固态背光照明大幅提高液晶电视的观赏体验

技术分类: 消费电子设计  | 2008-03-01
Pierre de Greef、Hendriek Groot Hulze、Harm van der Heijden,恩智浦半导体

  采LED光源和分段控制的先进固态背光照明技术在液晶电视中具有多种突出优势,其不但能降低液晶电视的能耗,更带来赏心悦目的观赏体验。与在当今大屏幕液晶背光照明市场占据主导地位的冷阴极荧光管(CCFL)和热阴极荧光管(HCFL)相比,LED具有远高于前两者的能效。二者(LED和阴极荧光管)虽然光效率(流明/瓦特)相当,LED灯管因为能够根据所需的图像亮度对其进行更加灵活有效的调光。采用可寻址LED阵列的二维背光调节技术能带来更加亮丽的观赏体验,具有更高的对比度、更宽的色域、更好的色彩饱和度。

图12-D色彩调节


  过去几年中,用于CCFL和HCFL背光照明的各种调光技术层出不穷。例如,某些情况下可根据所需的图像亮度对整个背光系统进行调节,这种技术称为0-D调光技术。沿单一轴向调光(例如,通过控制单个HCFL灯管或一组并联的CCFL灯管的亮度),则称为1-D调光技术。

  最近,LED灯管的成本效率和性能均有大幅提升,这使LED背光照明成为一种更为切实可行的技术,打开了通向更加有效的新型背光调节技术的大门。LED灯管目前可以轻松实现二维阵列排布和独立控制,这使2-D(水平和垂直方向)调光成为可能。而对传统CC

FL和HCFL灯管来说,这是不可能完成的任务。借助这种技术,背光系统可在显示图像的明亮区域产生更多的光,而在显示图像的暗淡区产生较少的光。

  实际上,一块10 x 18的高效白色LED阵列就足以对普通图像内容的背光亮度进行优化,从而产生更好的对比度并大幅降低背光系统的能耗。对于普通的电视图像内容,这种基于图像内容的局部背光输出控制技术平均可以节省约50%的能耗。

  从白色到RGB

  如果用RGB三色彩色LED灯管代替白色LED灯管,则2-D LED背光照明技术可以提供更多的优势。通过控制RGB三色LED灯管中红、绿、蓝三种颜色的亮度而产生的色域,比传统背光液晶面板要宽广得多。因此,RGB LED背光能产生亮度更高、层次更深、饱和度更佳的色彩。这样,就可以通过智能饱和度控制技术将视频内容的色彩空间(sRGB)映射到LED背光系统的色彩空间。此类映射算法不会改变白色、肤色及柔和色,但可以将色彩饱和度提升至只有LED才能达到的绚丽水平。

  以二维阵列方式排列RGB LED灯管并根据具体色彩对其实施单独控制(2-D色彩调节),既能降低功耗,又能提升色域和对比度。这是因为,单个背光段只需产生将由其正前方液晶像素发出的那部分可见光(图1)。传统的白色背光系统通过色彩固定的白点产生一种可见光,结果大部分的光能都被液晶面板中的彩色滤光片阻挡并变成热量散逸。对于普通的电视图像内容,基于图像内容的局部背光输出色彩控制技术平均可以节省约80%的能耗。

图2对称性及非对称性串光补偿


  尽管优点众多,背光调节在技术上更为复杂。这是因为该种技术引入了两种不同的图像亮度调节方式。显示亮度较低的图像时(如夜景),可以通过液晶的像素阻止更多的背光输出,或者调低背光亮度。通过像素驱动信号增益补偿背光亮度的衰减,从而在空间和时间对比度以及色域方面实现最佳屏前性能和最佳背光能耗。因此,自适应背光调节技术要求对视频流进行大量的图像处理,以便对图像内容作出分析。然后,所获信息需要以智能方式同背光系统的特性相结合,以便产生最佳背光和像素驱动信号。

  其难点在于如何搭配背光系统的超低空间分辨率(多为10 x 18段)与液晶面板的超高分辨率(高清电视最高可达1920 x 1080像素)。令情况更加复杂的是,相邻背光段之间还存在串光,即各段的部分光线溢出至相邻背光段的现象。

  取得平衡

  最佳背光水平需通过对图像像素的R、G、B值分别进行统计分析才能确定,从而确定相应背光段的合适驱动水平。如果所有像素均处于较高水平,则将搭配额定背光水平的背光照明。如果RGB像素值较低,则调低背光水平,以最大程度地减少面板漏光。同时,还须提高液晶像素的RGB增益,从而保持所需的图像亮度。对比度(特别是暗度)将有所提升,但却需为明亮像素引入剪峰技术。因此,自适应背光算法需要找到一种最佳的折衷方案。同时,还需对红、绿、蓝增益进行调整,以补偿液晶面板彩色滤光片中来自背光系统的不同RGB亮度水平出现混合。

图3自适应调光模块示意图


  另外,串光引起的背光段之间的相互干扰对于整体图像性能也有较大影响。由于这种串光限制了有效的空间背光调制,因此,图像质量所能获得的提升很大程度上取决于背光系统的性质和结构。

  串光补偿中的另一重要因素是动态驱动背光LED灯管使其超过额定亮度水平(称为“自适应增强”)的性能。借助这种方式,因相邻背光段变暗而导致某个段亮度不足的现象可以得到补偿。

  串光补偿有助于减少段中央预测的亮度水平与所需亮度水平之间的误差。结果,背光系统的空间调制得以增强。然而,简单的线性误差补偿会导致明亮背光段的边缘亮度不足。非对称性补偿则可避免这种现象(图2)。

1】【2
加载中

对文章的评论

剩余字数:  

浏览该文章的用户还看过...

  • 文 章

  • 论 坛

  • 博 客

  • 小 组

设计资源与分销