图像显示同步控制系统及其同步控制方法与流程

1.本发明属于显示技术领域，具体涉及图像显示同步控制系统及其同步控制方法。


背景技术：

2.液晶显示屏，英文简称为lcd，是属于平面显示器的一种。用于电视机及计算机的屏幕显示。该显示屏的优点是耗电量低、体积小、辐射低。
3.液晶显示屏使用了两片极化材料中的液晶溶液，当有电压加在该液体时会使液晶重新排列达到成像的目的。
4.目前，现有的液晶显示屏都是靠背光灯打出的白光，再通过液晶玻璃的彩色滤光膜滤光，产生红绿蓝三基色，即在液晶玻璃的表面做有r.g.b三基色的滤光膜，每个颜色正好对应一个像素的子像素，利用液晶的开关打出不同强度的白光透过彩色滤光膜产生有色光而合成彩色图像。
5.然而，彩色滤光膜的透光率只有20%-30%，限制了液晶的开口率，导致背光模组的光透过液晶玻璃后亮度非常的暗，光损失较大。目前的液晶显示屏基本只有5%左右的透光率，如果是高分辨率如4k、8k的屏，其透光率只有2%-4.5%，光损失会更多，而且分辨率越高，工艺越复杂，制作成本越高。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供图像显示同步控制系统及其同步控制方法图像显示同步控制系统，用于控制显示装置内液晶层的液晶分子扭曲与led灯板发光同步进行，包括主板，还包括fpga芯片，用于将接受到的显示单元的主板信号分两路处理，其中第一路信号进行背光资料统计和滤波，滤波后的信号分别传输至led灯板以及液晶透光率补偿调整模块，经液晶透光率补偿调整模块处理后的信号与第二路信号进行对比处理后向时序控制板输出；所述fpga芯片还用于根据主板信号的图像信息激发特定位置的灯珠以特定颜色和特定的亮度发光；时序控制板，与显示装置电性连接，用于将接收的fpga芯片的信号向所述显示装置的液晶层传输，并控制液晶层中的液晶分子产生扭曲；所述显示装置包括，led灯板，所述led灯板包括多个阵列排布的mini led r.g.b.w灯珠，所述mini led r.g.b.w灯珠包括驱动芯片，所述驱动芯片用于接收fpga芯片滤波处理后的信号并驱动led灯板发光；液晶层，用于透过led灯板所发出的光，进行文字和图像的显示，起到一个光阀作用；所述液晶层包括多个阵列排布的液晶分子，所述液晶分子与tft开关、电容电性连接。
7.为了实现fpga芯片的信号接收处理，所述fpga芯片接收到的主板信号为lvds/edp/vbyone其中的一种或几种；
所述fpga芯片内部设有信号转换系统，用于将接收的lvds/edp/vbyone信号转换为pwm信号，pwm信号用于对led灯板进行调光并 驱动led灯板发光；所述fpga芯片向时序控制板输出的信号为fpga芯片处理后的lvds/edp/vbyone信号，向led灯板输出的信号为pwm信号。
8.为了通过fpga芯片进行信号转换，所述信号转换系统用于将第一路信号经过背光资料统计模块处理后依次进入二维空间滤波模块和时间动态滤波模块滤波，然后分成第三路信号和第四路信号，所述第三路信号向led灯板输出，所述第四路信号进入背光资料分析及优化模块后再进入液晶透光率补偿调整模块，与所述第二路信号进行对比处理后向所述时序控制板输出处理后的lvds/edp/vbyone信号。
9.为了实现液晶层的液晶分子扭曲与led灯板发光同步进行，所述时序控制板接收到fpga芯片传输的处理后的lvds/edp/vbyone信号后，根据lvds/edp/vbyone信号中图像信息的vs信号与hs信号，向所述tft开关传输灰阶电信号，所述tft开关给液晶分子两端的电容充放电，当电容两端有电场时，所述液晶分子根据灰阶电信号的强度发生相应角度的扭曲，产生不同的光通量。
10.为了实现对led灯板进行调光并驱动led灯板发光，所述fpga芯片根据lvds/edp/vbyone信号中图像信息的vs信号与hs信号，通过信号转换系统产生不同脉宽的pwm信号后，向led灯板中的驱动芯片传输pwm信号；所述驱动芯片响应pwm信号驱动所述mini led r.g.b.w灯珠发光，所述led灯板的亮度与pwm信号的脉宽对应。
11.为了使led灯板中的mini led r.g.b.w灯珠显示不同亮度、不同颜色的光，且使液晶层中的对应位置的液晶分子同时扭曲，一个hs信号分别对应led灯板中的一行mini led r.g.b.w灯珠和液晶层中的至少一行液晶分子；所述fpga芯片将hs信号平均烧录成四份，分别为第一hs子信号、第二hs子信号、第三hs子信号和第四hs子信号，该四份hs信号分别对应点亮mini led r.g.b.w灯珠中的红、绿、蓝、白光灯，所述pwm信号根据第一hs子信号、第二hs子信号、第三hs子信号和第四hs子信号进行更新并分别将对应位置的一行mini led r.g.b.w灯珠扫描四次；其中在任一hs信号时间内，一行mini led r.g.b.w灯珠中对应位置的对应颜色的led灯亮起，同时，对应位置的液晶分子产生扭曲使该颜色的光透出；依靠人眼的视觉惰性，使一行mini led r.g.b.w灯珠在不同位置发出不同颜色的光，多个hs信号重复以上扫描步骤，使led灯板呈现彩色图像。
12.为了使led灯板能够发出红光、绿光、蓝光和白光，相邻两个驱动芯片的输入端与输出端相互连通，所述驱动芯片还包括分别连接有红灯、绿灯、蓝灯、白灯的四个通道端口，所述驱动芯片还包括用于传输信号的dclk引脚。
13.为了降低led灯板上的电流量，所述驱动芯片上的通道端口串联有多个颜色对应的led灯，用于提高电压，降低电流，减少损耗。
14.所述显示装置还包括上偏光片，位于所述液晶层上方，用于将液晶层透过的光线选择同相位偏振光通过；下偏光片，位于所述液晶层下方，用于将led灯板发出的光线选择同相位偏振光通过；
增亮膜，位于所述下偏光片下方，用于改善背光模组的发光效率；扩散板，位于所述增亮膜与led灯板之间，用于为液晶层提供一个均匀的面光源；背板，用于液晶显示屏的封装。
15.本发明还提出一种使用图像显示同步控制系统的同步控制方法，包括如下步骤：s1、fpga芯片接收主板信号；s2、所述fpga芯片通过信号转换系统将接收的主板信号分成两路信号，分别为第一路信号和第二路信号；其中，第一路信号处理后分为第三路信号和第四路信号，所述第三路信号预存于fpga芯片内部的寄存器中并向驱动芯片传输，所述第四路信号与第二路信号经过对比处理后向时序控制板输出；s3、所述时序控制板根据接收到的信号的图像信息对液晶层中的液晶分子进行逐行扫描并驱动对应位置的液晶分子产生扭曲；同时，所述驱动芯片根据接收到的信号的图像信息驱动led灯板对应位置的灯珠发出对应颜色以及对应亮度的光；s4、根据图形信息中的vs信号与hs信号，使步骤3中的液晶分子产生扭曲与mini led r.g.b.w灯珠发光同步进行，因此，led灯板上发出的光可通过扭曲的液晶分子透出，从而实现图像显示。
16.本发明的有益效果是：该图像显示同步控制系统及其同步控制方法，1、去除传统液晶屏中的彩色滤光膜，以r.g.b.w式led灯板作为光源，通过控制led灯板发光与液晶分子扭转同步进行以透过红光/绿光/蓝光/白光进行图像显示，有利于提高动态hdr，节省了功率，降低了功耗；2、进一步的，通过将hs信号的周期平分为四份，依次分配给led灯板中的mini led r.g.b.w灯珠，使其分别发出红光/绿光/蓝光/白光，同时，对应位置的液晶分子在该hs信号周期内根据图像信息依次偏转4次使对应的红光/绿光/蓝光/白光透出，依靠人眼的视觉惰性而在该显示装置上呈现彩色图像。
17.3、与传统液晶屏中一个像素对应三个液晶分子的结构相比，该无彩色滤光膜的显示装置以一个像素对应一个液晶分子的结构使同一个像素点可以发出红光、蓝光、绿光和白光，分辨率提高了三倍，其中，白光主要用于节能，同样强度的光源，亮度可以提升4-6倍。
18.4、通过pwm信号对led灯板进行调光操作，依靠pwm信号的脉宽不同来驱动led灯板发出不同亮度的光，再通过液晶分子的光阀进行二次调光，可以提高对比度。
19.5、r.g.b.w式led灯板提高了显示装置的色域，传统液晶屏的色域最高为70%左右，普通液晶屏色域大概为26%，通过该图像显示同步控制系统及其同步控制方法，色域可以提到110%-140%，若采用蓝光激发qd膜的方式提高显示屏的色域，能量会损耗40%左右。
附图说明
20.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1是本发明的图像显示同步控制系统的模型图；图2是本发明的显示装置的爆炸图；图3是本发明的显示装置透光原理图；图4是本发明的r.g.b.w式led灯板的电路图；
图5是本发明的驱动芯片的电路图；图6是本发明的pwm信号产生的原理图；图7是本发明的pwm波形产生发生器内部的原理图。
21.图中标记为：1、上偏光片；2、液晶层；3、下偏光片；4、增亮膜；5、扩散板；6、led灯板；7、背板。
具体实施方式
22.实施例一如图1所示，图像显示同步控制系统，用于控制显示装置内液晶层2的液晶分子扭曲与led灯板6发光同步进行，包括主板，还包括fpga芯片，用于将接受到的显示单元的主板信号分两路处理，其中第一路信号进行背光资料统计和滤波，滤波后的信号分别传输至led灯板6以及液晶透光率补偿调整模块，经液晶透光率补偿调整模块处理后的信号与第二路信号进行对比处理后向时序控制板输出；所述fpga芯片还用于根据主板信号的图像信息激发特定位置的灯珠以特定颜色和特定的亮度发光；时序控制板，与显示装置电性连接，用于将接收的fpga芯片的信号向所述显示装置的液晶层2传输，并控制液晶层2中的液晶分子产生扭曲；如图2所示，所述显示装置从上至下包括上偏光片1、液晶层2、下偏光片3、增亮膜4、扩散板5、led灯板6和背板7。其中，上偏光片1用于将液晶层2透过的光线选择同相位偏振光通过；液晶层2用于透过led灯板6所发出的光，进行文字和图像的显示，起到一个光阀作用；所述液晶层2包括多个阵列排布液晶分子，所述液晶分子与tft开关、电容电性连接；下偏光片3用于将背光模组发出的光线选择同相位偏振光通过；增亮膜4用于改善背光模组的发光效率；扩散板5用于为液晶层2提供一个均匀的面光源；背板7用于液晶显示屏的封装。
23.其中，如图4至图5所示，所述led灯板6包括多个阵列排布的mini led r.g.b.w灯珠，所述mini led r.g.b.w灯珠包括驱动芯片，所述驱动芯片用于接收fpga芯片滤波处理后的信号并驱动led灯板6发光；相邻两个驱动芯片的输入端与输出端相互连通，所述驱动芯片还包括分别连接有红灯、绿灯、蓝灯、白灯的四个通道端口，所述驱动芯片还包括用于传输信号的dclk引脚，所述驱动芯片上的通道端口串联有多个颜色对应的led灯，有利于提高电压，降低电流，减少损耗。
24.如图1所示，为了实现fpga芯片的信号接收处理，所述fpga芯片接收到的主板信号为lvds/edp/vbyone其中的一种或几种；所述fpga芯片内部设有信号转换系统，用于将接收的lvds/edp/vbyone信号转换为pwm信号，pwm信号用于对led灯板6进行调光并驱动led灯板6发光；其中pwm信号的产生如图6至图7所示，由于通过fpga芯片产生pwm信号为现有技术，在此不做赘述。
25.所述fpga芯片向时序控制板输出的信号为fpga芯片处理后的lvds/edp/vbyone信号，向led灯板6输出的信号为pwm信号。
26.如图1所示，所述信号转换系统的转换步骤如下：a.fpga芯片将接收的主板信号分成两路信号进行图像信息采集，分别为第一路信
号和第二路信号，其中，第一路信号进入背光统计模块，第二路信号进入液晶透光率补偿调整模块；b.第一路信号经过背光资料统计后进入二维空间滤波模块;c.第一路信号经过二维空间滤波后进入时间动态滤波模块；d.第一路信号经过时间动态滤波后分成两路信号，分别为第三路信号和第四路信号，其中，第三路信号向led灯板6输出，第四路信号进入背光资料分析及优化模块后再进入液晶透光率补偿调整模块与第二路信号进行对比处理后向时序控制板输出处理后的lvds/edp/vbyone信号。
27.时序控制板控制液晶层2中的液晶分子产生扭曲的过程如下：所述时序控制板接收到fpga芯片传输的处理后的lvds/edp/vbyone信号后，根据lvds/edp/vbyone信号中图像信息的vs信号与hs信号，向所述tft开关传输灰阶电信号，所述tft开关给液晶分子两端的电容充放电，当电容两端有电场时，所述液晶分子根据灰阶电信号的强度发生相应角度的扭曲，产生不同的光通量。
28.pwm信号对led灯板6进行调光并 驱动led灯板6发光的过程如下：所述fpga芯片根据lvds/edp/vbyone信号中图像信息的vs信号与hs信号，通过信号转换系统产生不同脉宽的pwm信号后，向led灯板6中的驱动芯片传输pwm信号；所述驱动芯片响应pwm信号驱动所述mini led r.g.b.w灯珠发光，所述led灯板6的亮度与pwm信号的脉宽对应。
29.为了使led灯板6中的mini led r.g.b.w灯珠显示不同亮度、不同颜色的光，且使液晶层2中的对应位置的液晶分子同时扭曲，一个hs信号分别对应led灯板6中的一行mini led r.g.b.w灯珠和液晶层2中的至少一行液晶分子；所述fpga芯片将hs信号平均烧录成四份，分别为第一hs子信号、第二hs子信号、第三hs子信号和第四hs子信号，该四份hs信号分别对应点亮mini led r.g.b.w灯珠中的红、绿、蓝、白光灯，所述pwm信号根据第一hs子信号、第二hs子信号、第三hs子信号和第四hs子信号进行更新并分别将对应位置的一行mini led r.g.b.w灯珠扫描四次，其中在任一hs信号时间内，一行mini led r.g.b.w灯珠中对应位置的对应颜色的led灯亮起，同时，对应位置的液晶分子产生扭曲使该颜色的光透出；在第一hs子信号时间内，一行mini led r.g.b.w灯珠中对应位置的红色灯亮起，同时，对应位置的液晶分子产生扭曲使红光透出；在第二hs子信号时间内，一行mini led r.g.b.w灯珠中对应位置的绿色灯亮起，同时，对应位置的液晶分子产生扭曲使绿光透出；在第三hs子信号时间内，一行mini led r.g.b.w灯珠中对应位置的蓝色灯亮起，同时，对应位置的液晶分子产生扭曲使蓝光透出；在第四hs子信号时间内，一行mini led r.g.b.w灯珠中对应位置的白色灯亮起，同时，对应位置的液晶分子产生扭曲使白光透出；在一个hs信号周期内，根据第一hs子信号、第二hs子信号、第三hs子信号和第四hs子信号分别进行扫描，使一行mini led r.g.b.w灯珠的不同位置分别发出红光/绿光/蓝光/白光，依靠人眼的视觉惰性，相当于在同一时间看到一行mini led r.g.b.w灯珠的不同位置同时发出不同颜色的光，多个hs信号重复上述步骤，自上而下逐行扫描，即可使led灯板6呈现彩色图像。
30.其中，根据成本要求可调整一行mini led r.g.b.w灯珠对应的液晶分子行数，一
行mini led r.g.b.w灯珠对应的液晶分子行数越少，使用的mini led r.g.b.w灯珠则越多，成本越高；例如，一行mini led r.g.b.w灯珠对应十行液晶分子，则led灯板6的1个hs信号对应液晶层2的10个hs信号，将led灯板6的hs信号称为d-hs信号，将液晶层2的hs信号称为y-hs信号,即在vs信号中的一个hs信号周期内，1个d-hs信号对应10个y-hs信号，由于1个d-hs信号扫描一行mini led r.g.b.w灯珠，1个y-hs信号扫描一行液晶分子，则在一个hs信号周期内，需要将1个d-hs信号烧录为10个d-hs子信号，即一行mini led r.g.b.w灯珠在一个d-hs信号周期内需扫描十次；当一行mini led r.g.b.w灯珠进行第一次扫描时，将第一个d-hs子信号烧录为四个a.d-hs信号，该行mini led r.g.b.w灯珠根据图像信息被点亮四次，分别在不同的位置发出不同颜色不同亮度的光；同时，对应的第一行液晶分子相应地扭曲四次，使mini led r.g.b.w灯珠发出的光透出；当一行mini led r.g.b.w灯珠进行第二次扫描时，将第二个d-hs子信号烧录为四个a.d-hs信号，该行mini led r.g.b.w灯珠根据图像信息被点亮四次，分别在不同的位置发出不同颜色不同亮度的光，同时，对应的第二行液晶分子相应地扭曲四次，使mini led r.g.b.w灯珠发出的光透出；以此类推，直至完成vs信号中的一个hs信号的扫描再进行下一个hs信号的扫描。
31.本实施例通过上述图像显示同步控制系统，实现了如下效果：首先，能够提高透光率，从而减少整体的光损失，由于没有彩色滤光膜的挡光效应，该显示装置的透光率95%（玻璃透光率）*50%（偏光片透光率）*50%（液晶透光率）=23.7%的透光率，是传统液晶显示屏5%透光率的4倍多，如果换成高透的偏光片，整体透光率可以提升到原来的6倍多。
32.其次，能够提高色域，由于没有彩色滤光膜，该显示装置的色域与led灯板6的色域一致，因此，色域可以达到130%，而彩色滤光膜的色域则在26%-72%。
33.如图3所示，能够提高分辨率，传统液晶显示屏中需要三个液晶分子的扭转以分别透过红光/绿光/蓝光，本发明中通过一个液晶分子的扭曲即可透过红光/绿光/蓝光/白光，只要提高刷新率，液晶显示屏的分辨率就能够在原有基础上提高3倍，其中白光主要用于节能。
34.本发明还提出了一种使用图像显示同步控制系统的同步控制方法，包括如下步骤：s1、fpga芯片接收主板信号；s2、fpga芯片通过信号转换系统将接收的主板信号分成两路信号，分别为第一路信号和第二路信号；其中：第二路信号进入液晶透光率补偿调整模块；第一路信号依次进行背光资料统计、二维空间滤波和时间动态滤波；时间动态滤波模块将第一路信号分成第三路信号和第四路信号，其中，第三路信号预存于fpga芯片内部的寄存器中并向led灯板6输出，第四路信号进入背光资料分析及优化模块后，再进入液晶透光率补偿调整模块与第二路信号进行对比处理，然后向所述时序控制板输出处理后的
主板信号；s3、所述时序控制板根据接收到的信号的图像信息对液晶层2中的液晶分子进行逐行扫描并驱动对应位置的液晶分子产生扭曲；同时，所述驱动芯片根据接收到的信号的图像信息驱动led灯板6对应位置的灯珠发出对应颜色以及对应亮度的光；s4、根据图形信息中的vs信号与hs信号，使步骤3中的液晶分子产生扭曲与led灯板6的mini led r.g.b.w灯珠发光同步进行，因此，led灯板6上发出的光可通过扭曲的液晶分子透出，从而实现图像显示。
35.实施例二本实施例的结构与实施例一中基本相同，其不同之处在于：本实施例所述led灯板6中的mini led r.g.b.w灯珠按照图像信息整体输出红光/绿光/蓝光/白光，此时，液晶分子按照图像信息进行快速扫描，在提高刷新率的情况下不停的投放红色图像，绿色图像，蓝色图像，白色图像，由于时间非常快，眼睛分辨不出来，从而在人眼视网膜上呈现彩色的图像信息。
36.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。