張騰 張秀琴 梁利生 許益禎

摘 要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)TFT LCD RGB屏的畫質(zhì)評(píng)價(jià)，建立了TFT LCD RGB屏驅(qū)動(dòng)電壓紋波對(duì)畫質(zhì)影響的測(cè)試，對(duì)TFT LCD RGB屏的電源系統(tǒng)所采用驅(qū)動(dòng)電壓的紋波以及測(cè)試畫面畫質(zhì)等進(jìn)行研究。首先，根據(jù)TFT LCD RGB屏的驅(qū)動(dòng)電壓介紹了電壓調(diào)適流程以及要求。接著，以主要的測(cè)試畫面： 輕載以及重載畫面為例分析了典型的驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)適法，以32HD TFT LCD RGB屏為基礎(chǔ)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電壓紋波調(diào)適。然后，在分析比較光學(xué)的基礎(chǔ)上，說明了以驅(qū)動(dòng)電壓紋波的控管方法來進(jìn)行畫質(zhì)評(píng)價(jià)的優(yōu)勢(shì)。最后，介紹了TFT LCD RGB屏的驅(qū)動(dòng)電壓的紋波校正法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過驅(qū)動(dòng)電壓紋波的控管方法來管控TFT LCD RGB屏的畫質(zhì)是可行的?；緷M足TFT LCD RGB屏可以經(jīng)過控管驅(qū)動(dòng)電壓紋波的方法來進(jìn)行管控畫質(zhì)的要求。

關(guān)鍵詞：TFT LCD RGB屏；驅(qū)動(dòng)電壓紋波；電壓紋波管控

中圖分類號(hào)：TM923.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）19-0007-05

Abstract： In order to evaluate the image quality of the TFT LCD RGB screen， the influence of the driving voltage ripple of the TFT LCD RGB screen on the image quality is established， and the ripples of the driving voltage used in the power supply system of the TFT LCD RGB screen and the picture quality of the test screen are studied. First of all， according to the driving voltage of the TFT LCD RGB screen， the voltage adjustment process and requirements are introduced. Then， taking the main test pictures： light load and heavy load picture as an example， the typical driving voltage adjustment method is analyzed， and the driving voltage ripple adjustment is carried out based on 32HD TFT LCD RGB screen. Then， based on the analysis and comparison of optics， the advantages of the control method of driving voltage ripples for image quality evaluation are explained. Finally， the ripple correction method of driving voltage of TFT LCD RGB screen is introduced. The experimental results show that the control method of driving voltage ripples to control the image quality of TFT LCD RGB screen is feasible. It basically meets the requirements that the TFT LCD RGB screen can control the image quality by the method of controlling the driving voltage ripples.

Keywords： TFT LCD RGB screen； drive voltage ripple； voltage ripple control

1 概述

隨著TFT LCD產(chǎn)品的大型化且高分辨率化，對(duì)TFT LCD RGB產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)試的準(zhǔn)確度和驅(qū)動(dòng)電壓紋波檢測(cè)的正確性要求越來越高。驅(qū)動(dòng)電壓紋波由管控驅(qū)動(dòng)電壓的電壓紋波振幅值來評(píng)估畫質(zhì)，此驅(qū)動(dòng)電壓紋波的計(jì)量方式一直是驅(qū)動(dòng)電源電路的主要評(píng)估點(diǎn)，但不論如何管控驅(qū)動(dòng)電壓的電壓紋波均需滿足畫質(zhì)要求。

本文在TFT LCD RGB屏驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上來建立驅(qū)動(dòng)電壓的紋波管控，并可以滿足系統(tǒng)算法來管控TFT LCD RGB屏的畫質(zhì)需求。現(xiàn)證明將TFT LCD RGB屏的驅(qū)動(dòng)電壓紋波管控方法應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的光學(xué)及畫質(zhì)領(lǐng)域，在保證光學(xué)測(cè)量要求的同時(shí)，可以達(dá)成對(duì)TFT LCD RGB屏的驅(qū)動(dòng)電壓紋波進(jìn)行定量管控等特點(diǎn)。

2 TFT LCD RGB屏驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)構(gòu)成及其工作原理

2.1 TFT LCD RGB屏驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

圖1為TFT LCD RGB屏驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的硬件構(gòu)成。它主要由：a.邏輯驅(qū)動(dòng)電源子系統(tǒng)；b.Panel柵極驅(qū)動(dòng)電源

子系統(tǒng)以及；c.模擬電源驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)等組成。邏輯驅(qū)動(dòng)電源子系統(tǒng)由邏輯驅(qū)動(dòng)電源生成部，Panel驅(qū)動(dòng)IC邏輯電源需求部，Panel像素計(jì)算IC邏輯電源需求部等構(gòu)成。模擬電源驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)由模擬電源生成部以及Panel模擬電源需求部，Panel參考電壓電源需求部等組成。具體運(yùn)行方式為：1.系統(tǒng)輸入電源，進(jìn)入邏輯以及模擬電源生成子系統(tǒng)，生成各路邏輯電源電壓，以及各路模擬電源電壓。2.依據(jù)Panel驅(qū)動(dòng)IC以及其他IC的需求制定的電壓生成順序依次產(chǎn)生所有驅(qū)動(dòng)電源電壓來驅(qū)動(dòng)整體TFT LCD RGB屏系統(tǒng)。

2.2 TFT LCD RGB屏驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的工作原理

TFT LCD RGB屏的驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)的基本工作原理為：

（1）驅(qū)動(dòng)TFT LCD Device的開關(guān)所使用的高壓（打開Device）以及低壓（關(guān)閉Device）。

（2）對(duì)TFT LCD中的像素電容充電來驅(qū)動(dòng)液晶所需要的驅(qū)動(dòng)電壓，其中包含一個(gè)全壓仿真電壓和一個(gè)半壓仿真電壓、用來當(dāng)作DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換電路）所需要的Gamma電壓以及驅(qū)動(dòng)像素電極時(shí)所需要的參考電壓。

（3）TFT LCD RGB屏驅(qū)動(dòng)電路中的各IC芯片上所需要使用的驅(qū)動(dòng)電壓，其中包含時(shí)序控制IC、內(nèi)存IC以及TFT LCD 源極驅(qū)動(dòng)芯片等所需要的驅(qū)動(dòng)電壓（包含了所有的邏輯電壓以及核心驅(qū)動(dòng)電壓）。

首先，將輸入電源輸入驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)之后，分出邏輯電源電壓（所有的邏輯電壓以及核心驅(qū)動(dòng)電壓）并產(chǎn)生一階的仿真電源電壓（全壓仿真電壓和半壓仿真電壓）。

其次，產(chǎn)生二階的模擬電壓，開關(guān)所使用的高壓（打開Device）和低壓（關(guān)閉Device），以及像素電極的參考電壓。

最后，產(chǎn)生Gamma電壓使之可以達(dá)到精確的光學(xué)特性。

由圖2可知，由電源產(chǎn)生設(shè)備和圖像產(chǎn)生設(shè)備作為信號(hào)源，通過電壓測(cè)量設(shè)備獲取待測(cè)TFT LCD屏的各路電壓，通過校正最終可以完成TFT LCD屏的電壓產(chǎn)生確認(rèn)。

3 TFT LCD RGB Panel驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)電壓紋波的評(píng)估

3.1 驅(qū)動(dòng)電壓紋波的產(chǎn)生

TFT LCD電源信號(hào)輸入后，作用于TFT LCD Panel電子電路之中的實(shí)體轉(zhuǎn)換電路，根據(jù)目前實(shí)際應(yīng)用可以列出至少兩種轉(zhuǎn)換的電子電路，分別是：

第一種由Boost升壓電路系統(tǒng)為橋梁，建立TFT LCD Panel電路驅(qū)動(dòng)關(guān)系，電路拓?fù)浼暗刃D如圖3（a）、圖3（b）所示。

Boost升壓電路的算式如下：

（1）

（2）

令（1）=（2），得：

（3）

（4）

（5）

（6）

可以由Duty（占空比）來設(shè)置輸出電壓。

第二種為Buck降壓電路系統(tǒng)，通過直接降壓方式來定TFT LCD Panel電路的驅(qū)動(dòng)關(guān)系，電路拓?fù)浼暗刃D如圖4（a）、圖4（b）所示。

Buck降壓電路的算式如下：

（7）

（8）

令（7）=（8），得：

（9）

（10）

（11）

可以由Duty（占空比）來設(shè)置輸出電壓。

在開關(guān)電源中，一般輸出電壓都會(huì)產(chǎn)生紋波，這是由于開關(guān)電源中的開關(guān)管在運(yùn)行過程中不斷地導(dǎo)通和關(guān)斷，導(dǎo)致電路中電感電流在輸出電流的有效值上下波動(dòng)，因此電路產(chǎn)生的輸出電壓也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與開關(guān)管同頻率的電壓紋波。

當(dāng)開關(guān)電源的輸出電壓紋波過大時(shí)，會(huì)對(duì)電路后端負(fù)載的正常工作帶來不利影響，因此我們一般會(huì)在電路的輸出端增加電容來減小輸出電壓的紋波。圖5表示了開關(guān)電路中電感電流隨時(shí)間的變化關(guān)系，根據(jù)式（12）可以計(jì)算出電路輸出端的電容值，電路輸出端的電容值與輸出電壓紋波的控制可由此來設(shè)置。

（12）

3.2 驅(qū)動(dòng)電壓紋波的調(diào)整與畫質(zhì)相關(guān)性

本文基于32HD TFT LCD RGB屏的各種測(cè)試畫面來驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)電壓紋波和顯示畫質(zhì)的相關(guān)性。應(yīng)用于實(shí)際光學(xué)調(diào)整時(shí)，各電壓會(huì)呈現(xiàn)出不同的負(fù)載需求進(jìn)而呈現(xiàn)于驅(qū)動(dòng)電流波形之上，在此狀態(tài)之下進(jìn)行TFT LCD RGB屏的電壓電流紋波校正，且可同時(shí)對(duì)光學(xué)校正進(jìn)行確認(rèn)。具體操作為由圖像產(chǎn)生設(shè)備輸出測(cè)試畫面，當(dāng)屏上畫面顯示后確認(rèn)各路驅(qū)動(dòng)電壓電流紋波并進(jìn)行校正，待紋波滿足規(guī)格要求并確認(rèn)畫面正常時(shí)，在此狀態(tài)下進(jìn)行光學(xué)校正。

本文針對(duì)32HD TFT LCD RGB屏常見的測(cè)試畫面，采用相應(yīng)的測(cè)量方式進(jìn)行了輸入變化測(cè)試、負(fù)載變化測(cè)試，具體步驟為：

3.2.1 輸入電壓變化時(shí)各路驅(qū)動(dòng)電壓的確認(rèn)

一般輸入電壓變動(dòng)范圍為：0.9Vin<=Vin<=1.1Vin，當(dāng)輸入電壓在此范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的線性調(diào)節(jié)范圍可由式（13）表示，圖6表示了輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響。

輸入變化測(cè)試下，驅(qū)動(dòng)電壓紋波數(shù)值分析結(jié)果如表1所示。

當(dāng)輸入電壓分別在最大值、典型值、最小值時(shí)，各路輸出電壓的紋波對(duì)比圖分別如圖7、圖8、圖9所示。

3.2.2 負(fù)載變化時(shí)各路驅(qū)動(dòng)電壓的確認(rèn)

TFT LCD RGB屏（常黑模式）一般負(fù)載的變動(dòng)范圍為：黑畫面（輕載）<=Load（負(fù)載）<=白畫面（重載），當(dāng)負(fù)載在此范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的線性調(diào)節(jié)范圍可由式（14）表示，圖10表示了負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響。

在12V電源輸入時(shí)，負(fù)載變化測(cè)試下，驅(qū)動(dòng)電壓紋波數(shù)值分析結(jié)果如表2所示。

當(dāng)負(fù)載分別為黑畫面（輕載）和白畫面（重載）時(shí)，各路輸出電壓的紋波對(duì)比圖分別如圖11、圖12所示。

4 TFT LCD RGB屏驅(qū)動(dòng)電壓紋波與畫質(zhì)相關(guān)性測(cè)量實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

4.1 Gamma校正結(jié)果

當(dāng)輸入電壓滿足Vin（MIN）<=Vin<=Vin（MAX）時(shí)，Gamma滿足2.0<=Gamma<=2.4，灰階Gray level在40～240區(qū)間的Gamma value一致。圖13、14、15分別是校正后的Gamma指數(shù)曲線、對(duì)數(shù)曲線以及誤差率曲線。

4.2 對(duì)比度校正結(jié)果

當(dāng)輸入電壓滿足VMIN<=Vin<=VMAX時(shí)，黑畫面（輕載）和白畫面（重載）亮度及對(duì)比度均合乎規(guī)格，列表對(duì)比如表3所示：

表3 不同輸入電源下的亮度及對(duì)比度

5 結(jié)論

本文根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)要求，提出了驅(qū)動(dòng)電壓的紋波校正法，并介紹了調(diào)適原理以及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。然后以各種測(cè)試畫面為例分析了典型的驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)適方法。最后通過畫質(zhì)評(píng)價(jià)方法對(duì)TFT LCD RGB屏的電壓紋波誤差補(bǔ)正方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果證明：經(jīng)過此方法調(diào)整電壓紋波到3%之內(nèi)時(shí)，能滿足光學(xué)以及畫質(zhì)的要求。

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