专利名称：场序制彩色led背光源技术的控制方法
技术领域：
本发明属于计算机多媒体技术领域，具体涉及一种基于场序制彩色LED背 光源的控制方法。
背景技术：
由于液晶本身不能发光，液晶图像的形成必须依赖外部的光源一通常所称 的背光灯组件，通过面板上的薄膜晶体管(TFT)控制液晶"阻断"和"通透" 背光灯，发出光线，来实现彩色画面还原。背光灯组件的作用主要是提供均匀 的背景光源。传统的薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor crystal display, TFT-LCD)通常采用冷阴极荧光灯(cold cathode fluorescent lamps, CCFL)作为 背光源。虽然目前的冷阴极荧光管技术已经非常成熟，但是其使用寿命短、体 积大、对比度拉伸不够、功耗大、色域表现只有美国国家电视标准委员会(NTSC) 的65% 78%，色彩表现力满足不了日益增长的视频需求。
发明内容
本发明旨在提供一种新型的液晶显示器的背光源的控制方法，以进一步改 善液晶显示器的结构，增加液晶显示器背光源的色彩表现力。
本发明的技术方案是 一种采用彩色LED光源作为液晶显示器背光源的控
制方法，其步骤如下
a. 采用RGB三色LED管作为液晶显示器的背光源；
b. 采用场序制原理，分时复用液晶像素，顺序点亮R、 G、 B色LED光源， 利用人眼的视觉暂留效应合成彩色图像；
C.将整个液晶显示器分成若干等份区域，每个区域分别由背光源控制电路 控制相应的背光点亮顺序和亮度，独立点亮，对液晶显示器分区域动态控制，
可以减少应用场序制彩色LED对液晶响应时间的限制；
d. 在场序制的背光源点亮时序中插入全黑帧，消除动态图像拖尾的现象；
e. 混合正序和逆序点亮背光源LED,每隔一定时间周期性地颠倒一下点亮 顺序，以减轻色乱现象的程度。
本发明采用彩色LED光源作为液晶显示器背光源的控制方法具有以下优点
1. 发光二极管(LED)是一种固态的半导体器件，可以直接将电能转化为光 能。彩色(红、绿、蓝三色)LED,即RGB-LED光源相对于CCFL冷阴极荧 光管光源，具有很多的优点厚度尺寸能做到更小，同时还拥有更高的可靠性 和稳定性，RGB-LED光源的寿命很长，色纯度极高，色域范围达到NTSC标准 色域的105%以上。
2. 所谓场序制技术就是对于每一幅彩色图像帧，根据颜色将其分成红、绿、 蓝三帧，按时间顺序先后发出，同时控制每个像素的薄膜晶体管(TFT)，使其 按照这个像素在这种颜色所应当具有的强度来开启液晶。只要这三种颜色顺序 重复周期小于人眼视觉残留时间，就可在人脑中形成一幅彩色图像。这个视觉 残留时间实际上也就是电视场频周期， 一般为60帧/秒。这也就要求在六十分之 一秒的时间内必须完成红、绿、蓝三帧图像的显示。实际上就是对像素进行分 时复用，然后靠人脑来合成彩色图像。相比于CCFL，由于不再需要滤光片来合 成彩色图像，场序制技术大大降低了背光源的能耗，还将分辨率提高了三倍。
3. 因为实际图像在每个具体部位的亮度不全都一样，均匀亮度的背光既耗费 能量，又不利于对比度的拉伸。为了能够进一步降低能耗，提高对比度，本发 明采用了一种分区域动态点亮的控制方法。将屏幕分成等大的小区域，每一个
小区域都由背光源驱动控制板通过控制线分别控制。图像灰度采集模块将图像 的灰度值传送给背光源驱动控制板，后者根据图像内容的灰度值对背光源的亮 度进行调节，如果图像内容的平均灰度比较低，也就是画面比较暗，就通过控 制线通知相应区域的背光灯，降低电压，使暗的地方更暗，亮的地方更亮，对 比度较之于传统的均匀背光源大大提高。
4.运动图像拖尾现象主要是两个原因造成的。其一，液晶分子自身具有粘滞 性，相位变化无法瞬间完成，总是需要一定的延迟，而连续的动态影像都是由 大量的静态画面切换而成，如果切换动作延迟，势必影响到最终画面显示；其 二，人眼具有所谓的"视觉暂留"特性， 一般来说，如果切换过程小于16毫秒， 人眼便会认为是连续的动态影像而无法感知延迟，但如果高于这个数值，人眼 就会感觉到画面出现了延迟。为了克服这个障碍，本发明所述的控制方法通过 FPGA时序控制模块将原始图像依照R、 G、 B三个分量分成三帧，依序使背光 源驱动控制板的相应颜色的控制线有效，并在这个序列中插入黑色帧，也就是 使控制三个颜色的背光源驱动控制线全部无效，关闭背光源，形成黑色帧，借 此减少前一帧影像在人眼视网膜上暂留的时间，在视觉上就相当于切掉了部分 模糊的影像，通过连续不断、周期性的插入黑色帧就可以彻底消除动态影像的 拖尾现象。
5.虽然场序制RGB-LED背光源比传统的冷阴极荧光管背光源技术有更好 的显色特性，它却存在一个潜在的缺陷一色乱(Color Break Up, CBU)，除了会 降低显示影像的品质外，长时间的观看也有可能造成眼睛的疲劳，是一个不可 忽视的现象。CBU可能发生于影像与人眼相对运动时。当人眼自左而右移动视 线观看此图像时，人眼移动速度如大于显示器的响应速度，将会使影像各原色 在视网膜上造成错位。此原色分离通常容易在移动方向的物体边缘上发生。因
此将屏幕划分成独立的小区域显示都能减轻CBU的程度，提高显示图像质量。 不仅如此，本发明还采用了周期性的颠倒RGBK(K表示黑帧)的点亮顺序，比如 R， G B， K， K， R， G B......，也就是更改背光源驱动控制板三种颜色控制线的有效
顺序。虽然CBU现象仍存在，但是人眼在同一时刻看到的是不同的单色发生色 乱， 一定程度上也减轻了CBU对原图像的毁损。
图1是本发明控制方法的方框原理图2是本发明控制方法的动态区域划分图3是本发明控制方法的场序制RGB-LED图像帧序列时间轴顺序图； 图4是本发明控制方法的场序制RGB-LED背光源点亮和LCD面板的薄膜 晶体管扫描时间逻辑图5是本发明控制方法插入黑帧后的场序制RGB-LED图像帧序列图； 图6是本发明控制方法两种序列混合的场序制RGB-LED图像帧序列图。 图中标号
1、液晶(LCD)面板；2、 RGB-LED背光源；3、薄膜晶体管(TFT)源极 驱动控制模块(Source driver controller); 4、薄膜晶体管(TFT)栅极驱动控制模 块(Gate driver controller); 5、背光驱动控制模块(Backlight controller); 6、图像 数据采集模块；7、 FPGA时序控制模块；8~10、场序制RGB-LED背光源的顺 序图像帧序列，按时间顺序分时点亮，假设图像帧顺序为RGB,那么对应着图 2的顺序即为8是R分量点亮，9是G分量点亮，IO是B分量点亮。
具体实施例方式
如图1所示，按照本发明采用彩色LED光源作为液晶显示器背光源的控制 方法所构建的背光源控制系统由背光驱动控制模块5，图像数据采集模块6, FPGA时序控制模块7组成。液晶面板1的薄膜晶体管的源极和栅极分别由源极 驱动控制模块3和栅极驱动控制模块4控制。图像数据采集模块6将原始图像 数据分别传送给源极驱动控制模块3和栅极驱动控制模块4以及背光源驱动控 制模块5。源极驱动3和栅极驱动控制模块4控制液晶面板的薄膜晶体管的通断， 以通过或阻断背光源2的光线。背光源驱动控制模块5接收到图像数据后，配 合着FPGA时序控制模块7输出的时序依序使相应颜色的控制线有效，从而控 制背光源2各个颜色的灯管。具体控制过程如下
首先，为了能够做到动态分区域控制背光源，需要将背光源2分成等大的 小区域，每个区域都由背光源驱动控制模块5独立控制。综合液晶面板1的尺 寸、分辨率和成本等几个要素，将背光LED分成等分区域。具体的区域数目计 算方法可由以下得到假设屏幕的分辨率是A x B ，分成MxN块，图像信号 帧频为60Hz，场序制RGB-LED三种颜色背光转换频率则为6(^3-180Hz，相应 每个插入单色图像帧的最大可操作时间为5.56ms，己知液晶分子的响应时间是4 ms，所以区域的扫描时间必须小于5.56ms-4ms= 1.56ms。假设数字图像信号 处理器的时钟频率16.6MHz，扫描一个像素(确定此像素上单色的通透程度) 需时一个时钟周期，那么扫描一个小区域的时间需要((A+M) x(B+N)/16.6MHz) ms，那么M、 N参数的选取必须使扫描单个小区域的时间控制在1.56ms之内。 如图4所示给出一个实例，2.4寸液晶屏，分辨率为320x240，分成4x4=16等 份，假设数字图像信号处理器的时钟周期16.6MHz，扫描每一块小区域的时间 则为0.289ms，液晶响应时间4ms，每种颜色的点亮时间1.2ms，这三个时间之
和小于人眼的视觉暂留时间，故符合场序制原理，可以由人眼自动生成彩色图 像。
其次，背光驱动控制模块5要根据接收到的图像数据信息确定背光源的亮 度，根据(1)式计算图像内容的平均亮度<formula>formula see original document page 8</formula> (1)
其中G表示像素的灰度值 得到了小区域的图像平均灰度之后，就可以确定此小区域的背光源亮度。
然后，FPGA时序控制模块7要能够按照场序制原理产生背光源三种颜色发 光二极管的控制时序，如图3所示，每种颜色的重复周期为1/180秒。为了能 够消除动态图像拖尾现象在FPGA时序控制模块中添加黑色帧时序，也就是添 加三种颜色都无效的间隙，时序图如图5所示，图中竖轴为灰度值，横轴为 时间轴，由于加入了黑帧，相当于需要在l/60秒的时间内顺序点亮4种颜色， 也就是每隔4.16ms点亮一个单色LED， RGBK四种颜色顺序点亮。为了消除色 乱现象，在添加黑色帧时序的同时，颠倒四种间隙的顺序，时序图如图6所示， 图中.*竖轴为灰度值，横轴为时间轴，为了减轻色乱现象的程度，在顺序点亮 RGBK之后，可以颠倒次序，例如RGBK， KRGB,......。
权利要求
1.一种采用彩色LED光源作为液晶显示器背光源的控制方法，其特征在于a. 采用RGB三色LED管作为液晶显示器的背光源；b. 采用场序制原理，分时复用液晶像素，顺序点亮R、G、B色LED光源，利用人眼的视觉暂留效应合成彩色图像；c. 将整个液晶显示器分成若干等份区域，每个区域分别由背光源控制电路控制相应的背光点亮顺序和亮度，独立点亮，对液晶显示器分区域动态控制，可以减少应用场序制彩色LED对液晶响应时间的限制；d. 在场序制的背光源点亮时序中插入全黑帧，消除动态图像拖尾的现象；e. 混合正序和逆序点亮背光源LED，每隔一定时间周期性地颠倒一下点亮顺序，以减轻色乱现象的程度。
全文摘要
本发明提出一种采用彩色LED光源作为液晶显示器背光源的控制方法。它采用彩色发光二极管LED作为背光源，应用场序制原理分时点亮发光二极管，利用人眼的视觉暂留效应合成彩色图像；在分时点亮的时序中插入全黑帧，以减少在显示动态图像时的扫尾现象；混合正序和逆序点亮背光源LED，以减轻色乱现象的程度；另外还加入了动态区域控制的方法，以进一步提高对比度。应用本发明控制方法，可以进一步改善液晶显示器的工作性能和结构尺寸，延长使用寿命，增加液晶显示器的色彩表现力。
文档编号G02F1/13GK101369407SQ20081020117
公开日2009年2月18日 申请日期2008年10月14日 优先权日2008年10月14日
发明者研 孙, 王力超, 陆起涌, 熙 陈 申请人:复旦大学