液晶电视的动态区域背光控制技术分析

摘 要：本文探讨基于动态区域控制技术的LED背光技术，用来克服或改善液晶电视显示固有的问题，同时达到降低功耗节能的目的。

关键词：LED背光源；动态区域控制；功耗

0 引言

众所周知，液晶电视的显示屏是被动型显示器件，它本身并不发光，需要使用背光源，采用透射的方式来提高背景亮度，改善显示效果。液晶电视的背光源种类很多，例如CCFL、CCFL的改进技术WCG-CCFL、LED等，采用冷阴极射线管（CCFL）做背光源，最大的缺点是使用寿命短，同时，CCFL是运用水银气体放电来产生照明，含有水银，不利于环保，自2004年Sony公司推出第一款以LED为背光的液晶电视发展至今，随着LED器件技术、性能的不断提高，国内外针对液晶电视应用的LED背光技术研发也全面开展起来，并不断走向深入。

1 LED背光源的动态区域控制技术

液晶电视发展的关键技术之一是LED背光控制技术的发展。LED背光控制技术的发展可以克服或改善液晶显示固有的问题：如暗灰阶的漏光问题、液晶显示拖尾现象以及改善画质，提高色域、节能环保等。在各种LED背光控制算法中，分区动态控制技术可很好的解决上述液晶显示的缺点。所谓主动式动态（Active-Dynamic）LED背光控制模式，其最大差异在于整合影像信号及LED背光源， 以主动式及动态方式最优化驱动LED背光源模块。此项技术是结合影像优化处理技术，依影像信号特征结合LED背光源模块的物理特性，进行亮度调变及液晶面板优化补偿调变驱动。其中包含了两个基本方面，一是面板的灰阶层次分布随着影像内容进行调整，使得影像的灰阶层次更细致，并且由于明暗的对比增强，大幅提升立体感。另一方面则是LED背光的亮度随着影像内容分区域、独立地进行亮度调变，故在显示暗态画面时，LED亮度随之降低，从而可减少整体背光源的耗电量。

2 动态区域背光控制技术的实现

实现动态区域背光控制技术可从以下三个方面考虑。

2.1 提取液晶电视图像主亮度信息

动态背光可以节省功耗，但对于液晶电视而言，节能不能以牺牲图像品质为代价。合适的背光信号可以同时获得节能和提高画质的效果，但是，不适当的信号提取会导致图像质量变差，如图像细节内容损失，尤其是出现暗景图像辉度不足，色彩串扰，运动图像闪烁等问题，因此，LED信号的控制和选取对最后呈现的画质有至关重要的影响，目前采用较多的方法中， LED信号主要是根据其对应图像区块的灰阶也就是亮度特征而选取的。此灰阶特征包括图像区块的直方图分布， 最大值和平均值等。但在以上的控制方法中， 如果所显示的图像仅由一种颜色主导， 能耗的最优化就很难得以实现。此外， LCD的滤光片由于漏光的原因会对要表达的单色构成干扰，从而使得最终可获得的色域变窄，因此单纯控制背光的亮度明暗是无法表现鲜艳亮丽的颜色和图像的。为了得到尽可能宽广的色域和尽可能低的能耗， 由彩色LED所组成的背光结构成为必然的解决方案。

2.2 调整液晶控制信号

采用动态区域背光控制，液晶信号需要作相应调整，以保持图像的整体亮度和细节内容。由于液晶显示器件的特性，图像信号与显示亮度为非线性关系，而且图像信号调节的范围由显示硬件限制，例如对于8 bit显示，可实现的信号灰阶最高为255，信号调整超过该值会被截断。所以液晶信号调整必须避免超过硬件限制，同时又能有效补偿背光调暗，使得图像亮度和细节保持。

2.3 减小LED背光对图像色域及色彩再现的影响

采用RGB 三色LED背光能增大液晶电视的色域，但是LED光谱透过彩色膜后对应的三基色与视频信号编码时定义的三基色有较大的偏差，造成对非饱和色彩再现时不自然的现象，出现色域虽宽，但色彩再现失真的情况，采用白色LED背光也有同样的问题――虽然调整彩色膜的透射谱可以缓解这一问题，但涉及上游工艺，实现成本高，所以设计算法，通过对图像信号调节来进行色彩管理是解决该问题更便捷有效的方法。

3 主动式动态背光区域调节技术的优势

由于主动式动态背光驱动模式所展现的并不是亮度恒定、均匀的光源，而是提供随影像内容其亮度及色彩均可变的动态背光源，其功耗大小将随不同影像内容有所差异。与静态LED背光模式相比，主动式动态LED背光模式预期可有效降低背光功耗30%～50%以上，这样，主动式动态LED背光模块的平均功耗将会比传统CCFL背光模块低， 达到省电节能的功效。同时也可有效降低LED热源的产生，解决了一般静态LED背光源模块所遇到的散热问题，所以，该背光设计将不再需要额外的风扇及特殊散热结构。同时还可以有效降低整体背光模块材料及制造加工成本，降低LED功耗，也将进一步提高LED产品寿命与可靠度。可见采用主动式动态驱动电路设计，可进一步提升影像画面质量，消除普通液晶显示在显示快速移动物体时出现的拖尾现象，同时更为重要的是可将LCD影像画面对比度（contrast） 大大提高，充分展现高清LCD彩电画质影像及高动态范围（High Dynamic Range， HDR）影像的需求与优势。

参考文献

[1]安平.《液晶彩色电视机易修精要》.2009.人民邮电出版社

[2]王学军.《液晶显示技术》.2008.电子工业出版社

[3]张成功，刘卫东.《动态控制的LED背光源设计》.《现代显示》.2008年07期