專利名稱：基于人眼視覺特性曲線進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及可調(diào)節(jié)亮度的液晶顯示裝置，尤其是涉及一種基于人眼視覺特性 曲線進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的發(fā)展，液晶顯示屏已經(jīng)基本上取代傳統(tǒng)的CRT顯示屏，正廣泛進(jìn)入廣 大消費(fèi)者家庭。由于液晶顯示屏是通過背光模組發(fā)光透過液晶顯示面板而顯示圖像，而背 光模組的功率是恒定不變的，一般都設(shè)為最大。因此，觀看者從基本恒定的距離長時(shí)間的凝 視著同一亮度的屏幕，眼肌長時(shí)間保持在同一種狀態(tài)，不能調(diào)節(jié)，看久了自然就會(huì)產(chǎn)生視覺 疲勞。另外，在暗環(huán)境或者夜晚時(shí)，環(huán)境光相對(duì)較弱，會(huì)因圖像過亮導(dǎo)致刺眼；在亮環(huán)境下， 又因環(huán)境光線太亮而看不清圖像。其次，背光模組亮度恒定不變，消耗功率過大，不利于節(jié) 能和環(huán)保。專利號(hào)200610060158. 3，名稱為“IXD電視顯示質(zhì)量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置及方法”的 中國專利提出了一種自動(dòng)調(diào)整背光亮度的方法，其通過光敏電阻或其他光感器件對(duì)環(huán)境光 進(jìn)行檢測(cè)，每分鐘循環(huán)一次，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)背光亮度。該方法雖然實(shí)現(xiàn)了 顯示器的亮度可調(diào)，但是，仍存在以下缺陷1、普通的光敏電阻對(duì)光反映很靈敏，人眼察覺 不到的近紅外光也可能引起光敏電阻輸出電流的變化，必然導(dǎo)致背光的變化，造成閃爍的 效果；2、背光亮度的調(diào)節(jié)是人為的按照一定的百分比來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的效果是否符合人眼 的視覺特性也未可知。因此，該種方法只能在一定程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)能，并不能達(dá)到保護(hù)人眼的 效果。因此，如何開發(fā)設(shè)計(jì)一種既可實(shí)現(xiàn)節(jié)能，又可保護(hù)人眼的液晶顯示屏，已成為目前 急需解決的技術(shù)難題之一。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有液晶顯示屏不能保護(hù)人眼的技術(shù)問題，提供了一種基于 人眼視覺特性曲線進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的液晶顯示裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為設(shè)計(jì)一種基于人眼視覺特性 曲線進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的液晶顯示裝置，包括一環(huán)境光檢測(cè)模塊、與環(huán)境光檢測(cè)模塊連接的CPU 模塊和與CPU模塊連接的液晶顯示屏，其中，所述液晶顯示屏包括一背光模組，環(huán)境光檢測(cè) 模塊檢測(cè)環(huán)境光并將檢測(cè)信號(hào)輸入CPU模塊處理，CPU模塊根據(jù)所述檢測(cè)信號(hào)輸出一調(diào)整 信號(hào)調(diào)整背光模組的亮度，所述環(huán)境光檢測(cè)模塊包括一可衰減近紅外光的雙敏感元。所述CPU模塊包括一 A/D轉(zhuǎn)換模塊、比較模塊和一脈寬調(diào)制信號(hào)生成模塊，其中， A/D轉(zhuǎn)換模塊接收環(huán)境光檢測(cè)模塊的輸出的檢測(cè)信號(hào)并將所述檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸 出，比較模塊根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔比較當(dāng)前檢測(cè)信號(hào)與前一檢測(cè)信號(hào)，脈寬調(diào)制信號(hào)生成 模塊根據(jù)當(dāng)前檢測(cè)信號(hào)與前一檢測(cè)信號(hào)的變化輸出占空比變化的脈寬調(diào)制信號(hào)給背光模 組調(diào)整其亮度。[0008]本實(shí)用新型通過設(shè)置一具有雙敏感元的環(huán)境光檢測(cè)模塊，其檢測(cè)環(huán)境光并將檢測(cè) 信號(hào)輸入CPU模塊處理，CPU模塊根據(jù)所述檢測(cè)信號(hào)輸出一調(diào)整信號(hào)調(diào)整背光模組的亮度。 由于環(huán)境光檢測(cè)模塊的雙敏感元可自動(dòng)衰減近紅外光，因此，人眼察覺不到的近紅外光的 變化不再能引起背光模組的亮度的變化，消除了現(xiàn)有技術(shù)可能引起的閃爍，有效的保護(hù)了 人的眼睛。

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1是本實(shí)用新型零件連接原理圖；圖2是本實(shí)用新型環(huán)境光檢測(cè)模塊優(yōu)選電路圖；圖3是本實(shí)用新型光電流與環(huán)境光強(qiáng)度特性曲線圖；圖4是本實(shí)用新型環(huán)境光檢測(cè)模塊伏安特性曲線圖；圖5是本實(shí)用新型工作原理流程圖；圖6是人眼視覺特性曲線圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型涉及的人眼視覺特性，特指人的視力與人眼所看到的物體的亮度的關(guān) 系。請(qǐng)參見圖6。圖6示出了人眼視覺特性曲線，其橫坐標(biāo)表示觀測(cè)物體的亮度，即物體上 單位面積上的發(fā)光強(qiáng)度，其度量單位為“尼特”。縱坐標(biāo)表示人的視力，即人眼能夠分辯兩個(gè) 距離很近物體的能力，通常稱為白地黑圈蘭道爾環(huán)視力。從曲線中可以看出，從0至3000尼 特的亮度范圍內(nèi)，視力都在隨亮度而上升，視力與亮度的幾乎成線性關(guān)系，即Y(E) ^KYE, 因此，人眼視力隨著被觀測(cè)物體的亮度增加而提高，隨亮度的減弱而降低。液晶電視背光模組亮度的最大標(biāo)稱值通常為450尼特(cd/m2)，通常液晶電視都 是在“滿幅”，即接近最大背光亮度的情況下工作，對(duì)于在光線明亮的環(huán)境下，如太陽光或強(qiáng) 日光燈照射的環(huán)境中，觀看電視可以達(dá)到圖像“通透”、彩色飽和度表現(xiàn)較好的效果。但對(duì)于 在暗環(huán)境下，尤其在晚上光線柔和的環(huán)境中觀看電視，由于環(huán)境光很暗，此時(shí)人眼視力會(huì)有 所下降，為了能更好的分辨視線范圍內(nèi)的物體，瞳孔會(huì)變大，即所謂的“暗適應(yīng)”。當(dāng)電視機(jī) 畫面呈現(xiàn)大面積亮場時(shí)，會(huì)有大量的強(qiáng)光射入人眼，從而引起人眼的不舒適，刺眼，長期觀 看會(huì)造成視覺疲勞。本實(shí)用新型的目的就是根據(jù)人眼的視覺特性，通過檢測(cè)周圍環(huán)境光的亮度，來控 制液晶電視背光模組的亮度，周圍環(huán)境光低，就降低背光模組的輸出亮度，反之，則提升背 光模組的輸出亮度。有效控制背光模組亮度降低的幅度是本實(shí)用新型的關(guān)鍵，如果降低太 多，電視圖像的彩色和細(xì)節(jié)表現(xiàn)能力也會(huì)下降，人的視覺能力會(huì)下降太多，超出了通過瞳孔 收縮來分辨事物的范圍。如果降低幅度不夠，又不能實(shí)現(xiàn)防至液晶電視刺眼的目的。如圖 6曲線中所示，橫軸方向上藍(lán)色和紅色的直線分別為450尼特和300尼特，可以看出，亮度 從450尼特下降到300尼特，人眼的視覺能力有一定的下降，為了更好的分辨事物，人眼瞳 孔會(huì)張大，如果此時(shí)電視機(jī)亮度也下降一定的幅度，就可以防止大量的強(qiáng)光進(jìn)入人眼，改善 了刺眼的問題。雖然300尼特下電視圖像的表現(xiàn)能力略有下降，但通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)對(duì)比度和 彩色飽和度，仍然能夠達(dá)到較好的圖像效果。[0019]本實(shí)用新型主要通過基于人眼視覺特性的IXD圖像亮度自適應(yīng)調(diào)節(jié)的方法，采用 的環(huán)境光檢測(cè)模塊內(nèi)置雙敏感元，自動(dòng)衰減近紅外，光譜響應(yīng)接近人眼函數(shù)曲線，有效解決 液晶電視刺眼的問題，保護(hù)人眼。請(qǐng)參閱圖1。本實(shí)用新型基于人眼視覺特性曲線進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的液晶顯示裝置主 要包括基于人眼光感應(yīng)曲線的環(huán)境光檢測(cè)模塊、CPU模塊、IXD顯示屏。其中環(huán)境光檢測(cè)模塊包括一雙敏感元和一放大過濾電路，其中，雙敏感元檢測(cè)周圍環(huán) 境光的變化，將其轉(zhuǎn)換為隨環(huán)境光變化的光電流，并可衰減近紅外光，光譜響應(yīng)接近人眼函 數(shù)曲線。其將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出給放大過濾電路。放大過濾電路放大雙敏感元傳來 的檢測(cè)信號(hào)，并將其放大、過濾后輸出給CPU模塊處理。請(qǐng)一并參閱圖2。圖2示出了一具體環(huán)境光檢測(cè)模塊電路圖，其中其中U1303為光 感元件，該元件可將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)3腳(IO)輸出，U1302A為運(yùn)算放大器，將U1303 輸出的直流電平進(jìn)行放大，經(jīng)周圍設(shè)置的電阻R、電容C等分離元件進(jìn)行濾波去干擾，以便 于后續(xù)CPU模塊對(duì)直流電平進(jìn)行采樣、量化。請(qǐng)參閱圖3、圖4。圖3為光電流與環(huán)境光強(qiáng)度特性曲線，由圖可知，從0至3000 尼特的亮度范圍內(nèi)，光電流與環(huán)境光強(qiáng)度呈線性變化，S卩I KIE。圖4為伏安特性曲線， 電壓隨光電流在正常工作范圍內(nèi)幾乎成正比關(guān)系變化，即V KvI0所以，環(huán)境光檢測(cè)模塊 輸出的電壓與環(huán)境光強(qiáng)度的關(guān)系即V(E) ^ KvKIE ^ KE,即環(huán)境光檢測(cè)模塊輸出的電壓隨 環(huán)境光強(qiáng)度成正比變化。而根據(jù)前述圖6的人眼視覺特性曲線可知Y(E) KYE，即人眼視 力隨環(huán)境光強(qiáng)度成正比變化。因此，環(huán)境光檢測(cè)模塊輸出的電壓和人眼視力都與環(huán)境光變 化成正比，那么環(huán)境光檢測(cè)模塊輸出的電壓也與人眼視力成正比變化，即V(E) ^ KEY(E)， AV(E) KE Δ Y(E)，當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)度變化Δ E時(shí)，環(huán)境光檢測(cè)模塊輸出的電壓隨人眼視力變 化 Δ V (E) ^ KE Δ Y (E)。CPU模塊包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、比較模塊和一脈寬調(diào)制信號(hào)生成模塊，其中，A/D轉(zhuǎn)換 模塊接收環(huán)境光檢測(cè)模塊的輸出的檢測(cè)信號(hào)并將所述檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出，比較 模塊根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔比較當(dāng)前檢測(cè)信號(hào)與前一檢測(cè)信號(hào)，脈寬調(diào)制信號(hào)生成模塊根據(jù) 當(dāng)前檢測(cè)信號(hào)與前一檢測(cè)信號(hào)的變化輸出占空比變化的脈寬調(diào)制信號(hào)給背光模組調(diào)整其 亮度。即CPU模塊的I/O 口將接收到的電壓值先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過軟件控制在T (η)時(shí) 刻定時(shí)檢測(cè)接收到的電壓值，并將接收到的電壓值與T(n-l)時(shí)刻做比較，如果有變化，CPU 將變化的電壓值通過線性計(jì)算，調(diào)節(jié)相關(guān)寄存器的參數(shù)，線性的改變輸出的PWM的占空比， 即APWM = Kp Δ V (E)。再將占空比變化的PWM信號(hào)輸出到液晶顯示屏。IXD顯示屏包括一液晶屏模組和給液晶屏模組提供光源的背光模組。由于IXD顯 示裝置本身不能發(fā)光，只能通過背光模組驅(qū)動(dòng)而被動(dòng)發(fā)光，所以液晶顯示屏的亮度隨背光 模組的亮度變化而變化。而背光模組的亮度是通過外界的PWM信號(hào)的占空比控制，當(dāng)pwm 的占空比增大，背光模組變亮，PWM的占空比減小，背光模組的亮度減小。背光模組亮度L與 PWM 占空比的函數(shù)關(guān)系為L = KLPWM+b，Δ L = KL Δ PWM = KPKL Δ V (E) KLKPKE Δ Y (E)， 由此可知，當(dāng)環(huán)境光亮度變化ΔΕ時(shí)，IXD顯示屏的亮度與人眼視力同時(shí)變化，并且呈正比 例變化。當(dāng)環(huán)境光變暗時(shí)，人眼視力稍有降低，此時(shí)瞳孔擴(kuò)張，增強(qiáng)了眼睛分辨事物的能力， LCD顯示屏的亮度同時(shí)降低，減小了功耗，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的作用。同時(shí)減少了大量的強(qiáng)光進(jìn)
5入人眼，從而防止液晶電視刺眼。請(qǐng)一并參閱圖5。本實(shí)用新型基于人眼的視覺特性曲線進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的液晶顯示 裝置的工作過程如下Sl 系統(tǒng)啟動(dòng)，環(huán)境光檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)周圍環(huán)境光的強(qiáng)度，并將檢測(cè)到的環(huán)境光 強(qiáng)度基于人眼視覺曲線轉(zhuǎn)換為模擬電壓，輸出到CPU的GPIO 口。S2 =CPU內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將檢測(cè)到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)。S3 :CPU軟件系統(tǒng)控制，定時(shí)讀取數(shù)字電壓值，并與前一次讀取的值做比較。S4:如果讀取到的電壓值無變化，就返回，等待下一下讀取，如果有變化，則根據(jù) 變化的電壓值進(jìn)行線性計(jì)算，疊加，調(diào)節(jié)相關(guān)寄存器的參數(shù)，輸出占空比變化的PWM信號(hào)給 IXD顯示屏，如果電壓值增力口，輸出的PWM的占空比線性增力口，如果電壓降低，輸出的PWM的 占空比線性減小。本實(shí)用新型的CPU根據(jù)環(huán)境光檢測(cè)模塊輸出的光電流來改變控制背光模組亮度 的PWM脈沖信號(hào)的變化，如何控制變化的頻率是實(shí)施方法的關(guān)鍵。頻率快可以更真實(shí)反映 環(huán)境光的變化，人眼對(duì)環(huán)境光強(qiáng)和電視圖像亮度的對(duì)比感覺越不敏感，但是軟件處理上會(huì) 占用過多的資源，另外，如果環(huán)境光有跳越性變化，會(huì)導(dǎo)致背光模組改變過快，容易引起圖 像的閃爍。相反的，如果控制頻率放慢，就不能實(shí)時(shí)反映出當(dāng)前環(huán)境光亮度變化的狀態(tài)。為 較好處理好兩者的變化關(guān)系，本實(shí)用新型采用了加權(quán)平均處理的方法。其實(shí)施方法是建立 一個(gè)緩沖數(shù)組，將連續(xù)讀取到的幾個(gè)電壓值依次存入該數(shù)組，之后對(duì)數(shù)組中的值進(jìn)行加權(quán) 平均處理后得到一個(gè)“平均值”，來控制PWM脈沖信號(hào)，進(jìn)而控制背光亮度。根據(jù)加權(quán)平均 數(shù)的計(jì)算公式Ua =Σ Ut*f/ Σ f，其中Ua為加權(quán)平均值，Ut是t時(shí)刻讀到的數(shù)據(jù)，f是權(quán) 重值，Σ f就是權(quán)數(shù)連加。本方法中，設(shè)置數(shù)組的長度為3，連續(xù)三個(gè)值的權(quán)重設(shè)置為0.6、 0. 4,0. 2，對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)為t，t-1，t-2。則當(dāng)前時(shí)刻的加權(quán)值公式表示為Ua = (Ut*0. 6+U (t-1) *0· 4+U (t_2) *0· 2) / (0· 2+0. 4+0. 6)。S5:液晶顯示屏根據(jù)接收到的PWM信號(hào)調(diào)節(jié)背光模組亮度，如果PWM信號(hào)的占空比 增大，背光模組管變亮，PWM的占空比減小，背光模組管的亮度減小。由于液晶顯示屏通過 背光模組管驅(qū)動(dòng)而被動(dòng)發(fā)光，所以液晶顯示屏的亮度隨背光模組管的亮度變化而變化，從 而實(shí)現(xiàn)了液晶電視亮度隨著環(huán)境光的變化而變化，并且變化曲線與人眼視覺特性曲線成正 比，當(dāng)環(huán)境光有變化時(shí)，液晶電視的亮度也隨之變化，人眼為了適應(yīng)亮暗變化，就會(huì)收縮瞳 孔，有效的活動(dòng)了眼肌，解決了液晶電視亮度恒定不變產(chǎn)生的刺眼和視覺疲勞等問題。本實(shí)用新型基于人眼視覺特性曲線來調(diào)節(jié)液晶電視亮度，使液晶電視的亮度變化 更接近人眼特性，在人眼幾乎察覺不到的情況下調(diào)節(jié)了 LCD電視的亮度，相比現(xiàn)有技術(shù)更 健康，更有效的解決了液晶電視刺眼的問題。
權(quán)利要求一種基于人眼視覺特性曲線進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的液晶顯示裝置，包括一環(huán)境光檢測(cè)模塊、與環(huán)境光檢測(cè)模塊連接的CPU模塊和與CPU模塊連接的液晶顯示屏，其中，所述液晶顯示屏包括一背光模組；所述環(huán)境光檢測(cè)模塊檢測(cè)環(huán)境光并將檢測(cè)信號(hào)輸入CPU模塊處理，CPU模塊根據(jù)所述檢測(cè)信號(hào)輸出一調(diào)整信號(hào)調(diào)整背光模組的亮度；其特征在于所述環(huán)境光檢測(cè)模塊包括一可衰減近紅外光的雙敏感元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人眼視覺特性曲線進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的液晶顯示裝置，其特 征在于所述CPU模塊包括一A/D轉(zhuǎn)換模塊、比較模塊和一脈寬調(diào)制信號(hào)生成模塊，其中，所 述A/D轉(zhuǎn)換模塊接收環(huán)境光檢測(cè)模塊的輸出的檢測(cè)信號(hào)并將所述檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)輸出，所述比較模塊根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔比較當(dāng)前檢測(cè)信號(hào)與前一檢測(cè)信號(hào)，所述脈寬 調(diào)制信號(hào)生成模塊根據(jù)當(dāng)前檢測(cè)信號(hào)與前一檢測(cè)信號(hào)的變化輸出占空比變化的脈寬調(diào)制 信號(hào)給背光模組調(diào)整其亮度。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種基于人眼視覺特性曲線進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的液晶顯示裝置，包括一環(huán)境光檢測(cè)模塊、與環(huán)境光檢測(cè)模塊連接的CPU模塊和與CPU模塊連接的液晶顯示屏，其中，所述液晶顯示屏包括一背光模組，環(huán)境光檢測(cè)模塊檢測(cè)環(huán)境光并將檢測(cè)信號(hào)輸入CPU模塊處理，CPU模塊根據(jù)所述檢測(cè)信號(hào)輸出一調(diào)整信號(hào)調(diào)整背光模組的亮度，所述環(huán)境光檢測(cè)模塊包括一可衰減近紅外光的雙敏感元。本實(shí)用新型基于人眼視覺特性曲線進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的液晶顯示裝置可有效保護(hù)人的眼睛。
文檔編號(hào)G09G3/36GK201765808SQ20102053425
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者劉永斌, 唐連滿, 姚方, 孫雷, 武沛鈞, 金立平, 高永剛 申請(qǐng)人:深圳創(chuàng)維－Rgb電子有限公司