液晶電視的動態(tài)區(qū)域背光控制技術(shù)分析

曹德躍

摘 要：本文探討基于動態(tài)區(qū)域控制技術(shù)的LED背光技術(shù)，用來克服或改善液晶電視顯示固有的問題，同時達(dá)到降低功耗節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：LED背光源；動態(tài)區(qū)域控制；功耗

0 引言

眾所周知，液晶電視的顯示屏是被動型顯示器件，它本身并不發(fā)光，需要使用背光源，采用透射的方式來提高背景亮度，改善顯示效果。液晶電視的背光源種類很多，例如CCFL、CCFL的改進(jìn)技術(shù)WCG-CCFL、LED等，采用冷陰極射線管（CCFL）做背光源，最大的缺點是使用壽命短，同時，CCFL是運用水銀氣體放電來產(chǎn)生照明，含有水銀，不利于環(huán)保，自2004年Sony公司推出第一款以LED為背光的液晶電視發(fā)展至今，隨著LED器件技術(shù)、性能的不斷提高，國內(nèi)外針對液晶電視應(yīng)用的LED背光技術(shù)研發(fā)也全面開展起來，并不斷走向深入。

1 LED背光源的動態(tài)區(qū)域控制技術(shù)

液晶電視發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一是LED背光控制技術(shù)的發(fā)展。LED背光控制技術(shù)的發(fā)展可以克服或改善液晶顯示固有的問題：如暗灰階的漏光問題、液晶顯示拖尾現(xiàn)象以及改善畫質(zhì)，提高色域、節(jié)能環(huán)保等。在各種LED背光控制算法中，分區(qū)動態(tài)控制技術(shù)可很好的解決上述液晶顯示的缺點。所謂主動式動態(tài)（Active-Dynamic）LED背光控制模式，其最大差異在于整合影像信號及LED背光源， 以主動式及動態(tài)方式最優(yōu)化驅(qū)動LED背光源模塊。此項技術(shù)是結(jié)合影像優(yōu)化處理技術(shù)，依影像信號特征結(jié)合LED背光源模塊的物理特性，進(jìn)行亮度調(diào)變及液晶面板優(yōu)化補(bǔ)償調(diào)變驅(qū)動。其中包含了兩個基本方面，一是面板的灰階層次分布隨著影像內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，使得影像的灰階層次更細(xì)致，并且由于明暗的對比增強(qiáng)，大幅提升立體感。另一方面則是LED背光的亮度隨著影像內(nèi)容分區(qū)域、獨立地進(jìn)行亮度調(diào)變，故在顯示暗態(tài)畫面時，LED亮度隨之降低，從而可減少整體背光源的耗電量。

2 動態(tài)區(qū)域背光控制技術(shù)的實現(xiàn)

實現(xiàn)動態(tài)區(qū)域背光控制技術(shù)可從以下三個方面考慮。

2.1 提取液晶電視圖像主亮度信息

動態(tài)背光可以節(jié)省功耗，但對于液晶電視而言，節(jié)能不能以犧牲圖像品質(zhì)為代價。合適的背光信號可以同時獲得節(jié)能和提高畫質(zhì)的效果，但是，不適當(dāng)?shù)男盘柼崛?dǎo)致圖像質(zhì)量變差，如圖像細(xì)節(jié)內(nèi)容損失，尤其是出現(xiàn)暗景圖像輝度不足，色彩串?dāng)_，運動圖像閃爍等問題，因此，LED信號的控制和選取對最后呈現(xiàn)的畫質(zhì)有至關(guān)重要的影響，目前采用較多的方法中， LED信號主要是根據(jù)其對應(yīng)圖像區(qū)塊的灰階也就是亮度特征而選取的。此灰階特征包括圖像區(qū)塊的直方圖分布， 最大值和平均值等。但在以上的控制方法中， 如果所顯示的圖像僅由一種顏色主導(dǎo)， 能耗的最優(yōu)化就很難得以實現(xiàn)。此外， LCD的濾光片由于漏光的原因會對要表達(dá)的單色構(gòu)成干擾，從而使得最終可獲得的色域變窄，因此單純控制背光的亮度明暗是無法表現(xiàn)鮮艷亮麗的顏色和圖像的。為了得到盡可能寬廣的色域和盡可能低的能耗， 由彩色LED所組成的背光結(jié)構(gòu)成為必然的解決方案。

2.2 調(diào)整液晶控制信號

采用動態(tài)區(qū)域背光控制，液晶信號需要作相應(yīng)調(diào)整，以保持圖像的整體亮度和細(xì)節(jié)內(nèi)容。由于液晶顯示器件的特性，圖像信號與顯示亮度為非線性關(guān)系，而且圖像信號調(diào)節(jié)的范圍由顯示硬件限制，例如對于8 bit顯示，可實現(xiàn)的信號灰階最高為255，信號調(diào)整超過該值會被截斷。所以液晶信號調(diào)整必須避免超過硬件限制，同時又能有效補(bǔ)償背光調(diào)暗，使得圖像亮度和細(xì)節(jié)保持。

2.3 減小LED背光對圖像色域及色彩再現(xiàn)的影響

采用RGB 三色LED背光能增大液晶電視的色域，但是LED光譜透過彩色膜后對應(yīng)的三基色與視頻信號編碼時定義的三基色有較大的偏差，造成對非飽和色彩再現(xiàn)時不自然的現(xiàn)象，出現(xiàn)色域雖寬，但色彩再現(xiàn)失真的情況，采用白色LED背光也有同樣的問題——雖然調(diào)整彩色膜的透射譜可以緩解這一問題，但涉及上游工藝，實現(xiàn)成本高，所以設(shè)計算法，通過對圖像信號調(diào)節(jié)來進(jìn)行色彩管理是解決該問題更便捷有效的方法。

3 主動式動態(tài)背光區(qū)域調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)勢

由于主動式動態(tài)背光驅(qū)動模式所展現(xiàn)的并不是亮度恒定、均勻的光源，而是提供隨影像內(nèi)容其亮度及色彩均可變的動態(tài)背光源，其功耗大小將隨不同影像內(nèi)容有所差異。與靜態(tài)LED背光模式相比，主動式動態(tài)LED背光模式預(yù)期可有效降低背光功耗30%～50%以上，這樣，主動式動態(tài)LED背光模塊的平均功耗將會比傳統(tǒng)CCFL背光模塊低， 達(dá)到省電節(jié)能的功效。同時也可有效降低LED熱源的產(chǎn)生，解決了一般靜態(tài)LED背光源模塊所遇到的散熱問題，所以，該背光設(shè)計將不再需要額外的風(fēng)扇及特殊散熱結(jié)構(gòu)。同時還可以有效降低整體背光模塊材料及制造加工成本，降低LED功耗，也將進(jìn)一步提高LED產(chǎn)品壽命與可靠度?？梢姴捎弥鲃邮絼討B(tài)驅(qū)動電路設(shè)計，可進(jìn)一步提升影像畫面質(zhì)量，消除普通液晶顯示在顯示快速移動物體時出現(xiàn)的拖尾現(xiàn)象，同時更為重要的是可將LCD影像畫面對比度（contrast） 大大提高，充分展現(xiàn)高清LCD彩電畫質(zhì)影像及高動態(tài)范圍（High Dynamic Range， HDR）影像的需求與優(yōu)勢。

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