LCD显示屏出现闪烁的原因与解决
lcd显示屏出现闪烁的原因与解决
比较crt与lcd两类显示屏时，其中一项最为普遍见到的差别是闪烁问题。一般都会以为crt显示屏有闪烁，而lcd则没有，查实两类显示屏皆有某程度上的闪烁，机制上的差异和纠正方法影响到成功率。本文讲述lcd显示屏上出现闪烁的原因，并且提出避免闪烁的方法。
lcd显示技术
液晶体显示屏（lcd）於1973年出现於计算器上，首个lcd是嵌入有七段字画，让数字得以被显示。下一代lcd则於1980年面世，属於点阵式（dot-matrix）显示，除显示数字外，还有字符和图形，比如是简单的单色电脑显示屏或者流行的“电子宠物” 他妈哥池。这些矩阵设计藉著启动阵中的行与列的像素作为控制，取代了每一像素需一条独立的控制线。至1980年代末，彩色滤光片成功地嵌入lcd设计里面。自始以後，历代产品皆集中於屏幕尺寸、显示器重量，能量效益、视角等提升上。
图1. 通过施加电压控制液晶体分子的垂直排列情况，光线可沿著分子穿过。
虽然不断改良，但是lcd显示屏的基本操作仍旧不变。lcd显示屏的像素阵不断地被背底光照耀，?久的光消除了在crt发现的一类闪烁（磷点随每一刷新周期作脉动闪光））。反之，lcd像素夹在上下两块带有彼此垂直坑纹的玻璃板之间，如图1所示。这些坑纹对准液晶体，组成通道，给背底光通过往屏幕的前方。透射的光量取决於液晶体的方位。并且与施加的电压成比例。
上下两板是彼此垂直偏光的。两板之间的电压调校液晶体於扭曲模式中，以配合每一板的偏光。来自背底光的光线穿过已调校的液晶体。反之，当液晶体没有被调校时，光线就被阻隔，调校的分量与施加电压成比例，并且担当为光度控制。
表1. 列出各种不同视像格式的像素阵列大小
外层板是滤色镜片（rgb），红、绿、蓝区（每一称为子像素）被纳入於每一像素里，与每一原色相关的色区被分开寻址，故此能够显示全色彩和光度。像素数目决定了显示屏的清晰度。表1列出各种不同视像格式的像素阵列大小。须注意像素阵列大小的数目不是直接转为宽高比，因为像素不是呈典型的正方形。
lcd闪烁的原因
图2. lcd显示屏中闪烁的视觉例子。
（a）（左图）lcd经优化的闪烁。 （b）（右图）lcd有过量闪烁
在lcd显示屏上的闪烁有别於crt，lcd闪烁乃本身呈现褪色，而并非是脉动光。如图2a及2b所示，图2a是lcd显示屏经己被调节至减少闪烁，而图2b是lcd有过强闪烁，这是因为lcd的刷新率高达300hz所致。
图3. 单一lcd像图之电路
图3所示为驱动单一lcd像素的电路。栅极电压充电为一个开关，一般被放大至成为-5v至20v，视频源极上一般电压范围由0v至10v，提供出现在像素上的亮度信息。像素下面是被连接到屏幕的底板，在这节点上的电压为vcom。
这种布局方式虽发挥作用，但却减低屏幕寿命，假定vcom电压在地。像素上的电压变化由0v至10v，假定平均为5v，这就有重大的dc电压在每一像素的两端，这dc电压造成电荷储存。在长期来讲，因著像素上的电极电镀
有离子杂质而令到像素恶化，这是导致影像残留的原因，常见於旧的tft-lcd屏板上颜色变淡。
lcd屏幕的结构是对称的（图1），正压与负压任一个都可利用来调校液晶体，其中可以充份利用这方面的是将公共电压移到视频信号的中点（5v），现在视频信号上下摆动於公共电压（vcom）上，於是在像素上制造出一个“净零效果”（net-zero effect）。这个发生在液晶体上的净零效果消除了老化和影像残留问题。这种技术要在清晰度上作出协调，因为视频信号行走5v至全亮度，代替10v。
图4. 交替帧中对於三种反转模式的lcd像素相位分布∶帧反转、线反转、点反转。
要在显示屏上获得一个净零效果，可以在整个lcd画面上使用各种不同的反转模式（图4）。最简单类型是帧反转（frame inversion），在这种驱动方法下，画面上每一像素都在继後每一帧中反转了。帧反转在像素上造出一个相对於时间的净零效果。其他两种方法都是纳入於每一帧内的反转，线反转（line inversion）在每一水平线上交替改变相位。线反转的交替方式施加在一对水平线的公共相位上（而非单一线），称为线对反转（line-paired inversion）。点反转（dot inversion）是反转每一相邻像素的相位 好像西洋象棋的棋盘。三种方法也是在像素上造出相对於时间的净零效果。反转模式由厂方选择，并将之嵌入在驱动电路里。在所有情况当中，每一显示帧都是交替反相的。
vcom电压需准确放置在视频信号中点上才能避免闪烁。当要说明为何显示屏会闪烁，假定因为制造屏幕的关系。vcom定在5.5v。倘若视频信号摆动於0v与10v之间，满度电压就会在每一图场有所差别，在一图场上满度电压是4.5v，而在另一图场的满度电压是5.5v，在满度电压中这个差异会转化为光度差，於是出现闪烁。
图5. 使用光敏传感器el7900测量屏幕的闪烁
图5示出有与无闪烁下的画面光强差别，浅色波形有较大dc电平，录得画面没有闪烁，是次测量利用一个el7900光敏传感器。光敏传感器将光强转变为电流，电流越大，在示波器上产生的电压偏转也越大。
为了让大家明白这些结果，首先需知道有两种lcd画面∶“白”画面与“黑”画面。白画面在缓和状态中（没有电压施加在液晶体上）给光通过液晶体，而黑画面则在缓和状态中阻隔全部光。当施加在液晶体上的电压增加时，液晶体旋转。此举阻隔更多光（正如在白画面的情况）或者让更多光通过（正如在黑画面的情况）。屏幕测试是白画面，所以液晶体上施加的电压越大，画面就越暗。倘若vcom电压准确设定在中间（无闪烁），那麽，平均ac电压便是零，画面仍会是在其最亮点。倘若vcom电压不在中间。那麽，结果ac电压就会更高，於是画面亮度会较暗。
图2b中的褪色是由於vcom电压不平衡导致液晶体上错误电压所造成，并非是整体光强问题。
消除lcd闪烁的方法
图6. （a）（左图）使用机械式电位器调节vcom。（b）（右图）使用数控电位器调节vcom。
由於每一lcd显示屏在结构上都有变化，最佳vcom电压值在lcd与lcd之间会有差异，所以，原设备制造商必须调节每一台出厂的显示屏，消除这种闪烁，对於小显示屏来讲，可视底板为一个低阻抗地，这样可加添一个电位器作为公共电压调节，一般来讲，使用机械电位器及需要额外的工时。对於小屏幕来讲
这是可接受的，纵使在大屏幕方面。准确较低及在组装期间很容易被破坏，需整个组件更换。超过19英寸的屏幕，底板再不能视作为单一的低阻抗节点，需在屏幕不同位置上作多重修正，也许要多至五个局部补偿网络，四个在角落,一个在中间，在这情况下∶数控电位器（digitally controlled potentiometer, dcp）可以给制造商自动处理该项加工，对於大屏幕而又无法实行人手调校来讲是有必要的。图6a和图6b示出机械与数控电位器的解决方案。
图7. dcp软件可编程vcom之应用电路
从机械式电位器转换到dcp和系统实行方法查实很简单，图7所示为dcp软件编程vcom驱动器的应用电路，isl45042为电流输出型、非易失性dcp，可操作於avdd高达20v，isl45042采用双线、上下界面，是极之准确的7 bit器件，分辨率有128级，所需的vcom值可储存於板上的eeprom。数字电路的电压范围由2.25v至3.6v。这使到它能与当今所采用的许多控制器接界。模拟电源施加於模拟电阻梯上，可操作於4.5v至20v，对於一般需少於10v模拟电源的小屏幕和需大於15v模拟电源的大屏幕来讲这是一个重要特徵。dcp输出电压经缓冲及el5111放大器（180ma输出电流）往vcom总线。
与流行的看法完全相反，lcd显示屏是存有闪烁的，不过简单的电位器调节是可以减低该影响，因为lcd闪烁出现在公共电压的偏移上，而并非在刷新信号上。
随著lcd越来越流行和屏幕尺寸不断增大，在底板上的单一点人手调节不再可行了，使用isl45042 dcp和el5111 vcom缓冲器便可在底板的多点上进行vcom偏移自动修正，效果更为明显。
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液晶体显示屏（lcd）於1973年出现於计算器上，首个lcd是嵌入有七段字画，让数字得以被显示。下一代lcd则於1980年面世，属於点阵式（dot-matrix）显示，除显示数字外，还有字符和图形，比如是简单的单色电脑显示屏或者流行的“电子宠物” 他妈哥池。这些矩阵设计藉著启动阵中的行与列的像素作为控制，取代了每一像素需一条独立的控制线。至1980年代末，彩色滤光片成功地嵌入lcd设计里面。自始以後，历代产品皆集中於屏幕尺寸、显示器重量，能量效益、视角等提升上。
图1. 通过施加电压控制液晶体分子的垂直排列情况，光线可沿著分子穿过。
虽然不断改良，但是lcd显示屏的基本操作仍旧不变。lcd显示屏的像素阵不断地被背底光照耀，?久的光消除了在crt发现的一类闪烁（磷点随每一刷新周期作脉动闪光））。反之，lcd像素夹在上下两块带有彼此垂直坑纹的玻璃板之间，如图1所示。这些坑纹对准液晶体，组成通道，给背底光通过往屏幕的前方。透射的光量取决於液晶体的方位。并且与施加的电压成比例。
上下两板是彼此垂直偏光的。两板之间的电压调校液晶体於扭曲模式中，以配合每一板的偏光。来自背底光的光线穿过已调校的液晶体。反之，当液晶体没有被调校时，光线就被阻隔，调校的分量与施加电压成比例，并且担当为光度控制。
表1. 列出各种不同视像格式的像素阵列大小
外层板是滤色镜片（rgb），红、绿、蓝区（每一称为子像素）被纳入於每一像素里，与每一原色相关的色区被分开寻址，故此能够显示全色彩和光度。像素数目决定了显示屏的清晰度。表1列出各种不同视像格式的像素阵列大小。须注意像素阵列大小的数目不是直接转为宽高比，因为像素不是呈典型的正方形。
lcd闪烁的原因
图2. lcd显示屏中闪烁的视觉例子。
（a）（左图）lcd经优化的闪烁。 （b）（右图）lcd有过量闪烁
在lcd显示屏上的闪烁有别於crt，lcd闪烁乃本身呈现褪色，而并非是脉动光。如图2a及2b所示，图2a是lcd显示屏经己被调节至减少闪烁，而图2b是lcd有过强闪烁，这是因为lcd的刷新率高达300hz所致。
图3. 单一lcd像图之电路
图3所示为驱动单一lcd像素的电路。栅极电压充电为一个开关，一般被放大至成为-5v至20v，视频源极上一般电压范围由0v至10v，提供出现在像素上的亮度信息。像素下面是被连接到屏幕的底板，在这节点上的电压为vcom。
这种布局方式虽发挥作用，但却减低屏幕寿命，假定vcom电压在地。像素上的电压变化由0v至10v，假定平均为5v，这就有重大的dc电压在每一像素的两端，这dc电压造成电荷储存。在长期来讲，因著像素上的电极电镀
有离子杂质而令到像素恶化，这是导致影像残留的原因，常见於旧的tft-lcd屏板上颜色变淡。
lcd屏幕的结构是对称的（图1），正压与负压任一个都可利用来调校液晶体，其中可以充份利用这方面的是将公共电压移到视频信号的中点（5v），现在视频信号上下摆动於公共电压（vcom）上，於是在像素上制造出一个“净零效果”（net-zero effect）。这个发生在液晶体上的净零效果消除了老化和影像残留问题。这种技术要在清晰度上作出协调，因为视频信号行走5v至全亮度，代替10v。
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vcom电压需准确放置在视频信号中点上才能避免闪烁。当要说明为何显示屏会闪烁，假定因为制造屏幕的关系。vcom定在5.5v。倘若视频信号摆动於0v与10v之间，满度电压就会在每一图场有所差别，在一图场上满度电压是4.5v，而在另一图场的满度电压是5.5v，在满度电压中这个差异会转化为光度差，於是出现闪烁。
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图2b中的褪色是由於vcom电压不平衡导致液晶体上错误电压所造成，并非是整体光强问题。
消除lcd闪烁的方法
图6. （a）（左图）使用机械式电位器调节vcom。（b）（右图）使用数控电位器调节vcom。
由於每一lcd显示屏在结构上都有变化，最佳vcom电压值在lcd与lcd之间会有差异，所以，原设备制造商必须调节每一台出厂的显示屏，消除这种闪烁，对於小显示屏来讲，可视底板为一个低阻抗地，这样可加添一个电位器作为公共电压调节，一般来讲，使用机械电位器及需要额外的工时。对於小屏幕来讲
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图7. dcp软件可编程vcom之应用电路
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