM/RAM、磁碟、光盘、存储卡等；实现上述实施例方法中的全部或部分步骤的也可以是在FPGA中通过编程配置实现的固件或软件功能模块。因此，FPGA芯片不应理解为对本发明背光源控制单元的限制，与上述背光源控制方法对应的背光源控制单元的功能模块框图如图6所示。

图7A和图7B更进一步地展示了采用本发明的技术方案获得的矩阵光斑效果图。图7A为现有技术中未使用导光板的LED光分布图，图7B为使用了本发明的导光板的LED光分布图。从图7B中可以明显看出，本发明中可以获得理想的矩形光斑，因而可有效组成阵列形式为各种尺寸的面板提供背光。在图7B的优选的实施例中，导光板边长7mm，高3mm；膜材（即LED芯片）距离导光板3mm（即混光距离）。本领域相关技术人员应能够理解，光斑的形状与导光板的尺寸、导光板与膜材的距离有关；通过调整导光板的尺寸和导光板与膜材之间的距离，可以得到所需要的矩形光斑，因而在不同器件中使用的尺寸和距离参数视器件的尺寸、亮度、厚度等参数进行具体地调节，在此不再赘述。

本发明的技术方案中，通过导光板与LED组成多个独立的背光单元，LED发出的光线先经过多个的导光板，使光线尽量发散，相对于传统的直下式背光源，明显减小了混光的距离，又避免了大尺寸导光板加工难度大的问题。此外，LED经过每个导光板发出的光可以进行单独控制，在直下式背光源对多个背光单元分别进行控制，从而可以根据面板显示画面的内容，对整个背光源进行动态的实时控制，达到降低功耗、提高对比度的目的。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的实际保护范围应由权利要求限定。

Claims (11)

1.一种背光单元，其特征在于，由一个LED和一块导光板构成，所述导光板包括入光面和与所述入光面相对的出光面，所述LED发出的光线从所述导光板的入光面射入，自所述导光板的出光面射出；

其中，所述导光板为长方体形导光板，所述导光板的出光面的边缘四周具有倒角或圆角。

2.根据权利要求1所述的背光单元，其特征在于，自所述出光面发出的出射光的发散角度不小于120°。

3.根据权利要求1所述的背光单元，其特征在于，所述倒角为45度倒角。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的背光单元，其特征在于，所述导光板入光面的中心处有一个球冠形空间，所述LED置于所述球冠形空间中。

5.一种背光源，其特征在于，所述背光源包括：

LED驱动电路、背光源控制单元、以及多个如权利要求1-4中任一项所述的背光单元，

所述背光源控制单元用于控制LED驱动电路；

所述LED驱动电路用于驱动所述背光单元。

6.根据权利要求5所述的背光源，其特征在于，所述背光源控制单元包括：

视频信号输入模块，用于接收输入的视频信号；

解码模块，用于将所述视频信号解码为数字格式信息；

区域处理模块，用于对所述数字格式信息进行区域处理，获得背光亮度控制信号和视频控制信号；

背光亮度控制信号输出模块，用于输出所述背光亮度控制信号给所述LED驱动电路；

视频控制信号输出模块，用于输出所述视频控制信号给面板。

7.根据权利要求5所述的背光源，其特征在于，每个背光单元的亮度由所述背光源控制单元单独控制。

8.根据权利要求5所述的背光源，其特征在于，所述背光源控制单元为FPGA芯片。

9.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括如权利要求5-8中任一项所述的背光源。

10.一种背光源控制方法，用于对权利要求5中所述的背光源进行控制，其特征在于，所述方法包括步骤：

接收输入的视频信号；

将所述视频信号解码为数字格式信息；

对所述数字格式信息进行区域处理，获得背光亮度控制信号和视频控制信号；

输出所述背光亮度控制信号给所述LED驱动电路，输出所述视频控制信号给面板。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述区域处理的过程包括：

根据所述背光源中所述背光单元的行列数，将所述面板对应分成多个区域；

对于所述视频信号解码后中的一帧显示画面数据，计算出每个所述区域中像素显示亮度最大值；

将每个所述区域中像素显示亮度最大值除以像素可达到亮度的最大值，得到每个所述区域的亮度百分比，将每个所述区域的亮度百分比作为所述背光亮度控制信号；

将每个所述区域内所有像素信号值除以所述区域的亮度百分比，得到所述区域对应像素的所述视频控制信号。