LED背光電視區域調光技術(shù)簡(jiǎn)介
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傳統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(wú)法實(shí)現按畫(huà)面分區域調光。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(xiàn)光源CCFL和點(diǎn)光源led，這就為實(shí)現區域調光提供了可能。而液晶電視的背光是整機耗能最大的部分，所以通過(guò)各種方式調節背光亮度實(shí)現節能且提升畫(huà)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(hù)通過(guò)菜單手動(dòng)調節的，這與CRT的平面光源類(lèi)似，要么整片變亮，要么整片變暗。而CCFL是直線(xiàn)光源，所以分區調節在技術(shù)上是可行的，隨著(zhù)液晶電視逐漸占據市場(chǎng)主流，背光源亮度區域調節技術(shù)也得到迅速發(fā)展，經(jīng)0次元（0D） Dimming、1次元（1D）Dimming發(fā)展到當前的2次元（2D）Dimming。
背光區域調節技術(shù)
液晶電視背光區域調節技術(shù)即Local dimming技術(shù)，是指液晶電視系統將圖像信號分成若干區域，并根據各區域圖像亮度進(jìn)行分析計算，然后自動(dòng)控制各區域背光源的亮暗。
0D Dimming：指液晶電視系統對整個(gè)電視畫(huà)面統一調節亮度，無(wú)論是CCFL背光源還是LED背光源，所有的CCFL燈管或LED在同一場(chǎng)畫(huà)面下亮度一樣，由系統統一控制，當下一場(chǎng)畫(huà)面亮度變暗或變亮時(shí)，系統再自動(dòng)將背光統一調暗或調亮。一般算法是用軟件計算整個(gè)畫(huà)面的平均亮度，根據平均亮度的大小去調節背光亮暗。例如當全黑畫(huà)面（如圖1.1）時(shí)CPU自動(dòng)將背光亮度調至最暗，而當全白畫(huà)面（如圖1.2）時(shí)CPU自動(dòng)將背光亮度調至最亮。0D Dimming的缺點(diǎn)是統一調節不夠準確，如當同一畫(huà)面中出現純白和純黑的畫(huà)面時(shí)（如圖1.3上下黑中間白畫(huà)面），系統CPU計算平均亮度后將背光亮度調至中間偏小處，這將導致純白的地方不夠亮，而純黑的地方則不夠黑。因此嚴格來(lái)說(shuō)，0D Dimming不算區域調光。
圖1，電視中可能出現幾種不同亮度的顯示畫(huà)面
1D Dimming：英文也叫line dimming，顧名思義就是按線(xiàn)調節。對CCFL背光源而言，它將按每個(gè)燈管調節，或將總燈管數按相鄰燈管分成若干組按組調節；對于直下式LED而言，則是按每行LED調節，或將相鄰行LED分組按組分別調節。如圖1.3畫(huà)面，CPU會(huì )按區域計算各區域平均亮度，可以將上、下部分的燈管或LED調暗或關(guān)斷，而將中間的燈管或LED調至最亮。1D Dimming比0D Dimming在技術(shù)上有了很大提升，以此來(lái)調節背光亮度可以很大程度地降低液晶電視能耗，提升畫(huà)面對比度。然而當其遇到如圖1.4這種在同一行中有黑白交錯的畫(huà)面時(shí)，又會(huì )出現同一行畫(huà)面亮度調節不準確的情況。
2D Dimming：即Local dimming，是指將整個(gè)畫(huà)面按矩陣式分成若干個(gè)區域，CPU根據每個(gè)區域分布計算平均亮度，對各區域的亮度獨立控制，這樣就可以完美解決如圖1.4畫(huà)面在1D Dimming下出現的問(wèn)題。
但是，早期液晶電視主要采用CCFL背光，屬于直線(xiàn)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(gè)區塊，且CCFL光源最大問(wèn)題是點(diǎn)滅速度不夠快，若強力驅動(dòng)其開(kāi)關(guān)的速度，則會(huì )減損燈管壽命，因此CCLF背光源無(wú)法做到矩陣式按區域調節亮度。
2009年，液晶電視市場(chǎng)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)現真正的區域調光技術(shù)提供了可能。以主流的側背光為例，其LED燈分布在液晶屏的四周，而系統對LED燈的控制可以按矩陣式區域控制，如圖2所示。
圖2，LED燈分布在液晶屏的四周，系統可以按矩陣式區域對其進(jìn)行控制
2D區域調光的優(yōu)點(diǎn)
2D Dimming能對LCD背光源作不同區域、不同程度明暗變化的調節，可大幅降低耗電量，提高顯示畫(huà)面對比度，增加灰階數，減少殘影，提升LCD顯示器畫(huà)質(zhì)，是最佳的區域調光技術(shù)。
為何2D Dimming區域控制可大幅降低LCD顯示器耗電量？這是因為不論平面光源、直線(xiàn)光源CCFL還是EEFL，其背光源一般都處在全亮狀態(tài)，而當顯示暗態(tài)畫(huà)面時(shí)則通過(guò)降低液晶穿透率來(lái)實(shí)現，故它們對于降低耗電量沒(méi)有幫助。與之相對，2D Dimming在顯示暗態(tài)畫(huà)面時(shí)，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(huà)面耗電量，測量結果顯示：倘若0D Dimming平均耗電量為100%，2D Dimming型態(tài)背光源平均耗電量?jì)H43%。
2D Dimming區域控制除了可降低耗電量，也可改善LCD顯示器畫(huà)質(zhì)表現。因為2D Dimming可以對區域亮度獨立控制，而傳統平面背光源只能整片點(diǎn)亮，故2D Dimming可大幅提高畫(huà)面的動(dòng)態(tài)對比度。
LED光源快速點(diǎn)滅特性對于LCD顯示器運動(dòng)拖尾也大有改善。傳統CCFL背光源因持續點(diǎn)亮緣故，以移動(dòng)中的人眼球看去會(huì )有晃動(dòng)、拖影感覺(jué)；當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(shí)間關(guān)斷時(shí)可遮住快速移動(dòng)物體所產(chǎn)生的拖影畫(huà)面，故所呈現畫(huà)質(zhì)較為清楚。
2D區域調光面臨的難題及機遇
上面提到的2D Dimming技術(shù)需要CPU同時(shí)去分析一個(gè)圖像多個(gè)區域的亮度，然后根據計算結果分別控制各區域亮度，實(shí)質(zhì)是通過(guò)控制LED驅動(dòng)來(lái)調節各區域LED燈的亮暗。軟件對圖像分析的算法對CPU性能是一個(gè)考驗，LED驅動(dòng)時(shí)序控制在設計上也是難題，倘若時(shí)序控制不當，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，這樣整機在設計2D local dimming時(shí)需要外加DSP，且分區越多LED驅動(dòng)使用越多，算法和時(shí)序控制越復雜，這大大增加了整機的成本，所以當前市場(chǎng)上的液晶電視使用2D local dimming功能還比較少。
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，逐漸有一些60Hz轉120Hz的FRC芯片將2D local dimming算法集成進(jìn)來(lái)，并提供相應接口，且一般為SPI接口，因此對于120Hz LED背光液晶電視而言，實(shí)現2D local dimming功能只需增加LED驅動(dòng)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(lái)了機遇。然而120Hz屏比60Hz屏貴很多，基于成本原因，目前市場(chǎng)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?；€比較困難。
所幸的是，3D電視在2011年快速普及，而快門(mén)式3D電視必須采用120Hz屏，因此2D local dimming功能搭借快門(mén)式3D電視的東風(fēng)將有望得到快速成長(cháng)。
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