CN105810155A - 一种低功耗的液晶显示器件背光回路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低功耗的液晶显示器件背光回路及其控制方法。包括LED灯控制模块、LED灯驱动模块和LED灯背光模块，所述LED灯控制模块根据液晶显示器件需达到的亮度，通过LED灯驱动模块控制LED灯背光模块；所述LED灯驱动模块用于驱动LED灯背光模块；所述LED灯背光模块用于提供给液晶显示器件所需光源。本发明可以使得液晶背光的所有LED灯都可以工作在发光效率较高的电流上，从而减少了液晶器件的热损失，提高了LED灯的发光效率以及液晶显示设备的能效比。

Description

一种低功耗的液晶显示器件背光回路及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种低功耗的液晶显示器件背光回路及其控制方法。
背景技术
传统随着节能环保理念的逐渐深入人心，人们在购买电子产品时通常会选择功耗较低的产品，特别是对于使用电池供电的产品,拥有较低的功耗可以大大提高产品的使用时间。同时随着行业能耗相关标准的不断提高以及用户对于功耗越来越苛刻的要求，也迫使企业不断加大投入，降低产品的能耗水平，以提升产品竞争力。
在显示设备中，液晶显示器件因为显示效果好，同时具有较低的能耗被广泛应用。
液晶本身并不发光，而是通过液晶的背光来进行发光，为了进一步的降低液晶显示器件的功耗，液晶显示器件的背光已从传统的荧光灯管逐步替换成现有的LED灯管，LED灯管较荧光灯管具有发光效率高及能量转换效率高的优点。
LED灯也叫发光二极管，拥有二极管的许多特性，在保证LED灯充分导通的情况下，流过LED灯的电流越小，发光效率越高，而现在的液晶显示器件的调光方式都是通过调整LED背光的电流，亮度越高，需要的电流也就越大，随着电流的增大，LED发光效率也会逐步降低。
但是随着LED照明技术的逐步成熟，LED灯的发光效率已很难提高，甚至停步不前，这就加大了相关企业降低液晶显示器件功耗的难度。
如图1为LED灯输入电力能量的转换图，其中输入LED灯的电力68%作为热损失白白浪费掉了，只有32%左右的电力转换为我们需要的可见光。
目前的液晶显示器件的亮度调整是通过调整背光LED灯的电流大小来实现的，液晶显示器件背光的LED灯数是固定的，需要提升液晶显示器件的亮度，必须不断提高通过LED灯的电流，但实际上，LED灯发光效率η和能量转换效率ηe是随着电流的增大而逐步降低的，如图2所示。
发光效率的降低，就代表更多的电能转换为不需要的热能，白白浪费掉，直接的后果就是液晶显示设备的功耗越来越大，能效越来越低。
同时LED灯散发的热能越多，液晶显示器件的表面温度也越来越高，随着温度的升高，液晶显示器件的可靠性也会逐步降低。
本发明更改LED背光的控制方式，从目前的调整固定数量的LED灯的电流来改变亮度的大小，变为控制发光LED灯的数量来进行亮度控制。若用户需要的亮度越高，则点亮的LED灯的数量越多，同理，若需要降低亮度，则逐步减少发光的LED灯数量。即在保证LED灯发光效率较高的基础上，调整液晶背光亮度的方式，由目前的通过调整固定数量LED灯电流大小的方式更改为通过控制背光LED灯发光数量的方式来进行控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决以上不足的低功耗的液晶显示器件背光回路及其控制方法，本发明可以使得液晶背光的所有LED灯都可以工作在发光效率较高的电流上，从而减少了液晶器件的热损失，提高了LED灯的发光效率以及液晶显示设备的能效比。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种低功耗的液晶显示器件背光回路，包括LED灯控制模块、LED灯驱动模块和LED灯背光模块，
所述LED灯控制模块根据液晶显示器件需达到的亮度，通过LED灯驱动模块控制LED灯背光模块；
所述LED灯驱动模块用于驱动LED灯背光模块；
所述LED灯背光模块用于提供给液晶显示器件所需光源。
在本发明一实施例中，所述LED灯控制模块包括CPU及与其连接的Flash。
在本发明一实施例中，所述LED灯驱动模块包括LED驱动芯片、电源模块，所述LED驱动芯片用于驱动LED灯背光模块的LED灯串发光，所述电源模块用于提供驱动LED灯串所需的电源。
在本发明一实施例中，所述LED背光模块包括至少一LED灯串，用于提供给液晶显示器件所需光源。
在本发明一实施例中，所述LED灯串包括至少一LED灯，且对各LED灯串的LED灯进行编号，各LED灯单独控制。
本发明还提供了一种基于上述所述低功耗的液晶显示器件背光回路的控制方法，包括如下步骤，
S1：打开所有LED灯，即打开LED灯数nmax时，确定液晶显示器件的最高亮度Ymax；
S2：对LED灯进行排序编号，根据打开LED灯数目为n时的液晶显示器件的亮度Y，进行档位M的划分；
S3：根据液晶显示器件需要达到的亮度，LED灯控制模块根据档位M与液晶显示器件的亮度Y的对应关系，即可通过LED灯驱动模块控制所需打开的LED灯数n。
在本发明一实施例中，所述步骤S1和S2之间还包括一步骤，即确定LED灯的最低打开数目nmin，若液晶显示器件的亮度Y达到该LED灯的最低打开数目nmin时，还需进一步降低亮度，则通过调整此时LED灯的电流来进行亮度调整。
在本发明一实施例中，所述步骤S1中，需确保所有LED灯均工作在发光效率η较高值，即根据LED灯发光效率曲线，确保所有LED灯均工作在发光效率η处于一发光效率阈值以上，其中，取100lm/W。
在本发明一实施例中，所述对矩阵排列的LED灯进行排序编号，即按矩阵排列的LED灯从左到右、从上到下顺序排序。
在本发明一实施例中，所述根据打开LED灯数目为n时的液晶显示器件的亮度Y，进行档位M的划分，具体即根据打开LED灯数n与液晶显示器件的亮度Y的对应曲线，进行档位M的划分，以使得档位M与液晶显示器件的亮度Y成正比。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明可以使得液晶背光的所有LED灯都可以工作在发光效率较高的电流上，从而减少了液晶器件的热损失，提高了LED灯的发光效率以及液晶显示设备的能效比。
附图说明
图1为LED灯输入电力能量的转换图。
图2为LED灯发光效率曲线。
图3为本发明的低功耗的液晶显示器件背光回路控制流程图。
图4为本发明低功耗的液晶显示器件背光回路原理框图。
图5为打开LED灯数与液晶显示器件亮度对应曲线图。
图6为本发明一实施例LED灯数与液晶显示器件亮度档位对应示意图。
图7为液晶显示器件中直下式LED灯排布结构示意图。
图8为液晶显示器件中侧光式LED灯排布结构示意图。
图9为本发明液晶显示器件中LED灯排布结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明的一种低功耗的液晶显示器件背光回路，包括LED灯控制模块、LED灯驱动模块和LED灯背光模块，
所述LED灯控制模块根据液晶显示器件需达到的亮度，通过LED灯驱动模块控制LED灯背光模块；所述LED灯控制模块包括CPU及与其连接的Flash；
所述LED灯驱动模块用于驱动LED灯背光模块；所述LED灯驱动模块包括LED驱动芯片、电源模块，所述LED驱动芯片用于驱动LED灯背光模块的LED灯串发光，所述电源模块用于提供驱动LED灯串所需的电源；
所述LED灯背光模块用于提供给液晶显示器件所需光源；所述LED背光模块包括至少一LED灯串，用于提供给液晶显示器件所需光源；所述LED灯串包括至少一LED灯，且对各LED灯串的LED灯进行编号，各LED灯单独控制。
本发明还提供了一种基于上述所述低功耗的液晶显示器件背光回路的控制方法，包括如下步骤，
S1：打开所有LED灯，即打开LED灯数nmax时，确定液晶显示器件的最高亮度Ymax；
S2：对LED灯（LED灯为矩阵排列或侧光式排列）进行排序编号，根据打开LED灯数目为n时的液晶显示器件的亮度Y，进行档位M的划分；所述对矩阵排列的LED灯进行排序编号，即按矩阵排列的LED灯从左到右、从上到下顺序排序。所述根据打开LED灯数目为n时的液晶显示器件的亮度Y，进行档位M的划分，具体即根据打开LED灯数n与液晶显示器件的亮度Y的对应曲线（如图5所示），进行档位M的划分，以使得档位M与液晶显示器件的亮度Y成正比。
S3：根据液晶显示器件需要达到的亮度，LED灯控制模块根据档位M与液晶显示器件的亮度Y的对应关系，即可通过LED灯驱动模块控制所需打开的LED灯数n。
所述步骤S1和S2之间还包括一步骤，即确定LED灯的最低打开数目nmin，若液晶显示器件的亮度Y达到该LED灯的最低打开数目nmin时，还需进一步降低亮度，则通过调整此时LED灯的电流来进行亮度调整。
所述步骤S1中，需确保所有LED灯均工作在发光效率η较高值，即根据LED灯发光效率曲线（如图2所示），确保所有LED灯均工作在发光效率η处于一发光效率阈值以上，其中，取100lm/W。
以下为本发明的具体实施过程。
如图4所示，本发明的低功耗的液晶显示器件背光回路包括LED灯控制模块100、LED灯驱动模块200、LED灯背光模块300。
所述LED灯控制模块100，包括CPU110、Flash120;
所述LED灯驱动模块200，包括LED驱动芯片210、电源模块220；
所述LED背光模块300，包括LED灯串1310、LED灯串2320、LED灯串3330…….
所述CPU110用于处理指令、执行操作、控制时间、处理数据等操作。
所述Flash120用于存储相关控制软件。
所述LED驱动芯片210用于驱动LED灯发光。
所述电源模块220用于提供驱动LED灯所需的电源。
所述LED灯串，在被驱动后被打开，提供给液晶器件所需的光源。
如图3所示，本发明还提供了一种低功耗的液晶显示器件背光回路的控制方法，可以使得液晶背光的所有LED灯都可以工作在发光效率较高的电流上，从而减少了液晶器件的热损失，提高了LED灯的发光效率以及液晶显示设备的能效比，包括如下步骤，
S1、确定液晶器件需要达到的最高亮度，这个最高亮度即为液晶器件在设计之初，设计规格定义的所能达到的最大亮度Ymax；
S2、在确保所有LED灯都工作在发光效率较高的电流上时，确定要达到最大设计亮度Ymax所需要的LED灯数nmax.
S3、显示设备一般会有一个默认亮度Ydef,这个默认亮度一般不会直接设定在液晶器件的最大亮度Ymax上，而会在0~Ymax上取一个值。通过确认，要达到默认亮度Ydef要打开的LED灯数为ndef，且满足ndef<nmax。
S4、若需要提高亮度，则增加打开的LED灯数，直至达到最大亮度Ymax,此时打开的LED灯数为nmax,即打开了所有的LED灯；若需要降低亮度，则减少打开的LED灯数，直到达到最小亮度，此时打开的LED灯数为0，即满足如下关系：
LED灯数=ndef±x（x=0、1、2、3…），LED数最大值等于nmax，最小值等于0。
如图7、8所示，为LED背光的两种结构：直下式和侧光式
如图7为直下式：直下式背光源工艺简单，LED灯均匀的液晶面板底部，但是直下式的液晶面板较厚，目前使用较少。
如图8为侧光式：LED灯放置在面板可视区域的边缘，一般为上下边缘。LED灯发光后由反射板和扩散板将光均勻传导到整片面板，称之为侧光式，可以使液晶面板做的更加轻薄，对于尺寸小于24寸的液晶面板，LED灯一般只需要放置在下边缘即可，大于24寸的液晶面板，一般LED灯分布在上下边缘。
以下通过具体实施例讲述本发明技术方案。
实施例一：
此实施例设计一个最大亮度为200cd/m2、尺寸为3.5寸的侧光式液晶器件。
如图9，LED灯全部放置在液晶器件下边缘。
先对液晶器件的亮度进行测量，确认达到最大设计亮度200cd/m2时，需要打开的LED灯数为15个，并且15个LED灯都工作在发光效率较高的电流上。
液晶器件的亮度是需要可以调整的，且亮度调整的档位是预先设定好的，此次的实施例设定成亮度有15个档位可以调整。
参照图6，纵轴为对应的亮度档位值M，横轴为对应的LED灯打开个数n及打开的LED灯所对应的序号。
当亮度档位值为1时，打开1个LED灯，序号为8的LED灯打开；
当亮度档位值为2时，打开2个LED灯，较档位1，增加打开序号为4的LED灯；
当亮度档位值为3时，打开3个LED等；较档位2，增加打开序号为12的LED灯；
当亮度单位值为4时，打开4个LED灯；较档位3，增加打开序号为2的LED灯；
当亮度单位值为5时，打开5个LED灯；较档位4，增加打开序号为10的LED灯；
当亮度单位值为6时，打开6个LED灯；较档位5，增加打开序号为6的LED灯；
当亮度单位值为7时，打开7个LED灯；较档位6，增加打开序号为14的LED灯；
当亮度单位值为8时，打开8个LED灯；较档位7，增加打开序号为1的LED灯；
当亮度单位值为9时，打开9个LED灯；较档位8，增加打开序号为9的LED灯；
当亮度单位值为10时，打开10个LED灯；较档位9，增加打开序号为5的LED灯；
当亮度单位值为11时，打开11个LED灯；较档位10，增加打开序号为13的LED灯；
当亮度单位值为12时，打开12个LED灯；较档位11，增加打开序号为11的LED灯；
当亮度单位值为13时，打开13个LED灯；较档位12，增加打开序号为3的LED灯；
当亮度单位值为14时，打开14个LED灯；较档位13，增加打开序号为15的LED灯；
当亮度档位值为15时，打开15个LED灯，即将所有的LED灯都打开。
进一步的，在逐步打开或者关闭LED灯的过程中，开关LED灯的序列号并不是固定的，根据液晶器件的设计或者选材，会有所不同。
进一步的，实际上液晶器件的显示亮度与打开的LED灯数的比值并不是固定值，而是满足图5类似的曲线，横轴为打开的LED灯的数量，纵轴为液晶器件的显示亮度。
若要求产品的亮度的档位值与实际亮度的成正比或接近正比的关系时，需要通过对液晶器件亮度的测量来确定当前亮度需要打开LED灯数。通过这种方法，可以使得实际亮度与档位的比值成线性关系。
进一步的，亮度可以调整档位并不是固定的，可以依据实际需求进行设计，一般不会超过100个档位。
进一步的，考虑到亮度均匀度B/U（Brightnessuniformity）,若打开的LED灯太少，可能屏幕不同点位的亮度差异会比较大，此时可以依据需要，设定一个最小LED灯打开数nmin，即在减少打开的LED灯数过程中，当打开的LED灯数等于nmin时，LED灯将不再关闭，而是通过调整剩下的nmin个LED灯的电流来进行亮度调整，这样就避免了出现屏幕不同点位亮度差异大的问题。
进一步的，显示设备的默认亮度值一般都是设置在显示器件最大亮度的50%~90%之间。
进一步的，不同的规格的LED灯，工作效率较高的电流会有所差异，设计时依实际需求选去所需的LED灯。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低功耗的液晶显示器件背光回路，其特征在于：包括LED灯控制模块、LED灯驱动模块和LED灯背光模块，
所述LED灯控制模块根据液晶显示器件需达到的亮度，通过LED灯驱动模块控制LED灯背光模块；
所述LED灯驱动模块用于驱动LED灯背光模块；
所述LED灯背光模块用于提供给液晶显示器件所需光源。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗的液晶显示器件背光回路，其特征在于：所述LED灯控制模块包括CPU及与其连接的Flash。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗的液晶显示器件背光回路，其特征在于：所述LED灯驱动模块包括LED驱动芯片、电源模块，所述LED驱动芯片用于驱动LED灯背光模块的LED灯串发光，所述电源模块用于提供驱动LED灯串所需的电源。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗的液晶显示器件背光回路，其特征在于：所述LED背光模块包括至少一LED灯串，用于提供给液晶显示器件所需光源。
5.根据权利要求4所述的一种低功耗的液晶显示器件背光回路，其特征在于：所述LED灯串包括至少一LED灯，且对各LED灯串的LED灯进行编号，各LED灯单独控制。
6.一种基于权利要求5所述低功耗的液晶显示器件背光回路的控制方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1：打开所有LED灯，即打开LED灯数nmax时，确定液晶显示器件的最高亮度Ymax；
S2：对LED灯进行排序编号，根据打开LED灯数目为n时的液晶显示器件的亮度Y，进行档位M的划分；
S3：根据液晶显示器件需要达到的亮度，LED灯控制模块根据档位M与液晶显示器件的亮度Y的对应关系，即可通过LED灯驱动模块控制所需打开的LED灯数n。
7.根据权利要求6低功耗的液晶显示器件背光回路的控制方法，其特征在于：所述步骤S1和S2之间还包括一步骤，即确定LED灯的最低打开数目nmin，若液晶显示器件的亮度Y达到该LED灯的最低打开数目nmin时，还需进一步降低亮度，则通过调整此时LED灯的电流来进行亮度调整。
8.根据权利要求6低功耗的液晶显示器件背光回路的控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，需确保所有LED灯均工作在发光效率η较高值，即根据LED灯发光效率曲线，确保所有LED灯均工作在发光效率η处于一发光效率阈值以上，其中，取100lm/W。
9.根据权利要求6低功耗的液晶显示器件背光回路的控制方法，其特征在于：所述对矩阵排列的LED灯进行排序编号，即按矩阵排列的LED灯从左到右、从上到下顺序排序。
10.根据权利要求6低功耗的液晶显示器件背光回路的控制方法，其特征在于：所述根据打开LED灯数目为n时的液晶显示器件的亮度Y，进行档位M的划分，具体即根据打开LED灯数n与液晶显示器件的亮度Y的对应曲线，进行档位M的划分，以使得档位M与液晶显示器件的亮度Y成正比。
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