專利名稱：場(chǎng)序制彩色led背光源技術(shù)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于場(chǎng)序制彩色LED背 光源的控制方法。
背景技術(shù)：
由于液晶本身不能發(fā)光，液晶圖像的形成必須依賴外部的光源一通常所稱 的背光燈組件，通過面板上的薄膜晶體管(TFT)控制液晶"阻斷"和"通透" 背光燈，發(fā)出光線，來實(shí)現(xiàn)彩色畫面還原。背光燈組件的作用主要是提供均勻 的背景光源。傳統(tǒng)的薄膜晶體管液晶顯示器(thin film transistor crystal display, TFT-LCD)通常采用冷陰極熒光燈(cold cathode fluorescent lamps, CCFL)作為 背光源。雖然目前的冷陰極熒光管技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是其使用壽命短、體 積大、對(duì)比度拉伸不夠、功耗大、色域表現(xiàn)只有美國(guó)國(guó)家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(NTSC) 的65% 78%，色彩表現(xiàn)力滿足不了日益增長(zhǎng)的視頻需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種新型的液晶顯示器的背光源的控制方法，以進(jìn)一步改 善液晶顯示器的結(jié)構(gòu)，增加液晶顯示器背光源的色彩表現(xiàn)力。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種采用彩色LED光源作為液晶顯示器背光源的控
制方法，其步驟如下
a. 采用RGB三色LED管作為液晶顯示器的背光源；
b. 采用場(chǎng)序制原理，分時(shí)復(fù)用液晶像素，順序點(diǎn)亮R、 G、 B色LED光源， 利用人眼的視覺暫留效應(yīng)合成彩色圖像；
C.將整個(gè)液晶顯示器分成若干等份區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分別由背光源控制電路 控制相應(yīng)的背光點(diǎn)亮順序和亮度，獨(dú)立點(diǎn)亮，對(duì)液晶顯示器分區(qū)域動(dòng)態(tài)控制，
可以減少應(yīng)用場(chǎng)序制彩色LED對(duì)液晶響應(yīng)時(shí)間的限制；
d. 在場(chǎng)序制的背光源點(diǎn)亮?xí)r序中插入全黑幀，消除動(dòng)態(tài)圖像拖尾的現(xiàn)象；
e. 混合正序和逆序點(diǎn)亮背光源LED,每隔一定時(shí)間周期性地顛倒一下點(diǎn)亮 順序，以減輕色亂現(xiàn)象的程度。
本發(fā)明采用彩色LED光源作為液晶顯示器背光源的控制方法具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 發(fā)光二極管(LED)是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接將電能轉(zhuǎn)化為光 能。彩色(紅、綠、藍(lán)三色)LED,即RGB-LED光源相對(duì)于CCFL冷陰極熒 光管光源，具有很多的優(yōu)點(diǎn)厚度尺寸能做到更小，同時(shí)還擁有更高的可靠性 和穩(wěn)定性，RGB-LED光源的壽命很長(zhǎng)，色純度極高，色域范圍達(dá)到NTSC標(biāo)準(zhǔn) 色域的105%以上。
2. 所謂場(chǎng)序制技術(shù)就是對(duì)于每一幅彩色圖像幀，根據(jù)顏色將其分成紅、綠、 藍(lán)三幀，按時(shí)間順序先后發(fā)出，同時(shí)控制每個(gè)像素的薄膜晶體管(TFT)，使其 按照這個(gè)像素在這種顏色所應(yīng)當(dāng)具有的強(qiáng)度來開啟液晶。只要這三種顏色順序 重復(fù)周期小于人眼視覺殘留時(shí)間，就可在人腦中形成一幅彩色圖像。這個(gè)視覺 殘留時(shí)間實(shí)際上也就是電視場(chǎng)頻周期， 一般為60幀/秒。這也就要求在六十分之 一秒的時(shí)間內(nèi)必須完成紅、綠、藍(lán)三幀圖像的顯示。實(shí)際上就是對(duì)像素進(jìn)行分 時(shí)復(fù)用，然后靠人腦來合成彩色圖像。相比于CCFL，由于不再需要濾光片來合 成彩色圖像，場(chǎng)序制技術(shù)大大降低了背光源的能耗，還將分辨率提高了三倍。
3. 因?yàn)閷?shí)際圖像在每個(gè)具體部位的亮度不全都一樣，均勻亮度的背光既耗費(fèi) 能量，又不利于對(duì)比度的拉伸。為了能夠進(jìn)一步降低能耗，提高對(duì)比度，本發(fā) 明采用了一種分區(qū)域動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮的控制方法。將屏幕分成等大的小區(qū)域，每一個(gè)
小區(qū)域都由背光源驅(qū)動(dòng)控制板通過控制線分別控制。圖像灰度采集模塊將圖像 的灰度值傳送給背光源驅(qū)動(dòng)控制板，后者根據(jù)圖像內(nèi)容的灰度值對(duì)背光源的亮 度進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果圖像內(nèi)容的平均灰度比較低，也就是畫面比較暗，就通過控 制線通知相應(yīng)區(qū)域的背光燈，降低電壓，使暗的地方更暗，亮的地方更亮，對(duì) 比度較之于傳統(tǒng)的均勻背光源大大提高。
4.運(yùn)動(dòng)圖像拖尾現(xiàn)象主要是兩個(gè)原因造成的。其一，液晶分子自身具有粘滯 性，相位變化無法瞬間完成，總是需要一定的延遲，而連續(xù)的動(dòng)態(tài)影像都是由 大量的靜態(tài)畫面切換而成，如果切換動(dòng)作延遲，勢(shì)必影響到最終畫面顯示；其 二，人眼具有所謂的"視覺暫留"特性， 一般來說，如果切換過程小于16毫秒， 人眼便會(huì)認(rèn)為是連續(xù)的動(dòng)態(tài)影像而無法感知延遲，但如果高于這個(gè)數(shù)值，人眼 就會(huì)感覺到畫面出現(xiàn)了延遲。為了克服這個(gè)障礙，本發(fā)明所述的控制方法通過 FPGA時(shí)序控制模塊將原始圖像依照R、 G、 B三個(gè)分量分成三幀，依序使背光 源驅(qū)動(dòng)控制板的相應(yīng)顏色的控制線有效，并在這個(gè)序列中插入黑色幀，也就是 使控制三個(gè)顏色的背光源驅(qū)動(dòng)控制線全部無效，關(guān)閉背光源，形成黑色幀，借 此減少前一幀影像在人眼視網(wǎng)膜上暫留的時(shí)間，在視覺上就相當(dāng)于切掉了部分 模糊的影像，通過連續(xù)不斷、周期性的插入黑色幀就可以徹底消除動(dòng)態(tài)影像的 拖尾現(xiàn)象。
5.雖然場(chǎng)序制RGB-LED背光源比傳統(tǒng)的冷陰極熒光管背光源技術(shù)有更好 的顯色特性，它卻存在一個(gè)潛在的缺陷一色亂(Color Break Up, CBU)，除了會(huì) 降低顯示影像的品質(zhì)外，長(zhǎng)時(shí)間的觀看也有可能造成眼睛的疲勞，是一個(gè)不可 忽視的現(xiàn)象。CBU可能發(fā)生于影像與人眼相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)。當(dāng)人眼自左而右移動(dòng)視 線觀看此圖像時(shí)，人眼移動(dòng)速度如大于顯示器的響應(yīng)速度，將會(huì)使影像各原色 在視網(wǎng)膜上造成錯(cuò)位。此原色分離通常容易在移動(dòng)方向的物體邊緣上發(fā)生。因
此將屏幕劃分成獨(dú)立的小區(qū)域顯示都能減輕CBU的程度，提高顯示圖像質(zhì)量。 不僅如此，本發(fā)明還采用了周期性的顛倒RGBK(K表示黑幀)的點(diǎn)亮順序，比如 R， G B， K， K， R， G B......，也就是更改背光源驅(qū)動(dòng)控制板三種顏色控制線的有效
順序。雖然CBU現(xiàn)象仍存在，但是人眼在同一時(shí)刻看到的是不同的單色發(fā)生色 亂， 一定程度上也減輕了CBU對(duì)原圖像的毀損。


圖1是本發(fā)明控制方法的方框原理圖2是本發(fā)明控制方法的動(dòng)態(tài)區(qū)域劃分圖3是本發(fā)明控制方法的場(chǎng)序制RGB-LED圖像幀序列時(shí)間軸順序圖； 圖4是本發(fā)明控制方法的場(chǎng)序制RGB-LED背光源點(diǎn)亮和LCD面板的薄膜 晶體管掃描時(shí)間邏輯圖5是本發(fā)明控制方法插入黑幀后的場(chǎng)序制RGB-LED圖像幀序列圖； 圖6是本發(fā)明控制方法兩種序列混合的場(chǎng)序制RGB-LED圖像幀序列圖。 圖中標(biāo)號(hào)
1、液晶(LCD)面板；2、 RGB-LED背光源；3、薄膜晶體管(TFT)源極 驅(qū)動(dòng)控制模塊(Source driver controller); 4、薄膜晶體管(TFT)柵極驅(qū)動(dòng)控制模 塊(Gate driver controller); 5、背光驅(qū)動(dòng)控制模塊(Backlight controller); 6、圖像 數(shù)據(jù)采集模塊；7、 FPGA時(shí)序控制模塊；8~10、場(chǎng)序制RGB-LED背光源的順 序圖像幀序列，按時(shí)間順序分時(shí)點(diǎn)亮，假設(shè)圖像幀順序?yàn)镽GB,那么對(duì)應(yīng)著圖 2的順序即為8是R分量點(diǎn)亮，9是G分量點(diǎn)亮，IO是B分量點(diǎn)亮。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，按照本發(fā)明采用彩色LED光源作為液晶顯示器背光源的控制 方法所構(gòu)建的背光源控制系統(tǒng)由背光驅(qū)動(dòng)控制模塊5，圖像數(shù)據(jù)采集模塊6, FPGA時(shí)序控制模塊7組成。液晶面板1的薄膜晶體管的源極和柵極分別由源極 驅(qū)動(dòng)控制模塊3和柵極驅(qū)動(dòng)控制模塊4控制。圖像數(shù)據(jù)采集模塊6將原始圖像 數(shù)據(jù)分別傳送給源極驅(qū)動(dòng)控制模塊3和柵極驅(qū)動(dòng)控制模塊4以及背光源驅(qū)動(dòng)控 制模塊5。源極驅(qū)動(dòng)3和柵極驅(qū)動(dòng)控制模塊4控制液晶面板的薄膜晶體管的通斷， 以通過或阻斷背光源2的光線。背光源驅(qū)動(dòng)控制模塊5接收到圖像數(shù)據(jù)后，配 合著FPGA時(shí)序控制模塊7輸出的時(shí)序依序使相應(yīng)顏色的控制線有效，從而控 制背光源2各個(gè)顏色的燈管。具體控制過程如下
首先，為了能夠做到動(dòng)態(tài)分區(qū)域控制背光源，需要將背光源2分成等大的 小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都由背光源驅(qū)動(dòng)控制模塊5獨(dú)立控制。綜合液晶面板1的尺 寸、分辨率和成本等幾個(gè)要素，將背光LED分成等分區(qū)域。具體的區(qū)域數(shù)目計(jì) 算方法可由以下得到假設(shè)屏幕的分辨率是A x B ，分成MxN塊，圖像信號(hào) 幀頻為60Hz，場(chǎng)序制RGB-LED三種顏色背光轉(zhuǎn)換頻率則為6(^3-180Hz，相應(yīng) 每個(gè)插入單色圖像幀的最大可操作時(shí)間為5.56ms，己知液晶分子的響應(yīng)時(shí)間是4 ms，所以區(qū)域的掃描時(shí)間必須小于5.56ms-4ms= 1.56ms。假設(shè)數(shù)字圖像信號(hào) 處理器的時(shí)鐘頻率16.6MHz，掃描一個(gè)像素(確定此像素上單色的通透程度) 需時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期，那么掃描一個(gè)小區(qū)域的時(shí)間需要((A+M) x(B+N)/16.6MHz) ms，那么M、 N參數(shù)的選取必須使掃描單個(gè)小區(qū)域的時(shí)間控制在1.56ms之內(nèi)。 如圖4所示給出一個(gè)實(shí)例，2.4寸液晶屏，分辨率為320x240，分成4x4=16等 份，假設(shè)數(shù)字圖像信號(hào)處理器的時(shí)鐘周期16.6MHz，掃描每一塊小區(qū)域的時(shí)間 則為0.289ms，液晶響應(yīng)時(shí)間4ms，每種顏色的點(diǎn)亮?xí)r間1.2ms，這三個(gè)時(shí)間之
和小于人眼的視覺暫留時(shí)間，故符合場(chǎng)序制原理，可以由人眼自動(dòng)生成彩色圖 像。
其次，背光驅(qū)動(dòng)控制模塊5要根據(jù)接收到的圖像數(shù)據(jù)信息確定背光源的亮 度，根據(jù)(1)式計(jì)算圖像內(nèi)容的平均亮度<formula>formula see original document page 8</formula> (1)
其中G表示像素的灰度值 得到了小區(qū)域的圖像平均灰度之后，就可以確定此小區(qū)域的背光源亮度。
然后，F(xiàn)PGA時(shí)序控制模塊7要能夠按照?qǐng)鲂蛑圃懋a(chǎn)生背光源三種顏色發(fā) 光二極管的控制時(shí)序，如圖3所示，每種顏色的重復(fù)周期為1/180秒。為了能 夠消除動(dòng)態(tài)圖像拖尾現(xiàn)象在FPGA時(shí)序控制模塊中添加黑色幀時(shí)序，也就是添 加三種顏色都無效的間隙，時(shí)序圖如圖5所示，圖中豎軸為灰度值，橫軸為 時(shí)間軸，由于加入了黑幀，相當(dāng)于需要在l/60秒的時(shí)間內(nèi)順序點(diǎn)亮4種顏色， 也就是每隔4.16ms點(diǎn)亮一個(gè)單色LED， RGBK四種顏色順序點(diǎn)亮。為了消除色 亂現(xiàn)象，在添加黑色幀時(shí)序的同時(shí)，顛倒四種間隙的順序，時(shí)序圖如圖6所示， 圖中.*豎軸為灰度值，橫軸為時(shí)間軸，為了減輕色亂現(xiàn)象的程度，在順序點(diǎn)亮 RGBK之后，可以顛倒次序，例如RGBK， KRGB,......。
權(quán)利要求
1.一種采用彩色LED光源作為液晶顯示器背光源的控制方法，其特征在于a. 采用RGB三色LED管作為液晶顯示器的背光源；b. 采用場(chǎng)序制原理，分時(shí)復(fù)用液晶像素，順序點(diǎn)亮R、G、B色LED光源，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)合成彩色圖像；c. 將整個(gè)液晶顯示器分成若干等份區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分別由背光源控制電路控制相應(yīng)的背光點(diǎn)亮順序和亮度，獨(dú)立點(diǎn)亮，對(duì)液晶顯示器分區(qū)域動(dòng)態(tài)控制，可以減少應(yīng)用場(chǎng)序制彩色LED對(duì)液晶響應(yīng)時(shí)間的限制；d. 在場(chǎng)序制的背光源點(diǎn)亮?xí)r序中插入全黑幀，消除動(dòng)態(tài)圖像拖尾的現(xiàn)象；e. 混合正序和逆序點(diǎn)亮背光源LED，每隔一定時(shí)間周期性地顛倒一下點(diǎn)亮順序，以減輕色亂現(xiàn)象的程度。
全文摘要
本發(fā)明提出一種采用彩色LED光源作為液晶顯示器背光源的控制方法。它采用彩色發(fā)光二極管LED作為背光源，應(yīng)用場(chǎng)序制原理分時(shí)點(diǎn)亮發(fā)光二極管，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)合成彩色圖像；在分時(shí)點(diǎn)亮的時(shí)序中插入全黑幀，以減少在顯示動(dòng)態(tài)圖像時(shí)的掃尾現(xiàn)象；混合正序和逆序點(diǎn)亮背光源LED，以減輕色亂現(xiàn)象的程度；另外還加入了動(dòng)態(tài)區(qū)域控制的方法，以進(jìn)一步提高對(duì)比度。應(yīng)用本發(fā)明控制方法，可以進(jìn)一步改善液晶顯示器的工作性能和結(jié)構(gòu)尺寸，延長(zhǎng)使用壽命，增加液晶顯示器的色彩表現(xiàn)力。
文檔編號(hào)G02F1/13GK101369407SQ20081020117
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者研 孫, 王力超, 陸起涌, 熙 陳 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)