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[導(dǎo)讀]傳統(tǒng)CRT電視因是平面光源,其發(fā)光要么整片點(diǎn)亮,要么整片變暗,無法實(shí)現(xiàn)按畫面分區(qū)域調(diào)光。液晶電視顯示部分主要包括背光源和液晶顯示單元,其中背光源主要采用直線光源CCFL和點(diǎn)光源LED,這就為實(shí)現(xiàn)區(qū)域調(diào)光提供了可

傳統(tǒng)CRT電視因是平面光源,其發(fā)光要么整片點(diǎn)亮,要么整片變暗,無法實(shí)現(xiàn)按畫面分區(qū)域調(diào)光。液晶電視顯示部分主要包括背光源和液晶顯示單元,其中背光源主要采用直線光源CCFL和點(diǎn)光源LED,這就為實(shí)現(xiàn)區(qū)域調(diào)光提供了可能。而液晶電視的背光是整機(jī)耗能最大的部分,所以通過各種方式調(diào)節(jié)背光亮度實(shí)現(xiàn)節(jié)能且提升畫質(zhì)的技術(shù)一直是業(yè)界不斷攻克的難題。

液晶電視推出初期,其背光亮度是固定或用戶通過菜單手動調(diào)節(jié)的,這與CRT的平面光源類似,要么整片變亮,要么整片變暗。而CCFL是直線光源,所以分區(qū)調(diào)節(jié)在技術(shù)上是可行的,隨著液晶電視逐漸占據(jù)市場主流,背光源亮度區(qū)域調(diào)節(jié)技術(shù)也得到迅速發(fā)展,經(jīng)0次元(0D) Dimming、1次元(1D)Dimming發(fā)展到當(dāng)前的2次元(2D)Dimming。

背光區(qū)域調(diào)節(jié)技術(shù)

液晶電視背光區(qū)域調(diào)節(jié)技術(shù)即Local dimming技術(shù),是指液晶電視系統(tǒng)將圖像信號分成若干區(qū)域,并根據(jù)各區(qū)域圖像亮度進(jìn)行分析計算,然后自動控制各區(qū)域背光源的亮暗。

0D Dimming:指液晶電視系統(tǒng)對整個電視畫面統(tǒng)一調(diào)節(jié)亮度,無論是CCFL背光源還是LED背光源,所有的CCFL燈管或LED在同一場畫面下亮度一樣,由系統(tǒng)統(tǒng)一控制,當(dāng)下一場畫面亮度變暗或變亮?xí)r,系統(tǒng)再自動將背光統(tǒng)一調(diào)暗或調(diào)亮。一般算法是用軟件計算整個畫面的平均亮度,根據(jù)平均亮度的大小去調(diào)節(jié)背光亮暗。例如當(dāng)全黑畫面(如圖1.1)時CPU自動將背光亮度調(diào)至最暗,而當(dāng)全白畫面(如圖1.2)時CPU自動將背光亮度調(diào)至最亮。0D Dimming的缺點(diǎn)是統(tǒng)一調(diào)節(jié)不夠準(zhǔn)確,如當(dāng)同一畫面中出現(xiàn)純白和純黑的畫面時(如圖1.3上下黑中間白畫面),系統(tǒng)CPU計算平均亮度后將背光亮度調(diào)至中間偏小處,這將導(dǎo)致純白的地方不夠亮,而純黑的地方則不夠黑。因此嚴(yán)格來說,0D Dimming不算區(qū)域調(diào)光。

1D Dimming:英文也叫l(wèi)ine dimming,顧名思義就是按線調(diào)節(jié)。對CCFL背光源而言,它將按每個燈管調(diào)節(jié),或?qū)⒖偀艄軘?shù)按相鄰燈管分成若干組按組調(diào)節(jié);對于直下式LED而言,則是按每行LED調(diào)節(jié),或?qū)⑾噜徯蠰ED分組按組分別調(diào)節(jié)。如圖1.3畫面,CPU會按區(qū)域計算各區(qū)域平均亮度,可以將上、下部分的燈管或LED調(diào)暗或關(guān)斷,而將中間的燈管或LED調(diào)至最亮。1D Dimming比0D Dimming在技術(shù)上有了很大提升,以此來調(diào)節(jié)背光亮度可以很大程度地降低液晶電視能耗,提升畫面對比度。然而當(dāng)其遇到如圖1.4這種在同一行中有黑白交錯的畫面時,又會出現(xiàn)同一行畫面亮度調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確的情況。

2D Dimming:即Local dimming,是指將整個畫面按矩陣式分成若干個區(qū)域,CPU根據(jù)每個區(qū)域分布計算平均亮度,對各區(qū)域的亮度獨(dú)立控制,這樣就可以完美解決如圖1.4畫面在1D Dimming下出現(xiàn)的問題。

但是,早期液晶電視主要采用CCFL背光,屬于直線光源發(fā)光方式。以32英寸TV用LCD面板為例,大部分需使用12根CCFL燈管,若真的要做到Local Dimming,最多也只能劃分為12個區(qū)塊,且CCFL光源最大問題是點(diǎn)滅速度不夠快,若強(qiáng)力驅(qū)動其開關(guān)的速度,則會減損燈管壽命,因此CCLF背光源無法做到矩陣式按區(qū)域調(diào)節(jié)亮度。

2009年,液晶電視市場掀起LED背光潮,即液晶電視的背光采用LED。LED體積小巧,屬于點(diǎn)光源,它為實(shí)現(xiàn)真正的區(qū)域調(diào)光技術(shù)提供了可能。以主流的側(cè)背光為例,其LED燈分布在液晶屏的四周,而系統(tǒng)對LED燈的控制可以按矩陣式區(qū)域控制,如圖2所示。

2D區(qū)域調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)

2D Dimming能對LCD背光源作不同區(qū)域、不同程度明暗變化的調(diào)節(jié),可大幅降低耗電量,提高顯示畫面對比度,增加灰階數(shù),減少殘影,提升LCD顯示器畫質(zhì),是最佳的區(qū)域調(diào)光技術(shù)。

為何2D Dimming區(qū)域控制可大幅降低LCD顯示器耗電量?這是因?yàn)椴徽撈矫婀庠础⒅本€光源CCFL還是EEFL,其背光源一般都處在全亮狀態(tài),而當(dāng)顯示暗態(tài)畫面時則通過降低液晶穿透率來實(shí)現(xiàn),故它們對于降低耗電量沒有幫助。與之相對,2D Dimming在顯示暗態(tài)畫面時,LED亮度隨之降低,故可減少整體背光源的耗電量。日本電氣通信大學(xué)針對不同型態(tài)背光源測量同一顯示畫面耗電量,測量結(jié)果顯示:倘若0D Dimming平均耗電量為100%,2D Dimming型態(tài)背光源平均耗電量僅43%。

2D Dimming區(qū)域控制除了可降低耗電量,也可改善LCD顯示器畫質(zhì)表現(xiàn)。因?yàn)?D Dimming可以對區(qū)域亮度獨(dú)立控制,而傳統(tǒng)平面背光源只能整片點(diǎn)亮,故2D Dimming可大幅提高畫面的動態(tài)對比度。

LED光源快速點(diǎn)滅特性對于LCD顯示器運(yùn)動拖尾也大有改善。傳統(tǒng)CCFL背光源因持續(xù)點(diǎn)亮緣故,以移動中的人眼球看去會有晃動、拖影感覺;當(dāng)LED背光源模擬CRT顯示器脈沖式發(fā)光,即背光源也采用間歇性點(diǎn)滅方式,LED背光在極短時間關(guān)斷時可遮住快速移動物體所產(chǎn)生的拖影畫面,故所呈現(xiàn)畫質(zhì)較為清楚。

2D區(qū)域調(diào)光面臨的難題及機(jī)遇

面提到的2D Dimming技術(shù)需要CPU同時去分析一個圖像多個區(qū)域的亮度,然后根據(jù)計算結(jié)果分別控制各區(qū)域亮度,實(shí)質(zhì)是通過控制LED驅(qū)動來調(diào)節(jié)各區(qū)域LED燈的亮暗。軟件對圖像分析的算法對CPU性能是一個考驗(yàn),LED驅(qū)動時序控制在設(shè)計上也是難題,倘若時序控制不當(dāng),容易造成LED燈燒壞。

目前液晶電視主芯片較少具有2D local dimming功能,這樣整機(jī)在設(shè)計2D local dimming時需要外加DSP,且分區(qū)越多LED驅(qū)動使用越多,算法和時序控制越復(fù)雜,這大大增加了整機(jī)的成本,所以當(dāng)前市場上的液晶電視使用2D local dimming功能還比較少。

隨著技術(shù)的發(fā)展,逐漸有一些60Hz轉(zhuǎn)120Hz的FRC芯片將2D local dimming算法集成進(jìn)來,并提供相應(yīng)接口,且一般為SPI接口,因此對于120Hz LED背光液晶電視而言,實(shí)現(xiàn)2D local dimming功能只需增加LED驅(qū)動器成本,從而使得功能模塊成本大大降低,這對該技術(shù)在120Hz液晶電視上的普及帶來了機(jī)遇。然而120Hz屏比60Hz屏貴很多,基于成本原因,目前市場上占主流的液晶電視還是60Hz液晶電視,而60Hz屏又不需要用到FRC芯片,因此2D local dimming功能規(guī)模化還比較困難。

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