LCD显示屏出现闪烁的原因与解决

2006-12-29 11:43:34来源: 无线电技术
比较CRT与LCD两类显示屏时,其中一项最为普遍见到的差别是闪烁问题。一般都会以为CRT显示屏有闪烁,而LCD则没有,查实两类显示屏皆有某程度上的闪烁,机制上的差异和纠正方法影响到成功率。本文讲述LCD显示屏上出现闪烁的原因,并且提出避免闪烁的方法。

LCD显示技术

液晶体显示屏(LCD)於1973年出现於计算器上,首个LCD是嵌入有七段字画,让数字得以被显示。下一代LCD则於1980年面世,属於点阵式(dot-matrix)显示,除显示数字外,还有字符和图形,比如是简单的单色电脑显示屏或者流行的“电子宠物” 他妈哥池。这些矩阵设计藉著启动阵中的行与列的像素作为控制,取代了每一像素需一条独立的控制线。至1980年代末,彩色滤光片成功地嵌入LCD设计里面。自始以後,历代产品皆集中於屏幕尺寸、显示器重量,能量效益、视角等提升上。


图1. 通过施加电压控制液晶体分子的垂直排列情况,光线可沿著分子穿过。

虽然不断改良,但是LCD显示屏的基本操作仍旧不变。LCD显示屏的像素阵不断地被背底光照耀,久的光消除了在CRT发现的一类闪烁(磷点随每一刷新周期作脉动闪光))。反之,LCD像素夹在上下两块带有彼此垂直坑纹的玻璃板之间,如图1所示。这些坑纹对准液晶体,组成通道,给背底光通过往屏幕的前方。透射的光量取决於液晶体的方位。并且与施加的电压成比例。

上下两板是彼此垂直偏光的。两板之间的电压调校液晶体於扭曲模式中,以配合每一板的偏光。来自背底光的光线穿过已调校的液晶体。反之,当液晶体没有被调校时,光线就被阻隔,调校的分量与施加电压成比例,并且担当为光度控制。


表1. 列出各种不同视像格式的像素阵列大小

外层板是滤色镜片(RGB),红、绿、蓝区(每一称为子像素)被纳入於每一像素里,与每一原色相关的色区被分开寻址,故此能够显示全色彩和光度。像素数目决定了显示屏的清晰度。表1列出各种不同视像格式的像素阵列大小。须注意像素阵列大小的数目不是直接转为宽高比,因为像素不是呈典型的正方形。

LCD闪烁的原因


图2. LCD显示屏中闪烁的视觉例子。
(a)(左图)LCD经优化的闪烁。         (b)(右图)LCD有过量闪烁

在LCD显示屏上的闪烁有别於CRT,LCD闪烁乃本身呈现褪色,而并非是脉动光。如图2a及2b所示,图2a是LCD显示屏经己被调节至减少闪烁,而图2b是LCD有过强闪烁,这是因为LCD的刷新率高达300Hz所致。

图3. 单一LCD像图之电路

图3所示为驱动单一LCD像素的电路。极电压充电为一个开关,一般被放大至成为-5V至20V,视频源极上一般电压范围由0V至10V,提供出现在像素上的亮度信息。像素下面是被连接到屏幕的底板,在这节点上的电压为Vcom。

这种布局方式虽发挥作用,但却减低屏幕寿命,假定Vcom电压在地。像素上的电压变化由0V至10V,假定平均为5V,这就有重大的DC电压在每一像素的两端,这DC电压造成电荷储存。在长期来讲,因著像素上的电极电镀

有离子杂质而令到像素恶化,这是导致影像残留的原因,常见於旧的TFT-LCD屏板上颜色变淡。

LCD屏幕的结构是对称的(图1),正压与负压任一个都可利用来调校液晶体,其中可以充份利用这方面的是将公共电压移到视频信号的中点(5V),现在视频信号上下摆动於公共电压(Vcom)上,於是在像素上制造出一个“净零效果”(net-zero effect)。这个发生在液晶体上的净零效果消除了老化和影像残留问题。这种技术要在清晰度上作出协调,因为视频信号行走5V至全亮度,代替10V。

 
图4. 交替帧中对於三种反转模式的LCD像素相位分布∶帧反转、线反转、点反转。

要在显示屏上获得一个净零效果,可以在整个LCD画面上使用各种不同的反转模式(图4)。最简单类型是帧反转(Frame Inversion),在这种驱动方法下,画面上每一像素都在继後每一帧中反转了。帧反转在像素上造出一个相对於时间的净零效果。其他两种方法都是纳入於每一帧内的反转,线反转(line inversion)在每一水平线上交替改变相位。线反转的交替方式施加在一对水平线的公共相位上(而非单一线),称为线对反转(line-paired inversion)。点反转(dot inversion)是反转每一相邻像素的相位 好像西洋象棋的棋盘。三种方法也是在像素上造出相对於时间的净零效果。反转模式由厂方选择,并将之嵌入在驱动电路里。在所有情况当中,每一显示帧都是交替反相的。

Vcom电压需准确放置在视频信号中点上才能避免闪烁。当要说明为何显示屏会闪烁,假定因为制造屏幕的关系。Vcom定在5.5V。倘若视频信号摆动於0V与10V之间,满度电压就会在每一图场有所差别,在一图场上满度电压是4.5V,而在另一图场的满度电压是5.5V,在满度电压中这个差异会转化为光度差,於是出现闪烁。

图5. 使用光敏传感器EL7900测量屏幕的闪烁

图5示出有与无闪烁下的画面光强差别,浅色波形有较大DC电平,录得画面没有闪烁,是次测量利用一个EL7900光敏传感器。光敏传感器将光强转变为电流,电流越大,在示波器上产生的电压偏转也越大。

为了让大家明白这些结果,首先需知道有两种LCD画面∶“白”画面与“黑”画面。白画面在缓和状态中(没有电压施加在液晶体上)给光通过液晶体,而黑画面则在缓和状态中阻隔全部光。当施加在液晶体上的电压增加时,液晶体旋转。此举阻隔更多光(正如在白画面的情况)或者让更多光通过(正如在黑画面的情况)。屏幕测试是白画面,所以液晶体上施加的电压越大,画面就越暗。倘若Vcom电压准确设定在中间(无闪烁),那麽,平均AC电压便是零,画面仍会是在其最亮点。倘若Vcom电压不在中间。那麽,结果AC电压就会更高,於是画面亮度会较暗。

图2b中的褪色是由於Vcom电压不平衡导致液晶体上错误电压所造成,并非是整体光强问题。

消除LCD闪烁的方法


 图6. (a)(左图)使用机械式电位器调节VCOM。(b)(右图)使用数控电位器调节VCOM。

由於每一LCD显示屏在结构上都有变化,最佳Vcom电压值在LCD与LCD之间会有差异,所以,原设备制造商必须调节每一台出厂的显示屏,消除这种闪烁,对於小显示屏来讲,可视底板为一个低阻抗地,这样可加添一个电位器作为公共电压调节,一般来讲,使用机械电位器及需要额外的工时。对於小屏幕来讲

这是可接受的,纵使在大屏幕方面。准确较低及在组装期间很容易被破坏,需整个组件更换。超过19英寸的屏幕,底板再不能视作为单一的低阻抗节点,需在屏幕不同位置上作多重修正,也许要多至五个局部补偿网络,四个在角落,一个在中间,在这情况下∶数控电位器(Digitally Controlled Potentiometer, DCP)可以给制造商自动处理该项加工,对於大屏幕而又无法实行人手调校来讲是有必要的。图6a和图6b示出机械与数控电位器的解决方案。


图7. DCP软件可编程VCOM之应用电路

从机械式电位器转换到DCP和系统实行方法查实很简单,图7所示为DCP软件编程Vcom驱动器的应用电路,ISL45042为电流输出型、非易失性DCP,可操作於AVDD高达20V,ISL45042采用双线、上下界面,是极之准确的7 bit器件,分辨率有128级,所需的Vcom值可储存於板上的EEPROM。数字电路的电压范围由2.25V至3.6V。这使到它能与当今所采用的许多控制器接界。模拟电源施加於模拟电阻梯上,可操作於4.5V至20V,对於一般需少於10V模拟电源的小屏幕和需大於15V模拟电源的大屏幕来讲这是一个重要特徵。DCP输出电压经缓冲及EL5111放大器(180mA输出电流)往Vcom总线

与流行的看法完全相反,LCD显示屏是存有闪烁的,不过简单的电位器调节是可以减低该影响,因为LCD闪烁出现在公共电压的偏移上,而并非在刷新信号上。

随著LCD越来越流行和屏幕尺寸不断增大,在底板上的单一点人手调节不再可行了,使用ISL45042 DCP和EL5111 Vcom缓冲器便可在底板的多点上进行Vcom偏移自动修正,效果更为明显。

关键字:CRT  像素  控制

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/ledanddisplay/200612/7676.html
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