TFT LCD驱动电压纹波与画质相关性研究

张腾 张秀琴 梁利生 许益祯

摘 要：为了实现对TFT LCD RGB屏的画质评价，建立了TFT LCD RGB屏驱动电压纹波对画质影响的测试，对TFT LCD RGB屏的电源系统所采用驱动电压的纹波以及测试画面画质等进行研究。首先，根据TFT LCD RGB屏的驱动电压介绍了电压调适流程以及要求。接着，以主要的测试画面： 轻载以及重载画面为例分析了典型的驱动电压调适法，以32HD TFT LCD RGB屏为基础进行驱动电压纹波调适。然后，在分析比较光学的基础上，说明了以驱动电压纹波的控管方法来进行画质评价的优势。最后，介绍了TFT LCD RGB屏的驱动电压的纹波校正法。实验结果表明通过驱动电压纹波的控管方法来管控TFT LCD RGB屏的画质是可行的。基本满足TFT LCD RGB屏可以经过控管驱动电压纹波的方法来进行管控画质的要求。

关键词：TFT LCD RGB屏；驱动电压纹波；电压纹波管控

中图分类号：TM923.5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）19-0007-05

Abstract： In order to evaluate the image quality of the TFT LCD RGB screen， the influence of the driving voltage ripple of the TFT LCD RGB screen on the image quality is established， and the ripples of the driving voltage used in the power supply system of the TFT LCD RGB screen and the picture quality of the test screen are studied. First of all， according to the driving voltage of the TFT LCD RGB screen， the voltage adjustment process and requirements are introduced. Then， taking the main test pictures： light load and heavy load picture as an example， the typical driving voltage adjustment method is analyzed， and the driving voltage ripple adjustment is carried out based on 32HD TFT LCD RGB screen. Then， based on the analysis and comparison of optics， the advantages of the control method of driving voltage ripples for image quality evaluation are explained. Finally， the ripple correction method of driving voltage of TFT LCD RGB screen is introduced. The experimental results show that the control method of driving voltage ripples to control the image quality of TFT LCD RGB screen is feasible. It basically meets the requirements that the TFT LCD RGB screen can control the image quality by the method of controlling the driving voltage ripples.

Keywords： TFT LCD RGB screen； drive voltage ripple； voltage ripple control

1 概述

隨着TFT LCD产品的大型化且高分辨率化，对TFT LCD RGB产品驱动电压调试的准确度和驱动电压纹波检测的正确性要求越来越高。驱动电压纹波由管控驱动电压的电压纹波振幅值来评估画质，此驱动电压纹波的计量方式一直是驱动电源电路的主要评估点，但不论如何管控驱动电压的电压纹波均需满足画质要求。

本文在TFT LCD RGB屏驱动电路系统应用于工业产品的基础上来建立驱动电压的纹波管控，并可以满足系统算法来管控TFT LCD RGB屏的画质需求。现证明将TFT LCD RGB屏的驱动电压纹波管控方法应用于工业产品的光学及画质领域，在保证光学测量要求的同时，可以达成对TFT LCD RGB屏的驱动电压纹波进行定量管控等特点。

2 TFT LCD RGB屏驱动电源系统构成及其工作原理

2.1 TFT LCD RGB屏驱动电源系统的硬件构成

图1为TFT LCD RGB屏驱动电源系统的硬件构成。它主要由：a.逻辑驱动电源子系统；b.Panel栅极驱动电源

子系统以及；c.模拟电源驱动子系统等组成。逻辑驱动电源子系统由逻辑驱动电源生成部，Panel驱动IC逻辑电源需求部，Panel像素计算IC逻辑电源需求部等构成。模拟电源驱动子系统由模拟电源生成部以及Panel模拟电源需求部，Panel参考电压电源需求部等组成。具体运行方式为：1.系统输入电源，进入逻辑以及模拟电源生成子系统，生成各路逻辑电源电压，以及各路模拟电源电压。2.依据Panel驱动IC以及其他IC的需求制定的电压生成顺序依次产生所有驱动电源电压来驱动整体TFT LCD RGB屏系统。

2.2 TFT LCD RGB屏驱动电源系统的工作原理

TFT LCD RGB屏的驱动电源系统的基本工作原理为：

（1）驱动TFT LCD Device的开关所使用的高压（打开Device）以及低压（关闭Device）。

（2）对TFT LCD中的像素电容充电来驱动液晶所需要的驱动电压，其中包含一个全压仿真电压和一个半压仿真电压、用来当作DAC（数模转换电路）所需要的Gamma电压以及驱动像素电极时所需要的参考电压。

（3）TFT LCD RGB屏驱动电路中的各IC芯片上所需要使用的驱动电压，其中包含时序控制IC、内存IC以及TFT LCD 源极驱动芯片等所需要的驱动电压（包含了所有的逻辑电压以及核心驱动电压）。

首先，将输入电源输入驱动电源系统之后，分出逻辑电源电压（所有的逻辑电压以及核心驱动电压）并产生一阶的仿真电源电压（全压仿真电压和半压仿真电压）。

其次，产生二阶的模拟电压，开关所使用的高压（打开Device）和低压（关闭Device），以及像素电极的参考电压。

最后，产生Gamma电压使之可以达到精确的光学特性。

由图2可知，由电源产生设备和图像产生设备作为信号源，通过电压测量设备获取待测TFT LCD屏的各路电压，通过校正最终可以完成TFT LCD屏的电压产生确认。

3 TFT LCD RGB Panel驱动电源系统电压纹波的评估

3.1 驱动电压纹波的产生

TFT LCD电源信号输入后，作用于TFT LCD Panel电子电路之中的实体转换电路，根据目前实际应用可以列出至少两种转换的电子电路，分别是：

第一种由Boost升压电路系统为桥梁，建立TFT LCD Panel电路驱动关系，电路拓扑及等效图如图3（a）、图3（b）所示。

Boost升压电路的算式如下：

（1）

（2）

令（1）=（2），得：

（3）

（4）

（5）

（6）

可以由Duty（占空比）来设置输出电压。

第二种为Buck降压电路系统，通过直接降压方式来定TFT LCD Panel电路的驱动关系，电路拓扑及等效图如图4（a）、图4（b）所示。

Buck降压电路的算式如下：

（7）

（8）

令（7）=（8），得：

（9）

（10）

（11）

可以由Duty（占空比）来设置输出电压。

在开关电源中，一般输出电压都会产生纹波，这是由于开关电源中的开关管在运行过程中不断地导通和關断，导致电路中电感电流在输出电流的有效值上下波动，因此电路产生的输出电压也会产生一个与开关管同频率的电压纹波。

当开关电源的输出电压纹波过大时，会对电路后端负载的正常工作带来不利影响，因此我们一般会在电路的输出端增加电容来减小输出电压的纹波。图5表示了开关电路中电感电流随时间的变化关系，根据式（12）可以计算出电路输出端的电容值，电路输出端的电容值与输出电压纹波的控制可由此来设置。

（12）

3.2 驱动电压纹波的调整与画质相关性

本文基于32HD TFT LCD RGB屏的各种测试画面来验证驱动电压纹波和显示画质的相关性。应用于实际光学调整时，各电压会呈现出不同的负载需求进而呈现于驱动电流波形之上，在此状态之下进行TFT LCD RGB屏的电压电流纹波校正，且可同时对光学校正进行确认。具体操作为由图像产生设备输出测试画面，当屏上画面显示后确认各路驱动电压电流纹波并进行校正，待纹波满足规格要求并确认画面正常时，在此状态下进行光学校正。

本文针对32HD TFT LCD RGB屏常见的测试画面，采用相应的测量方式进行了输入变化测试、负载变化测试，具体步骤为：

3.2.1 输入电压变化时各路驱动电压的确认

一般输入电压变动范围为：0.9Vin<=Vin<=1.1Vin，当输入电压在此范围内变化时，输出电压的线性调节范围可由式（13）表示，图6表示了输入电压变化对输出电压的影响。

输入变化测试下，驱动电压纹波数值分析结果如表1所示。

当输入电压分别在最大值、典型值、最小值时，各路输出电压的纹波对比图分别如图7、图8、图9所示。

3.2.2 负载变化时各路驱动电压的确认

TFT LCD RGB屏（常黑模式）一般负载的变动范围为：黑画面（轻载）<=Load（负载）<=白画面（重载），当负载在此范围内变化时，输出电压的线性调节范围可由式（14）表示，图10表示了负载变化对输出电压的影响。

在12V电源输入时，负载变化测试下，驱动电压纹波数值分析结果如表2所示。

当负载分别为黑画面（轻载）和白画面（重载）时，各路输出电压的纹波对比图分别如图11、图12所示。

4 TFT LCD RGB屏驱动电压纹波与画质相关性测量实验与结果

4.1 Gamma校正结果

当输入电压满足Vin（MIN）<=Vin<=Vin（MAX）时，Gamma满足2.0<=Gamma<=2.4，灰阶Gray level在40～240区间的Gamma value一致。图13、14、15分别是校正后的Gamma指数曲线、对数曲线以及误差率曲线。

4.2 对比度校正结果

当输入电压满足VMIN<=Vin<=VMAX时，黑画面（轻载）和白画面（重载）亮度及对比度均合乎规格，列表对比如表3所示：

表3 不同输入电源下的亮度及对比度

5 结论

本文根据现代工业要求，提出了驱动电压的纹波校正法，并介绍了调适原理以及测试标准。然后以各种测试画面为例分析了典型的驱动电压调适方法。最后通过画质评价方法对TFT LCD RGB屏的电压纹波误差补正方法进行了验证。结果证明：经过此方法调整电压纹波到3%之内时，能满足光学以及画质的要求。

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