CN103225773A - 一种侧光式led动态背光模组及液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于液晶显示器背光技术研究领域，涉及一种侧光式LED动态背光模组。该背光模组由LED光源、导光模块和覆于所述导光模块表面的光学膜片组成，其特征在于：所述导光模块由两个导光层组成，每个导光层由多个带状导光板拼接组成，每个带状导光板分别与独立的亮度可调节的LED光源耦合，实现所述的侧光式LED动态背光模组的区域亮度调节。本发明的侧光式LED动态背光装置包括背光亮度控制器、图像显示信号补偿控制器、侧光式LED动态背光模组和LCD显示面板，具有背光亮度均匀，亮度高，图像显示对比度高，以及节约功耗的优点。

Description

一种侧光式LED动态背光模组及液晶显示装置

技术领域

本发明属于液晶显示器背光技术研究领域，涉及一种侧光式LED动态背光模组及液晶显示装置。

背景技术

液晶显示器本身不会发光，它依靠背光源将光线穿过LCD，显示图像。发光二极管LED(Light Emitting Diode)由于低功耗，色域宽，节能环保，无污染等优势逐渐取代传统的冷阴极灯管CCFL（Cold Cathode Fluorescent Lamp），被用作LCD的背光源。

LED背光模组分为直下式和侧光式两种。直下式是LED晶粒均匀地配置在液晶面板的后方用做光源，背光可以均匀达到整个屏幕。但是对于大尺寸的显示器，需要用到大量的LED晶粒，成本相对较高，而且，因为LED配置在液晶面板的后方，则直下式背光方式的显示器相对比较厚。侧光式是LED晶粒配置在液晶屏幕的四周边缘，再搭配导光板，LED背光模块发光时，从屏幕边缘发射的光透过导光板输送到屏幕中央的区域，再经过背面的反射面板反射均匀达到整个屏幕。LED侧光式背光源主要有两个优势，一个是可以使用较少的LED晶粒，节省成本；一个是使得显示设备更轻，更薄，在移动终端上有很好的应用前景。

中国专利200620046460.9公开了一种侧光式LED背光模组及液晶显示装置。包括一导光板和多个LED点光源，导光板的入射端面设置有凹槽，LED点光源发出的光线经过导光板的凹槽的端面折射后，在导光板内的实际出射角变大，混色距离减小，增大液晶显示装置的可视窗口。中国专利201120185383.6公开了一种LED侧光式背光模组，包括导光板，配置于导光板一侧的LED光源，覆于导光板上表面的光学膜片，所述光学膜片靠近LED光源一侧伸出导光板且设置为凸起部，实现该部分强度结构的增强，从而可以有效抵抗吸热膨胀，降低了受热膨胀而导致的形变。以上专利都是采用LED全亮模式，也即从显示装置打开到关闭LED一直全亮状态，那么当显示暗色画面的时候，存在漏光现象，使得画面显示对比度不高。

中国专利201010510536.X公开了一种侧光式LED背光式动态分区控制方法。LED设置在导光板的四个侧面，背光区域划分为矩形控制区域，建立各控制区域亮度与所述控制区域对应的LED子块为该控制区域提供的亮度的方程，求解各个LED子块的亮度，实现控制。但是该专利仅仅是简单的将某一个区块的亮度分解为横纵对应的LED子块亮度之和，由于LED子块发射的光线不可能严格沿着矩形传输，而是向四周散射，所以动态背光效果整体会偏暗。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明公开了一种侧光式LED动态背光模组，目的在于解决现有技术中，LED背光模组因为采用全亮模式，当在显示暗色画面的时候，存在漏光现象，使得画面显示对比度不高的问题。同时公开一种LED背光模组亮度值根据图像亮度动态取值方案，降低功耗，增强显示效果。

本发明的技术方案为：一种侧光式LED动态背光模组，它由LED光源、导光模块和覆于所述导光模块表面的光学膜片组成，其特征在于：所述导光模块由两个导光层组成，每个导光层由多个带状导光板拼接组成，每个带状导光板分别与独立的亮度可调节的LED光源耦合，实现所述的侧光式LED动态背光模组的区域亮度调节。所述光学膜片包括：所述带状导光板上的两层扩散片以及两层扩散片之间夹有的一层棱镜片。所述带状导光板侧面镀有把与该导光板耦合的LED光源发出的光线限制在带状导光板区域内的反射面。所述的两个导光层内的带状导光板相互纵横交错排列。所述LED光源可以是白色或者彩色光源，每个LED光源上LED数量可以是一个或多个。LED光源的亮度，是根据待显示图像信号的亮度进行控制，实现动态背光显示。

本发明所述的导光模块是分两层设计，上下两层的带状导光板是纵横交错，因此导光模块被分为多个区域，每一区域的亮度等于对应重叠的横纵带状导光板内亮度之和。每个带状导光板的侧面溅射镀膜，形成反射面，目的在于把与该导光板耦合的LED光源发出的光线限制在带状导光板区域内，这样可以通过控制LED光源的亮度，严格控制每个区域块的亮度。

本发明所述的动态背光，是将导光模块分为多个区域，每个区域根据输入图像信号计算对应导光板耦合的LED光源的亮度值，然后将亮度值转换成驱动电路模拟信号，驱动侧光式LED动态背光模组中的LED光源。

本发明针对现有侧光式LED背光源显示系统中，LED背光模组采用全亮模式，当在显示暗色画面的时候，存在漏光现象，使得画面显示对比度不高的问题，公开一种将背光模组中导光模块分成两层横纵交错重叠的带状导光板的方案，并且在带状导光板侧面溅射镀膜形成反射面，使得可以根据待显示图像的亮度信号控制背光LED光源的亮度，实现很好效果的动态显示，增强画面显示对比度，降低功耗。

附图说明

结合附图说明详细阅读下列实施方式，可容易地理解本发明的宗旨和实现步骤，附图中有：

图1是本发明的侧光式LED动态背光模组的结构剖面图。

图2是本发明的侧光式LED动态背光模组中的导光模块结构的俯视示意图。

图3是本发明的侧光式LED动态背光模组中的导光模块结构的立体示意图。

图4是本发明的带状导光板的立体示意图。

图5是根据本发明的一种液晶显示装置实施例结构框图。

图6是图5实施例结构框图中背光亮度控制器的实施细节原理图。

图7是本发明的分层多块导光板结构的动态背光原理图。

具体实施方式

说明书附图1是侧光式LED动态背光模组的结构剖面图。20是耦合在上层的带状导光板，横向（或纵向）分布，10是其两端的LED光源，30是耦合在下层带状导光板，纵向（或横向）分布。40是扩散片，50是棱镜片（增光片）。扩散片40一般采用PET（聚对苯二甲酸乙醇酯）或PC（聚碳酸酯）基材，正面光滑，反面粗糙，扩散片的功能是将背光源发射过来的光进行多次折射、反射和散射，使得背光更加均匀。棱镜片50，是聚光装置，利用全反射和折射定律，将分散的光集中于一定的角度范围内出射从而提高该出射范围内的亮度。

说明书附图2是本发明提出的侧光式LED背光模组中的导光模块结构的俯视示意图。图中背光模组由多个带状导光板和多个LED光源组成。结构分为两层，上层为纵向排列，下层为横向排列。20为上层纵向分布的其中一块带状导光板，21和22是其溅射镀膜形成反射面的两个侧面，10是其两端耦合的LED光源。30是下层横向分布的其中一块带状导光板，31和32是其溅射镀膜形成反射面的两个侧面，11是其两端耦合的LED光源。溅射镀膜是用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能力并逸出表面，沉积在带状导光板的两个侧面形成反射面，该反射面不具有透光性，因此带状导光板之间没有亮度干扰，确保耦合的LED光源比较好的控制带状导光板内部的亮度。每一个区域块的亮度是对应重叠的横纵带状导光板内亮度之和。

说明书附图3是侧光式LED动态背光模组中的导光模块结构的立体示意图。立体图比较清晰的看到上下两层的结构关系，示意图中上下两层各有5个带状导光板，实际应用中可根据显示设备尺寸和使用采用设计带状导光板数量。另外，为了使得显示设备比较轻薄，导光板材料可以设计得比较薄。

说明书附图4是带状导光板的立体示意图，带状导光板的侧面21和22带有阴影，是用溅射镀膜技术形成反射面，该反射面不具有透光性，这样保证其两端耦合的LED光源10发出的光线仅在该矩形条里传播，比较好的实现对某个区域的亮度控制。

说明图附图5是根据本发明的一种液晶显示装置实施例结构框图。分为五个部分：图像信号601，背光亮度控制器602，图像显示信号补偿控制器603，侧光式LED动态背光模组604，LCD显示面板605。图像信号提供光亮度控制器602和图像显示信号补偿控制器603的图像信号输入。背光亮度控制器602，是根据输入图像信号计算对应导光板耦合的LED光源的亮度值，然后将亮度值转换成驱动信号，驱动侧光式LED动态背光模组中的LED光源。本发明实施例是将待显示图像根据背光区域分为N*N个块，每个块取该区域图像亮度最大值，横向带状导光板两端耦合的LED光源亮度取该横向一行所有区域块的亮度最大值，作为对应行耦合的LED光源的显示亮度值；类似的，纵向带状导光板两端耦合的LED光源亮度取该纵向一列所有区域块的亮度最大值，作为对应列耦合的LED光源的显示亮度值。然后将亮度值转换成驱动电路模拟信号，驱动侧光式LED动态背光模组604中的LED光源。每一个区域块的亮度是对应重叠的横纵带状导光板内亮度之和，原理如图7所示。图像显示信号补偿控制器603，根据动态调整后的背光亮度对输入图像信号进行补偿。然后将补偿后的图像信号转换为扫描线输出栅极控制信号至LCD显示面板605，实现分区域侧光式LED动态背光显示。在具体实施时，背光亮度控制器和图像显示信号补偿控制器，可以采用现场可编程逻辑控制器件（FPGA），运行速度快，可扩展性强，功耗小，达到实时控制。侧光式LED动态背光模组604结构如附图1。

图6是图5实施例结构框图中背光亮度控制器的实施细节原理图。包括LED光源亮度计算器6021，行列亮度信号驱动器6022和行列LED6023,6024。LED光源亮度计算器6021是根据输入图像信号计算对应导光板耦合的LED光源的亮度值。在本实施例中待显示图像根据背光区域分为N*N个块，每个块取该区域图像亮度最大值，横向带状导光板两端耦合的LED光源亮度取该横向一行所有区域块的亮度最大值，作为对应行耦合的LED光源的显示亮度值；类似的，纵向带状导光板两端耦合的LED光源亮度取该纵向一列所有区域块的亮度最大值，作为对应列耦合的LED光源的显示亮度值。然后由行列亮度信号驱动器6022将亮度值经过DA模块转换成行和列驱动电路模拟信号。行驱动信号驱动横向带状导光板两端耦合的行LED6023，列驱动信号驱动纵向带状导光板两端耦合的列LED6024。

说明书附图7是分层多块导光板结构的动态背光原理图,是分为5*5个区域块的实施例。C1,C2,C3,C4,C5分别表示上层5个纵向带状导光板两端的LED的亮度，R1,R2,R3,R4,R5分别表示下层5个横向带状导光板两端的LED的亮度。由于本发明设计的带状导光板两侧溅射镀膜形成不具透光的反射面，因此使得带状导光板两端的LED亮度仅在该矩形条内部传播，每个带状导光板的亮度近似为C1。则每个区域块的亮度等于对应的上下层带状导光板亮度的求和。如区域块亮度R1C1=R1+C1。这样可以根据图像区域的亮度控制背光亮度，使得显示对比度增大。带状导光板两端LED亮度的取值，是先计算每个区域块对应图像的亮度最大值作为该块的临时亮度值，然后取该横向（或纵向）5个区域块临时亮度值的最大值作为两端LED亮度的取值。

本发明与现有（传统）的技术相比，公开一种将背光模组导光板分成矩形条并分为两层横纵交错重叠的方案，并且在带状导光板两侧溅射镀膜形成反射面，增强带状导光板内部的充分反射混光。对于LED光源亮度，根据待显示图像的亮度进行控制，实现动态背光显示，增强画面显示对比度。

本发明背光模组，能准确控制导光区域块的亮度，具有背光亮度均匀，图像显示对比度高，以及节约功耗的优点。

以上结合实例的说明对本发明而言只是说明性而非限制性的，在不超出本发明所列的权利要求范围，可以对本发明做出修改和完善。

Claims (7)

1.一种用于液晶显示器的侧光式LED动态背光模组，它由LED光源、导光模块和覆于所述导光模块表面的光学膜片组成，其特征在于：所述导光模块由两个导光层组成，每个导光层由多个带状导光板拼接组成，每个带状导光板分别与独立的亮度可调节的LED光源耦合，实现所述的侧光式LED动态背光模组的区域亮度调节。

2.根据权利要求1所述的侧光式LED动态背光模组，其特征在于：所述带状导光板侧面镀有把与该导光板耦合的LED光源发出的光线限制在带状导光板区域内的反射面。

3.根据权利要求1所述的侧光式LED动态背光模组，其特征在于：所述的两个导光层内的带状导光板相互纵横交错排列。

4.根据权利要求1所述的侧光式LED动态背光模组，其特征在于：所述光学膜片包括：所述带状导光板上的两层扩散片以及两层扩散片之间夹有的一层棱镜片。

5.根据权利要求1所述的侧光式LED动态背光模组，其特征在于：所述LED光源可以是白色LED光源或者彩色LED光源。

6.一种使用权利要求1至5之一的侧光式LED动态背光模组的液晶显示装置，其特征在于：它包括背光亮度控制器、图像显示信号补偿控制器、侧光式LED动态背光模组和LCD显示面板；所述背光亮度控制器是根据输入图像信号计算对应导光板耦合的LED光源的亮度值，然后将亮度值转换成驱动信号，驱动侧光式LED动态背光模组中的LED光源；所述的图像显示信号补偿控制器，是根据动态调整后的背光亮度对图像信号进行补偿，然后将补偿后的图像信号输出至LCD显示面板。

7.根据权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于：所述的动态背光是，每个带状导光板耦合的LED光源独立调节亮度，使得该带状导光板的亮度受其耦合的LED光源的亮度控制，纵横交错的带状导光板将导光模块分为多个区域，每个区域的亮度受重叠带状导光板的亮度控制，实现每个区域的背光亮度可独立调节。

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