CN109473068A - 一种头戴显示器背光插黑控制电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种头戴显示器背光插黑控制电路及控制方法，包括背光电路模块供电控制部分，用于控制待机状态的漏电流；背光IC供电部分，用于提供给背光IC的VIN电源脚；PWM控制信号混合电路，用于将LCD返回的包含插黑信息的低频PWM信号和高频PWM信号混合，从而驱动LCD背光LED插黑发光；PWM信号模块电平转换电路，用于PWM信号电平的转换；背光电路部分，用于提供LCD背光LED的驱动电源电路，本发明可以消除液晶分子响应时间的因素，解决画面的拖影问题。

Description

一种头戴显示器背光插黑控制电路及控制方法
技术领域
本发明属于虚拟现实技术领域，尤其涉及一种头戴显示器背光插黑控制电路及控制方法。
背景技术
VR(Virtual Reality的英文缩写)产品能够带给人沉浸式的体验，在娱乐、教育、工业、景区、博物馆等各个行业和领域都有应用。通常，画面显示延迟是衡量VR产品的一个关键性能参数，画面显示延迟越低，VR显示器带来的晕眩感越低，产品的体验越接近真实场景。所以，为了获得尽量低的画面显示延迟，应用在VR产品上的LCD屏刷新率都在90Hz甚至更高。
对于LCD显示屏，液晶分子的响应时间是必须考虑的因素。LCD显示屏每刷新显示一帧图像，液晶分子都要经过翻转的过程，高的刷新率会导致用户看到画面的拖影。
在现有技术，例如申请号为CN201610004367.X，名称为插黑处理方法、装置和显示装置，该方法包括：判断压力感应层当触摸发生时检测出的压电信号是否大于压力阈值，若判断出所述压电信号大于所述压力阈值时生成触发信号；根据所述触发信号和逻辑判别信号控制所述显示面板进行插黑显示。当判断出压力感应层监测出的压电信号大于压力阈值时，根据触发信号和逻辑判别信号控制显示面板进行插黑显示，从而避免了发生轨迹云纹，但是并没有解决LCD显示屏每刷新显示一帧图像，液晶分子都要经过翻转的过程，高的刷新率会导致用户看到画面拖影的问题。
发明内容
为了解决上述不足的缺陷，本发明提供了一种头戴显示器背光插黑控制电路及控制方法，为了解决拖影的问题，应用在VR产品上的LCD引入了“插黑”机制，只有在一帧画面的最后阶段，液晶分子完成翻转之后背光才会被打开，背光打开的时间通常是一帧画面显示时间的5％～10％之间，其余时间背光都是关闭的，这样可以消除液晶分子响应时间的因素，解决画面的拖影问题。
本发明提供了一种头戴显示器背光插黑控制电路，包括背光电路模块供电控制部分，用于控制待机状态的漏电流；背光IC供电部分，用于提供给背光IC的VIN电源脚；PWM控制信号混合电路，用于将LCD返回的包含插黑信息的低频PWM信号和高频PWM信号混合，从而驱动LCD背光LED插黑发光； PWM信号模块电平转换电路，用于PWM信号电平的转换；背光电路部分，用于提供LCD背光LED的驱动电源电路。
上述的控制电路，其中，所述背光电路模块供电控制部分具体为电池供电VBAT通过P-MOS管Q1变成BACKLIGHT-PWR给整个背光模块供电。
上述的控制电路，其中，所述背光IC供电部分具体为BACKLIGHT_5V_EN 控制脚控制U1的打开和关闭，当BACKLIGHT_5V_EN为低电平时，U1关闭， BACKLIGHT_5V_SUPPLY不对外供电；当BACKLIGHT_5V_EN为高电平时，U1打开，BACKLIGHT_5V_SUPPLY对外供电。
上述的控制电路，其中，所述背光电路部分具体为通过 BACKLIGHT_DRIVER_EN脚控制U3的开和关，BACKLIGHT_DRIVER_PWM脚控制 U3驱动LCD背光的电流大小。
上述的控制电路，其中，所述PWM控制信号混合电路具体为通过2组PWM 信号经过与门U2后合成一组PWM_MIX_OUT信号输出，从而将LCD插黑显示的 PWM信号加载在1kHz的载波上，使LCD插黑显示的同时可通过改变CPU_BACKLIGHT_PWM占空比来改变背光亮度。
上述的控制电路，其中，所述PWM信号模块电平转换电路具体为 PWM_MIX_OUT为低电平时，Q2的栅极电压1.8V比源极电压高，Q2导通， BACKLIGHT_DRIVER_PWM输出低电平；PWM_MIX_OUT为高电平时，Q2的源极电压1.8V和栅极电压相等，Q2截止，BACKLIGHT_DRIVER_PWM被R11上加的 VDD_3P3电压上拉为3.3V高电平。
本发明的另外一面，提供了一种头戴显示器背光插黑控制的方法，包括以下步骤：
提供2组背光IC供电部分、2组PWM控制信号混合电路，2组PWM信号模块电平转换电路和2组背光电路部分；
基于背光电路模块供电控制部分给整个背光模块供电；
基于背光IC供电部分来提供给背光UIC的VIN电源脚；
基于背光电路部分来提供LCD背光LED的驱动电源电路；
基于PWM控制信号混合电路用于将LCD返回的包含插黑信息的低频PWM 信号和高频PWM信号混合，使LCD插黑显示的同时可通过改变 CPU_BACKLIGHT_PWM占空比来改变背光亮度；
基于PWM信号模块电平转换电路来实现PWM信号电平的转换。
本发明具有以下有益效果：1、本发明通过设计使用带使能开关和PWM调光的背光IC，通过设计匹配的电路使背光IC输出的LED供电能配合LCD屏插黑显示的需要，在一帧画面刷新的最后5％～10％时间内打开LED供电，在其余时间关闭LED供电，达到LCD插黑显示的效果，同时LCD的显示亮度可以调整。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明提供的一种头戴显示器背光插黑控制电路的模块图。
图2为本发明提供的背光电路模块供电控制部分的电路图。
图3为本发明提供的背光IC供电部分的电路图。
图4为本发明提供的背光电路部分的电路图。
图5为本发明提供的PWM控制信号混合电路的电路图。
图6为本发明提供的2组PWM信号经过与门U2后合成一组PWM_MIX_OUT 信号输出，合成方式示意图。
图7为本发明提供的PWM信号模块电平转换电路的电路图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
参照图1-图7所示，本发明提供的一种头戴显示器背光插黑控制电路，包括背光电路模块供电控制部分，用于控制待机状态的漏电流；背光IC供电部分，用于提供给背光IC的VIN电源脚；PWM控制信号混合电路，用于将LCD 返回的包含插黑信息的低频PWM信号和高频PWM信号混合，从而驱动LCD背光LED插黑发光并可调整背光亮度；PWM信号模块电平转换电路，用于PWM信号电平的转换；背光电路部分，用于提供LCD背光LED的驱动电源电路。
在本发明中，整个系统使用的是电池电压，电压范围3.4V～4.4V，背光电路模块供电控制部分可以通过控制脚BACKLIGHT_POWER_EN来控制关断，可以减小待机状态的漏电流。背光IC供电部分是提供一个5V的供电给背光IC 的VIN电源脚。PWM控制信号混合电路将LCD返回的包含插黑信息的低频PWM 信号和系统提供的高频PWM信号混合，驱动LCD背光LED插黑发光，并且可以改变系统提供的PWM频率调制背光的亮度。PWM信号模块电平转换电路是将 1.8V的PWM信号电平转换为3.3V，满足背光IC的PWM输入脚的电气要求。背光电路部分是提供LCD背光LED的驱动电源电路。
本发明一优选而非限制的实施例中，背光电路模块供电控制部分具体为电池供电VBAT通过P-MOS管Q1变成BACKLIGHT-PWR给整个背光模块供电。参照图2所示，当BACKLIGHT_POWER_EN脚为低电平时Q3截止，Q1的Vgs电压为0V，Q3关闭，BACKLIGHT-PWR不对外供电，可避免背光模块漏电。当 BACKLIGHT_POWER_EN脚为高电平时Q3打开，Q1的栅极电压为低，Q1的Vgs 为负压，Q1打开，BACKLIGHT-PWR对外供电。BACKLIGHT_5V_EN控制脚用R1 下拉到地，保持Q3和Q1默认关闭状态.C6的充放电效应可以短暂保持Q1的栅极的电平状态，使Q1开关打开和关闭存在一定时间延迟，避免Q1受到冲击。
本发明一优选而非限制的实施例中，背光IC供电部分具体为 BACKLIGHT_5V_EN控制脚控制U1的打开和关闭，当BACKLIGHT_5V_EN为低电平时，U1关闭，BACKLIGHT_5V_SUPPLY不对外供电；当BACKLIGHT_5V_EN为高电平时，U1打开，BACKLIGHT_5V_SUPPLY对外供电。参照图3所示， BACKLIGHT_5V_EN控制脚控制U1的打开和关闭，当BACKLIGHT_5V_EN为低电平时，U1关闭，BACKLIGHT_5V_SUPPLY不对外供电。当BACKLIGHT_5V_EN为高电平时，U1打开，BACKLIGHT_5V_SUPPLY对外供电。BACKLIGHT_5V_EN控制脚用R5下拉到地，保持U1默认关闭状态。U1的FB脚电压为1.2V，通过R3 和R5分压后U1的OUT脚输出5V电压。L1为储能电感，通过U1的SW脚的开和关使U1达到升压的目的。
本发明一优选而非限制的实施例中，背光电路部分具体为通过 BACKLIGHT_DRIVER_EN脚控制U3的开和关，BACKLIGHT_DRIVER_PWM脚控制 U3驱动LCD背光的电流大小；参照图4所示，BACKLIGHT_DRIVER_EN脚控制 U3的开和关，BACKLIGHT_DRIVER_PWM脚控制U3驱动LCD背光的电流大小。 R9用来限定U3最大输出电流能力，计算公式为Iset＝900/R9(mA)。Vovp脚电压＝1V，通过R7和R12分压用来做LEDA_OUT的OVP保护，LEDA_OUT输出电压高于设定的OVP电压时U3关断。C11是高容高压电容，用于储能和滤波，让 LEDA_OUT在插黑点亮LED背光的5％～10％的时间内提供较大的功率，使背光瞬间发出较强的光。从而整个一帧画面显示的时间内背光亮度平均值不会下降，因为引入了插黑机制，能有效的消除LCD显示的拖影，并且不会造成 LCD闪屏。U3的LX1和LX2脚的开和关控制电感L2的储能和释放，二极管D1 让电感L2存储的能量只能单方向释放，将BACKLIGHT_PWR供电升压到需要的电压(LEDA_OUT电压)驱动LCD的背光。
本发明一优选而非限制的实施例中，PWM控制信号混合电路具体为通过2 组PWM信号经过与门U2后合成一组PWM_MIX_OUT信号输出，从而将LCD插黑显示的PWM信号加载在1kHz的载波上，使LCD插黑显示的同时可通过改变 CPU_BACKLIGHT_PWM占空比来改变背光亮度。参照图5、图6所示， CPU_BACKLIGHT_PWM是CPU输出的PWM信号，一般频率是1kHz。LCM_CABC_PWM 是LCD输出的插黑PWM信号，频率由帧率确定，一般是70Hz～120Hz之间。2 组PWM信号经过与门U2后合成一组PWM_MIX_OUT信号输出，合成方式如下图 6。此电路的目的是将LCD插黑显示的PWM信号加载在1kHz的载波上，控制 CPU_BACKLIGHT_PWM的占空比可以控制点亮LED的电流从而控制LCD背光的亮度。
本发明一优选而非限制的实施例中，PWM信号模块电平转换电路具体为 PWM_MIX_OUT为低电平时，Q2的栅极电压1.8V比源极电压高，Q2导通， BACKLIGHT_DRIVER_PWM输出低电平；PWM_MIX_OUT为高电平时，Q2的源极电压1.8V和栅极电压相等，Q2截止，BACKLIGHT_DRIVER_PWM被R11上加的 VDD_3P3电压上拉为3.3V高电平；参照图7所示，PWM_MIX_OUT为低电平时， Q2的栅极电压1.8V比源极电压高，Q2导通，BACKLIGHT_DRIVER_PWM输出低电平。PWM_MIX_OUT为高电平时，Q2的源极电压1.8V和栅极电压相等，Q2截止，BACKLIGHT_DRIVER_PWM被R11上加的VDD_3P3电压上拉为3.3V高电平。 PWM_MIX_OUT输出1.8V的PWM波形，在BACKLIGHT_DRIVER_PWM处会输出相应的3.3V电平的PWM波形。达到电平转换的目的，满足U3对PWM信号输入电平的要求。本发明使用带使能开关和PWM调光的背光IC，通过设计匹配的电路使背光IC输出的LED供电能配合LCD屏插黑显示的需要，在一帧画面刷新的最后5％～10％时间内打开LED供电，在其余时间关闭LED供电，达到LCD 插黑显示的效果，同时LCD的显示亮度可以调整。
本发明另外一面，提供了一种头戴显示器背光插黑控制的方法，包括以下步骤：
提供2组背光IC供电部分、2组PWM控制信号混合电路，2组PWM信号模块电平转换电路和2组背光电路部分；
基于背光电路模块供电控制部分给整个背光模块供电；
基于背光IC供电部分来提供给背光UIC的VIN电源脚；
基于背光电路部分来提供LCD背光LED的驱动电源电路；
基于PWM控制信号混合电路用于将LCD返回的包含插黑信息的低频PWM 信号和高频PWM信号混合，从而驱动LCD背光LED插黑发光并且亮度可调；
基于PWM信号模块电平转换电路来实现PWM信号电平的转换。在本发明的方法中，背光电路模块供电控制部分可以通过控制脚BACKLIGHT_POWER_EN 来控制关断，可以减小待机状态的漏电流。背光IC供电部分是提供一个5V 的供电给背光IC的VIN电源脚。PWM控制信号混合电路将LCD返回的包含插黑信息的低频PWM信号和系统提供的高频PWM信号混合，驱动LCD背光LED 插黑发光，并且可以改变系统提供的PWM频率调制背光的亮度。PWM信号模块电平转换电路是将1.8V的PWM信号电平转换为3.3V，满足背光IC的PWM输入脚的电气要求。背光电路部分是提供LCD背光LED的驱动电源电路；通过使用带使能开关和PWM调光的背光IC，通过设计匹配的电路使背光IC输出的 LED供电能配合LCD屏插黑显示的需要，在一帧画面刷新的最后5％～10％时间内打开LED供电，在其余时间关闭LED供电，此设计因具有足够的驱动能力，可以达到LCD插黑显示的效果同时避免闪屏问题，并且LCD的显示亮度可以调整。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种头戴显示器背光插黑控制电路，其特征在于，包括背光电路模块供电控制部分，用于控制待机状态的漏电流；背光IC供电部分，用于提供给背光IC的VIN电源脚；PWM控制信号混合电路，用于将LCD返回的包含插黑信息的低频PWM信号和高频PWM信号混合，从而驱动LCD背光LED插黑发光；PWM信号模块电平转换电路，用于PWM信号电平的转换；背光电路部分，用于提供LCD背光LED的驱动电源电路。
2.如权利要求1所述的一种头戴显示器背光插黑控制电路，其特征在于，所述背光电路模块供电控制部分具体为电池供电VBAT通过P-MOS管Q1变成BACKLIGHT-PWR给整个背光模块供电。
3.如权利要求2所述的一种头戴显示器背光插黑控制电路，其特征在于，所述背光IC供电部分具体为BACKLIGHT_5V_EN控制脚控制U1的打开和关闭，当BACKLIGHT_5V_EN为低电平时，U1关闭,BACKLIGHT_5V_SUPPLY不对外供电；当BACKLIGHT_5V_EN为高电平时，U1打开，BACKLIGHT_5V_SUPPLY对外供电。
4.如权利要求3所述的一种头戴显示器背光插黑控制电路，其特征在于，所述背光电路部分具体为通过BACKLIGHT_DRIVER_EN脚控制U3的开和关，BACKLIGHT_DRIVER_PWM脚控制U3驱动LCD背光的电流大小。
5.如权利要求4所述的一种头戴显示器背光插黑控制电路，其特征在于，所述PWM控制信号混合电路具体为通过2组PWM信号经过与门U2后合成一组PWM_MIX_OUT信号输出，从而将LCD插黑显示的PWM信号加载在1kHz的载波上，使LCD插黑显示的同时可通过改变LCM_CABC_PWM占空比来改变背光亮度。
6.如权利要求5所述的一种头戴显示器背光插黑控制电路，其特征在于，所述PWM信号模块电平转换电路具体为PWM_MIX_OUT为低电平时，Q2的栅极电压1.8V比源极电压高，Q2导通，BACKLIGHT_DRIVER_PWM输出低电平；PWM_MIX_OUT为高电平时，Q2的源极电压1.8V和栅极电压相等，Q2截止，BACKLIGHT_DRIVER_PWM被R11上加的VDD_3P3电压上拉为3.3V高电平。
7.一种头戴显示器背光插黑控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供2组背光IC供电部分、2组PWM控制信号混合电路，2组PWM信号模块电平转换电路和2组背光电路部分；
基于背光电路模块供电控制部分给整个背光模块供电；
基于背光IC供电部分来提供给背光IC的VIN电源脚；
基于背光电路部分来提供LCD背光LED的驱动电源电路；
基于PWM控制信号混合电路用于将LCD返回的包含插黑信息的低频PWM信号和高频PWM信号混合，使LCD插黑显示的同时可通过改变CPU_BACKLIGHT_PWM占空比来改变背光亮度；
基于PWM信号模块电平转换电路来实现PWM信号电平的转换。
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