CN105632415A - 一种液晶显示装置及其局部调光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶显示装置及其局部调光系统，包括背光模组、液晶面板、供电模块和恒流驱动模块，背光模组内设置有N个发光二极管组，N个发光二极管组对应液晶面板不同的区域且为对应的区域提供光源；发光二极管组包括预定数量的发光二极管；供电模块将市电转化为预定电压的直流电输出给所述发光二极管；恒流驱动模块根据液晶面板各个区域的光源需求，控制发光二极管组提供与对应区域的需求相匹配的光源。发光二极管的额定电压与预定电压相同。供电模块将市电转化为直流电后直接给发光二极管供电，无需进行降压转换，节省了PCB板空间，降低了layout排版难度，同时优化了系统成本，提升了系统的可靠性。

Description

一种液晶显示装置及其局部调光系统

技术领域

本发明涉及液晶显示领域，特别涉及一种液晶显示装置及其局部调光系统。

背景技术

为了让LED液晶电视机具有高动态对比度，常用的方法为对背光进行分区处理，即是通过LED（发光二极管）的串并联关系将玻璃分为若干个区域，液晶面板的每个区域对应一颗LED或N颗LED，而且随着消费者对超高对比度以及画质的需求，主板对图像信号进行亮度算法分析，通过SPI的方式给每个区域发送对应的亮度值，图像亮的区域LED的电流占空比小、图像暗的区域LED的电流占空比大，这样电视机的对比度就得以大大提高。这种技术本领域称之为局部调光，即localdimming。

我们知道，区域越多，localdimming的效果越佳，但是由于诸多问题限制了电视机将区域做多。如成本、电视机结构给予恒流板的空间等等。目前市面上具有localdimming功能的直下式电视机使用LED规格为电压3.3V、电流250-400mA，由于使用一颗灯一区，因此需提供3.3V给LED供电。常规的电源输出有12V和24V，考虑到转换的效率，选择12V进行降压输出3.3V。拿65寸localdimming电视举例，背光180颗灯，将背光分成180区，此款电视机电源输出规格为12V，电流达到22.5A，对元器件的耐电流能力要求较高，整体上元器件温升较高；恒流板方面，由于需使用如图1所示的3.3VBUCK降压模块将12V转换为3.3V，以及图2所示的3.3V横流控制模块对LED进行恒流，PCB的布局非常紧凑，空间稍显不足，且使用BUCK电路（3.3VBUCK降压模块）也降低了电源整体的效率；由于使用300mA的电流，线损较大，恒流板PCB表面温升较高，整个系统在效率以及可靠性上都显不足。

由此可知，传统localdimming方案使用低压高电流规格LED，存在两个问题：1、由于分区较多，LED路径较长，因此线损较大，同时300mA的驱动电流会使得恒流板温升较高；2、恒流板使用BUCK+恒流电路，受布板空间限制，加大layout排板难度。

因此，现有的技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种液晶显示装置及其局部调光系统，采用供电模块直接给发光二极管供电，无需BUCK降压模块，节省了PCB板空间。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种液晶显示装置的局部调光系统，包括背光模组和液晶面板，所述背光模组内设置有N个发光二极管组，所述N个发光二极管组对应液晶面板不同的区域且为对应的区域提供光源；其中，N为正整数，所述发光二极管组包括预定数量的发光二极管；所述局部调光系统还包括供电模块和恒流驱动模块，所述供电模块将市电转化为预定电压的直流电输出给所述发光二极管；所述恒流驱动模块根据液晶面板各个区域的光源需求，控制所述发光二极管组提供与对应区域的需求相匹配的光源；所述发光二极管的额定电压与所述预定电压相同。

所述的液晶显示装置的局部调光系统中，所述预定电压为24V。

所述的液晶显示装置的局部调光系统中，所述发光二极管的规格为：额定电压24V，额定电流40mA。

所述的液晶显示装置的局部调光系统中，所述恒流驱动模块包括：

N个开关单元，每个开关单元均对应连接一个发光二极管组，所述开关单元用于通过自身的通断控制对应的发光二极管组发光或不发光；

恒流控制单元，用于通过控制所述开关单元的通断，使发光二极管组的峰值电流保持恒定；通过调节与所述开关单元对应的发光二极管组的占空比，实现对发光二极管组亮度的控制；

所述供电模块连接所述发光二极管组的输入端，所述发光二极管组的输出端通过对应的开关单元接地，所述恒流控制单元连接所述开关单元的控制端。

所述的液晶显示装置的局部调光系统中，所述恒流控制单元还用于根据所述液晶面板需要显示的画面，通过开关单元调节对应的发光二极管组的亮度，使得液晶面板的各个区域的画面与所需的亮度相匹配。

所述的液晶显示装置的局部调光系统中，所述开关单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容和MOS管；所述MOS管的漏极连接对应的发光二极管、还通过第一电容接地，所述MOS管的栅极为开关单元的控制端、通过第一电阻接地、还通过第二电阻连接所述恒流控制单元；所述MOS管的源极连接第三电阻的一端、第四电阻的一端和第五电阻的一端，所述第三电阻的另一端、第四电阻的另一端和第五电阻的另一端接地。

所述的液晶显示装置的局部调光系统中，所述预定数量至少为1个。

所述的液晶显示装置的局部调光系统中，N为180。

一种液晶显示装置，包括如上所述的液晶显示装置的局部调光系统。

相较于现有技术，本发明提供的一种液晶显示装置及其局部调光系统，包括背光模组和液晶面板，所述背光模组内设置有N个发光二极管组，所述N个发光二极管组对应液晶面板不同的区域且为对应的区域提供光源；其中，N为正整数，所述发光二极管组包括预定数量的发光二极管；所述局部调光系统还包括供电模块和恒流驱动模块，所述供电模块将市电转化为预定电压的直流电输出给所述发光二极管；所述恒流驱动模块根据液晶面板各个区域的光源需求，控制所述发光二极管组提供与对应区域的需求相匹配的光源。所述发光二极管的额定电压与所述预定电压相同。供电模块将市电转化为直流电后直接给发光二极管供电，与传统方案的差异在于无需进行降压转换，省去BUCK降压模块，节省了PCB板空间，降低了layout排版难度，同时优化了系统成本，提升了系统的可靠性。

附图说明

图1为现有的液晶显示装置的局部调光系统中，3.3VBUCK降压模块的电路图；

图2为现有的液晶显示装置的局部调光系统中，3.3V横流控制模块的电路图；

图3为本发明提供的液晶显示装置的局部调光系统的结构框图；

图4为本发明提供的液晶显示装置的局部调光系统的电路图。

具体实施方式

本发明提供一种液晶显示装置及其局部调光系统。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图3，本发明提供的液晶显示装置的局部调光（localdimming）系统，包括背光模组和液晶面板（图中未示出），所述背光模组内设置有N个发光二极管组20，即，N个发光二极管组20组成了背光模组的光源。所述N个发光二极管组20对应所述液晶面板不同的区域且为对应的区域提供光源，N个发光二极管组20的分布可以是均匀的，也可以不均匀，只要能为液晶面板提供光源即可；其中，N为正整数，所述发光二极管组20包括预定数量的发光二极管；所述局部调光系统还包括供电模块10和恒流驱动模块30，所述供电模块10将市电（在国内为220V的交流电）转化为预定电压的直流电输出给所述发光二极管；所述恒流驱动模块30根据液晶面板各个区域的光源需求，控制所述发光二极管组20提供与对应区域的需求相匹配的光源，即，各个发光二极管组20都对应液晶面板的一个区域，恒流驱动模块30通过调节各个发光二极管组20的亮暗，即可使液晶面板各个区域的亮度与显示的画面相匹配。供电模块10将市电转化为直流电后直接给发光二极管供电，与传统方案的差异在于无需进行降压转换，省去BUCK单元电路，节省了PCB板空间，降低了layout排版难度，同时优化了系统成本，提升了系统的可靠性。

所述液晶显示装置包括液晶电视、液晶显示器等，本实施例中，为液晶电视机。

换而言之，所述供电模块10，用于将市电转化为预定电压的直流电，并用所述直流电给所述液晶显示装置供电，即，所述液晶显示装置需要用到直流电的电路均有所述供电模块10提供电源；具体的，所述供电模块10用于给所述局部调光系统供电，而且，所述供电模块10无需降压转换，直接给发光二极管组20中的发光二极管供电，无需像传统的电视机那样采用BUCK降压模块或其他降压模块，降低了成本，节省了PCB板空间，且提高系统的可靠性。所述供电模块10设置在电视机的电源板上。

所述恒流驱动模块30，用于使所述发光二极管的峰值电流保持恒定（恒流控制），具体通过调节所述发光二极管的通断来实现。当然，还用于根据液晶面板各个区域的光源需求，控制所述发光二极管组提供与对应区域的需求相匹配的光源，即，根据所述液晶面板需要显示的画面，通过控制各个发光二极管组20的亮度，使得液晶面板的各个区域的画面与所需的亮度相匹配，从而实现了局部调光。所述恒流驱动模块30设置在所述电视机的恒流板上。

进一步的，所述发光二极管的额定电压与所述预定电压相同。换而言之，所述供电模块10将220V的交流电转化为直流电后直接给发光二极管供电。优选的，所述预定电压为当前电视机内各个模块普遍采用的24V。

传统的电视机中，发光二极管的规格通常为3.3V，300mA。本实施例中，所述发光二极管的规格为：额定电压24V，额定电流40mA。可见采用本实施例的发光二极管，其功率与传统的电视机的发光二极管很相近，但是电流小很多，降低了对系统元器件的耐电流能力，降低了元器件的温升。所述发光二极管在规格上与传统电视机的发光二极管不同，但是保持传统电视机的发光二极管的光学特性（包括发光亮度和光型），这样背光模组不用改变灯条PCB以及光学LENS的设计，通用性强。由于发光二极管规格变为24V，电源板上的供电模块可直接输出24V给发光二极管供电，通过恒流板上的恒流驱动模块30对发光二极管进行恒流，这样还可以省去恒流板上的BUCK电路，恒流板的布板空间更大。

进一步的，所述预定数量至少为1个，本实施例中，为1个。即，本实施例中一个发光二极管组20中只包含一个发光二极管。这样能简化电路。

进一步的，所述N大于等于180，本实施例中，为180。即，所述局部调光系统包括180个发光二极管，这180个发光二极管将液晶面板的显示区域分成180个子显示区域，由于无需采用降压模块，即便分成180个子显示区域或更多的子显示区域，也不用担心线损以及PCB空间不足、走线复杂等问题。

进一步的，所述恒流驱动模块30包括：N个开关单元310和一个恒流控制单元320。

N个开关单元310，每个开关单元310均对应连接一个发光二极管组20，所述开关单元310用于通过自身的通断控制对应的发光二极管组310发光或不发光。由此可知，所述开关单元310通过快速的开启和关闭可控制所述发光二极管组20（即发光二极管）的占空比，从而能控制所述发光二极管组20对应的区域的亮度，并使所述发光二极管恒流。

所述恒流控制单元320，用于通过控制所述开关单元310的通断，使发光二极管组20的峰值电流保持恒定；通过调节与所述开关单元310对应的发光二极管组20的占空比，实现对发光二极管组20亮度的控制。

所述供电模块10连接所述发光二极管组20的输入端，所述发光二极管组20的输出端通过对应的开关单元310接地，所述恒流控制单元320连接所述开关单元310的控制端。

由此可知，所述恒流控制单元320控制开关单元310的导通和断开，从而使得对应的发光二极管组20接地（发光）和不接地（不发光）。实现恒流控制以及对液晶面板各个区域亮度的调节。具体的，所述恒流控制单元320还用于根据所述液晶面板需要显示的画面，通过开关单元310调节对应的发光二极管组的亮度，使得液晶面板的各个区域的画面与所需的亮度相匹配，从而实现局部调光；具体的，通过N个开关单元310并采用SPI的方式（SPI总线进行通信）调节液晶面板各个区域的亮度，从而实现局部调光。

请参阅图4（图中仅示出一个开关单元310的具体电路图），所述开关单元310包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1和MOS管Q1；所述MOS管Q1的漏极连接对应的发光二极管210、还通过第一电容C1接地，所述MOS管Q1的栅极为开关单元310的控制端、通过第一电阻R1接地、还通过第二电阻R2连接所述恒流控制单元320；所述MOS管Q1的源极连接第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端和第五电阻R5的一端，所述第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的另一端接地。所述MOS管为N沟道MOS管。

所述恒流控制单元320通过控制MOS管Q1的栅极来控制MOS管的通断状态，实现对发光二极管占空比的调节。所述MOS管Q1的源极还连接所述恒流控制单元320的反馈端，即，所述恒流控制单元320通过反馈端采样发光二极管210的电流，有利于实现恒流控制，同时也有利于进行局部调光。

由于在电视背光应用中，多通道LED灯条（即，多个发光二极管组）的电压差异，会导致通道MOS管Q1分担多余的电压而产生热量。所述恒流控制单元320通过反馈端采样发光二极管210的电流，利用发光二极管的电流电压特性，通过数字计算，实现在平均电流不变的情况下将MOS管Q1的电压控制到最小，达到减少热量损耗的效果。具体的，每一个发光二极管组20和其对应的开关单元310组成一路调光电路，当一路调光电路的发光二极管组20与另一路调光电路的发光二极管组20有1V压差时，电压小的发光二极管组20对应的MOS管Q1的压降会从原来的0.3V增加到1.3V，此时所述恒流控制单元320降低电压小的发光二极管组20对应的MOS管Q1的占空比（具体降低到原来的83%），可有效的降低电压小的发光二极管组20对应的MOS管Q1的温度，减少了系统的热量损耗。

进一步的，所述恒流控制单元320包括恒流ICU1，所述恒流ICU1的G1端连接第一个开关单元310的控制端（即，通过第一个开关单元310的第二电阻R2连接MOS管的栅极），所述恒流ICU1的S1端为恒流控制单元320的反馈端、连接该开关单元310的MOS管的源极；所述恒流ICU1的G2端连接第二个开关单元310的控制端（即，通过第二个开关单元310的第二电阻R2连接MOS管的栅极），所述恒流ICU1的S2端为恒流控制单元320的反馈端、连接该开关单元310的MOS管的源极；……所述恒流ICU1的GN端连接第N个开关单元310的控制端（即，通过第N个开关单元310的第二电阻R2连接MOS管的栅极），所述恒流ICU1的SN端为恒流控制单元320的反馈端、连接该开关单元310的MOS管的源极。实际上，图4中的恒流ICU1的G1和S1、G2和S2、G3和S3、G4和S4、G5和S5、G6和S6、G11和S11、G12和S12、G13和S13、G14和S14、G15和S15、G16和S16端均连接对应的开关单元310，为了简化示意，图4仅示出一个开关单元310。所述恒流ICU1的型号为Iwatt7027，和图2的现有技术相比，本发明提供的局部调光系统的电路精简。

所述恒流ICU1具有如下特点：

１、１６路外置ＭＯＳ，支持５Ｖ，９－１２Ｖ的电压输入；

２、具有（ＡＤＰ）自适应开关模式，电流控制精度可达３％；

３、１２位电流分辨率；

４、内部集成过热保护功能；

５、支持ＳＰＩ模式，实现实时的电流控制，适用于ｌｏｃａｌｄｉｍｍｉｎｇ产品；

６、具有ＬＥＤ开路保护功能、ＩＣ过热保护功能；

7、同步信号频率宽范围，５０ＨＺ－４８０ＨＺ；

8、不同ｃｈａｎｎｅｌ相位差可自由设置，应用灵活。

由于所述恒流ICU1支持１６路外置ＭＯＳ管，即所述恒流ICU1可控制16个开关单元310，因此，所述恒流控制单元320中恒流ICU1的数量不少于：N/16向上取整得出的整数。本实施例中，所述恒流控制单元320包括至少12个恒流ICU1。

所述恒流控制单元320还包括第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电阻R6。所述恒流ICU1的VDOS端通过第二电容C2和第三电容C3接地；所述恒流ICU1的VIN端连接第四电容C4的一端和第五电容C5的一端、还通过第六电阻R6连接外部供电端；所述第四电容C4的另一端和第五电容C5的另一端接地。所述第六电阻R6的阻值为10Ω。所述第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电阻R6与恒流ICU1对应设置，换而言之，一个恒流ICU1对应设置有第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电阻R6。12个恒流ICU1对应有12个第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电阻R6。

综上所述，本发明提供的，液晶显示装置的局部调光系统，可应用于localdimming高端电视机上，使用24V规格的发光二极管替代3.3V规格的发光二极管，配合使用24V输出的电源（供电模块10）以及不带BUCK电路的恒流驱动（恒流驱动模块30），降低了电源系统的复杂度，提高系统可靠性，节约系统成本。经过对比，65寸采用本发明所述局部调光系统的电视机，与现有技术中的同样采用localdimming技术的65寸电视机相比，光学规格相近，但是采用本发明的电视机的恒流板温升整体下降20℃，整机功率降低20W，系统成本也有降低。与现有技术相比，本发明打破了电视背光使用低压高电流LED的现状。使用高压低电流LED，优化了恒流方案，降低了恒流板温升、解决了布板面积不够等问题。本技术方案适用于localdimming方案上，不同于以往的背光系统，该系统的可靠性更高，设计更简便、成本更低。

基于上述实施例中的液晶显示装置的局部调光系统，本发明还提供一种液晶显示装置，所述液晶显示装置包括如上所述的液晶显示装置的局部调光系统。所述液晶显示装置包括液晶电视、液晶显示器等。由于所述液晶显示装置的特征和原理在上述实施例中已详细阐述，在此不再赘述。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种液晶显示装置的局部调光系统，包括背光模组和液晶面板，其特征在于，所述背光模组内设置有N个发光二极管组，所述N个发光二极管组对应液晶面板不同的区域且为对应的区域提供光源；其中，N为正整数，所述发光二极管组包括预定数量的发光二极管；所述局部调光系统还包括供电模块和恒流驱动模块，所述供电模块将市电转化为预定电压的直流电输出给所述发光二极管；所述恒流驱动模块根据液晶面板各个区域的光源需求，控制所述发光二极管组提供与对应区域的需求相匹配的光源；所述发光二极管的额定电压与所述预定电压相同。

2.根据权利要求1所述的液晶显示装置的局部调光系统，其特征在于，所述预定电压为24V。

3.根据权利要求1所述的液晶显示装置的局部调光系统，其特征在于，所述发光二极管的规格为：额定电压24V，额定电流40mA。

4.根据权利要求1所述的液晶显示装置的局部调光系统，其特征在于，所述恒流驱动模块包括：

N个开关单元，每个开关单元均对应连接一个发光二极管组，所述开关单元用于通过自身的通断控制对应的发光二极管组发光或不发光；

恒流控制单元，用于通过控制所述开关单元的通断，使发光二极管组的峰值电流保持恒定；通过调节与所述开关单元对应的发光二极管组的占空比，实现对发光二极管组亮度的控制；

所述供电模块连接所述发光二极管组的输入端，所述发光二极管组的输出端通过对应的开关单元接地，所述恒流控制单元连接所述开关单元的控制端。

5.根据权利要求4所述的液晶显示装置的局部调光系统，其特征在于，所述恒流控制单元还用于根据所述液晶面板需要显示的画面，通过开关单元调节对应的发光二极管组的亮度，使得液晶面板的各个区域的画面与所需的亮度相匹配。

6.根据权利要求4所述的液晶显示装置的局部调光系统，其特征在于，所述开关单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容和MOS管；所述MOS管的漏极连接对应的发光二极管、还通过第一电容接地，所述MOS管的栅极为开关单元的控制端、通过第一电阻接地、还通过第二电阻连接所述恒流控制单元；所述MOS管的源极连接第三电阻的一端、第四电阻的一端和第五电阻的一端，所述第三电阻的另一端、第四电阻的另一端和第五电阻的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的液晶显示装置的局部调光系统，其特征在于，所述预定数量至少为1个。

8.根据权利要求1所述的液晶显示装置的局部调光系统，其特征在于，N为180。

9.一种液晶显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的液晶显示装置的局部调光系统。