CN201315148Y - 用于液晶电视的led背光源区域发光控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于液晶电视的LED背光源区域发光控制装置，包括用于将当前帧的图像按其在显示屏上的位置划分为多个相邻区域并将每个区域中像素的灰度信息分别传送到其相应的LED亮度控制电路的图像分割电路、接收与所述区域相对应的像素并得到这些像素中的最大灰度值和具有所述最大灰度值的像素点数目、根据所述最大灰度值和具有所述最大灰度值的像素点数目产生驱动波形输送到LED灯板的多个LED亮度控制电路以及与所述区域对应的LED亮度控制电路电连接并设置在显示屏上其对应的区域的后面的多个LED背光板。实施本实用新型的用于液晶电视的LED背光源区域发光控制装置，具有以下有益效果：其动态对比度更好，进一步降低了背光源的功耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及LED亮度控制装置，更具体地说，涉及一种用于液晶电视的LED背光源区域发光控制装置。
背景技术
液晶显示屏是被动发光显示器件，需要背光模组才能正常工作。大多数液晶显示屏采用冷阴极荧光(CCFL)背光模组，CCFL背光模组一般为常亮型的发光，即使调节亮度，也是人为的极慢速的调节，不能做到随图像内容而自动的调节背光亮度，导致液晶显示屏的动态对比度、整机功耗等性能较差。目前，使用液晶显示屏的液晶电视正得到越来越多的用户认可，但其CCFL的背光模组的缺点限制了其性能的提高。发光二极管(LED)背光模组具有色彩还原性好，对比度高、亮度高，以及发光控制速度快等优点，近年来已开始用于大尺寸液晶电视。一般而言，虽然人们也开始采用动态控制LED背光源的发光亮度，但通常都是采用获取当前帧的信号参数作为控制的基础。在液晶显示屏尺寸越来越大及一帧图像的参数差异较大或图像中的某个区域变化加快而其他区域基本没有变化时，以整个当前帧的信号参数作为LED背光源亮度的动态控制的基础仍然不能适应人们对亮度和对比度的越来越高的要求。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述以整个当前帧的信号参数作为LED背光源亮度的动态控制的基础仍然不能适应人们对亮度和对比度的越来越高的要求缺陷，提供一种动态对比度更好、背光源功耗更低的用于液晶电视的LED背光源区域发光控制装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于液晶电视的LED背光源区域发光控制装置，包括用于将当前帧的图像按其在显示屏上的位置划分为多个相邻区域并将每个区域中像素的灰度信息分别传送到其相应的LED亮度控制电路的图像分割电路、与划分出的所述区域一一对应且接收与所述区域相对应的像素而得到这些像素中的最大灰度值和具有所述最大灰度值的像素点数目并根据所述最大灰度值和具有所述最大灰度值的像素点数目产生LED灯板的驱动波形输送到所述LED灯板的多个LED亮度控制电路以及与划分出的所述区域一一对应并与所述区域对应的LED亮度控制电路电连接并设置在显示屏上其对应的区域的后面的多个LED背光板。
在本实用新型所述的LED背光源区域发光控制装置中，还包括连接在所述电视视频信号处理装置和所述图像分割电路之间并将电视视频信号转换为RGB格式信号的第一转换电路、具有多个分别与LED亮度控制电路输出连接的输入端并将被所述图像分割电路分到各LED亮度控制电路的像素还原为一个完整的帧的图像合成电路以及连接在所述图像合成电路及液晶显示屏之间并将RGB格式视频信号转换为适应液晶电视显示屏显示的信号格式的第二转换电路。
在本实用新型所述的LED背光源区域发光控制装置中，所述RGB格式信号包括视频数据信号、数据时钟信号、数据有效信号、场同步信号和行同步信号；所述图像分割电路包括延迟所述视频数据信号的延迟电路、以所述数据时钟信号和数据有效信号为输入计算当前像素所在列的像素计数器、以所述场同步信号和数据有效信号为输入计算当前像素所在行的行计数器和分别以所述像素计数器和行计数器的输出作为其两个输入的、与所述划分区域数目相同的比较器；所述比较器分别输出场同步信号、数据时钟信号和对应于其对应区域中像素的数据有效信号到该区域对应的LED控制电路。
在本实用新型所述的LED背光源区域发光控制装置中，所述LED亮度控制电路包括接收所述图像分割电路传送来的信号并由其中得到本区域中像素的最大灰度值和具有所述最大灰度值像素数量的检测电路、与所述检测电路连接并由所述本区域中像素的最大灰度值和具有所述最大灰度值像素数量决定输出驱动波形占空比的占空比控制电路、与所述检测电路连接并由所述本区域中像素的最大灰度值和具有所述最大灰度值像素数量决定对经过所述延迟电路延迟的数据视频信号进行灰度补偿的灰度补偿电路和与所述占空比控制电路连接并按其决定的占空比形成驱动波形的恒流源驱动电路。
在本实用新型所述的LED背光源区域发光控制装置中，所述当前帧的最大灰度值包括红色最大灰度值、绿色最大灰度值和蓝色最大灰度值；所述当前帧中具有最大灰度值的像素数包括具有红色最大灰度值像素数、具有绿色最大灰度值像素数和具有蓝色最大灰度值像素数；所述判断电路分别判断所述具有红色最大灰度值像素数、具有绿色最大灰度值像素数和具有蓝色最大灰度值像素数与其相应的预设值的大小。
在本实用新型所述的LED背光源区域发光控制装置中，所述区域数目包括大于等于2小于等于512的整数。
在本实用新型所述的LED背光源区域发光控制装置中，所述区域数目形状包括正方形或矩形。
在本实用新型所述的LED背光源区域发光控制装置中，所述第一转换电路或第二转换电路包括专用集成电路或现场可编程逻辑器件。
在本实用新型所述的LED背光源区域发光控制装置中，所述LED亮度控制电路还包括用于根据输入的校正数据，调节各LED的工作电流从而使其亮度一致的恒流源控制电路。
在本实用新型所述的LED背光源区域发光控制装置中，所述校正数据包括通过测量各LED在最大占空比信号驱动下的亮度与亮度期望值比较而得到的数据。
实施本实用新型的用于液晶电视的LED背光源区域发光控制装置，具有以下有益效果：由于使用图像分割电路将每帧图像信号的像素按其在显示屏上的位置划分为多个区域，并针对这些区域内的像素来进行其背光亮度调节，所以其动态对比度更好，也进一步降低了背光源的功耗。
附图说明
图1是本实用新型用于液晶电视的LED背光源区域发光控制装置实施例的电路原理框图；
图2是所述实施例中图像分割电路的电路原理框图；
图3是所述实施例中一个LED亮度控制电路的电路原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，在本实用新型用于液晶电视的LED背光源区域发光控制装置实施例中，LED背光源区域发光控制装置第一转换电路2、图像分割电路3、LED亮度控制器4、LED灯板5、图像合成电路7和第二转换电路8。液晶电视机芯1和液晶屏10作为电视机的一部分存在，为完整表达本实施例中信号走向而标识出来。
在本实施例中，图像分割电路3用于将当前帧的图像按其在显示屏上的位置划分为多个相邻区域并将每个区域中像素的灰度信息分别传送到其相应的第一LED亮度控制电路41...第n LED亮度控制电路4n；如图1所示，LED亮度控制器4中包括多个与上述被划分出来的区域一一对应的第一LED亮度控制电路41...第n LED亮度控制电路4n分别接收与上述区域相对应的像素灰度信息并得到这些像素(即该LED亮度控制电路所对应的区域中的像素)中的最大灰度值和具有该最大灰度值的像素点数目并根据所述最大灰度值和具有所述最大灰度值的像素点数目产生的驱动波形输送到LED背光板5；LED灯板5包括多个与划分出的所述区域一一对应，与所述区域对应的第一LED亮度控制电路41...第n LED亮度控制电路4n电连接并设置在显示屏10上其对应的区域的后方的多个LED灯板，即第一LED灯板51...第n LED灯板5n。
在本实施例中，还包括连接在电视视频信号处理装置(即液晶电视机芯)和图像分割电路3之间并将电视视频信号转换为RGB格式信号的第一转换电路2；其具有多个分别与第一LED亮度控制电路41...第n LED亮度控制电路4n输出连接的输入端并将被所述图像分割电路3分到第一LED亮度控制电路41...第n LED亮度控制电路4n的像素还原为一个完整的帧的图像合成电路7以及连接在图像合成电路7及液晶显示屏10之间并将RGB格式视频信号转换为适应液晶电视显示屏10显示的信号格式的第二转换电路8。
在本实施例中，信号处理流程如下：
液晶电视机芯1将各种常用类型的视频信号(如CVBS信号、SVIDEO信号、SDI信号等)，转换成统一格式的、与液晶屏10相匹配的LVDS视频信号，该视频信号送入第一转换电路2。液晶电视机芯1属于现有技术，在此不再赘述。
第一转换电路2将LVDS格式的视频信号，转换成RGB格式的视频信号，在本实施例中，将视频信号进行这种转换的目的是便于随后的最大灰度值和具有最大灰度值的象素点数目的取得，RGB格式的视频信号包括视频数据信号RGB、数据时钟信号DCLK、数据有效信号DEN、场同步信号VSYNC和行同步信号HSYNC。LVDS转RGB电路可以采用专用IC(如DS90CF386)，也可以用现场可编程逻辑器件FPGA实现。在本实施例中，第一转换电路由专用IC DS90CF386构成。RGB格式的视频信号被送入图像分割电路3。
图像分割电路3将一帧图像分割为n个(n为2到512之间的整数)正方形或矩形区域进行显示，其结构如图2所示。图像分割电路3由像素计数器31、行计数器32、比较电路34和延迟电路33组成；其中，比较电路34中包括多个比较器，即第一比较器341...第n比较器34n；像素计数器31以DCLK作为计数时钟信号、以DEN作为计数使能信号，其计数值为当前像素所在的“列号”；行计数器32以DEN作为计数时钟信号、以VSYNC作为计数清零信号，其计数值为当前像素所在的“行号”。通过上述像素计数器31和行计数器32的计数值，即可获知当前像素的行号和列号，再通过比较电路34即可获得某一区域的像素集合。假设液晶屏物理分辨率为1366 x 768，分割成4(n＝4)个区域，当像素计数值(列号)在1-683、行计数值(行号)在1-384范围时属于区域1的像素；当像素计数值在684-1366、行计数值在1-384范围时属于区域2的像素，等等，依此类推。延迟电路33用来补偿上述像素计数器31、行计数器32和比较电路34的信号传输延迟，使延迟电路输出的图像数据RGBO信号与第一比较器341、第二比较器342、第三比较器343、第四比较器344输出的DEN1、DEN2、DEN3、DEN4同步。在本实施例中，图像分割电路3输出的信号有：图像数据信号RGBO、场同步信号VSYNC、数据时钟信号DCLK，以及第一区域数据有效信号DEN1...第n区域数据有效信号DENn，前3种信号是所有区域共用的，而第一区域数据有效信号DEN1...第n区域数据有效信号DENn与区域有关。
在上述图像分割电路3中，每个区域输出的信号送入与所述区域对应的第一LED亮度控制电路41、第二LED亮度控制电路42...或第n LED亮度控制电路4n，所有区域的LED驱动控制电路均相同。仅以第1区域的第一LED驱动控制电路41为例说明其结构及工作过程，其他LED驱动控制电路与第一LED驱动控制电路41的结构和工作过程均相似。第一LED驱动控制电路41方框原理图如图3所示，包括检测电路411、灰度补偿电路412、占空比控制电路413、恒流源控制电路414和恒流源驱动电路415。
检测电路411对输入的RGB信号进行排序，计算出当前区域像素(即第一区域内的像素集合)的红、绿、蓝信号的最大灰度值红色最大灰度值Rm、绿色最大灰度值Gm、蓝色最大灰度值Bm，以及具有这些最大灰度值的像素点的数目Rn、Gn、Bn，这些信号一路送入灰度补偿电路412，另一路送入占空比控制电路413。
占空比控制电路413接收这些信号，按一定的规则送出占空比信号给恒流驱动电路415，从而调节与其连接的LED灯板的发光亮度。占空比控制电路413根据上述Rm和Rn来决定红色占空比大小，而红色占空比控制红色LED的发光强度，同理，占空比控制电路413根据上述Gm和Gn来决定绿色占空比大小，绿色占空比控制绿色LED的发光强度；占空比控制电路413根据上述Bm和Bn来决定蓝色占空比大小，蓝色占空比控制蓝色LED的发光强度。在本实施例中，以8bit显示为例，占空比控制电路413中的判断电路(图中未示出)首先判断Rn是否大于设定的阈值(即预设值)，本实施例中该预设值是正整数200，如是，则将红色占空比减小为其正常值的Rm/255，使背光功耗减少；如不是，则其输出的红色占空比仍为正常值。对于绿色占空比和蓝色占空比采取的动作与红色占空比相同，在本实施例中，当判断电路判定Gn大于设定的阈值(正整数200)，绿色占空比减小为正常值的Gm/255，使背光功耗减少；当判断电路判定Bn大于设定的阈值(例如50或200等整数)，蓝色占空比减小为正常值的Bm/255，使背光功耗减少。由上面的描述可知，当有一定数目的像素点，其灰度值等于最大灰度值，且最大灰度值不等于255时，通过减少占空比来降低背光模组的功耗，也就降低了液晶电视的整机功耗。特别是当上述调整并不是针对整幅图像去调整的，而仅仅是针对整幅图像中的一个区域，这样，就更加具有针对性，尤其是在只有某些区域的图像有较大变化时，上述装置的优点更加突出。
在本实施例中，在对占空比进行上述调节的同时，为了进一步提高对比度，还对视频信号进行了灰度补偿。
灰度补偿电路412根据接收到的信号(包括上述的Rm、Gm、Bm、Rn、Gn、Bn)，按与上述占空比控制电路413相反的方法进行灰度补偿，具体为：当红色、绿色或蓝色占空比减少一定倍数时，图像信号的红色、绿色或蓝色灰度值也要放大同样倍数，例如，假设某像素点的绿色灰度值为V0，驱动绿色LED的占空比为1/m，如果不补偿，人眼感受到的灰度为V0/m，是正常值V0的1/m，补偿后，V0放大了m倍，则人眼感受到的亮度为(V0/m)*m＝V0，即为正常值V0，确保了图像灰度的正常显示，最终真实再现图像。
上述各LED驱动控制电路中的灰度补偿电路输出的区域图像信号均送入图像合成电路7，合成为一帧完整的RGB格式的图像信号，这些信号经第二转换电路8转换成LVDS格式的视频信号，送至液晶屏的TCON电路。第二转换电路8可以采用专用IC(如DS90CF385)，也可以用现场可编程逻辑器件FPGA实现。在本实施例中，第二转换电路8采用专用集成电路DS90C385构成。
在本实施例中，每个LED灯板中包含有大量的LED，由于制作材料、制作工艺等原因，这些LED的参数很难做到完全一致，在同一驱动电流下，这些LED的发光亮度存在差别。为实现亮度均衡，要求这些LED灯在相同占空比下发出同等亮度的光。因此，必须调节各LED灯的工作电流，以便在相同占空比下发出同等亮度的光，从而实现亮度均衡。
首先，发出最大占空比信号给恒流驱动电路415，使所有LED灯发出强光；其次，使用亮度检测仪测量各LED灯的亮度，将亮度数据输入到计算机，由计算机将该亮度与亮度期望值比较(该亮度期望值是这类LED的最低亮度与平均亮度之间的某个亮度值)，计算出每一个LED的校正数据；然后，该校正数据被送入恒流源控制电路414并被保存起来，恒流源控制电路414依据该数据通过恒流源驱动电路415来调节各LED的工作电流，从而使与其连接LED灯板中的LED灯发光亮度相同，实现亮度均衡。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1、一种用于液晶电视的LED背光源区域发光控制装置，其特征在于，包括用于将当前帧的图像按其在显示屏上的位置划分为多个相邻区域并将每个区域中像素的灰度信息分别传送到其相应的LED亮度控制电路的图像分割电路、与划分出的所述区域一一对应且接收与所述区域相对应的像素而得到这些像素中的最大灰度值和具有所述最大灰度值的像素点数目并根据所述最大灰度值和具有所述最大灰度值的像素点数目产生LED灯板的驱动波形输送到所述LED灯板的多个LED亮度控制电路以及与划分出的所述区域一一对应并与所述区域对应的LED亮度控制电路电连接并设置在显示屏上其对应的区域的后面的多个LED背光板。
2、根据权利要求1所述的LED背光源区域发光控制装置，其特征在于，还包括连接在所述电视视频信号处理装置和所述图像分割电路之间并将电视视频信号转换为RGB格式信号的第一转换电路、具有多个分别与LED亮度控制电路输出连接的输入端并将被所述图像分割电路分到各LED亮度控制电路的像素还原为一个完整的帧的图像合成电路以及连接在所述图像合成电路及液晶显示屏之间并将RGB格式视频信号转换为适应液晶电视显示屏显示的信号格式的第二转换电路。
3、根据权利要求2所述的LED背光源区域发光控制装置，其特征在于，所述RGB格式信号包括视频数据信号、数据时钟信号、数据有效信号、场同步信号和行同步信号；所述图像分割电路包括延迟所述视频数据信号的延迟电路、以所述数据时钟信号和数据有效信号为输入计算当前像素所在列的像素计数器、以所述场同步信号和数据有效信号为输入计算当前像素所在行的行计数器和分别以所述像素计数器和行计数器的输出作为其两个输入的、与所述划分区域数目相同的比较器；所述比较器分别输出场同步信号、数据时钟信号和对应于其对应区域中像素的数据有效信号到该区域对应的LED控制电路。
4、根据权利要求3所述的LED背光源区域发光控制装置，其特征在于，所述LED亮度控制电路包括接收所述图像分割电路传送来的信号并由其中得到本区域中像素的最大灰度值和具有所述最大灰度值像素数量的检测电路、与所述检测电路连接并由所述本区域中像素的最大灰度值和具有所述最大灰度值像素数量决定输出驱动波形占空比的占空比控制电路、与所述检测电路连接并由所述本区域中像素的最大灰度值和具有所述最大灰度值像素数量决定对经过所述延迟电路延迟的数据视频信号进行灰度补偿的灰度补偿电路和与所述占空比控制电路连接并按其决定的占空比形成驱动波形的恒流源驱动电路。
5、根据权利要求4所述的LED背光源区域发光控制装置，其特征在于，所述当前帧的最大灰度值包括红色最大灰度值、绿色最大灰度值和蓝色最大灰度值；所述当前帧中具有最大灰度值的像素数包括具有红色最大灰度值像素数、具有绿色最大灰度值像素数和具有蓝色最大灰度值像素数；所述判断电路分别判断所述具有红色最大灰度值像素数、具有绿色最大灰度值像素数和具有蓝色最大灰度值像素数与其相应的预设值的大小。
6、根据权利要求5所述的LED背光源区域发光控制装置，其特征在于，所述区域数目包括大于等于2小于等于512的整数。
7、根据权利要求6所述的LED背光源区域发光控制装置，其特征在于，所述区域数目形状包括正方形或矩形。
8、根据权利要求7所述的LED背光源区域发光控制装置，所述第一转换电路或第二转换电路包括专用集成电路或现场可编程逻辑器件。
9、根据权利要求8所述的LED背光源区域发光控制装置，其特征在于，所述LED亮度控制电路还包括用于根据输入的校正数据，调节各LED的工作电流从而使其亮度一致的恒流源控制电路。
10、根据权利要求8所述的LED背光源区域发光控制装置，其特征在于，所述校正数据包括通过测量各LED在最大占空比信号驱动下的亮度与亮度期望值比较而得到的数据。
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