用于区域调光的背光驱动系统及区域调光方法
【专利摘要】本发明公开了用于区域调光的背光驱动系统及区域调光方法，其背光驱动系统MCU控制模块、至少一恒流驱动模块和至少一DC-DC模块，本发明通过MCU控制模块对主控芯片发送的调光控制信号进行处理后发送给恒流驱动模块，由恒流驱动模块将背光LED划分成若干个区域，并根据所述MCU控制模块处理后的调光控制信号控制相应区域的LED的亮灭，从而实现了根据显示画面亮度内容，动态调整对应区域背光亮度，能体现出显示图面的亮场更亮、暗场更暗，使图像层次感明显，对图像画质、对比度等显示效果明显提升，提升了视觉感受，而且关闭暗场区域的背光源还降低了显示设备的能耗。
【专利说明】用于区域调光的背光驱动系统及区域调光方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及显示【技术领域】，特别涉及一种用于区域调光的背光驱动系统及区域调 光方法。
【背景技术】
[0002] 液晶显示设备(如液晶电视机、液晶电脑显示器等）作为近几年才突然新兴起的新 产品，已经全面取代笨重的CRT (Cathode Ray Tube,阴极射线管）显示器成为主流的显示 设备。
[0003] 因液晶体本身不会发光，所以LOKLiquid Crystal Display,液晶显示器)面板是 被动发光体，它靠后面的背光源来发光，由于LED (light emitting diode，发光二极管)背 光源具有体积小，发光效率高，组合方式灵活，所以在液晶平板电视上得到了广泛的应用。
[0004] 目前，液晶显示设备的背光源设置方式一般为两种：一种方式为侧入式，此种方式 是将LED背光源放置在液晶面板的上下或两边；另一种方式为直下式，此种方式将LED背光 源均匀放置在液晶面板的背面。两种方式各有优缺点，在行业中得到了不同的应用。但这 两种常规方案的调光与场景变化时只能整体变化，在图像的暗场区域也只是屏关了，背光 源还在正常工作中，导致暗景图像泛白，影响了图象的对比度，且不节能。
[0005] 因而现有技术还有待改进和提高。
【发明内容】
[0006] 鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于区域调光的背光 驱动系统及区域调光方法，以解决现有调光技术中，仅根据暗场信号关掉液晶分子，而背光 源还在正常工作，导致暗景图像泛白，影响了图象的对比度的问题。
[0007] 为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案： 一种用于区域调光的背光驱动系统，包括=MCU控制模块、至少一恒流驱动模块和至少 一 DC-DC 模块， 所述MCU控制模块，用于接收显示设备的主控芯片输出的调光控制信号，并将调光控 制信号进行处理发送给恒流驱动模块； 所述恒流驱动模块，用于将背光LED划分成若干个区域，并根据所述MCU控制模块处理 后的调光控制信号控制相应区域的LED的亮灭； 所述DC-DC模块，用于将恒流驱动模块输出的电压转换为LED点亮所需的驱动电压。
[0008] 所述的用于区域调光的背光驱动系统中，所述MCU控制模块，具体用于接收所述 主控芯片输出的调光控制信号，根据所述调光控制信号的场同步信号的频率及调光控制信 号中各区域变暗的数据，更新恒流驱动模块的寄存器的值。
[0009] 所述的用于区域调光的背光驱动系统中，所述MCU控制模块，还用于对DC-DC模块 进行移相控制。
[0010] 所述的用于区域调光的背光驱动系统中，在移相控制时，所述MCU控制模块具体 用于，当检测主控芯片输出的BL_ON信号为高电平时，初始化MCU控制模块后使能EN_BUCK1 信号为高电平，延时第一预设时间后使能EN_BUCK2信号为高电平，延时第二预设时间后使 能EN_7025信号为高电平；当检测主控芯片输出的BL_ON信号为低电平时，将EN_7025信号 设置为低电平，延时第三预设时间后将EN_BUCK1信号和EN_BUCK2信号设置为低电平。
[0011] 所述的用于区域调光的背光驱动系统，还包括掉电检测模块，用于检测MCU控制 模块的供电电压；所述MCU控制模块还用于，当供电电压低于预设值时，初始化恒流驱动模 块的寄存器。
[0012] 所述的用于区域调光的背光驱动系统中，所述恒流驱动模块为两个以上，各恒流 驱动模块采用菊花链接，且各恒流驱动模块使用一个同步的时钟频率信号。
[0013] 所述的用于区域调光的背光驱动系统中，所述DC-DC模块为四个以上，每两个 DC-DC模块连接一个恒流驱动模块。
[0014] 一种采用上述的用于区域调光的背光驱动系统的区域调光方法，包括如下步骤： 由MCU控制模块检测主控芯片输出使能信号时，初始化恒流驱动模块，并接收主控芯 片发送的调光控制信号； 在主控芯片发送的调光控制信号的数据格式符合要求时，获取当前场同步信号的频 率，初始化恒流驱动模块的寄存器； 对主控芯片发送的调光控制信号进行处理后发送给恒流驱动模块； 由恒流驱动模块将背光LED划分成若干个区域，并根据所述MCU控制模块处理后的调 光控制信号控制相应区域的LED的亮灭。
[0015] 所述的区域调光方法中，所述由恒流驱动模块将背光LED划分成若干个区域，并 根据所述MCU控制模块处理后的调光控制信号控制相应区域的LED的亮灭的步骤还包括： 对DC-DC模块进行移相控制。
[0016] 所述的区域调光方法中，所述由MCU控制模块检测主控芯片输出使能信号时，初 始化恒流驱动模块，并接收主控芯片发送的数据的步骤还包括： 掉电检测模块检测MCU控制模块检测其供电电压； 当供电电压低于预设值时，MCU控制模块初始化恒流驱动模块的寄存器。
[0017] 相较于现有技术，本发明提供的用于区域调光的背光驱动系统及区域调光方法， 通过MCU控制模块对主控芯片发送的调光控制信号进行处理后发送给恒流驱动模块，由恒 流驱动模块将背光LED划分成若干个区域，并根据所述MCU控制模块处理后的调光控制信 号控制相应区域的LED的亮灭，从而实现了根据显示画面亮度内容，动态调整对应区域背 光亮度，能体现出显示图面的亮场更亮、暗场更暗，使图像层次感明显，对图像画质、对比度 等显示效果明显提升，提升了视觉感受，而且关闭暗场区域的背光源还降低了显示设备的 能耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明用于区域调光的背光驱动系统的较佳实施例的结构框图； 图2为本发明用于区域调光的背光驱动系统的信号流程示意图； 图3为本发明用于区域调光的背光驱动系统中MCU控制模块作为从机时的SIP通信协 议时序图； 图4为本发明用于区域调光的背光驱动系统中MCU控制模块作为主机时的SIP通信协 议时序图； 图5为图4虚线矩形框中的信号放大的具体时序图； 图6本发明用于区域调光的背光驱动系统中掉电检测模块的电路图； 图7为本发明背光驱动系统的区域调光方法的流程图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明提供一种用于区域调光的背光驱动系统及区域调光方法，解决目前液晶显 示设备背光功率大、不节能，且图像的对比度不好，即图象出现暗场信号时所对应的背光源 不能关掉，使得暗场时仅仅将液晶屏屏体内的液晶分子关掉，导致暗场与层次感不能很好 的表现出来。
[0020] 本发明根据画面亮度内容，动态调整对应区域背光亮度，与传统显示设备相比，可 节约20%以上的能耗，在图象显示效果方面，能体现出亮场更亮、暗场更暗、图像层次感明 显，对图像画质、对比度等显示效果明显提升，同时能减少残影，提升视觉感受，它的图像效 果可媲美与OLED (Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管又称为有机电激光显 示)，同时还能解决LED漏光问题，延长LED使用寿命。且本发明采用固定的通信协议，MCU 控制模块10采用C语言编程，其平台移植性强，可搭配市场上主流平台，兼容性强。
[0021] 为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对 本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0022] 请参阅图1，其为本发明用于区域调光的背光驱动系统的较佳实施例的结构框图。 如图1所示，本发明的背光驱动系统包括：MCU (Micro Controller Unit,微控制单元）控 制模块10、至少一恒流驱动模块20和至少一 DC-DC模块30。显示设备的主控芯片50连接 MCU控制模块10、恒流驱动模块20和DC-DC模块30,所述恒流驱动模块20连接DC-DC模块 30 〇
[0023] 所述MCU控制模块10的输入端连接主控芯片50, MCU控制模块10的调光信号输 出端连接恒流驱动模块20,用于接收显示设备的主控芯片50输出的调光控制信号，并将调 光控制信号进行处理发送给恒流驱动模块20。
[0024] 具体实施时，所述MCU控制模块10具体用于接收显示设备的主控芯片50输出的 调光控制信号，根据调光控制信号的场同步信号的频率及调光控制信号中各区域变暗的数 据，更新恒流驱动模块20的寄存器的值，从而使恒流驱动模块20可根据画面暗场信号，关 掉相应区域的LED背光。
[0025] 每一恒流驱动模块20连接若干个LED背光灯和至少一个DC-DC模块30，用于将背 光LED划分成若干个区域，并根据所述MCU控制模块10处理后的调光控制信号控制相应区 域的LED的亮灭。所述DC-DC模块30用于将恒流驱动模块20输出的电压转换为LED点亮 所需的驱动电压。
[0026] 其中，所述MCU控制模块10可采用MCU芯片，恒流驱动模块20采用恒流驱动芯片， MCU控制模块10作为主控芯片50与恒流驱动芯片链接桥梁，与主控芯片50设定一个通信 协议(如SPI通信协议)，本实施例根据SPI通信协议来编写MCU控制模块10的控制程序，其 通过主控芯片50发出来的与场同步、或与场同步信号倍频的信号不断的刷新数据，由MCU 控制芯片来接受主控芯片50发出的调光控制信号，MCU控制芯片再根据调光控制信号控制 恒流驱动芯片去驱动对应背光灯区。
[0027] 本发明实施例中，所述恒流驱动模块20为两个以上，各恒流驱动模块20采用菊花 链接，且各恒流驱动模块20使用一个同步的时钟频率信号。且所述DC-DC模块30为四个 以上，每两个DC-DC模块30连接一个恒流驱动模块20。
[0028] 请一并参阅图2,其为本发明用于区域调光的背光驱动系统的信号流程示意图。图 2中，Vsync表不场同步信号；EN表不使能信号；CSB表不片选信号；SCK表不数据时钟信号； MOSI表示主控芯片50发出数据从MCU芯片输入数据；MISO表示主控芯片50输入数据，从 MCU芯片输出数据；Fault all表示所有的失效信号；CLKIN表示灯区恒流驱动芯片的同步 时钟；DC-DC表示直流转换器（即DC-DC模块30) ;LEDl-8表示第1个LED灯区到8个LED 灯区；LED9-16表示第9个LED灯区到16个LED灯区。恒流驱动模块和DC-DC下方的数字 表不各模块的序号。
[0029] 以显示设备为液晶电视机为例，本发明可根据液晶电视背光模组构造将背光LED 划分为多个区域模块，且每个恒流驱动芯片可单独控制16个灯区，可根据具体情况选择1 至16区域，每个恒流驱动又可视区域情况配备一个或两个DC-DC模块30,再根据整个背光 源灯区数量，将多个恒流驱动芯片按菊花链接方式链接起来。菊花链接方式为：数据由前一 个恒流驱动模块20输入，由该恒流驱动模块20将数据传输给后一个恒流驱动模块20,且第 一个恒流驱动模块20接收主控芯片50发送的数据，最后一个恒流驱动模块20将数据返回 给主控芯片50,形成首尾连接。即数据信号由第一个恒流驱动芯片输入，然后由第一个恒流 驱动芯片将数据输出给第二个恒流驱动芯片，再由第二个恒流驱动芯片输出给第三个恒流 驱动芯片，…，依此类推，并由最后一个恒流驱动芯片将数据输送给主控芯片50,形成首尾 相连的方式完成整个数据的传输。这样针对不同的区域，增减恒流驱动芯片十分方便，扩展 性强。
[0030] 具体实施时，MCU控制模块10使用C语言编程，通过MC芯片控制可以使用不同的 主控芯片50平台，其可标准化设计，且移植性强。本发明先通过MCU芯片与主控芯片50定 义一个通信协议，此通信协议作为MCU芯片与主控芯片50 (MCU从机）以及恒流驱动芯片 (MCU主机）的通信基准。又因采用菊花链接的恒流驱动芯片需要一个同步的时钟频率，此 时钟频率由主控芯片50依数据量大小，输出一个固定占空比，以固定频率的时钟频率作为 恒流驱动芯片的同步频率，MCU芯片通过通信协议定义接收到主控芯片50发过来的信号， 对数据进行解析处理，再传输给恒流驱动芯片，最终完成区域控制。
[0031] 如图3-图5所示，其中，图3为本发明用于区域调光的背光驱动系统中MCU控制 模块10作为从机时的SIP通信协议时序图；图4为本发明用于区域调光的背光驱动系统中 MCU控制模块10作为主机时的SIP通信协议时序图；图5为图4虚线矩形框中的信号放大 的具体时序图。
[0032] 在图3-图5中，MCU控制模块10作为从机接收数据时，需在一个VSYNC信号周期 内接收完一个数据包的数据，如图3所示；MCU控制模块10作为主机发送数据时，也需在一 个VSYNC信号周期内发送完一个数据包的数据，从图3至图5所示，所有时间的设置是根据 一场信号时间（Vsync场扫描时间)，根据灯条区域划分来设置的，在一场信号周期内需将所 有信号处理完。其中，Tl表示：当MCU控制模块10检测到场信号Vsync后，需延时一定的 时间Tl后再开始产生时钟信号与发送数据。T2表示：根据具体情况与所选MCU芯片以及 灯条区域来设定时钟频率，即T2表示时钟信号的周期。T3表示：是产生时钟频率的正占空 t匕，需小于频率周期时间。T4表示的时间需根据Vsync与T2来设定时间。T5表示的时间 需根据Vsync与所有数据处理时间以及工作波形的稳定性来设定。T6表示：SPI工作模式， 当SCLK处于低电平时，需发送的数据信号准备好时间。17表示：当SCLK上升为高电平时 的米样保持时间，T6和17之间的一段时间为数据米样时间。
[0033] MCU控制模块10中SDI数据定义如下表所示：
【权利要求】
1. 一种用于区域调光的背光驱动系统，其特征在于，包括：MCU控制模块、至少一恒流 驱动模块和至少一 DC-DC模块， 所述MCU控制模块，用于接收显示设备的主控芯片输出的调光控制信号，并将调光控 制信号进行处理发送给恒流驱动模块； 所述恒流驱动模块，用于将背光LED划分成若干个区域，并根据所述MCU控制模块处理 后的调光控制信号控制相应区域的LED的亮灭； 所述DC-DC模块，用于将恒流驱动模块输出的电压转换为LED点亮所需的驱动电压。
2. 根据权利要求1所述的用于区域调光的背光驱动系统，其特征在于，所述MCU控制模 块，具体用于接收所述主控芯片输出的调光控制信号，根据所述调光控制信号的场同步信 号的频率及调光控制信号中各区域变暗的数据，更新恒流驱动模块的寄存器的值。
3. 根据权利要求1所述的用于区域调光的背光驱动系统，其特征在于，所述MCU控制模 块，还用于对DC-DC模块进行移相控制。
4. 根据权利要求3所述的用于区域调光的背光驱动系统，其特征在于，在移相控制时， 所述MCU控制模块具体用于，当检测主控芯片输出的BL_ON信号为高电平时，初始化MCU控 制模块后使能EN_BUCK1信号为高电平，延时第一预设时间后使能EN_BUCK2信号为高电平， 延时第二预设时间后使能EN_7025信号为高电平；当检测主控芯片输出的BL_ON信号为低 电平时，将EN_7025信号设置为低电平，延时第三预设时间后将EN_BUCK1信号和EN_BUCK2 信号设置为低电平。
5. 根据权利要求1所述的用于区域调光的背光驱动系统，其特征在于，还包括掉电检 测模块，用于检测MCU控制模块的供电电压；所述MCU控制模块还用于当供电电压低于预设 值时，初始化恒流驱动模块的寄存器。
6. 根据权利要求1-5任意一项所述的用于区域调光的背光驱动系统，其特征在于，所 述恒流驱动模块为两个以上，各恒流驱动模块采用菊花链接，且各恒流驱动模块使用一个 同步的时钟频率信号。
7. 根据权利要求6所述的用于区域调光的背光驱动系统，其特征在于，所述DC-DC模块 为四个以上，每两个DC-DC模块连接一个恒流驱动模块。
8. -种采用权利要求1所述的用于区域调光的背光驱动系统的区域调光方法，其特征 在于，包括如下步骤： 由MCU控制模块检测主控芯片输出使能信号时，初始化恒流驱动模块，并接收主控芯 片发送的调光控制信号； 在主控芯片发送的调光控制信号的数据格式符合要求时，获取当前场同步信号的频 率，初始化恒流驱动模块的寄存器； 对主控芯片发送的调光控制信号进行处理后发送给恒流驱动模块； 由恒流驱动模块将背光LED划分成若干个区域，并根据所述MCU控制模块处理后的调 光控制信号控制相应区域的LED的亮灭。
9. 根据权利要求8所述的区域调光方法，其特征在于，所述由恒流驱动模块将背光LED 划分成若干个区域，并根据所述MCU控制模块处理后的调光控制信号控制相应区域的LED 的亮灭的步骤还包括：对DC-DC模块进行移相控制。
10. 根据权利要求8所述的区域调光方法，其特征在于，所述由MCU控制模块检测主控 芯片输出使能信号时，初始化恒流驱动模块，并接收主控芯片发送的数据的步骤还包括： 掉电检测模块检测MCU控制模块检测其供电电压； 当供电电压低于预设值时，MCU控制模块初始化恒流驱动模块的寄存器。
【文档编号】H05B37/02GK104332140SQ201410585289
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】巢铁牛, 付华东, 孙细勇, 姚志忠 申请人:深圳创维－Rgb电子有限公司