LEDs für Displays ansteuern

Verbesserter Kontrast dank analoger und digitaler Dimmverfahren

Seite: 2/3

Firmen zum Thema

Die Helligkeit präzise auf den Inhalt des Bildes abstimmen

Durch die Aufteilung der Hintergrundbeleuchtung in Segmente kann die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung präzise auf den Inhalt des Bildes abgestimmt werden, das in dem von jedem Segment bedienten kleinen quadratischen Displaybereich angezeigt wird. Tiefdunkle Blau- und helle Weißtöne können somit gleichzeitig angezeigt werden.

Dieser Ansatz des lokalen Dimmmings erfordert eine Synchronisation des LED-Treibers mit dem Video- oder Grafikprozessor (GPU). Lässt das die Schnittstelle zwischen den Geräten zu, kann der Treiber für die Hintergrundbeleuchtung direkt von der GPU gesteuert werden.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Der LED-Controller AS3824 von ams ermöglicht lokales Dimming. Das Bild 2 zeigt, wie ein vertikales Synchronisationssignal (VSYNC = eine patentierte Funktion der LED-Controller von ams) eingesetzt werden kann, um den Bildinhalt mit dem LED-Controller zu synchronisieren. Damit lässt sich die Helligkeit zur exakten Zeit einstellen. Das Diagramm zeigt, dass in Frame 1 ein helles Bild ein sehr hohes PWM-Tastverhältnis in Segment 1 erfordert, während Segment n ein geringeres PWM-Tastverhältnis aufweist, weil es ein dunkleres Bildelement wiedergibt. In Frame 2 hat sich der Bildinhalt geändert was zur Folge hat, dass die Helligkeit der Segmente angepasst werden muss. Anweisungen für neue PWM-Tastverhältnisse in Segment 1 und Segment n werden von der GPU während Frame 1 gesendet, und die Signale der Segmente werden mit der ansteigenden Flanke von Frame 2 aufgefrischt.

Bild 2 zeigt eine Verzögerung zwischen der an-/absteigenden Flanke des VSYNC-Signals und der ansteigenden Flanke des PWM-Signals. Der erwähnte Controller ermöglicht es, die Verzögerung zu programmieren. Hierdurch kann der Display-Hersteller die Einschaltverzögerung der LCD-Pixel kompensieren, so dass die LEDs genau zur gleichen Zeit wie die Pixel eingeschaltet werden, wodurch die Bildqualität verbessert und der Stromverbrauch minimiert wird. Die Verzögerung der PWM-Einschaltung reduziert außerdem die Belastung der LED-Versorgungsspannung, so dass das System weniger Rauschen und Interferenzen erzeugt.

Analoges Dimmen steigert die Spitzenhelligkeit

Mehrkanal-LED-Controller wie der AS3824, mit dem sich 16 Kanäle individuell steuern lassen, ermöglicht eine granulare lokale Dimming von Display-Segmenten. Bis zu 32 der ICs lassen sich über SPI-Schnittstelle in Reihe schalten, um Displays mit mehr als 16 Segmenten zu steuern (Bild 3). Dennoch stehen die Hersteller von HDR-Displays weiterhin vor dem Problem, ein vernünftiges Kontrastverhältnis zu erzielen.

Wie lässt sich die Spitzenhelligkeit über 1000 cd/m² steigern und dabei gleichzeitig die Fähigkeit zur Wiedergabe sehr dunkler Farben beibehalten? Die Antwort ist eine analoge Methode des AS3824, um den PWM-gesteuerten Strom zu erhöhen. Hierdurch kann der vom PWM-Signal gesteuerte LED-Strom um einen Faktor von bis zu 8 über Ausgangsniveau erhöht werden, um die hellsten Segmente eines Bildes angemessen zu hinterleuchten. Gleichzeitig könnte der dunkelste Kanal einen analogen LED-Strom von 10 Prozent seines Basiswertes, eingeschaltet für das minimale PWM-Tastverhältnis (lediglich 0,1 Prozent), aufweisen.

Der Dynamikbereich des digitalen PWM-Signals des Dimming-Schemas bleibt unverändert, aber die zusätzliche Analogskala erweitert den gesamten (analogen und digitalen) Dynamikbereich (Bild 4). Das zusätzliche analoge Dimmen wird durch in den AS3824 integrierte DACs mit einem Referenzspannungsausgang ermöglicht, der vom Videoprozessor oder der GPU des Displays bestimmt wird. Die Referenzspannung an einem externen Widerstand steuert die Amplitude des LED-Stroms pro Kanal. Tatsächlich ergibt sich durch die Anwendung der analogen Stromsteuerung ein Stromschema, das auf gleichzeitiger Pulsweitenmodulation und Pulsamplitudenmodulation beruht.

(ID:44443446)