液晶电视LED背光模组及区域调光控制技术浅析

吴 琦

(苏州工业职业技术学院，江苏苏州215104)

随着LCD产业成本的不断降低，液晶电视作为一种新型的显示设备已在逐步取代传统的CRT屏而成为市场的主流。作为液晶显示设备的主体器件，背光模组技术的发展已经成为液晶显示设备发展的重要指标而被各大厂商所重视。

与传统的CRT显示屏不同，液晶面板本身不发光，必须为其提供一个平面背光源，才能够正常显示画面，这个平面背光源被称作背光模组。目前市面上所标榜的LED电视，其实并非指整个显示部分靠 LED阵列来显示［1］，而是由LED灯取代传统的CCFL冷阴极灯管作为发光源的背光模组，确切的说是LED背光液晶电视。

LED背光模组可分为直下式阵列排布和边发光式直线排布两种［2］，边发光式主要应用于中小尺寸的LCD显示器件，如笔记本电脑、手机和平板电脑等，主要特点是轻薄，而直下式，因其发光空间较大的要求，所以一般应用在大尺寸的液晶电视面板上面。早期因为成本和厚度的问题，导致LED TV的市场占有率并不高，而近几年随着LED成本的降低，LED发光效率的提高，背光模组机构设计技术的发展，厚度由2010年的18 mm以上，到2011年的13 mm，降至2012年的10 mm甚至更薄，使直下式背光模组具有更多的优势，将成为未来的主流。

图1 直下式LED背光模组厚度呈逐年减小趋势

1 背光调光控制技术

液晶电视最大的耗电部件，也是最主要的部件之一就是背光模组了，如何降低背光模组耗电量，一直是各大模组厂商的攻坚重点;另外液晶电视画质的改善，也是各大面板厂商一直探讨的话题，主要内容就是静态对比度的提高和解决拖影这两大问题［3］。而解决以上问题的核心，就是LED这种发光器件，以及一项叫做区域调光控制的技术。

首先来看LED这种发光器件，与CCFL线光源相比，它是点光源，可以随意排放成需要的阵列形状，易于控制，另外发光效率高、环保、寿命长久、色域更广，最主要的，直流低压启动和高速响应，决定了其在背光模组中的应用前景广阔，可以更好地应用在区域调光控制系统中。

为什么区域调光控制可以改善电视的画质，以及降低功耗呢?下面就来说明一下。

图2 调光模式

我们将调光模式分为4个级别Non－Dimming，0－D Dimming，1－D Dimming和2－D Dimming。

传统背光，都是整片模组中所有的发光单元一起亮或者通过手动调节亮度分几级变化［4］，即使在画面全黑的情况下，背光也是一直亮着的，会有微弱的光漏出来，约有0.5 nits，也就是说面板本身无法完全遮住背光，所以对比度一般只能做到1 000∶1，我们称之为 Non － Dimming。

0－D Dimming，是根据画面的平均亮度，总体调节所有发光单元的亮度，而且所有发光单元亮度相同。

1－D Dimming是将整个画面区域纵向划分为多个等面积区域，每个区域通过独立计算该区域内的平均亮度进行调节控制，也叫按线调节。

2－D Dimming技术，即区域调光控制技术，是将整个画面划分成多个区域，系统根据每个区域分布计算平均亮度，再对各个区域的亮度进行独立调节控制，背光需要与液晶面板显示信号同步，当一个区域是全白时，这个区域的LED阵列全部点亮，而一个区域全黑时，这个区域下面的LED阵列则全部关闭，分区域的进行LED阵列亮度的控制。不该亮的区域我们让它关闭，这样可以有效地降低功耗，并且提高画面静态对比度达到10 000∶1以上。

从2－D Dimming图中我们也可以看出，2－D Dimming可以将独立调光区域划分的更小，区域越小，对比度越高，从而更好地改善画质，应用等量LED灯设计时候较其他模式的调光系统更节能。但同时，成本会更高，对控制IC的能力要求更高，电路部分的耗电也会增加，所以，合理地划分LED区域调光阵列的大小，合理地应用IC，对成本，对节能和提高画质都有很大帮助，更容易提高普及程度。

2 背光区域控制方案

基于MCU的区域调光控制方案是目前市面上应用较广的设计方案，主要由三个部分组成:FPGA或SOC，MCU以及LED驱动IC。SOC采集图像信号并通过SPI接口发送资料给MCU，MUC进行资料处理后再通过SPI控制一个或者多个LED驱动单元，框图如图3。

图3 MUC区域调光控制系统框图

3 区域调光控制技术的未来发展

目前区域调光控制技术还处在起步阶段，所以存在着相当一部分问题需要解决，如区域间边缘亮度差问题，如何确保每个LED阵列发光强度符合显示需求的算法，举例说明，在黑暗的夜空中闪烁的恒星，整体环境是很暗的，如果背光强度过暗，则恒星的亮度可能就太暗了。又如快速移动的动态影像，可能会造成画面闪烁问题。所以单纯一种平均灰度算法是不能满足现有的实际需求的，需要综合算法，以达到均衡，还值得我们去探讨和研究。

［1］张书华.液晶显示器光源技术的发展现状［J］.现代显示，1995(1):51 －56，64.

［2］杨清德.LED照明工程与施工［M］.北京:金盾出版社，2009.

［3］刘永智，杨开愚，等.液晶显示技术［M］.北京:电子科技出版社，2002.

［4］彭军.光电器件基础与应用［M］.北京:科学出版社，2009.