LED背光液晶电视区域调光技术简介
但是,早期液晶电视主要采用CCFL背光,属于直线光源发光方式。以32英寸TV用LCD面板为例,大部分需使用12根CCFL灯管,若真的要做到Local Dimming,最多也只能划分为12个区块,且CCFL光源最大问题是点灭速度不够快,若强力驱动其开关的速度,则会减损灯管寿命,因此CCLF背光源无法做到矩阵式按区域调节亮度。
2009年,液晶电视市场掀起LED背光潮,即液晶电视的背光采用LED。LED体积小巧,属于点光源,它为实现真正的区域调光技术提供了可能。以主流的侧背光为例,其LED灯分布在液晶屏的四周,而系统对LED灯的控制可以按矩阵式区域控制,如图2所示。
2D区域调光的优点
2D Dimming能对LCD背光源作不同区域、不同程度明暗变化的调节,可大幅降低耗电量,提高显示画面对比度,增加灰阶数,减少残影,提升LCD显示器画质,是最佳的区域调光技术。
为何2D Dimming区域控制可大幅降低LCD显示器耗电量?这是因为不论平面光源、直线光源CCFL还是EEFL,其背光源一般都处在全亮状态,而当显示暗态画面时则通过降低液晶穿透率来实现,故它们对于降低耗电量没有帮助。与之相对,2D Dimming在显示暗态画面时,LED亮度随之降低,故可减少整体背光源的耗电量。日本电气通信大学针对不同型态背光源测量同一显示画面耗电量,测量结果显示:倘若0D Dimming平均耗电量为100%,2D Dimming型态背光源平均耗电量仅43%。
2D Dimming区域控制除了可降低耗电量,也可改善LCD显示器画质表现。因为2D Dimming可以对区域亮度独立控制,而传统平面背光源只能整片点亮,故2D Dimming可大幅提高画面的动态对比度。
LED光源快速点灭特性对于LCD显示器运动拖尾也大有改善。传统CCFL背光源因持续点亮缘故,以移动中的人眼球看去会有晃动、拖影感觉;当LED背光源模拟CRT显示器脉冲式发光,即背光源也采用间歇性点灭方式,LED背光在极短时间关断时可遮住快速移动物体所产生的拖影画面,故所呈现画质较为清楚。
2D区域调光面临的难题及机遇
上面提到的2D Dimming技术需要CPU同时去分析一个图像多个区域的亮度,然后根据计算结果分别控制各区域亮度,实质是通过控制LED驱动来调节各区域LED灯的亮暗。软件对图像分析的算法对CPU性能是一个考验,LED驱动时序控制在设计上也是难题,倘若时序控制不当,容易造成LED灯烧坏。
目前液晶电视主芯片较少具有2D local dimming功能,这样整机在设计2D local dimming时需要外加DSP,且分区越多LED驱动使用越多,算法和时序控制越复杂,这大大增加了整机的成本,所以当前市场上的液晶电视使用2D local dimming功能还比较少。
随着技术的发展,逐渐有一些60Hz转120Hz的FRC芯片将2D local dimming算法集成进来,并提供相应接口,且一般为SPI接口,因此对于120Hz LED背光液晶电视而言,实现2D local dimming功能只需增加LED驱动器成本,从而使得功能模块成本大大降低,这对该技术在120Hz液晶电视上的普及带来了机遇。然而120Hz屏比60Hz屏贵很多,基于成本原因,目前市场上占主流的液晶电视还是60Hz液晶电视,而60Hz屏又不需要用到FRC芯片,因此2D local dimming功能规模化还比较困难。
所幸的是,3D电视在2011年快速普及,而快门式3D电视必须采用120Hz屏,因此2D local dimming功能搭借快门式3D电视的东风将有望得到快速成长。
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