CN103413539A

CN103413539A - 一种背光驱动控制方法、控制装置及显示装置

Info

Publication number: CN103413539A
Application number: CN2013103980859A
Authority: CN
Inventors: 黄顺明; 张钰枫
Original assignee: Qingdao Hisense Electronics Co Ltd
Current assignee: Hisense Visual Technology Co Ltd
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: CN103413539B

Abstract

一种背光驱动控制方法、控制装置及显示装置；所述方法应用在包含背光源的显示装置中，包括：接收待显示图像各像素点的灰阶；计算待显示图像的灰阶值；根据所述待显示图像的灰阶值确定背光电流值，当所述待显示图像的灰阶值大于第一预设阈值时，所述背光电流值大于所述背光源的额定工作电流值；根据所确定的背光电流值控制背光源的驱动。本发明能够提高背光源的发光量，降低硬件成本。

Description

一种背光驱动控制方法、控制装置及显示装置

技术领域

本发明涉及液晶显示领域，尤其涉及一种背光驱动控制方法、控制装置及显示装置。

背景技术

传统背光采用的方式是，不管输入影像数据或外围光线如何变化都会提供稳定固定的背光亮度。固定式背光的缺点是，背光功耗大，对比度小，显示黑画面时会存在不同程度的漏光现象影响主观效果。为了增加对比度，业界开始采用动态背光技术，其动态地或适应性地根据影像数据的分布情形或周边光线以调整整体或特定部分的背光亮度。如当显示亮画面时，背光输出高亮度；当显示暗影像时，背光减弱输出亮度。由此，动态背光比固定式背光具有较高的动态对比，同时减少了功耗。

然而，最早动态背光以数字方式来显示影像，对于靠近暗灰阶（为0的灰阶）以及靠近亮阶（8bit分辨率时为255的灰阶，10bit分辨率时为1023的灰阶）的情况都无法有任何的处理。比如当灰阶超过某一确定灰阶时，对应的背光电流值达到背光源的额定工作电流值或预设的基准电流值（小于或等于所述额定工作电流值）时，背光电流值不再上升；这样，当灰阶超过某一灰阶值，背光亮度不再升高，因此对位于亮阶附近的情况会造成亮度的损失，降低了静态对比，图像层次感差。

鉴于这个传统动态背光的缺点，一种方案通过增加背光数量来提升背光亮度，进而提升对比度，这样提高了背光模组的成本，导致功耗较大；另一种方案通过提升Gamma参考电压的最高点来提升Gamma曲线的最高点，使得其实质上接近最亮的灰阶（8bit分辨率为例，使得其靠近255的灰阶），改进亮度损失，因而提高静态对比，维持高的动态对比及低灰阶漏光现象。

现有方案基本上是通过对背光和图像Gamma的处理，达到固定背光时的Gamma曲线，实现更精细的Gamma分阶和对比度，降低背光面积，从而达到降低背光能耗的效果，如图1所示，其中L1为基准电流驱动背光源时的亮度曲线；L2为目标Gamma曲线；L3为调整后的Gamma曲线；L4为调整亮度曲线。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有方案并没有考虑到影像画面中采用最高亮度的画面本身很少，使得在设计中显示画面的节能和降低背光LED（发光二极管）发光量无法达到最大程度，对比度和亮度也无法达到更高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型的动态背光方案，提高背光源的发光量，降低硬件成本。

一方面，本发明的实施例提供了一种背光驱动控制方法，应用在包含背光源的显示装置中；所述方法包括：

接收待显示图像各像素点的灰阶；

计算待显示图像的灰阶值；

根据所述待显示图像的灰阶值确定背光电流值，当所述待显示图像的灰阶值大于第一预设阈值时，所述背光电流值大于所述背光源的额定工作电流值；

根据所确定的背光电流值控制背光源的驱动。

可选地，根据所述待显示图像的灰阶值确定背光电流值步骤包括：

根据第一对应关系，确定所述待显示图像的灰阶值对应的第一比值；

将背光源的额定工作电流值乘以所述第一比值，得到背光电流值。

可选地，所述第一对应关系为线性关系；所述待显示图像的灰阶值为225时，对应的第一比值为1.5；所述待显示图像的灰阶值为0时对应的第一比值为0；

所述第一预设阈值为所述第一对应关系中，比值为1时所对应的灰阶值。

可选地，根据所确定的背光电流值控制背光源的驱动的步骤包括：

当所述待显示图像的灰阶值大于第一预设阈值时，根据预设的占空比，采用脉宽调制的方式控制背光源的驱动电流，使驱动背光源的电流最大幅值乘以所述占空比的结果等于所确定的背光电流值。

可选地，所述的方法还包括：

对图像灰阶数n及图像Gamma值r进行校正，使（I_A×B_LA）×（n/255）^r等于所述待显示图像的灰阶值；其中I_A为背光电流值与额定工作电流值的比值，B_LA为背光电流值等于额定工作电流值时的背光亮度；

根据校正后的n和r进行背光源的驱动控制。

可选地，所述的方法还包括：

计算待显示图像的对比度；

对图像灰阶数n及图像Gamma值r进行校正的步骤包括：

当待显示图像的对比度大于或等于第二预设阈值时，调整图像Gamma值r，根据调整后的r计算出能使（I_A×B_LA）×（n/255）^r等于所述待显示图像的灰阶值的n；

当待显示图像的对比度小于第二预设阈值时，调整图像灰阶数n，根据调整后的n计算出能使（I_A×B_LA）×（n/255）^r等于所述待显示图像的灰阶值的r。

可选地，调整图像Gamma值r的步骤包括：

当所述待显示图像的灰阶值小于第三预设阈值时，将r调整为第一预设值；当所述待显示图像的灰阶值大于或等于第三预设阈值时，将r调整为第二预设值；所述第一预设值大于所述第二预设值。

另一方面，本发明的又一实施例提供了一种背光驱动控制装置，包括：

数据接收电路，用于接收待显示图像各像素点的灰阶；

数据处理电路，用于计算待显示图像的灰阶值，根据所述待显示图像的灰阶值确定背光电流值，当所述待显示图像的灰阶值大于第一预设阈值时，所述背光电流值大于所述背光源的额定工作电流值；

控制电路，用于根据所确定的背光电流值控制背光源的驱动。

可选地，所述数据处理电路根据所述待显示图像的灰阶值确定背光电流值是指：

所述数据处理电路根据第一对应关系，确定所述待显示图像的灰阶值对应的第一比值；将背光源的额定工作电流值乘以所述第一比值，得到背光电流值。

可选地，所述控制电路根据所确定的背光电流值控制背光源的驱动是指：

所述控制电路当所述待显示图像的灰阶值大于第一预设阈值时，根据预设的占空比，采用脉宽调制的方式控制背光源的驱动电流，使驱动背光源的电流最大幅值乘以所述占空比的结果等于所确定的背光电流值。

可选地，所述的装置还包括：

校正电路，用于对图像灰阶数n及图像Gamma值r进行校正，使（I_A×B_LA）×（n/255）^r等于所述待显示图像的灰阶值；其中I_A为背光电流值与额定工作电流值的比值，B_LA为背光电流值等于额定工作电流值时的背光亮度；根据校正后的n和r进行背光源的驱动控制。

可选地，所述校正电路包括：

图像Gamma值处理电路、数字灰阶调整电路、数据输出和驱动控制信号输出电路；

所述数据处理电路还用于计算待显示图像的对比度；还用于当待显示图像的对比度大于或等于第二预设阈值时，指示所述图像Gamma值处理电路调整图像Gamma值r；当待显示图像的对比度小于第二预设阈值时，指示所述数字灰阶调整电路调整图像灰阶数n；

所述图像Gamma值处理电路用于根据所述数据处理电路的指示调整图像Gamma值r，并发送给所述数字灰阶调整电路当收到所述数字灰阶调整电路发送的图像灰阶数n后，根据收到的图像灰阶数n计算出能使（I_A×B_LA）×（n/255）^r等于所述待显示图像的灰阶值的图像Gamma值r；输出调整后或计算出的图像Gamma值r；

所述数字灰阶调整电路用于所述数据处理电路的指示调整图像灰阶数n，将调整后的图像灰阶数n发送给所述图像Gamma值处理电路；当收到所述图像Gamma值处理电路发送的图像Gamma值r后，根据收到的图像Gamma值r计算出能使（I_A×B_LA）×（n/255）^r等于所述待显示图像的灰阶值的图像灰阶数n；通过所述数据输出和驱动控制信号输出电路输出调整后或计算出的图像灰阶数n。

可选地，所述图像Gamma值处理电路根据所述数据处理电路的指示调整图像Gamma值r是指：

所述图像Gamma值处理电路收到所述数据处理电路的指示后，判断所述待显示图像的灰阶值是否小于第三预设阈值，如果小于所述第三预设阈值，则将图像Gamma值r调整为第一预设值并发送给所述数字灰阶调整电路；如果不小于所述第三预设阈值，则将图像Gamma值r调整为第二预设值并发送给所述数字灰阶调整电路；所述第一预设值大于所述第二预设值。

再一方面，本发明的又一实施例提供了一种显示装置，包括

上述背光驱动控制装置；

与所述背光驱动控制装置中控制电路相连的驱动电路；

与该驱动电路相连的背光源。

上述技术方案具有如下优点，通过对待显示图像的亮度灰阶进行运算，统计出待显示图像的灰阶值，对灰阶值较高的待显示图像进行过电流驱动，实现最大限度的背光源过流驱动，使背光源发光量达到最大程度；还可以减少背光源中灯管的个数，从而降低背光模组的成本；虽然在过流驱动时单个灯管的功耗会大于额定工作电流时的功耗，但由于减少了灯管的个数，且过流驱动只针对少数高亮画面，因此从整个显示过程来看，背光模组整体的功耗并不会因为过流驱动而上升，甚至会有所降低。上述技术方案的一个优化方案将进行过流驱动的条件设定为待显示图像的灰度值超过驱动电流为额定工作电流时所对应的灰度值，只对视频中个别高阶亮度的图像进行过电流驱动，可减少过电流驱动的时间长度和频次；上述技术方案的一个优化方案采用PWM（脉宽调制）方式进行间隔式的过电流驱动，使过流驱动状态只保持短暂的时间，可以避免损失背光源的寿命和可靠性；上述技术方案中的又一优化方案能够调整动态Gamma，最大限度利用液晶面板的穿透率达到进一步节能的效果。

附图说明

图1是现有方案中穿透率/亮度与灰阶的关系示意图；

图2是实施例一中背光驱动控制方法的流程示意图；

图3是实施例一中过流驱动时穿透率/亮度与灰阶的关系示意图；

图4是实施例一中过流驱动时的功率变化示意图；

图5a是实施例一中待显示图像的灰阶值小于或等于第一预设阈值时的背光电流变化示意图；

图5b是实施例一中待显示图像的灰阶值大于第一预设阈值时的背光电流变化示意图；

图6是实施例二中的数据处理电路的示意框图；

图7是实施例三中的显示装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一，一种背光驱动控制方法，应用在包含背光源的显示装置中；如图2所示，所述方法包括：

接收待显示图像各像素点的灰阶；

计算待显示图像的灰阶值；

根据所述待显示图像的灰阶值阶确定背光电流值，当所述待显示图像的灰阶值大于第一预设阈值时，所述背光电流值大于所述背光源的额定工作电流值；

根据所确定的背光电流值控制背光源的驱动。

本实施例中，所述背光源可以但不限于为LED灯；所述待显示图像的灰阶值可以是图像帧中各像素点灰阶值的平均值，也可以是所有像素点灰阶值的总和，还可以是采用任一种统计方法对各像素点灰阶值进行计算的结果等。

本实施例有别于现有技术的调整（如图1），现有技术中，背光最大工作电流不超过背光源的额定工作电流值（或基准电流值），这样，当待显示图像的灰阶超过某一灰阶值后，背光亮度将不再升高；这样做通常是为了防止电流超过额定工作电流会损坏背光源。

而本技术方案在提出过程中，通过大量可靠性试验及测试，确定背光源的工作电流短暂超过额定工作电流不会对背光源的寿命产生实质性影响，再者，经过测试分析得到，通常的视频信号中高阶亮度图像占比非常少；本实施例对上述两种因素综合考虑，提出一种不同于常规技术的解决方案，即：当待显示图像灰阶较高时进行过电流驱动，背光源的亮度将超过采用额定工作电流或基准电流驱动时最亮画面的亮度，本实施例中穿透率/亮度随灰阶的变化情况如图3中的L5所示。以LED作为背光源的情况为例，比如LED当驱动电流为140mA时可以长时间工作，本实施例在显示比较高灰阶画面时提高LED驱动电流超过140mA，比如但不限于达到270mA实现过电流驱动，从而实现画面对比度更高，由于视频中高阶画面较少，所以短时间过电流驱动不会造成LED的寿命大幅度降低；由于各LED过电流驱动时亮度增加，因此还可以减少LED灯的数量，进而降低背光成本，比如原来32寸的显示屏需要40颗灯，现在只需要36颗灯，降低20%成本。

本实施例的一种实施方式中，所述第一预设阈值可以但不限于为220灰阶；在其它实施方式中，也可以根据需要或试验结果设置为其它值。

本实施例的一种实施方式中，根据所述待显示图像的灰阶值阶确定背光电流值步骤具体可以包括：

本实施方式中，所述第一对应关系可以但不限于为线性关系；所述待显示图像的灰阶值为225时，对应的第一比值为1.5；所述待显示图像的灰阶值为0时对应的第一比值为0。

该实施方式中，所述第一预设阈值可以但不限于是第一对应关系中，比值为1时对应的灰阶值。

该实施方式中，在根据第一对应关系确定所述待显示图像的灰阶值对应的第一比值的步骤中，既可以在得到待显示图像的灰阶值后采用线性插值的方式确定第一比值，也可以预先根据第一对应关系求出各灰阶值对应的第一比值，并保存在一特定文件（比如对应关系表）中，在得到待显示图像的灰阶值后查表获知所对应的第一比值。

本实施例的一种实施方式中，根据所确定的背光电流值控制背光源的驱动的步骤具体可以包括：

本实施方式中，占空比和电流最大幅值均可以设置，只要满足乘积等于所确定的背光电流值即可；比如可以通过将PWM的占空比设定为超过基准占空比，实现过流驱动；再比如将占空比设定为基准占空比，提高电流最大幅度达到过流驱动；当然，也可以对电流最大幅度和占空比都进行调节。在一种备选方案中，所述预设的占空比可以但不限于为80%。

本实施方式考虑到如果对背光源（比如LED）一直过电流驱动可能损失背光源寿命，因此对待显示图像的灰阶值超过第一预设阈值的整屏画面进行间隔式LED过电流驱动，通过设置PWM占空比，周期性地将背光源的驱动电流缓慢降低到小于额定工作电流的程度，再缓慢恢复为过电流驱动，可以但不限于采用计数器来实现脉宽调制电路，通过设定计数器的最大计数值来调整过流驱动的时长。功率随时间变化的曲线如图4所示，其中包括原始曲线41，和间隔式过流驱动时的曲线42。本实施方式可实现在少数特别高灰阶的画面下也能达到背光源的温度平衡的效果，不会影响到背光源的寿命和可靠性。

本实施方式中，当所述待显示图像的灰阶值不大于第一预设阈值时，可以采用额定工作电流或基准电流对背光源进行供电，根据所述待显示图像的灰阶值调整脉宽调制占空比，从而调整背光源上有效电流的大小。以LED为例，所述平均灰度值未大于所述第一预设阈值时，LED上所施加的驱动电流随时间变化的曲线如图5a所示，包括表示LED基准电流（或额定工作电流）的曲线51，和表示有效电流的曲线52；大于所述第一预设阈值时LED上所施加的驱动电流随时间变化的曲线如图5b所示，包括过电流驱动时有效电流的曲线53，及曲线53上当驱动电流小于LED基准电流（或额定工作电流）时的部分54。

本实施例的一种实施方式中，所述方法还可以包括：

根据校正后的n和r进行背光源的驱动控制。

本实施方式中，最终显示的图像的灰阶B_灰= （I_A×B_LA）×（n/255）^r =B_L×Tr，其中B_L为背光亮度，是I_A和B_LA的乘积，Tr为穿透率，n的范围可以为0~255，包括0和255。本实施方式通过对待显示图像的灰阶进行运算，调整Gamma校正及图像的Gamma值，可使得实际显示的图像灰阶与待显示图像的灰阶尽可能接近。

将n称为数字参考电压的Gamma（Digital Gamma），将r（又称为P-Gamma）称为模拟参考电压的Gamma（Analogy Gamma），两者均为动态Gamma。本实施方式通过校正数字/模拟参考电压的Gamma），可以最大限度的调整液晶面板本身的穿透率，比如当n为255时穿透率可达到最大值1，穿透率的最大值和最小值之比可以达到1000：1以上，从而使得对应的背光能耗能够大幅降低，以实现节能，同时可避免画面出现数字灰阶锯齿。

本实施方式的一种备选方案中，所述方法还可以包括：

计算待显示图像的对比度；

对图像灰阶数n及图像Gamma值r进行校正的步骤具体可以包括：

由于校正n会损失灰阶，因此当对比度要求比较高时调整r，而对比度要求较低时调整n。所述第二预设阈值可以但不限于为255；当待显示图像的对比度等于第二预设阈值时，也可以调整图像灰阶数n，并根据调整后的n计算r。

本实施方式的一种备选方案中，所述调整图像Gamma值r的步骤具体可以包括：

所述第三预设阈值可以根据经验或试验结果确定；当所述待显示图像的灰阶值等于第三预设阈值时，r也可以调整为第一预设值。所述第一预设值可以但不限于为4.0，所述第二预设值可以但不限于为1.0，也可以根据经验或试验结果自行设置r和待显示图像的灰阶值间的对应关系。

实施例二，一种背光驱动控制装置，包括：

数据接收电路，用于接收待显示图像各像素点的灰阶；

本实施例的一种实施方式中，所述数据处理电路根据所述待显示图像的灰阶值确定背光电流值具体可以是指：

本实施例方式中，所述第一对应关系可以但不限于为线性关系；所述待显示图像的灰阶值为225时，对应的第一比值为1.5；所述待显示图像的灰阶值为0时对应的第一比值为0；所述第一预设阈值为所述第一对应关系中，比值为1时所对应的灰阶值。

本实施例的一种实施方式中，所述控制电路根据所确定的背光电流值控制背光源的驱动具体可以是指：

所述控制电路当所述平均灰阶值大于第一预设阈值时，根据预设的占空比，采用脉宽调制的方式控制背光源的驱动电流，使驱动背光源的电流最大幅值乘以所述占空比的结果等于所确定的背光电流值。

本实施例的一种实施方式中，所述的装置还可以包括：

本实施方式的一种备选方案中，所述校正电路具体可以包括：

所述图像Gamma值处理电路用于根据所述数据处理电路的指示调整图像Gamma值r，并发送给所述数字灰阶调整电路；当收到所述数字灰阶调整电路发送的图像灰阶数n后，根据收到的图像灰阶数n计算出能使（I_A×B_LA）×（n/255）^r等于所述待显示图像的灰阶值的图像Gamma值r；输出调整后或计算出的图像Gamma值r；

所述数字灰阶调整电路用于所述数据处理电路的指示调整图像灰阶数n，将调整后的图像灰阶数n发送给所述图像Gamma值处理电路；当收到所述图像Gamma值处理电路发送的图像Gamma值r后，计算出能使（I_A×B_LA）×（n/255）^r等于所述待显示图像的灰阶值的图像灰阶数n；通过所述数据输出和驱动控制信号输出电路输出调整后或计算出的图像灰阶数n。

本备选方案中，所述图像Gamma值处理电路根据所述数据处理电路的指示调整图像Gamma值r具体可以是指：

该备选方案中，所述数据处理电路如图6所示，具体可以包括：

统计单元，用于计算待显示图像的灰阶值和对比度；

比较器，用于比较所述待显示图像的灰阶值和所述第一预设阈值；以及用于比较所述对比度和所述第二预设阈值；

动态处理器，用于当所述待显示图像的灰阶值大于所述第一预设阈值时，确定背光电流的大小，并发送给控制电路；还可以根据对比度和第二预设阈值的关系指示图像Gamma值处理电路或数字灰阶调整电路进行调整。

其它实现细节可参考实施例一。

实施例三，一种显示装置，包括实施例二任一方案中的背光驱动控制装置，还可以包括与所述背光驱动控制装置中控制电路相连的驱动电路，及与该驱动电路相连的背光源。

本实施例的一种实施方式中，所述背光驱动控制装置可以集成在TCON（Timing Controller，液晶面板所需要的印刷电路板）上。

本实施例的一个例子如图7所示，所述背光驱动控制装置包括数据接收电路、数据处理电路、控制电路、校正电路；所述校正电路包括图像Gamma值处理电路、数字灰阶调整电路、数据输出和驱动控制信号输出电路；所述数据处理电路包括统计单元、比较器及动态处理器，所述显示装置还包括背光源、用于驱动所述背光源的驱动电路、源极驱动器、栅极驱动器、以及与所述源极驱动器相连的Gamma处理电路；所述数字灰阶调整电路通过所述数据输出和驱动控制信号输出电路将调整后的图像灰阶数n分别输入所述源极驱动器和栅极驱动器；所述图像Gamma值处理电路将调整后的图像Gamma值r通过所述Gamma处理电路输入所述源极驱动器；所述控制电路控制所述驱动电路驱动所述背光源。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种背光驱动控制方法，应用在包含背光源的显示装置中；所述方法包括：

接收待显示图像各像素点的灰阶；

计算待显示图像的灰阶值；

根据所确定的背光电流值控制背光源的驱动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述待显示图像的灰阶值确定背光电流值步骤包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述第一对应关系为线性关系；所述待显示图像的灰阶值为225时，对应的第一比值为1.5；所述待显示图像的灰阶值为0时对应的第一比值为0；

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所确定的背光电流值控制背光源的驱动的步骤包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据校正后的n和r进行背光源的驱动控制。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

计算待显示图像的对比度；

对图像灰阶数n及图像Gamma值r进行校正的步骤包括：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，调整图像Gamma值r的步骤包括：

8.一种背光驱动控制装置，其特征在于，包括：

数据接收电路，用于接收待显示图像各像素点的灰阶；

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述数据处理电路根据所述待显示图像的灰阶值确定背光电流值是指：

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：

11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制电路根据所确定的背光电流值控制背光源的驱动是指：

12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述校正电路包括：

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述图像Gamma值处理电路根据所述数据处理电路的指示调整图像Gamma值r是指：

15.一种显示装置，其特征在于，包括：

权利要求8~14中任一项所述的背光驱动控制装置；

与所述背光驱动控制装置中控制电路相连的驱动电路；

与该驱动电路相连的背光源。