LCD对比度提升的动态背光控制技术研究与设计

郭卫华 ,王洋

赤峰拓佳光电有限公司

摘要：基于可寻址LED阵列背光技术的大型动态宽度自由立体显示背光控制系统，利用特殊光学部件对人体眼睛跟踪装置进行补充，在较长的有效观看距离下达到良好的连续立体效果。根据图像内容值的变化实现动态背光控制，设置点首先获得图像内容值，将实时传输参数与屏幕背光亮度值进行比较，然后根据比较结果逐渐增加或减少，达到动态背光控制的效果。

关键词：LCD；动态背光控制技术；设计；

引言

字符型LCD1602是单片机课程常用的显示屏之一，网络上有很多相关的驱动代码，用户可以直接下载修改使用，但这样用户只是知道在LCD1602显示出字符，无法理解LCD1602的工作原理及显示过程。该文介绍字符型LCD1602的写命令的时序分析及其代码编写，让读者更深入地理解LCD1602的显示步骤及原理。

1传统LocalDimming方案分析

目前高端LocalDimming手机产品均做到了一颗灯一区或者几灯一区，主流LED（发光二极管）的驱动电压为3.3V，配套的电源板使用12V输出给恒流板供电，恒流板通过BUCK电路将12V降压至3.3V给LED供电，然后通过恒流芯片进行恒流处理。因采用该种驱动方式的手机分区多，模组亮度指标高，在用户观赏方面，手机机显示清晰醒目，色彩艳丽，画质极佳，深受消费者的喜爱。但是此种驱动方式由于LED使用大电流驱动，各区LED的负极到恒流板的路径较长，因此线损很大，恒流板因为负极线产生的热而温度较高，对稳压二极管等元器件的耐电流能力要求较高，在选型上带来诸多不便，温度方面需要通过加散热片才能满足要求。整体来说，该系统电源效率低、线损大、可靠性低，成本相对较高。

2LED背光源的动态区域控制技术

手机发展的关键技术之一是LED背光技术的发展。LED背光技术的发展可以解决或改进显示器的问题，例如灰度模糊、屏延迟和图像质量提高等问题，以提高色域和能效。对于各种LED背景照明算法，动态区域控制可以解决上述屏的缺点。所谓主动-动态LED背光模式的主要区别在于集成了图像信号和LED背光，以主动动态优化驱动LED背景照明模块。该技术将图像优化技术与LED背光模块的物理特性相结合，可进行亮度调整和调整屏显示以适应变化。有两个基本方面:一个组的灰度分布，它可以随图像内容进行调整以更好地显示图像的灰度，并通过增强的对比度增强三维外观。另一方面，当图像内容被单独和独立地隔离时，LED背光的亮度会降低。这样可在萤幕变暗时降低整个背光的耗电量。

3背光控制系统组成

该系统工作方式如下:用户通过上游软件界面选择显示模式和距离，人眼跟踪模块实时跟踪眼睛位置，通过串行通信将数据上传到主单片机，通过主单片机上传数据，输出LED驱动模块的I/opin控制，在将I/opin传输到单片机之前驱动LED阵列的光线，由动态区域背景照明技术的实现主要包括六个组件，如下所述:可寻址LED阵列，为整个系统供电。步进电机模块，负责移动镜像栅格以改变栅格间距；一种单片控制处理器，负责监控模块与可定址LED阵列之间的通信以及电机的直流制动。控制光学元件，包括苯酚透镜、柱镜等，形成有针对性的瞳孔；一种实时跟踪观看者眼睛位置的人眼跟踪模块。显示空白区域的屏，用于显示左右两侧的图像像素。

4动态区域背光控制技术的实现

4.1提取手机图像主亮度信息

动态背光技术可节省能源，但手机的耗电量低于影像品质。合适的背光信号既能节能又能提高高清质量。但是，信号提取不当可能导致图像质量下降，尤其是在光线不足、渐变、移动图像闪烁等情况下。因此，LED信号的控制和选择对于最终显示的质量至关重要。当前，使用LED消息的方法更多。这些灰度特征包括图像块的直方图分布、最大值和平均值等。但是，如果显示的图像仅由一种颜色控制，则很难优化能耗。此外，显示器的图像过滤器由于无法表达单色而受到限制，从而缩小了最终色域。因此，完全受控的背光无法显示明亮的颜色和图像。要获得最大色域并最大限度地降低功耗，彩色led背光是您的理想选择。

4.2写入显示的内容

1602屏模块内的字符生成器(CGROM)存储160种不同的位图图形，如图3所示:阿拉伯数字、大写字母、常用符号和日语卡通画。每个字符都有一个固定的地址代码，该代码与assic代码中的大多数字符相匹配。大写字母“h”在字符存储中具有地址代码010000b(48H)(assic代码“h”也是48H)，模块显示地址48h的位图图形，因此可以看到字母“h”。

4.3动态调光评估

传统LCD液晶显示存在对比度问题，能效较低。动态调光技术可以根据图像内容动态改变背光亮度，补偿液晶像素，有效降低功耗，提高对比度，近年来成为研究热点，出现了很多调光算法。低功耗和高显示质量是调光算法追求的目标，也是相互矛盾的指标。单纯追求低功耗，无论显示质量如何，最终实现调光算法的液晶电视都不会被市场接受。如果缺乏更高的节能率，调光技术的吸引力也会下降。在众多的调光算法中，如何科学、全面地评价调光算法，降低设备开发的风险。调光算法的主要评价指标包括节能和显示指标。通过背光可以获得的节电率是一个比较容易确定的指标。显示效果与观看者的主观感受和变暗图像的质量有关。

4.4单片机控制处理器

该系统具有基于Atmega128芯片的AVR系列单片机控制单元。这是一款高速度、低功耗的AVR单个计算机8位精简脚本适配器，以16MHz的时钟频率提供高达16分钟的系统性能，128kbit闪存ROM、4kbpseprom、4kbpsSRAM系统、2个8位计时器/计数器、8个外部中断的端口和2个UART端口。该控制器由两个单片系统和一个单片系统组成。主板的主要功能是将眼睛跟踪模块通过UART串行端口发送到上部计算机的位置信息上移，控制相应位置LED阵列上的指示灯，实时将立体窗口投影到用户的左右眼睛上，同时从单台计算机输出距离数据，将距离数据从单个芯片传输到单个芯片，并控制驱动器的电机驱动。当用户在上游软件用户界面中选择显示模式并看到距离时，人眼跟踪模块会实时检索用户的眼睛位置。上行串行使用微软提供的主动控制MSComm模块，通信协议设置串行波特率为9600位/秒，帧格式为8位数据，无奇偶校验。

结束语

由于手机的图像质量要求不断提高，因此大型手机制造商更喜欢局部背光(LocalDimming)。众所周知，手机设备越多，局部调光效果越好，动态对比度越高，图像质量越好。手机采用局部调光技术，通常将手机的背景光分为一束或多束光线或一定范围的灯，主板使用信号亮度算法实时分析每个区域，并将结果以电流值和SPIs的形式传输到每个背景光区域，以便实时调整背景光亮度，从而照亮较亮的区域。针对目前存在的主流调光算法，提出针对显示效果的显示效果指数，结合节能率，提出平衡显示效果和节能率的调光效果指数，以期进行全面、客观的评估。

参考文献

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