Local dimming原理及在車載中的應用

周琨

摘 要：Local dimming（局部調光）是一種低成本提升車載顯示器對比度和清晰度的技術。在目前OLED技術尚無法突破嚴苛的汽車環境要求的狀況下，局部調光是一種首選的成本和性能兼顧的技術。在滿足汽車環境要求的同時，大幅提升了顯示器的清晰度，提高了顯示內容的辨識度，同時成本的上升也在合理范圍內。它能給客戶帶來更好的體驗，使駕駛更為安全。本文對它的工作原理以及如何應用進行了闡述，給讀者提供了一種思路和方法來提升車載顯示器的對比度。

關鍵詞：Local dimming原理 Local dimming應用 車載顯示器

1 引言

在當今以娛樂和信息為中心的世界里，在選擇車輛時，顯示屏在客戶心目中扮演著非常重要的角色。因此，汽車顯示器已集成在儀表盤、中央信息顯示器、平視顯示器、后視鏡、后座娛樂顯示器等應用中，每輛車最多達到12個顯示器。人們還希望在車內享受到和家庭娛樂系統、手機、平板電腦同等的優質視覺體驗。因此，需要更大、更高分辨率和更清晰的顯示器。目前有許多類型的顯示技術，包括薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）、OLED和MicroLED技術。TFT LCD技術以合理的成本提供了明亮可靠的顯示器，這也是到目前為止汽車中最常用的顯示器。

與消費類顯示器相比，汽車顯示器需滿足更多要求。必須足夠堅固不僅能承受惡劣的汽車環境（冷/熱沖擊、負載跳變、啟動/停止），但也包含額外的滿足ASIL（汽車安全完整性等級）要求的診斷安全標準，具有低電磁干擾（EMI），并且足夠小，可以安裝在有限的狹小空間內。此外，由于車輛是在戶外使用，強烈的環境光，使得對顯示器的亮度和對比度有著較高的要求。Local dimming（局部調光） 技術為用戶提供更清晰和高對比度的畫面。

2 Local Dimming原理簡介

傳統的TFT LCD的背光照明，采取邊緣照明的方式，即照明LED裝在屏幕的一側，通過導光板將光線均勻分布到整個屏幕。這樣做的缺點是整個屏幕的光線只能統一調整（不同區域的背光亮度一樣）。當屏幕中某個區域需要顯示純黑時，由于受背光的影響，實際顯示為深灰色，而不是真正的黑色，從而造成對比度不高，顯示不夠清晰。如圖一所示。

Local Dimming技術可以較好地解決這個缺陷。它采用全陣列LED照明方式（如圖二所示），LED沿面板表面均勻分布，每個LED或由幾個LED組成的小區域可以單獨控制，從全亮度到全暗。通過局部調光，可以獲得更深的黑色和更令人印象深刻的對比度。如圖2所示。

2.1 Local Dimming原理及實現方法

如圖4所示，System Board將視頻信號送給TCON（Timing Controller），TCON根據視頻信號，提取出各區域畫面的亮度信息，并轉換為各區域的背光控制信號，以SPI的方式，送給LED Driver。從而實現，根據顯示的內容，實時的調整各區域的背光亮度，從實現真黑和高對比度。

2.2 Local Dimming TCON 算法說明

通過分析目標圖像的特征（例如每個背光片段的局部直方圖和平均像素強度），得到每幀圖片相對應的，各區域的明暗圖。圖片傳送到LCD顯示的同時，背光控制信號同步控制各區域的背光亮度。即畫面較暗區域的背光亮度會下降（全黑畫面的區域，背光照明會被關閉），畫面較亮區域的背光亮度會得到提升。圖5為顯示的畫面，圖6為分析后，各區域的背光亮度信息。

3 Local Dimming在車載中的應用舉例說明

如圖7所示：Local Dimmig的功能由HX8880（TCON）+TLC6C5748（LED Driver）來實現。

HX8880 的功能BLOCK如圖8所示，視頻信號接口為DP（Display Port），LED驅動信號通過SPI口輸出。

電源的控制時序如圖9所示：

輸入的視頻信號需滿足以下表1、圖10要求：

視頻信號進入TCON后，TCON會對每一幀信號進行分析，得出各區域的亮度控制數據，數據的序號按以下圖11方式命名。

HX8880 Local Dimming支持最大2500個區域的劃分，水平4～120列，垂直4～120行。TLC6C5748（LED Driver）接收到來自TCON的驅動數據后，按照數據控制各區域的背光亮度。

TLC6C5748及其周邊的構成如圖12所示。

TLC6C5748 具有48個控制通道，可以分別控制48個區域的LED，如果需要將背光劃分更多的區域，則可以通過增加TLC6C5748的顆數來實現。

通過上述的說明，相信大家對Local Dimming的原理及使用方法有了一定的認識。Local Dimming的應用可以在合理的成本前提下，讓用戶獲得更清晰的畫面，更好的視覺體驗。

參考文獻：

[1]Implementing Automotive Displays with SerDesDaisy Chaining & Local Dimming Backlight Architecture–REVISED 2022.

[2]Automotive 144-Zone Local Dimming Backlight Reference Design–REVISED OCTOBER 2018.