面向TFT-LCD面板的高級(jí)Gamma校準(zhǔn)系統(tǒng)

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，LCD產(chǎn)品的上市時(shí)間成為制約產(chǎn)品市場(chǎng)銷量的關(guān)鍵因素。過(guò)去，工程設(shè)計(jì)人員需要一個(gè)星期才能獲得特定TFT-LCD面板的最佳Gamma電壓和VCOM電壓，而利用AGCS可以將Gamma電壓和VCOM電壓的優(yōu)化過(guò)程縮短到幾秒鐘以內(nèi)。

LCD面板的用戶對(duì)于面板的Gamma規(guī)格要求非常嚴(yán)格，因此，LCD制造商必須針對(duì)每個(gè)面板模塊建立Gamma曲線，而生產(chǎn)過(guò)程中不同面板Gamma電壓的差異超出了用戶對(duì)Gamma參數(shù)的要求。LCD模塊廠商可以借助AGCS在生產(chǎn)線上對(duì)每塊面板進(jìn)行微調(diào)。

本文介紹了一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)，能夠在工程試驗(yàn)中對(duì)TFT-LCD面板進(jìn)行Gamma和閃爍校準(zhǔn)，最終目標(biāo)是將高級(jí)Gamma校準(zhǔn)系統(tǒng)(AGCS)嵌入到TFT-LCD生產(chǎn)線。AGCS軟件運(yùn)行在個(gè)人計(jì)算機(jī)，執(zhí)行以下操作：

液晶顯示模塊(LCM)的顯示測(cè)試模板;利用Konica Minolta CA-210測(cè)量亮度和閃爍;利用快速算法軟件建立Gamma曲線，抑制閃爍;將Gamma和VCOM代碼燒錄到Maxim的MAX9669 16通道可編程Gamma芯片，同時(shí)提供可編程VCOM。

AGCS最終可以在一定的灰度等級(jí)范圍內(nèi)(而不僅僅是在一個(gè)灰度等級(jí))降低閃爍。

圖1：AGCS系統(tǒng)框圖。

圖1所示為AGCS系統(tǒng)原理框圖，軟件指令控制計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)字視頻接口(DVI)發(fā)送視頻測(cè)試模板。TFT-LCD面板隨后顯示測(cè)試模板。接下來(lái)，軟件通過(guò)USB接口向Konica Minolta CA-210 (LCD彩色分析儀)發(fā)送指令，測(cè)量面板的亮度和閃爍(CA-210的遠(yuǎn)端光學(xué)探頭應(yīng)該置于面板前方)。AGCS軟件計(jì)算Gamma和VCOM代碼，并通過(guò)USB和I2C接口將其裝載到MAX9669的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)寄存器。MAX9669具有16個(gè)可編程Gamma緩沖通道和1路可編程VCOM放大器。此外，器件內(nèi)部提供多時(shí)間編程(MTP)存儲(chǔ)器(圖2所示)。利用MTP存儲(chǔ)器能夠?qū)amma和VCOM代碼寫(xiě)入非易失存儲(chǔ)器，并在上電時(shí)裝載到DAC寄存器。

圖2：MAX9669可編程Gamma緩沖器，帶有MTP。

下列式(1)、(2)和(3)給出了Gamma曲線、亮度和亮度誤差的表達(dá)式。

式中，T(j)為L(zhǎng)CD在灰度等級(jí)j的能見(jiàn)度，對(duì)于8位面板，j = 1至255;L(j)為灰度等級(jí)j的亮度，?(j)為亮度誤差，LT(j)是由式(2)計(jì)算得到的目標(biāo)亮度。當(dāng)亮度誤差在用戶定義的容限范圍以內(nèi)時(shí)，即可進(jìn)行成功的Gamma校準(zhǔn)。從圖3 Gamma校準(zhǔn)曲線可以看出，利用AGCS能夠?qū)⒆畲罅炼日`差從42%降至23%。本文介紹的測(cè)試平臺(tái)能夠在13秒內(nèi)完成Gamma校準(zhǔn)。

圖3：Gamma曲線和誤差函數(shù)。

為了降低殘余直流電壓(該電壓可能導(dǎo)致圖像殘留)，像素兩端的電壓需要逐幀在正極性和負(fù)極性之間交替轉(zhuǎn)換。但是，由于寄生電容的存在仍然會(huì)駐留直流成分，從而導(dǎo)致亮度在從正極性變換到負(fù)極性時(shí)發(fā)生變化。這種亮度變化稱為閃爍，為減小閃爍，可以在生產(chǎn)線上調(diào)整每個(gè)面板的共模電壓(VCOM)，以消除像素上殘留的直流電壓。操作人員可以在生產(chǎn)線上觀察顯示屏，調(diào)整機(jī)械電位器的抽頭來(lái)改變VCOM電壓。

圖4：針對(duì)MAX9669的10位DAC和8位灰度等級(jí)優(yōu)化VCOM DAC碼與灰度等級(jí)特性。

可編程VCOM緩沖器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)，無(wú)需機(jī)械電位器。AGCS利用快速跟蹤算法進(jìn)行閃爍修正，針對(duì)某個(gè)灰度等級(jí)的校準(zhǔn)操作可以在2秒鐘內(nèi)完成，圖4給出了VCOM針對(duì)不同灰度等級(jí)的優(yōu)化。AGCS可以均衡VCOM，通過(guò)調(diào)整Gamma電壓獲得整個(gè)灰度等級(jí)范圍內(nèi)的最佳VCOM電壓。圖5(a)所示是對(duì)40”LCD面板進(jìn)行VCOM均衡的校準(zhǔn)結(jié)果，校準(zhǔn)后的VCOM DAC碼如圖中綠點(diǎn)所示，目標(biāo)VCOM值為粉色圓圈，初始VCOM值為藍(lán)色圓圈。校準(zhǔn)后的VCOM與目標(biāo)VCOM的差異不會(huì)超出?2LSB，而10位DAC的初始誤差為?6LSB (1LSB約等于16mV)。

圖5所示AGCS GUI包含四個(gè)標(biāo)簽：Hardware、Equalized VCOM、Flicker和Gamma。Hardware標(biāo)簽提供手動(dòng)編程Gamma和VCOM電壓的函數(shù);Flicker標(biāo)簽包含閃爍測(cè)量功能，具有不同的測(cè)試模板和白色、綠色彩色選擇。Gamma標(biāo)簽允許用戶測(cè)量并校準(zhǔn)Gamma曲線; Equalized VCOM標(biāo)簽提供一系列的Gamma校準(zhǔn)和VCOM均衡。

在Gamma標(biāo)簽中點(diǎn)擊Calibrate按鍵開(kāi)啟Gamma校準(zhǔn)，AGCS畫(huà)出一條紅色曲線，代表用戶定義的必須滿足的Gamma曲線。AGCS測(cè)量顯示板的Gamma曲線，用藍(lán)色顯示。如果Gamma值不能滿足容限要求，AGCS將利用跟蹤算法校準(zhǔn)Gamma電壓，已獲得所要求的Gamma曲線。綠色曲線顯示是否完成校準(zhǔn)。

閃爍測(cè)量包括以下過(guò)程：設(shè)置閃爍模板、編程VCOM電壓、讀取閃爍電平、啟動(dòng)快速算法計(jì)算降低閃爍電平的最佳VCOM電壓。

VCOM均衡將執(zhí)行一系列AGCS和均衡VCOM (或EVCOM)校準(zhǔn)過(guò)程。EVCOM中，通過(guò)調(diào)節(jié)Gamma電壓、測(cè)量閃爍電平使閃爍降至最小。目標(biāo)VCOM電壓如粉色圓圈所示，校準(zhǔn)后的VCOM電壓如藍(lán)色圓圈所示，最終得到的VCOM電壓用綠色圓圈表示。AGCS和EVCOM可能需要幾次重負(fù)過(guò)程得到最終結(jié)果。由此，AGCS軟件允許用戶定制AGCS和EVCOM過(guò)程。由于絕大多數(shù)LCD面板只能設(shè)置一個(gè)VCOM電平，Equalized VCOM標(biāo)簽的功能可確保獲得最佳的Gamma和閃爍指標(biāo)。