CN206573822U - 一种环境自适应式led背光源液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型所设计的一种环境自适应式LED背光源液晶显示器，解决了目前针对色温进行调节，以适应人体对不同光谱的照射需求的显示器还不完善的技术问题。本实用新型包括机体和安装在机体上的显示面板，所述的显示面板包括背光源和液晶面板，其特征在于所述的背光源至少包括两种色温的LED光源，其中一种为高色温LED光源，另一种为低色温LED光源，所述的机体上安装有色度传感器、信号采集模块、输入设备、信号读取模块、信号处理模块和信号驱动模块。本实用新型设置的色度传感器感知环境光源的亮度和色温值，通过信号处理模块转化成不同的电信号，来获得不同色温和亮度的背光源，提高显示的对比度。

Description

一种环境自适应式LED背光源液晶显示器

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，尤其是一种环境自适应式LED背光源液晶显示器。

背景技术

显示器是一种显示图像、文字或图形的发光装置，包括液晶显示器(LCD)、阴极射线显示器(CRT)、等离子显示器(PDP)、有机发光显示器(OLED)、场发射显示器(FED) 及表面场放射显示器(SED显示器)、发光二极管(LED)显示装置、激光显示装置、各种投影显示装置、三维显示装置以及其他显示装置等。一般，显示器的发光单元由红R、绿G和蓝B三种基色组成，也可能有三种以上基色的发光单元组成。

显示器通常由显示屏、显示信号驱动装置、电源及其它相关部件等组成。其中，液晶显示器(LCD)的显示屏通常包括液晶面板和背光源两部分。投影显示装置根据显示屏的结构不同，有背投和前投显示装置。投影机和屏可以是一体的，或者是分离的。三维显示装置也有许多种结构，有通过偏振光分离、障壁空间分离、时差分离等等各种方法，实现三维立体显示。

现有显示器的发光状态(包括亮度、对比度、颜色或光谱等)，一般只是受输入的显示信号(图像、文字或图形)控制，没有考虑在不同环境光照下显示器发光对人的影响，如眼睛的疲劳、视网膜功能的退化、内分泌的影响等。随着社会的发展，人与各类显示器接触的时间越来越长，因此显示器发光对人健康的影响也越来越严重。

目前，也有一种液晶显示器上装有光电探测器，通过感知环境光的亮度，来控制背光源的亮度，改善人眼观看的舒适度。还有一些液晶显示器，根据图像信号的亮度不同，背光源的亮度会相应地变化，降低显示器功耗，提高对比度。这些技术是根据不同的环境或信号亮度，来调节显示器的亮度。尽管降低了显示器的功耗，能适当减轻人眼的疲劳。但是目前还没有针对色温进行调节，以适应人体对不同光谱的照射需求的显示器，进一步的也还没有从亮度和色温两方面进行双路调节的显示器。因此，发光状态以及色温随环境光的变化而调整，达到保护人眼健康目的的显示器，亟待研发。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种发光状态和色温随环境光的变化而调整，可以保护人眼健康的环境自适应式LED背光源液晶显示器。

为了达到上述目的，本实用新型所设计的环境自适应式LED背光源液晶显示器，包括机体和安装在机体上的显示面板，所述的显示面板包括背光源和液晶面板，其特征在于所述的背光源至少包括两种色温的LED光源，其中一种为高色温LED光源，另一种为低色温LED光源，所述的机体上安装有色度传感器、信号采集模块、输入设备、信号读取模块、信号处理模块和信号驱动模块，所述的色度传感器与信号采集模块电连接并将探测所得的环境光参数传送至信号采集模块，所述的输入设备将显示信号输入到与其电连接的信号读取模块，所述的信号采集模块和信号读取模块分别将各自处理后的信号输送至信号处理模块，经信号处理模块处理后的驱动信号输送至信号驱动模块，所述的驱动模块输出控制LED光源发光效率的信号至背光源。

本技术方案通过在显示器上安装色度传感器，用来感知环境光的状态，包括亮度和色温。显示器在显示图像文字等信息时，显示器的发光可以随环境的光照不同而改变。本技术方案中高色温LED光源的蓝光成分较多，低色温LED光源的蓝光成分较少(甚至没有)，如当环境比较暗或夜晚时，色度传感器将环境参数，包括亮度和色温值输入给信号采集模块，采样信号输送至信号处理模块，同时输入设备将显示信号输入到信号读取模块计算占空比并将信号输送至信号处理模块，信号处理模块根据预设程序对输入的两种信号进行调节后输送至信号驱动模块进行信号处理，并驱动背光源相应地降低显示屏的亮度，同时也相应地减少显示屏的色温，令发光光谱发生变化，即短波蓝光部分减少，从而可避免或降低显示器发光对人眼睛刺激引起的疲劳，以及短波蓝光对视网膜的功能退化损伤和内分泌的影响，起到令人体健康的作用。相反，当环境比较亮或白天时，色度传感器的环境参数经采样后的采样信号被输送至信号处理模块进行处理，输入设备的显示信号亦经信号读取模块进入到信号处理模块处理，信号处理模块将处理后的信号输送至信号驱动模块，控制信号最终令背光源相应地提高显示屏的亮度，同时也相应地增加显示屏的色温，令发光光谱发生变化，确保图像、文字等显示的真实性。

作为上述结构的进一步完善和补充，本实用新型还包含以下附加技术特征或这些特征的任意组合：

所述的信号采集模块包括运放模块和AD采样模块。色度传感器探测环境光参数，将亮度和色温值转化成相应的电信号后，运放模块对电信号进行运放并将运放后信号输入到 AD采样模块，对信号进行AD采样，采样后数据供信号处理模块使用。

所述的信号读取模块包括FPGA芯片和读取模块。图像、文字等显示信号通过一般输入设备输入到FPGA芯片中，在FPGA芯片中预先设定有显示参数以及驱动信号占空比，然后由读取模块对FPGA中的驱动信号占空比进行锁存以及串并转换，所得信号供信号处理模块使用。

所述的FPGA芯片中设定有显示参数以及驱动信号占空比，所述的读取模块对FPGA中的驱动信号占空比锁存以及并串转换。转换后的信号便于信号处理模块识别。

所述的信号处理模块中包括有单片机，单片机内设有亮度和色温关系程序。为减少暗环境下高亮度、高色温显示面板发射的短波蓝光对人眼的刺激，以及改善亮环境下显示面板的画面对比度下降等情况，信号处理模块中的单片机内部预设置了色度传感器、输入设备、显示面板之间的亮度和色温关系的程序，即显示面板的实时显示亮度和色温需根据色度传感器采集的环境光参数进行调节，既保证画面显示质量满足输入设备的显示参数要求，又提高了显示画面的对比度。

所述的信号处理模块通过脉冲调制方式向信号驱动模块发送两个不同的占空比信号。根据色度传感器以及信号采集模块反馈的不同信号值，在信号处理模块中改变信号读取模块中的驱动信号占空比，并通过脉冲调制(PWM)方式，在满电流恒流输出条件下，发送改变后的两个不同的占空比信号驱动信号驱动模块。

所述的信号驱动模块对占空比信号至少进行转化、放大处理后，将驱动信号送至背光源。信号驱动模块将处理后的控制信号进行转化、放大等处理，驱动信号送至背光源后控制两种高低色温的LED光源的效率。调节LED光源效率的方法即根据不同的占空比信号控制RGB三色单元的亮度比例及亮度值，混光的色度可以根据混色原理求得，最后获得期望的背光源亮度值和色温值，以显示相应的图像、文字或图形等。

所述的高色温LED光源的色温大于等于4000k且包含蓝光成分，所述的低色温光源的色温小于4000k。可分别调整高色温LED光源和低色温LED光源的色谱，减少蓝光对人眼的刺激。

所述的低色温LED光源前设有截止滤波片。截止滤波片，能截止短波长的光谱、透射长波长的光谱。如环境光降低时，短波长光(蓝光)部分也相应降低。则显示屏在显示驱动信号和色度传感器的环境光信号的同时作用下显示相应的图像、文字或图形等。

所述的截止滤波片的截止波长在500nm-560nm之间。从而起到保护眼睛的作用。

本实用新型得到的一种环境自适应式LED背光源液晶显示器，设置的色度传感器感知环境光源的亮度和色温值，通过信号处理模块转化成不同的电信号，输入到处理模块信号控制装置，信号驱动装置根据不同的环境光源亮度和色温值，利用预设程序调节调整背光源的高低色温光源的功率比值，来获得不同色温和亮度的背光源，提高显示的对比度。同时，为了有效的保护使用者的眼睛，其中的短波长光(蓝光)部分会随环境光信号的大小而变化。从而使人眼在低光照的情况下，避免或降低显示器发光对人眼睛刺激引起的疲劳，减少短波长光(蓝光)对视网膜的功能退化损伤和内分泌的影响，实现亮度和色温两方面进行双路调节。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型其中一个LED光源的光谱图；

图3是本实用新型另一个LED光源的光谱图；

图4是本实用新型背光源的发光光谱图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本实用新型作进一步的描述。

实施例1

如图1-4所示，本实施例描述的一种环境自适应式LED背光源液晶显示器，包括机体和安装在机体上的显示面板，所述的显示面板包括背光源和液晶面板，其特征在于所述的背光源至少包括两种色温的LED光源，其中一种为高色温LED光源，另一种为低色温LED光源，所述的机体上安装有色度传感器、信号采集模块、输入设备、信号读取模块、信号处理模块和信号驱动模块，所述的色度传感器与信号采集模块电连接并将探测所得的环境光参数传送至信号采集模块，所述的输入设备将显示信号输入到与其电连接的信号读取模块，所述的信号采集模块和信号读取模块分别将各自处理后的信号输送至信号处理模块，经信号处理模块处理后的驱动信号输送至信号驱动模块，所述的驱动模块输出控制LED光源发光效率的信号至背光源。其中信号采集模块包括运放模块和AD采样模块；信号读取模块包括FPGA芯片和读取模块；显示面板包括背光源和液晶面板。

色度传感器安装在机体正面的右下角，用来探测环境光参数，包括亮度和色温值，并转化成相应的电信号，输入到信号采集模块。运放模块对电信号进行运放并将运放后信号输入到AD采样模块，对信号进行AD采样，采样后数据供信号处理模块使用。图像、文字等显示信号通过输入设备输入到FPGA芯片中，在FPGA芯片中设定显示参数以及驱动信号占空比，然后由读取模块对FPGA中的驱动信号占空比进行锁存以及串并转换，所得信号供信号处理模块使用。为减少暗环境下高亮度、高色温显示面板发射的短波蓝光对人眼的刺激，以及改善亮环境下显示面板的画面对比度下降等情况，信号处理模块中的单片机内部预设置了色度传感器、输入设备、显示面板之间的亮度和色温关系程序，即显示面板的实时显示亮度和色温需根据色度传感器反馈的环境光参数进行调节，既保证画面显示质量满足输入设备的显示参数要求，又提高了显示画面的对比度。信号处理模块根据色度传感器以及信号采集模块反馈的不同信号值，并接收输入显示信号，根据预设程序时时地调节显示面板显示亮度和色温值中，改变信号读取模块中的驱动信号占空比，并通过脉冲调制(PWM)方式，在满电流恒流输出条件下，发送改变后的两个相应的脉宽调制信号(不同的占空比信号)驱动信号驱动模块。信号驱动模块将处理后的控制信号进行转化、放大等处理，控制两种高低色温的LED光源的效率。调节LED光源效率的方法即根据不同的占空比信号控制RGB三色单元的亮度比例及亮度值，混光的色度可以根据混色原理求得，最后获得期望的背光源亮度值和色温值，以显示相应的图像、文字或图形等。

背光源至少由两种不同色温的LED光源组成，其中一种是蓝光成分较多的高色温LED 光源(相关色温≥4000K)，见图2；另一种是蓝光成分较少(甚至没有)的低色温LED光源(相关色温＜4000K)，见图3；图4为背光源的发光光谱图。其中在蓝光成分较少的低色温LED光源前，需加有截止滤波片，能截止短波长的光谱、透射长波长的光谱，且截止波长在500nm至560nm之间。

本实用新型所述的环境自适应式LED背光源液晶显示器，色度传感器探测环境光亮度和色温参数，经过采样处理反馈到信号处理模块中，与输入设备中读取的图像、文字等显示信号共同作用，使显示器自动调节背光源的发光亮度和色温。当白天外部光线充足时或室内光照充分时，色度传感器探测到的环境光亮度值和色温值高，根据信号处理模块中的预设程序，显示器会自动将背光源的发射光源色温提高到6000K左右，以保证图像、文字等显示的真实性；当晚上光照不足或处于暗室时，色度传感器探测到的环境光亮度值和色温值较低，此时高亮度和高色温的显示图像对人眼刺激很大，特别是短波蓝光的发射容易引起人眼视觉疲劳，显示器将自动调低背光源的发射光源色温到3000K左右，同时截止短波蓝光的发射。从而实现了人眼在低光照的情况下，避免或降低显示器发光对人眼睛刺激引起的疲劳，以及短波蓝光对视网膜的功能退化损伤和内分泌的影响，充分保证了人体健康的需求。

本实用新型中还可以增添其它相关部件，包括用于安装色度传感器、显示面板、信号驱动装置、电源等部件的机架、支架、固定件等，以及不同用途的显示器中可能需要的装置，如电视机的接收电视信号的高频头、遥控装置、笔记本计算机的摄像头等。

以上图1-4所示的环境自适应式LED背光源液晶显示器是本实用新型的具体实施例，已经体现出本实用新型突出的实质性特点和显著的进步，可根据实际的使用需要，对其进行形状、规格、材质、电子元器件信号等方面的修改，在此不多赘述。

Claims (10)

1.一种环境自适应式LED背光源液晶显示器，包括机体和安装在机体上的显示面板，所述的显示面板包括背光源和液晶面板，其特征在于所述的背光源至少包括两种色温的LED光源，其中一种为高色温LED光源，另一种为低色温LED光源，所述的机体上安装有色度传感器、信号采集模块、输入设备、信号读取模块、信号处理模块和信号驱动模块，所述的色度传感器与信号采集模块电连接并将探测所得的环境光参数传送至信号采集模块，所述的输入设备将显示信号输入到与其电连接的信号读取模块，所述的信号采集模块和信号读取模块分别将各自处理后的信号输送至信号处理模块，经信号处理模块处理后的驱动信号输送至信号驱动模块，所述的驱动模块输出控制LED光源发光效率的信号至背光源。

2.根据权利要求1所述的环境自适应式LED背光源液晶显示器，其特征在于所述的信号采集模块包括运放模块和AD采样模块。

3.根据权利要求1所述的环境自适应式LED背光源液晶显示器，其特征在于所述的信号读取模块包括FPGA芯片和读取模块。

4.根据权利要求3所述的环境自适应式LED背光源液晶显示器，其特征在于所述的FPGA芯片中设定有显示参数以及驱动信号占空比，所述的读取模块对FPGA中的驱动信号占空比锁存以及并串转换。

5.根据权利要求1所述的环境自适应式LED背光源液晶显示器，其特征在于所述的信号处理模块中包括有单片机，单片机内设有亮度和色温关系程序。

6.根据权利要求5所述的环境自适应式LED背光源液晶显示器，其特征在于所述的信号处理模块通过脉冲调制方式向信号驱动模块发送两个不同的占空比信号。

7.根据权利要求6所述的环境自适应式LED背光源液晶显示器，其特征在于所述的信号驱动模块对占空比信号至少进行转化、放大处理后，将驱动信号送至背光源。

8.根据权利要求1所述的环境自适应式LED背光源液晶显示器，其特征在于所述的高色温LED光源的色温大于等于4000k且包含蓝光成分，所述的低色温LED光源的色温小于4000k。

9.根据权利要求1所述的环境自适应式LED背光源液晶显示器，其特征在于所述的低色温LED光源前设有截止滤波片。

10.根据权利要求9所述的环境自适应式LED背光源液晶显示器，其特征在于所述的截止滤波片的截止波长在500nm-56nm之间。