Конвейерный метод управления LED-подсветкой.

Конвейерный метод управления LED-подсветкой.

При использовании традиционной схемы подсветки на цветных фильтрах теряется до 70-80% энергии светового потока (кроме того, апертура цветного пиксела, состоящего из трех ячеек-модуляторов света, не способна обеспечивать хорошее разрешение). Поэтому приходится использовать топологию, которая на уровне монохромного пиксела должна иметь утроенное разрешение. Матричный модулятор состоящий из массива ЖК-ячеек обеспечивает развертку изображения во времени. Частота развертки, обычно составляет 50...60 Гц (период 20-16,7мс). Источник подсветки включен постоянно. Традиционная схема формирования изображения с использованием цветных фильтров показана на рис. 1.

Рис. 1

Существует и метод формировали цветного изображения, в котором цветные фильтры вообще не используются. Вместо них поочередно включаются три источника синего, красного и зеленого цвета и проводится пространственная модуляция яркости каждой из цветовых фаз. Новый метод FSC (FieldSequentialColor) позволяет значительно (на 500%) улучшить экономичность подсветки и улучшить качество изображения за счет увеличения апертуры. Число пикселов (точек) в матрице этого типа в три раза меньше по сравнению с традиционной матрицей на основе цветных фильтров.

Все типы LED-подсветки позволяют серьезно экономить электроэнергию – потребление электричества едва ли не вполовину меньше, чем у сопоставимых LCD-мониторов. На рис. 2 показана временная последовательность операций последовательной цветовой модуляции. Формирование цветного изображения осуществляется следующим образом.

Рис. 2

Для каждого из цветов производится последовательная загрузка ЖК-матрицы из дисплейного ОЗУ. При загрузке (адресации) матрицы источники подсвети выключены. После завершения загрузки данных, определяющих яркость точек матрицы (одного из цветов RGB), перед включением одного из источников основного цвета выдерживается пауза для того, чтобы завершился переходной процесс в ЖК-ячейках пространственного матричного модулятора (жидкие кристаллы реагируют на управляющее напряжение с некоторой инерцией). Если эту паузу не выдерживать и сразу включать источник подсветки, то получим искажение яркости передачи, поскольку время реакции и релаксации ЖК-ячеек матрицы различно. Процесс релаксации, имеет достаточно большую длительность и зависит от ряда переменных факторов. Поэтому продолжительность паузы должна быть больше времени релаксации. После паузы подсветка включается подачей питания на массив светодиодов определенного цвета. Длительность цветовой вспышки невелика (1,22 мс), поэтому пиковая яркость светодиодов должна быть в несколько раз выше, чем у постоянно включенного источника традиционной подсветки. Яркость современных (сверхъярких) светодиодов близка к яркости белой люминесцентной лампы, работающей на переменном токе.

На рис. 3 показана конструкция цветного LCD-дисплея со светодиодной подсветкой. Дисбаланс яркости светодиодов разных цветов можно скомпенсировать подборам числа светодиодов каждого цвета в массиве или регулировкой тока по каждому цвету.

Рис. 3

Для получения равномерного распределения света от точечных источников с малыми оптическими потерями используются рассеиватели 1 и 2 (на рис. 3), которые выполнены на основе линз Френеля и позволяют при очень малой толщине конструкции управлять подмассивами светодиодов обычными токовыми транзисторными ключами. Сигналы управления токовыми ключами формируются на основе сигналов субкадровой развертки частотой 180 Гц (рис. 4). Поэтому решили увеличить полезное время модуляции за счет совмещения прохождения фаз по времени. Для этого экран разбили на секторы (сектор – это несколько строк) и сделали источник подсвета по секторам экрана с возможностью раздельного включения и выключения секторов-линеек. На рис. 5 показаны временные соотношения для фаз последовательной цветовой модуляции.

Рис. 4

Рис. 5

На рис. 6 показана структура управления ЖК-дисплеем с последовательной цветовой модуляцией. Этот метод подсветки пока имеет серьезный недостаток – фликкер (глаз замечает мерцание яркости, возникающее в процессе развертки и импульсной подсветки). Фликкер можно уменьшить, повышая частоту субкадровой развертки, однако для этого необходимо обеспечивать и большее быстродействие ЖК-ячеек. Решение этой проблемы существенно усложняет и удорожает стоимость дисплея. И все это из-за того, что фазы протекают последовательно во времени, а самая важная для нашего зрения фаза, в течение которой и производится полезная модуляция по цвету и яркости, занимает слишком малую долю времени.

Рис. 6

Теперь можно, не дожидаясь, пока закончится полная загрузка кадра, производить посекторное включение той части экрана, для которой процесс релаксации ЖК-ячеек уже завершился. Таким образом создается «волна» подсвета, бегущая следом за загрузкой (разверткой) данных изображения по кадру (на рис. 7 показана структура этого варианта динамической светодиодной подсветки LCD-дисплея).

Рис. 7

Так как время релаксации, загрузки данных, скорость развертки, а также порядок выбора цветов известны, то процесс синхронизация включения цветных секций вдоль направления развертки не представляет проблемы (на рис. 8 показаны фазы конвейерной системы развертки с секторной подсветкой).

Конвейерный метод управления подсветкой дает возможность в течение одного кадра последовательно включать источники подсвета всех трех цветов для разных блоков строк, а это дает еще одну возможность уменьшения паразитного фликкера, на этот раз связанного с модуляцией но одному цвету в течение одного кадра (поэтому можно обеспечить более однородную по времени подсветку и уменьшить дрожжание яркости и цвета).

Рис. 8