一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器的制造方法
【专利摘要】一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器，由液晶面板及背光源、显示驱动模块、背光控制模块、按键面板、电源等组成，背光控制模块包括延时电路、脉冲展宽电路、功率驱动电路。视频信号中的场同步脉冲送入延时电路中，延迟Tdelay时间，再被脉冲展宽电路展宽为宽度为Ton的背光点亮脉冲。功率驱动电路在背光点亮脉冲有效时点亮液晶面板背光源。来自显示器按键面板的亮度控制信号用于调整液晶面板背光源的亮度。液晶面板背光源点亮的时间只有普通显示器的Ton∕Tvsync，液晶面板背光源的平均功率并不增加，不需要额外的散热设计，结构简单。构成液晶面板背光源的所有发光部件仍然是整体点亮、整体熄灭，不需分别加以控制。
【专利说明】一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及图像显示领域，特别涉及一种能够消除运动图像显示模糊的液晶显示器，可以应用到安全检查设备、食品检测设备、字幕机、动态资讯发布屏等要求清晰显示运动图像的多个领域。
【背景技术】
[0002]液晶显示器是当今市场上最主流的显示设备。自其问世以来，尽管随着技术的进步，液晶显示器在屏幕尺寸、空间分辨率、色彩逼真度、视角等多方面已日趋完美，但其显示运动图像时特有的模糊问题却始终困扰着生产商和用户，限制了其在需要清晰显示运动图像场合的应用。研究表明，液晶显示器特有的图像显示与更迭方式是产生运动模糊现象的根本原因。液晶显示器持续显示一幅图像的所有像素，直到新的图像到来时，再自上而下逐点、逐行地替换旧有图像。这种持续显示机制使人的视觉系统产生暂留效应，在脑海中将新、旧图像叠加在一起，从而产生模糊感。图像的运动速度越快，即新图像与旧图像间的位移越大，模糊感越强。对于需要长时间注视液晶显示器屏幕的观察者而言，他们不仅无法看清运动图像的细节，而且眼睛很快就感觉到疲劳不适。
[0003]为了克服液晶显示器的运动图像显示模糊问题，目前已有不同的技术方案:
[0004]背光扫描技术:将液晶显示器的背光自上而下分为多组，各组顺序点亮。由于背光中的任一组在大部分时间内不发光，对人的视觉系统而言，相当于在新、旧图像间留出了较长的间歇时间，从而克服了视觉暂留效应。在背光组数足够多的情况下，该方案可取得较好效果，但显示器背光的光、电设计均较为复杂，成本较高。
[0005]黒屏插入技术:显示器的背光始终保持为点亮状态，但为实现人眼所需的各场图像不持续显示的效果，通过软硬件技术压缩各场图像显示的时间，并在各场图像间插入黑色图像。但是，为了容纳下单位时间内成倍增加的场数，显示器的场频需要成倍提高，从而要求液晶面板的响应速度也要相应提高。因此，该方案同样存在设计复杂，成本较高的问题，且在场频提高倍数较小的情况下，效果不够理想。
[0006]图像预测补偿技术:与黑屏插入技术类似，该技术需成倍提高显示器的场频。不同的是，插入真实图像间的图像不再是黑色图像，而是由显示器根据真实图像自行预测、计算得到的运动中间状态的图像。可见，该方案的技术复杂度比黑屏插入方案更高，并且这些插入的图像可能与真实场景并不一致，实际中并不能保证效果自然逼真。
[0007]高场频技术:与上述黑屏插入技术和图像预测补偿技术不同，图像的场频不是由显示器自行提升，而是由送给显示器的图像信号源自行给出。这样显然能避免图像预测失真的问题。但是，一方面受图像生成设备物理条件的限制，并不是所有的图像信号源都有足够高的场频，另一方面，高场频、高清晰度图像的传输也较为困难，因而该方法缺乏普遍应用价值。
[0008]上述几项技术方案既可单独使用，也可组合使用，以达到更为良好的效果。但是，如上所述，这些方案的普遍问题是技术复杂，成本较高，通常只用于广播电视领域，且只在要求显示面积较大的场合使用。至于与普通个人电脑相配接的小面积液晶显示器，由于技术与市场的双重原因，迄今为止几乎没有能够清晰显示运动图像的产品，如果要求成本与普通液晶显示器相当，则事实上无一产品可用。这就是当前需要清晰观察图像运动过程的广大用户所面临的困境。
[0009]实际上，液晶以外的其他显示技术，只要其采用的不是持续显示方式、而是类似传统CRT (阴极射线管)显示器的逐点或逐行扫描显示方式，都可以有效地避免运动图像模糊。其中，等离子显示器的面积过大，分辨率偏低，迄今为止价格仍然较高，无法满足安检检查、食品检测等设备对显示器体积小巧、图像精细、价格低廉的要求。而新兴的OLED (有机发光二极管)显示器受技术、成本等的困扰，实用化产品的面积过小，仅可用于手机、平板电脑中，适用于普通个人电脑的产品仍处于研发阶段。
实用新型内容
[0010]本实用新型的目的在于提出一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器，尤其是能够消除水平方向运动图像模糊的液晶显示器。当图像的运动方向以水平为主、在垂直方向基本稳定时，人眼将看到细节被完整呈现的清晰图像，不会产生疲劳感。除特殊说明外，文中的“水平”指的是视频的行扫描方向，“垂直”是视频的场扫描方向。
[0011]在诸如安全检查设备、食品检测设备、字幕机、动态资讯发布屏等大量应用实例中，图像通常仅在水平方向上运动，并且在屏幕垂直方向上的运动图像显示区域是事先确定的。在屏幕的布局上，通常存在菜单条等静态图像显示区域，因此，运动图像显示区域的高度稍小于屏幕总高度，并且，在运动图像显示区域中存在一个观察者重点关注部位，该部位占屏幕总高度的比例通常在1/2以内。本实用新型所提方法保证观察者观察重点关注部位的运动图像时有清晰且无残影的显示效果，同时确保运动图像显示区域内其他部位的运动图像虽稍带残影但同样清晰可辨，而菜单条等静态图像显示区域则保持原有的清晰显示效果不变。图1以某个常见型号的安全检查设备为例，展示该安全检查设备显示屏幕的布局。
[0012]本实用新型的一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器，与常规的液晶显示器一样，主要由液晶面板及背光源、显示驱动模块、背光控制模块、按键面板、电源等几部分组成，其特征在于，其中的背光控制模块包括延时电路、脉冲展宽电路、功率驱动电路三个主要部分。视频信号中的场同步脉冲连接延时电路，延迟Tdelay时间，而后再被与延时电路相连的脉冲展宽电路展宽为宽度为Tm的背光点亮脉冲。功率驱动电路与脉冲展宽电路相连，在背光点亮脉冲有效时点亮液晶面板背光源。来自显示器按键面板的亮度控制信号用于调整液晶面板背光源的亮度。
[0013]其中，根据调整原理的不同，该亮度控制信号既可以引入脉冲展宽电路，通过增大或减小Tm来提高或降低液晶面板背光源的亮度；也可以引入功率驱动电路，通过控制Tm时间内输出给液晶面板背光源的瞬时功率来调整亮度。
[0014]本实用新型的一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器，其中，延时电路由第一单稳态器件Dl-A及周边阻容器件构成，第一单稳态器件Dl-A被输入的场同步脉冲VSYNC触发，产生持续时间为Tdelay的低电平脉冲LEDDLY。调节电阻R2可以调节Tdelay的宽度。脉冲展宽电路由第二单稳态器件Dl-B及周边阻容器件构成，第二单稳态器件Dl-B被低电平脉冲LEDDLY的上升沿触发，产生持续时间为Tm的低电平脉冲LEDLIT。调节电阻R4可以调节1?的宽度。功率驱动电路由运算放大器D2-A、三极管V1、V2等构成。在运算放大器D2-A、三极管V2、电阻R9等构成的负反馈环路的作用下，运算放大器D2-A的反相输入端、SP电阻R9两端的电压将等于运算放大器D2-A的同相输入端的电压。
[0015]其中，电阻R4和电阻R7可使用带断电记忆功能的按钮式数字电位器。
[0016]其中，亮度控制信号来源于面板的亮度增、减按钮，可加在电阻R4或电阻R7的增、减按钮输入引脚上，从而改变其阻值或分压触点位置。
[0017]本实用新型的一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器，其优点与功效在于:与普通的液晶显示器相比，本实用新型所述液晶面板背光源点亮的时间只有普通显示器的Ton / Tvsyn。，因此液晶面板背光源(11)的瞬时功率需提升为普通显示器的Tvsyn。/ 1^倍，方能让人眼感到屏幕的亮度与普通显示器相当。但是，液晶面板背光源的平均功率并不增加，因此不需要额外的散热设计，结构简单。并且构成液晶面板背光源的所有发光部件仍然是整体点亮、整体熄灭的，不需要如常规的背光扫描技术一般，将其分为多组并分别加以控制。综上所述，本实用新型所述液晶显示器在具体实现时不存在明显的技术困难，有显著的经济性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1所示为某型安安全检查设备的屏幕布局
[0019]图2所不为场同步脉冲和背光点売脉冲间的时序关系
[0020]图3所示为本实用新型的显示器之背光控制模块原理框图
[0021]图4所示为本实用新型的显示器之背光控制模块电路示意图
[0022]图中具体标号如下:
[0023]1、运动图像显示区域2、静态图像显示区域
[0024]3、屏幕总高度4、重点关注部位
[0025]5、场同步脉冲6、背光点亮脉冲
[0026]7、延时电路8、脉冲展宽电路
[0027]9、功率驱动电路 10、亮度控制信号
[0028]11、背光源
【具体实施方式】
[0029]下面结合图1-4及实施例，对本实用新型的技术方案做进一步说明。
[0030]众所周知，常规的液晶显示器主要由液晶面板及背光源、显示驱动模块、背光控制模块、按键面板、电源等几部分组成。本实用新型仅需对其中的背光控制模块重新进行设计，而不需要改动其他部分，即可达到消除水平方向运动图像模糊之目的。其基本原理为:背光控制模块将接收到的视频信号中的每一个场同步脉冲5滞后一段时间(记为Tdelay)后，触发一个背光点亮脉冲6，让背光在一个场周期(记为Tvsyn。)中只点亮很短的时间(记为Tm)，如图2所示，为场同步脉冲5和背光点亮脉冲6间的时序关系。显然，每一场图像显示时间的比例只有Tm / Tvsyn。，如果该值足够小，则相邻场的图像间将有足够的黑暗时间间隔，人眼看到的将是毫不模糊的清晰图像。如果以前述黑屏插入技术相比拟，Tvsyn。/乜等效其场频倍频数，通常本方法使用的Tm约为Tvsyn。值的1/8，因此等效的场频倍频数为8，避免运动图像模糊的效果显著优于场频倍频数为2或4的黑屏插入技术。Tvsym是场频的倒数，人眼的生理特点要求场频需高于70Hz方才能避免闪烁感，因此Tvsyne通常应在14ms以内。
[0031]实际上，在本实用新型中，人眼看到的是背光点亮脉冲有效瞬间液晶面板所处状态，此时屏幕垂直方向某个特定宽度区域内正在发生新一场图像替代旧一场图像的更迭，如果图像处于运动状态，也就是说在这个更迭区域内新旧图像有所不同，则人眼将看到旧图像的残影。显然，调整Tdelay可以在垂直方向调整图像更迭区域的位置，使其覆盖静态图像显示区域2，并尽量远离重点关注区域4。如果定义Talt为液晶面板某个像素完成更迭所需时间，则图像更迭区域占据屏幕总高度3的比例为(Talt + Ton - Tblank) / (Tvsync — Tblank),其中Tblank为场消 隐时间，约为Tvsyn。的1/20。普通的液晶面板Talt / Tvsync约为1/6~1/3，如果Tm / Tvsync为1/8，则图像更迭区域约占屏幕高度3的25%~43%，屏幕其余57%~75%部分用于重点关注区域4的显示是完全足够的。显然，提高液晶面板的响应速度(即缩短像素更迭时间Talt)、缩短背光点亮时间Tm，均有利于重点关注区域4的扩大。在目前的技术条件下，确实存在部分更迭区域落入运动图像显示区域I的可能，此时观察者将看到在与图像前进方向相反的位置镶有轻微的残影。但残影出现在重点关注区域4之外，且残影与图像始终保持一定距离，因此并不会使人眼产生模糊和疲劳感。对一个具体的应用实例而言，根据该应用实例的实际情况调整好Tdelay后，在日常使用中并不需要对Tdelay再进行调整。
[0032]本实用新型的一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器，其背光控制模块原理框图如图3所示，它包括延时电路7、脉冲展宽电路8、功率驱动电路9三个主要部分。视频信号中的场同步脉冲5送入延时电路7中，延迟Tdelay时间，而后再被脉冲展宽电路8展宽为宽度为Tm的背光点亮脉冲6。功率驱动电路9在背光点亮脉冲6有效时点亮液晶面板背光源11。来自显示器按键面板的亮度控制信号10用于调整液晶面板背光源11的亮度。根据调整原理的不同，该亮度控制信号10既可以引入脉冲展宽电路8，通过增大或减小1?来提高或降低液晶面板背光源11的亮度；也可以引入功率驱动电路9，通过控制Tm时间内输出给液晶面板背光源11的瞬时功率来调整亮度。
[0033]为进一步理解本实用新型所涉及的背光控制模块的具体实现方法，可参见图4所示的电路示意图。第一单稳态器件Dl-A及周边阻容器件构成延时电路7，第一单稳态器件Dl-A被输入的场同步脉冲VSYNC触发，产生持续时间为Tdelay的低电平脉冲LEDDLY。调节电阻R2可以调节Tdelay的宽度。第二单稳态器件Dl-B及周边阻容器件构成脉冲展宽电路8，第二单稳态器件Dl-B被低电平脉冲LEDDLY的上升沿触发，产生持续时间为Tm的低电平脉冲LEDLIT。调节电阻R4可以调节Tm的宽度。运算放大器D2-A、三极管V1、V2等构成功率驱动电路9。在运算放大器D2-A、三极管V2、电阻R9等构成的负反馈环路的作用下，运算放大器D2-A的反相输入端、即电阻R9两端的电压将等于运算放大器D2-A的同相输入端的电压。因此，当LEDLIT为低电平时，三极管Vl截止，电阻R9两端的电压将等于电阻R6、R7、R8的分压值，三极管V2的集电极至发射极有较大电流流过，背光源11被点亮。当LEDLIT为高电平时，三极管Vl导通，运算放大器D2-A的同相输入端电压几乎为0，电阻R9上的压降也近于0，三极管V2截止，背光源11熄灭。其中，电阻R4和电阻R7可使用带断电记忆功能的按钮式数字电位器。亮度控制信号10来源于面板的亮度增、减按钮，可加在电阻R4或电阻R7的增、减按钮输入引脚上，从而改变其阻值或分压触点位置。当电阻R4的阻值增大时，Ton的宽度将增大，从而使背光源11点亮的时间延长，人眼感觉亮度增加。当电阻R7的分压触点位置向上移动时，运算放大器D2-A的同相输入端的电压升高，流过背光源11的电流增大，同样使亮度增加。
【权利要求】
1.一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器，主要由液晶面板及背光源、显示驱动模块、背光控制模块、按键面板、电源组成，其特征在于:其中的背光控制模块包括延时电路、脉冲展宽电路、功率驱动电路三个主要部分；视频信号中的场同步脉冲连接延时电路，延迟Tdelay时间，而后再被与延时电路相连的脉冲展宽电路展宽为宽度为Tm的背光点亮脉冲；功率驱动电路与脉冲展宽电路相连，在背光点亮脉冲有效时点亮液晶面板背光源；来自显示器按键面板的亮度控制信号用于调整液晶面板背光源的亮度。
2.根据权利要求1所述的一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器，其特征在于:其中，延时电路由第一单稳态器件Dl-Α、电阻R1、R2及周边阻容器件构成，脉冲展宽电路由第二单稳态器件Dl-Β、电阻R3、R4及周边阻容器件构成，功率驱动电路由运算放大器D2-A、三极管V1、V2、电阻R6、R7、R8、R9构成；在运算放大器D2-A、三极管V2、电阻R9构成的负反馈环路的作用下，运算放大器D2-A的反相输入端、即电阻R9两端的电压将等于运算放大器D2-A的同相输入端的电压。
3.根据权利要求2所述的一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器，其特征在于:电阻R4和电阻R7可使用带断电记忆功能的按钮式数字电位器。
4.根据权利要求2所述的一种能够消除运动图像模糊的液晶显示器，其特征在于:亮度控制信号来源于面板的亮度增、减按钮，可加在电阻R4或电阻R7的增、减按钮输入引脚上，从而改变其阻值或分压触点位置。
【文档编号】G09G3/36GK203706641SQ201420022414
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】廖建新, 赵磊, 陈力, 李永清 申请人:北京中盾安民分析技术有限公司, 公安部第一研究所