液晶電視的動態區域背光控制技術分析

曹德躍

摘 要：本文探討基于動態區域控制技術的LED背光技術，用來克服或改善液晶電視顯示固有的問題，同時達到降低功耗節能的目的。

關鍵詞：LED背光源；動態區域控制；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的改進技術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生照明，含有水銀，不利于環保，自2004年Sony公司推出第一款以LED為背光的液晶電視發展至今，隨著LED器件技術、性能的不斷提高，國內外針對液晶電視應用的LED背光技術研發也全面開展起來，并不斷走向深入。

1 LED背光源的動態區域控制技術

液晶電視發展的關鍵技術之一是LED背光控制技術的發展。LED背光控制技術的發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、液晶顯示拖尾現象以及改善畫質，提高色域、節能環保等。在各種LED背光控制算法中，分區動態控制技術可很好的解決上述液晶顯示的缺點。所謂主動式動態（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， 以主動式及動態方式最優化驅動LED背光源模塊。此項技術是結合影像優化處理技術，依影像信號特征結合LED背光源模塊的物理特性，進行亮度調變及液晶面板優化補償調變驅動。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容進行調整，使得影像的灰階層次更細致，并且由于明暗的對比增強，大幅提升立體感。另一方面則是LED背光的亮度隨著影像內容分區域、獨立地進行亮度調變，故在顯示暗態畫面時，LED亮度隨之降低，從而可減少整體背光源的耗電量。

2 動態區域背光控制技術的實現

實現動態區域背光控制技術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

動態背光可以節省功耗，但對于液晶電視而言，節能不能以犧牲圖像品質為代價。合適的背光信號可以同時獲得節能和提高畫質的效果，但是，不適當的信號提取會導致圖像質量變差，如圖像細節內容損失，尤其是出現暗景圖像輝度不足，色彩串擾，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的畫質有至關重要的影響，目前采用較多的方法中， LED信號主要是根據其對應圖像區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， 能耗的最優化就很難得以實現。此外， LCD的濾光片由于漏光的原因會對要表達的單色構成干擾，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所組成的背光結構成為必然的解決方案。

2.2 調整液晶控制信號

采用動態區域背光控制，液晶信號需要作相應調整，以保持圖像的整體亮度和細節內容。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系，而且圖像信號調節的范圍由顯示硬件限制，例如對于8 bit顯示，可實現的信號灰階最高為255，信號調整超過該值會被截斷。所以液晶信號調整必須避免超過硬件限制，同時又能有效補償背光調暗，使得圖像亮度和細節保持。

2.3 減小LED背光對圖像色域及色彩再現的影響

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時不自然的現象，出現色域雖寬，但色彩再現失真的情況，采用白色LED背光也有同樣的問題——雖然調整彩色膜的透射譜可以緩解這一問題，但涉及上游工藝，實現成本高，所以設計算法，通過對圖像信號調節來進行色彩管理是解決該問題更便捷有效的方法。

3 主動式動態背光區域調節技術的優勢

由于主動式動態背光驅動模式所展現的并不是亮度恒定、均勻的光源，而是提供隨影像內容其亮度及色彩均可變的動態背光源，其功耗大小將隨不同影像內容有所差異。與靜態LED背光模式相比，主動式動態LED背光模式預期可有效降低背光功耗30%～50%以上，這樣，主動式動態LED背光模塊的平均功耗將會比傳統CCFL背光模塊低， 達到省電節能的功效。同時也可有效降低LED熱源的產生，解決了一般靜態LED背光源模塊所遇到的散熱問題，所以，該背光設計將不再需要額外的風扇及特殊散熱結構。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，也將進一步提高LED產品壽命與可靠度。可見采用主動式動態驅動電路設計，可進一步提升影像畫面質量，消除普通液晶顯示在顯示快速移動物體時出現的拖尾現象，同時更為重要的是可將LCD影像畫面對比度（contrast） 大大提高，充分展現高清LCD彩電畫質影像及高動態范圍（High Dynamic Range， HDR）影像的需求與優勢。

參考文獻

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[2]王學軍.《液晶顯示技術》.2008.電子工業出版社

[3]張成功，劉衛東.《動態控制的LED背光源設計》.《現代顯示》.2008年07期