向TFT-LCD面板的高級Gamma校準系統

LCD面板的用戶對于面板的Gamma規(guī)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(huán)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(zhí)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。

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(fā)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(fā)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。

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。

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。

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(fā)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。

圖4：針對MAX9669的10位DAC和8位灰度等級優(yōu)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(yōu)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)。

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(zhí)行一系列AGCS和均衡VCOM (或EVCOM)校準過程。EVCOM中，通過調節(jié)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。