比較CRT與LCD兩類顯示屏時,其中一項最為普遍見到的差別是閃爍問�。一般都會以為CRT顯示屏有閃爍,而LCD則沒�,查實兩類顯示屏皆有某程度上的閃�,機制上的差異和糾正方法影響到成功率。本文講述LCD顯示屏上出現閃爍的原因,并且提出避免閃爍的方��
LCD顯示技�
液晶體顯示屏(LCD)�1973年出現於計算器上,首個LCD是嵌入有七段字畫,讓數字得以被顯示。下一代LCD則于1980年面�,屬於點陣式(dot-matrix)顯示,除顯示數字�,還有字符和圖形,比如是簡單的單色電腦顯示屏或者流行的“電子寵物� 他媽哥池。這些矩陣設計藉著啟動陣中的行與列的像素作為控�,取代了每一像素需一條獨立的控制線。至1980年代�,彩色濾光片成功地嵌入LCD設計里面。自始以�,歷代產品皆集中於屏幕尺寸、顯示器重量,能量效�、視角等提升��
�1. 通過施加電壓控制液晶體分子的垂直排列情況,光線可沿著分子穿過�
雖然不斷改良,但是LCD顯示屏的基本操作仍舊不變。LCD顯示屏的像素陣不斷地被背底光照耀�?久的光消除了在CRT發現的一類閃�(磷點隨每一刷新周期作脈動閃�))。反之,LCD像素夾在上下兩塊帶有彼此垂直坑紋的玻璃板之間,如�1所�。這些坑紋對準液晶體,組成通道,給背底光通過往屏幕的前�。透射的光量取決於液晶體的方位。并且與施加的電壓成比例�
上下兩板是彼此垂直偏光的。兩板之間的電壓調校液晶體於扭曲模式中,以配合每一板的偏光。來自背底光的光線穿過已調校的液晶體。反�,當液晶體沒有被調校時,光線就被阻隔,調校的分量與施加電壓成比例,并且擔當為光度控制�
�1. 列出各種不同視像格式的像素陣列大�
外層板是濾色鏡片(RGB),紅、綠、藍區(每一稱為子像�)被納入於每一像素里,與每一原色相關的色區被分開尋址,故此能夠顯示全色彩和光�。像素數目決定了顯示屏的清晰�。表1列出各種不同視像格式的像素陣列大�。須注意像素陣列大小的數目不是直接轉為寬高比,因為像素不是呈典型的正方形�
LCD閃爍的原�
�2. LCD顯示屏中閃爍的視覺例��
(a)(左圖)LCD經優化的閃爍� (b)(右圖)LCD有過量閃�
在LCD顯示屏上的閃爍有別於CRT,LCD閃爍乃本身呈現褪�,而并非是脈動�。如�2a�2b所示,�2a是LCD顯示屏經己被調節至減少閃�,而圖2b是LCD有過強閃爍,這是因為LCD的刷新率高達300Hz所��
�3. 單一LCD像圖之電�
�3所示為驅動單一LCD像素的電�。柵極電壓充電為一個開關,一般被放大至成�-5V�20V,視頻源極上一般電壓范圍由0V�10V,提供出現在像素上的亮度信息。像素下面是被連接到屏幕的底板,在這節點上的電壓為Vcom�
這種布局方式雖發揮作�,但卻減低屏幕壽�,假定Vcom電壓在地。像素上的電壓變化由0V�10V,假定平均為5V,這就有重大的DC電壓在每一像素的兩端,這DC電壓造成電荷儲存。在長期來講,因著像素上的電極電�
有離子雜質而令到像素惡�,這是導致影像殘留的原因,常見於舊的TFT-LCD屏板上顏色變淡�
LCD屏幕的結構是對稱�(�1),正壓與負壓任一個都可利用來調校液晶體,其中可以充份利用這方面的是將公共電壓移到視頻信號的中�(5V),現在視頻信號上下擺動於公共電壓(Vcom)�,於是在像素上制造出一個“凈零效果�(net-zero effect)。這個發生在液晶體上的凈零效果消除了老化和影像殘留問題。這種技術要在清晰度上作出協�,因為視頻信號行�5V至全亮度,代�10V�
�4. 交替幀中對於三種反轉模式的LCD像素相位分布∶幀反轉、線反轉、點反轉�
要在顯示屏上獲得一個凈零效果,可以在整個LCD畫面上使用各種不同的反轉模式(�4)。最簡單類型是幀反轉(Frame Inversion),在這種驅動方法�,畫面上每一像素都在繼後每一幀中反轉了。幀反轉在像素上造出一個相對於時間的凈零效�。其他兩種方法都是納入於每一幀內的反轉,線反轉(line inversion)在每一水平線上交替改變相位。線反轉的交替方式施加在一對水平線的公共相位上(而非單一�),稱為線對反�(line-paired inversion)。點反轉(dot inversion)是反轉每一相鄰像素的相� 好像西洋象棋的棋�。三種方法也是在像素上造出相對於時間的凈零效果。反轉模式由廠方選擇,并將之嵌入在驅動電路里。在所有情況當�,每一顯示幀都是交替反相的�
Vcom電壓需準確放置在視頻信號中點上才能避免閃爍。當要說明為何顯示屏會閃�,假定因為制造屏幕的關系。Vcom定在5.5V。倘若視頻信號擺動�0V�10V之間,滿度電壓就會在每一圖場有所差別,在一圖場上滿度電壓是4.5V,而在另一圖場的滿度電壓是5.5V,在滿度電壓中這個差異會轉化為光度差,於是出現閃��
�5. 使用光敏傳感器EL7900測量屏幕的閃�
�5示出有與無閃爍下的畫面光強差�,淺色波形有較大DC電平,錄得畫面沒有閃爍,是次測量利用一個EL7900光敏傳感�。光敏傳感器將光強轉變為電流,電流越�,在示波器上產生的電壓偏轉也越大�
為了讓大家明白這些結果,首先需知道有兩種LCD畫面∶“白”畫面與“黑”畫靀白畫面在緩和狀態中(沒有電壓施加在液�
體上)給光通過液晶�,而黑畫面則在緩和狀態中阻隔全部�。當施加在液晶體上的電壓增加�,液晶體旋轉。此舉阻隔更多光(正如在白畫面的情�)或者讓更多光通過(正如在黑畫面的情�)。屏幕測試是白畫�,所以液晶體上施加的電壓越大,畫面就越暗。倘若Vcom電壓準確設定在中�(無閃�),那�,平均AC電壓便是�,畫面仍會是在其最亮點。倘若Vcom電壓不在中間。那�,結果AC電壓就會更高,於是畫面亮度會較暗�
�2b中的褪色是由於Vcom電壓不平衡導致液晶體上錯誤電壓所造成,并非是整體光強問題�
消除LCD閃爍的方�
�6. (a)(左圖)使用機械式電位器調節VCOM� (b)(右圖)使用數控電位器調節VCOM�
由于每一LCD顯示屏在結構上都有變�,最佳Vcom電壓值在LCD與LCD之間會有差異,所�,原設備制造商必須調節每一臺出廠的顯示屏,消除這種閃爍,對於小顯示屏來�,可視底板為一個低阻抗�,這樣可加添一個電位器作為公共電壓調節,一般來�,使用機械電位器及需要額外的工時。對於小屏幕來講
這是可接受的,縱使在大屏幕方靀準確較低及在組裝期間很容易被破壞,需整個組件更換。超�19英寸的屏�,底板再不能視作為單一的低阻抗節�,需在屏幕不同位置上作多重修�,也許要多至五個局部補償網�,四個在角落,一個在中間,在這情況下∶數控電位器(Digitally Controlled Potentiometer, DCP)可以給制造商自動處理該項加工,對於大屏幕而又無法實行人手調校來講是有必要�。圖6a和圖6b示出機械與數控電位器的解決方��
�7. DCP軟件可編程VCOM之應用電�
從機械式電位器轉換到DCP和系統實行方法查實很簡單,圖7所示為DCP軟件編程Vcom驅動器的應用電路,ISL45042為電流輸出型、非易失性DCP,可操作於AVDD高達20V,ISL45042采用雙線、上下界面,是極之準確的7 bit器件,分辨率�128�,所需的Vcom值可儲存於板上的EEPROM。數字電路的電壓范圍�2.25V�3.6V。這使到它能與當今所采用的許多控制器接界。模擬電源施加於模擬電阻梯上,可操作�4.5V�20V,對於一般需少於10V模擬電源的小屏幕和需大於15V模擬電源的大屏幕來講這是一個重要特�。DCP輸出電壓經緩沖及EL5111放大�(180mA輸出電流)往Vcom總線�
與流行的看法完全相反,LCD顯示屏是存有閃爍�,不過簡單的電位器調節是可以減低該影響,因為LCD閃爍出現在公共電壓的偏移�,而并非在刷新信號��
隨著LCD越來越流行和屏幕尺寸不斷增大,在底板上的單一點人手調節不再可行�,使用ISL45042 DCP和EL5111 Vcom緩沖器便可在底板的多點上進行Vcom偏移自動修正,效果更為明��
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