LED背光液晶電視區域調光技術

傳統CRT電視因是平面光源，其發光要么整片點亮，要么整片變暗，無法實現按畫面分區域調光。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光源CCFL和點光源LED，這就為實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，所以通過各種方式調節背光亮度實現節能且提升畫質的技術一直是業界不斷攻克的難題。

液晶電視推出初期，其背光亮度是固定或用戶通過菜單手動調節的，這與CRT的平面光源類似，要么整片變亮，要么整片變暗。而CCFL是直線光源，所以分區調節在技術上是可行的，隨著液晶電視逐漸占據市場主流，背光源亮度區域調節技術也得到迅速發展，經0次元（0D） Dimming、1次元（1D）Dimming發展到當前的2次元（2D）Dimming。

背光區域調節技術

液晶電視背光區域調節技術即Local dimming技術，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行分析計算，然后自動控制各區域背光源的亮暗。

0D Dimming：指液晶電視系統對整個電視畫面統一調節亮度，無論是CCFL背光源還是LED背光源，所有的CCFL燈管或LED在同一場畫面下亮度一樣，由系統統一控制，當下一場畫面亮度變暗或變亮時，系統再自動將背光統一調暗或調亮。一般算法是用軟件計算整個畫面的平均亮度，根據平均亮度的大小去調節背光亮暗。例如當全黑畫面（如圖1.1）時CPU自動將背光亮度調至最暗，而當全白畫面（如圖1.2）時CPU自動將背光亮度調至最亮。0D Dimming的缺點是統一調節不夠準確，如當同一畫面中出現純白和純黑的畫面時（如圖1.3上下黑中間白畫面），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。因此嚴格來說，0D Dimming不算區域調光。

1D Dimming：英文也叫line dimming，顧名思義就是按線調節。對CCFL背光源而言，它將按每個燈管調節，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畫面，CPU會按區域計算各區域平均亮度，可以將上、下部分的燈管或LED調暗或關斷，而將中間的燈管或LED調至最亮。1D Dimming比0D Dimming在技術上有了很大提升，以此來調節背光亮度可以很大程度地降低液晶電視能耗，提升畫面對比度。然而當其遇到如圖1.4這種在同一行中有黑白交錯的畫面時，又會出現同一行畫面亮度調節不準確的情況。

2D Dimming：即Local dimming，是指將整個畫面按矩陣式分成若干個區域，CPU根據每個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畫面在1D Dimming下出現的問題。

但是，早期液晶電視主要采用CCFL背光，屬于直線光源發光方式。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個區塊，且CCFL光源最大問題是點滅速度不夠快，若強力驅動其開關的速度，則會減損燈管壽命，因此CCLF背光源無法做到矩陣式按區域調節亮度。

2009年，液晶電視市場掀起LED背光潮，即液晶電視的背光采用LED。LED體積小巧，屬于點光源，它為實現真正的區域調光技術提供了可能。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。

2D區域調光的優點

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，提高顯示畫面對比度，增加灰階數，減少殘影，提升LCD顯示器畫質，是最佳的區域調光技術。

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、直線光源CCFL還是EEFL，其背光源一般都處在全亮狀態，而當顯示暗態畫面時則通過降低液晶穿透率來實現，故它們對于降低耗電量沒有幫助。與之相對，2D Dimming在顯示暗態畫面時，LED亮度隨之降低，故可減少整體背光源的耗電量。日本電氣通信大學針對不同型態背光源測量同一顯示畫面耗電量，測量結果顯示：倘若0D Dimming平均耗電量為100%，2D Dimming型態背光源平均耗電量僅43%。

2D Dimming區域控制除了可降低耗電量，也可改善LCD顯示器畫質表現。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亮，故2D Dimming可大幅提高畫面的動態對比度。

LED光源快速點滅特性對于LCD顯示器運動拖尾也大有改善。傳統CCFL背光源因持續點亮緣故，以移動中的人眼球看去會有晃動、拖影感覺；當LED背光源模擬CRT顯示器脈沖式發光，即背光源也采用間歇性點滅方式，LED背光在極短時間關斷時可遮住快速移動物體所產生的拖影畫面，故所呈現畫質較為清楚。

2D區域調光面臨的難題及機遇

面提到的2D Dimming技術需要CPU同時去分析一個圖像多個區域的亮度，然后根據計算結果分別控制各區域亮度，實質是通過控制LED驅動來調節各區域LED燈的亮暗。軟件對圖像分析的算法對CPU性能是一個考驗，LED驅動時序控制在設計上也是難題，倘若時序控制不當，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時需要外加DSP，且分區越多LED驅動使用越多，算法和時序控制越復雜，這大大增加了整機的成本，所以當前市場上的液晶電視使用2D local dimming功能還比較少。

隨著技術的發展，逐漸有一些60Hz轉120Hz的FRC芯片將2D local dimming算法集成進來，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，實現2D local dimming功能只需增加LED驅動器成本，從而使得功能模塊成本大大降低，這對該技術在120Hz液晶電視上的普及帶來了機遇。然而120Hz屏比60Hz屏貴很多，基于成本原因，目前市場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。