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向TFT-LCD面板的高級Gamma校準系統
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未知
摘要: 隨著市場競爭日益激烈,LCD產品的上市時間成為制約產品市場銷量的關鍵因素。過去,工程設計人員需要一個星期才能獲得特定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電壓的優化過程縮短到幾秒鐘以內。
Abstract:
Key words :
隨著市場競爭日益激烈,LCD產品的上市時間成為制約產品市場銷量的關鍵因素。過去,工程設計人員需要一個星期才能獲得特定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電壓的優化過程縮短到幾秒鐘以內。

 

LCD面板的用戶對于面板的Gamma規格要求非常嚴格,因此,LCD制造商必須針對每個面板模塊建立Gamma曲線,而生產過程中不同面板Gamma電壓的差異超出了用戶對Gamma參數的要求。LCD模塊廠商可以借助AGCS在生產線上對每塊面板進行微調。

 

本文介紹了一個閉環反饋系統,能夠在工程試驗中對TFT-LCD面板進行Gamma和閃爍校準,最終目標是將高級Gamma校準系統(AGCS)嵌入到TFT-LCD生產線。AGCS軟件運行在個人計算機,執行以下操作:

液晶顯示模塊(LCM)的顯示測試模板;利用Konica Minolta CA-210測量亮度和閃爍;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,同時提供可編程VCOM。

 

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

 

 

《電子系統設計》
圖1:AGCS系統框圖。

 

圖1所示為AGCS系統原理框圖,軟件指令控制計算機通過數字視頻接口(DVI)發送視頻測試模板。TFT-LCD面板隨后顯示測試模板。接下來,軟件通過USB接口向Konica Minolta CA-210 (LCD彩色分析儀)發送指令,測量面板的亮度和閃爍(CA-210的遠端光學探頭應該置于面板前方)。AGCS軟件計算Gamma和VCOM代碼,并通過USB和I2C接口將其裝載到MAX9669的數/模轉換器(DAC)寄存器。MAX9669具有16個可編程Gamma緩沖通道和1路可編程VCOM放大器。此外,器件內部提供多時間編程(MTP)存儲器(圖2所示)。利用MTP存儲器能夠將Gamma和VCOM代碼寫入非易失存儲器,并在上電時裝載到DAC寄存器。

 

 

《電子系統設計》
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式。

 

 

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式中,T(j)為LCD在灰度等級j的能見度,對于8位面板,j = 1至255;L(j)為灰度等級j的亮度,?(j)為亮度誤差,LT(j)是由式(2)計算得到的目標亮度。當亮度誤差在用戶定義的容限范圍以內時,即可進行成功的Gamma校準。從圖3 Gamma校準曲線可以看出,利用AGCS能夠將最大亮度誤差從42%降至23%。本文介紹的測試平臺能夠在13秒內完成Gamma校準。

 

 

《電子系統設計》
圖3:Gamma曲線和誤差函數。

 

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

 

 

《電子系統設計》
圖4:針對MAX9669的10位DAC和8位灰度等級優化VCOM DAC碼與灰度等級特性。

可編程VCOM緩沖器可以實現自動校準,無需機械電位器。AGCS利用快速跟蹤算法進行閃爍修正,針對某個灰度等級的校準操作可以在2秒鐘內完成,圖4給出了VCOM針對不同灰度等級的優化。AGCS可以均衡VCOM,通過調整Gamma電壓獲得整個灰度等級范圍內的最佳VCOM電壓。圖5(a)所示是對40”LCD面板進行VCOM均衡的校準結果,校準后的VCOM DAC碼如圖中綠點所示,目標VCOM值為粉色圓圈,初始VCOM值為藍色圓圈。校準后的VCOM與目標VCOM的差異不會超出?2LSB,而10位DAC的初始誤差為?6LSB (1LSB約等于16mV)。

 

 

《電子系統設計》

 

圖5所示AGCS GUI包含四個標簽:Hardware、Equalized VCOM、Flicker和Gamma。Hardware標簽提供手動編程Gamma和VCOM電壓的函數;Flicker標簽包含閃爍測量功能,具有不同的測試模板和白色、綠色彩色選擇。Gamma標簽允許用戶測量并校準Gamma曲線; Equalized VCOM標簽提供一系列的Gamma校準和VCOM均衡。

 

在Gamma標簽中點擊Calibrate按鍵開啟Gamma校準,AGCS畫出一條紅色曲線,代表用戶定義的必須滿足的Gamma曲線。AGCS測量顯示板的Gamma曲線,用藍色顯示。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。

 

閃爍測量包括以下過程:設置閃爍模板、編程VCOM電壓、讀取閃爍電平、啟動快速算法計算降低閃爍電平的最佳VCOM電壓。

 

VCOM均衡將執行一系列AGCS和均衡VCOM (或EVCOM)校準過程。EVCOM中,通過調節Gamma電壓、測量閃爍電平使閃爍降至最小。目標VCOM電壓如粉色圓圈所示,校準后的VCOM電壓如藍色圓圈所示,最終得到的VCOM電壓用綠色圓圈表示。AGCS和EVCOM可能需要幾次重負過程得到最終結果。由此,AGCS軟件允許用戶定制AGCS和EVCOM過程。由于絕大多數LCD面板只能設置一個VCOM電平,Equalized VCOM標簽的功能可確保獲得最佳的Gamma和閃爍指標。

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