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基于RGBW液晶显示探讨像素极性排布方式

2020-05-05 403 上传者：管理员

摘要：通过RGBW液晶显示模组进行数据测试，而后进行理论分析验证，以此为依据确定能够提升RGBW液晶显示质量的方法。利用FPGA信号转换算法，结合RGBW玻璃，从而使RGBW架构的模组透过率可提升将近50%，对于彩膜（CF）的重新设计修改导致模组发生交叉串扰、色偏以及横纹闪烁等现象的出现。通过对CF排列组合及不同极性反转驱动对应的波形进行测试，明确了问题的原因所在。结果表明，彩膜（CF）和RGBW液晶显示中的像素极性排列的不匹配是交叉串扰、色偏以及横纹不良问题的主要原因，为保证模组显示质量，要保证液晶像素设计中同行同色像素的极性正负平衡。

关键词：
RGBW模组
彩膜
极性排布
车载显示
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1、引言

车载仪表显示中，对亮度的需求很高，RGBW架构的模组透过率可提升将近50%，与RGB相比，可有效降低模组亮度及减少功耗[1]。但同时RGBW模组会出现横纹闪烁、串抚以及色偏等不良，在对RGB以及RGBW进行差别对比以及测试分析后，发现同行同色极性排布方式十分关键，其不合理的搭配会引起对应不良显示，基于上述发现，本文提出了开发RGBW模组时像素排布的基本设计方案，为RGBW模组开发提供了设计准则。

2、RGBW显示原理

普通的彩色液晶由多个像素构成，其中一个像素由3个子像素构成，每个子像素上涂有对应的R/G/B色阻，通过子像素的液晶偏转角度实现子像素的透光，进而实现整张图像的显示。

而RGBW是将部分子像素上的色阻去除，涂上W色阻（透过率接近100%），通过实际算法，根据实际给到的RGB信号重新转换数据[2,3,4]，改变子像素的灰阶值（此值不固定，根据不同RGBW算法决定），最后实现整张图像的显示。

图1（a）正常的RGB像素排列；（b)RGBW像素排列方式；图2一种实现RGBW实时显示的驱动框架

实时数据转换可以使用FPGA来更改数据匹配实现，图2为产品框架。

3、RGB转为RGBW时发生的不良

正常RGB显示无异常情况下，将其彩膜按照RGBW排布重新制作，进行点亮后，发现其发生了色偏、串扰、区域横纹闪烁、残像[5]等不良。

图3绿色背景黑框引起人眼可见的横向串扰；表1单色画面W/R/G/B在不同灰阶值时的色坐标

从表1可以看出随着灰阶的降低，其色坐标偏移严重。

4、不良产生的原因

此款31.2cm(12.3in)RGBW模组通过31.2cm(12.3in)RGB模组上更改CF进行制作完成，电路驱动以及阵列走线都相同，但RGB上并未出现这些不良现象。根据不良现象，我们对面板上的各个电压进行了测试，发现电压中的公共电极电压VCOM表现异常。

图4同样画面不同反转方式的VCOM波形

从图4可以明显看出，公共电极VCOM电压[6]已经被影响，且呈现周期性，周期与反转方式相关。为此我们以G画面来做分析。

图5不同反转方式下的G画面像素亮暗情况

从图5可以看出，因为RGBW彩膜的排列，导致G画面在不同反转方式下，实际的反转变成了双行反转、帧反转、4行反转、行反转，而行反转会耦合VCOM，从实际反转也可看出正好对应VCOM的耦合周期。

而VCOM的这种耦合就会产生串扰、色偏等不良。至于闪烁，则是因为多行同一极性，导致人眼可以感觉到亮度变化。

上述情况可以解释纯色画面为何会有闪烁现象，但是无法解释低灰阶RGBW全开情况下的区域横纹闪烁现象。图6为RGBW画面下VCOM的波形。

可以看出，VCOM无明显周期耦合，但是实际画面仍有区域性的横纹闪烁。图7为RGBW玻璃的像素排列情况。可以看出，无论何种反转，R、G、B、W像素的行方向均为同一极性，而在一帧的图像中，同极性行的数量则根据反转方式不同而不同，但至少都为一行。

图6RGBW白画面下VCOM的波形；图7RGBW玻璃的彩膜排布

不同极性的像素，设定值为同一灰阶，若VCOM调节成理论最优，则不同极性像素显示的亮度是一致的，若VCOM调节非最优，则会产生闪烁。故RGBW玻璃的VCOM为非最优值，则行像素每帧之间的亮度差会导致人眼看起来为行闪烁。

但是玻璃均一性等工艺问题会导致各处的最优VCOM值不同，所以当设定一个区域的最优值后由于亮度差异的程度与该区域最优VCOM偏离实际VCOM的程度成正相关，其他区域则会发生横纹闪烁。

为验证此种分析，按照9点均一性的位置分别调整VCOM，设置成该区域的最优VCOM结果：最优VCOM区域横纹闪烁基本不可见，但其他区域效果则相应改变（各自区域最优值与当前VCOM偏离大，则不良现象加重）；9个区域情况相同。从上面验证可知，RGBW屏幕发生的串扰、偏色以及横纹闪烁而RGB屏无此问题是由像素反转驱动排列导致。

5、改善措施

分析得出，横纹闪烁为像素反转驱动排列导致，因此可以从IC驱动以及玻璃走线来更改排列[7,8,9]。

IC驱动：从RGBW屏幕的像素排列，可得出IC在行方向驱动应由原来的“+-+-+-+-”改为“+-+--+-+”或者“-+-++-+-”为最优；上面更改是将行同色像素极性正负以1个像素穿插，也可以根据需要变更为2周期（即两个同极性同色像素后面为两个另一极性同色像素）。

图8RGBW玻璃走线更改示例

玻璃走线更改：同理，根据驱动情况，可以调整玻璃的走线，如图8所示。从图（8）可以看出，通过玻璃上交叉走线以及FPGA针对走线进行数据上的调换[10,11]，一行上同色像素的正负极性可以实现我们的需求。

6、结论

RGBW玻璃因为更改了像素的排列方式，导致实际输出正确图像时，对应像素的极性排布已经与RGB屏有区别。若仍沿用RGB屏的像素驱动则有可能发生VCOM耦合以及闪烁等问题，故研发非传统的RGB屏时，需要根据实际的像素极性排布方式来选择对应的极性驱动方式。一行同色像素的同一极性像素应该占此行同色像素的50%，且正负极性彼此相邻，此种设计一般为最优像素极性排列方式。

参考文献：

[1]严利民,王子铭.RGBW子像素排列结构改进与色域映射优化算法[J].激光与光电子学进展,2018,55(10):101102.

[2]姚洪涛,范炜.一种改进的RGB到RGBW信号的映射算法[J].长春理工大学学报:自然科学版,2018,41(1):119-122,126.

[3]梁帅.FPGA在数字信号处理中的应用[J].信息与电脑,2018(15):167-168.

[4]陈建军,金强宁,章鹏,等.基于FPGA的TFT液晶显示时序控制器设计[J].液晶与显示,2015,30(4):647-654.

[5]许卓,金熙哲,吴海龙,等.LCD面板TFT特性相关残像研究[J].液晶与显示,2018,33(3):195-201.

[6]马群刚.TFT-LCD原理与设计[M].北京:电子工业出版社,2011.

[7]李文峰,李淑颖,袁海润.现代显示技术及设备[M].北京:清华大学出版社,2016.

[8]邹开顺,王辅忠.光电显示原理与技术[M].北京:国防工业出版社,2016.

[9]蒋泉,吴援明,张磊,等.平板显示驱动技术[M].北京:国防工业出版社,2014.

于洁,李鹏涛,王春华,佟泽源,韩锐,马青,尹大根,张阳阳.RGBW液晶显示中的像素极性排布方式解析[J].液晶与显示,2020,35(05):444-448.