RGBW液晶顯示中的像素極性排布方式解析

于 潔，李鵬濤，王春華，佟澤源，韓 銳，馬 青，尹大根，張陽(yáng)陽(yáng)

(北京京東方光電科技有限公司 車載開發(fā)本部，北京 100176)

1 引 言

車載儀表顯示中，對(duì)亮度的需求很高，RGBW架構(gòu)的模組透過率可提升將近50%，與RGB相比，可有效降低模組亮度及減少功耗[1]。但同時(shí)RGBW模組會(huì)出現(xiàn)橫紋閃爍、串撫以及色偏等不良，在對(duì)RGB以及RGBW進(jìn)行差別對(duì)比以及測(cè)試分析后，發(fā)現(xiàn)同行同色極性排布方式十分關(guān)鍵，其不合理的搭配會(huì)引起對(duì)應(yīng)不良顯示，基于上述發(fā)現(xiàn)，本文提出了開發(fā)RGBW模組時(shí)像素排布的基本設(shè)計(jì)方案，為RGBW模組開發(fā)提供了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

2 RGBW顯示原理

普通的彩色液晶由多個(gè)像素構(gòu)成，其中一個(gè)像素由3個(gè)子像素構(gòu)成，每個(gè)子像素上涂有對(duì)應(yīng)的R/G/B色阻，通過子像素的液晶偏轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)子像素的透光，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整張圖像的顯示。

而RGBW是將部分子像素上的色阻去除，涂上W色阻(透過率接近100%)，通過實(shí)際算法，根據(jù)實(shí)際給到的RGB信號(hào)重新轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)[2-4]，改變子像素的灰階值(此值不固定，根據(jù)不同RGBW算法決定)，最后實(shí)現(xiàn)整張圖像的顯示。

圖1 (a)正常的RGB像素排列；(b)RGBW像素排列方式Fig.1 (a)RGB pixel arrangement;(b)RGBW pixel arrangement

圖2 一種實(shí)現(xiàn)RGBW實(shí)時(shí)顯示的驅(qū)動(dòng)框架Fig.2 Real-time display driver framework of RGBW

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可以使用FPGA來更改數(shù)據(jù)匹配實(shí)現(xiàn)，圖2為產(chǎn)品框架。

3 RGB轉(zhuǎn)為RGBW時(shí)發(fā)生的不良

正常RGB顯示無異常情況下，將其彩膜按照RGBW排布重新制作，進(jìn)行點(diǎn)亮后，發(fā)現(xiàn)其發(fā)生了色偏、串?dāng)_、區(qū)域橫紋閃爍、殘像[5]等不良。

圖3 綠色背景黑框引起人眼可見的橫向串?dāng)_Fig.3 Visible crosstalk of black box on green background

表1 單色畫面W/R/G/B在不同灰階值時(shí)的色坐標(biāo)

Tab.1 Color coordinate of image W/R/G/B with different gray scale values

ItemG255G164G40WX0293 80.300 60.298 3Y0.323 40.3330.329 6RX0.666 40.6650.457 0Y0.309 20.309 20.310 9GX0.262 10.263 20.254 2Y0.627 50.6280.497 7BX0.145 80.1460.174 1Y0.059 30.0610.114 9

從表1可以看出隨著灰階的降低，其色坐標(biāo)偏移嚴(yán)重。

4 不良產(chǎn)生的原因

此款31.2 cm(12.3 in) RGBW模組通過31.2 cm(12.3 in)RGB模組上更改CF進(jìn)行制作完成，電路驅(qū)動(dòng)以及陣列走線都相同，但RGB上并未出現(xiàn)這些不良現(xiàn)象。根據(jù)不良現(xiàn)象，我們對(duì)面板上的各個(gè)電壓進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電壓中的公共電極電壓VCOM表現(xiàn)異常。

圖4 同樣畫面不同反轉(zhuǎn)方式的VCOM 波形Fig.4 VCOM waveforms of different inversion with the same screen

從圖4可以明顯看出，公共電極VCOM電壓[6]已經(jīng)被影響，且呈現(xiàn)周期性，周期與反轉(zhuǎn)方式相關(guān)。為此我們以G畫面來做分析。

圖5 不同反轉(zhuǎn)方式下的G畫面像素亮暗情況Fig.5 Brightness of G picture under different inversion modes

從圖5可以看出，因?yàn)镽GBW彩膜的排列，導(dǎo)致G畫面在不同反轉(zhuǎn)方式下，實(shí)際的反轉(zhuǎn)變成了雙行反轉(zhuǎn)、幀反轉(zhuǎn)、4行反轉(zhuǎn)、行反轉(zhuǎn)，而行反轉(zhuǎn)會(huì)耦合VCOM，從實(shí)際反轉(zhuǎn)也可看出正好對(duì)應(yīng)VCOM的耦合周期。

而VCOM的這種耦合就會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_、色偏等不良。至于閃爍，則是因?yàn)槎嘈型粯O性，導(dǎo)致人眼可以感覺到亮度變化。

上述情況可以解釋純色畫面為何會(huì)有閃爍現(xiàn)象，但是無法解釋低灰階RGBW全開情況下的區(qū)域橫紋閃爍現(xiàn)象。圖6為RGBW 畫面下VCOM的波形。

圖6 RGBW白畫面下VCOM 的波形Fig.6 VCOM waveform of white picture

圖7 RGBW玻璃的彩膜排布Fig.7 Arrangement of RGBW panel color filter

可以看出，VCOM無明顯周期耦合，但是實(shí)際畫面仍有區(qū)域性的橫紋閃爍。圖7為RGBW 玻璃的像素排列情況?？梢钥闯?，無論何種反轉(zhuǎn)，R、G、B、W像素的行方向均為同一極性，而在一幀的圖像中，同極性行的數(shù)量則根據(jù)反轉(zhuǎn)方式不同而不同，但至少都為一行。

不同極性的像素，設(shè)定值為同一灰階，若VCOM調(diào)節(jié)成理論最優(yōu)，則不同極性像素顯示的亮度是一致的，若VCOM調(diào)節(jié)非最優(yōu)，則會(huì)產(chǎn)生閃爍。故RGBW玻璃的VCOM為非最優(yōu)值，則行像素每幀之間的亮度差會(huì)導(dǎo)致人眼看起來為行閃爍。

但是玻璃均一性等工藝問題會(huì)導(dǎo)致各處的最優(yōu)VCOM值不同，所以當(dāng)設(shè)定一個(gè)區(qū)域的最優(yōu)值后由于亮度差異的程度與該區(qū)域最優(yōu)VCOM偏離實(shí)際VCOM的程度成正相關(guān)，其他區(qū)域則會(huì)發(fā)生橫紋閃爍。

為驗(yàn)證此種分析，按照9點(diǎn)均一性的位置分別調(diào)整VCOM，設(shè)置成該區(qū)域的最優(yōu)VCOM結(jié)果：最優(yōu)VCOM區(qū)域橫紋閃爍基本不可見，但其他區(qū)域效果則相應(yīng)改變(各自區(qū)域最優(yōu)值與當(dāng)前VCOM偏離大，則不良現(xiàn)象加重)；9個(gè)區(qū)域情況相同。從上面驗(yàn)證可知，RGBW屏幕發(fā)生的串?dāng)_、偏色以及橫紋閃爍而RGB屏無此問題是由像素反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)排列導(dǎo)致。

5 改善措施

分析得出，橫紋閃爍為像素反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)排列導(dǎo)致，因此可以從IC驅(qū)動(dòng)以及玻璃走線來更改排列[7-9]。

IC驅(qū)動(dòng)：從RGBW屏幕的像素排列，可得出IC在行方向驅(qū)動(dòng)應(yīng)由原來的“+-+-+-+-”改為“+-+--+-+”或者“-+-++-+-”為最優(yōu)；上面更改是將行同色像素極性正負(fù)以1個(gè)像素穿插，也可以根據(jù)需要變更為2周期(即兩個(gè)同極性同色像素后面為兩個(gè)另一極性同色像素)。

圖8 RGBW玻璃走線更改示例Fig.8 Example of RGBW panel driving wire change

玻璃走線更改：同理，根據(jù)驅(qū)動(dòng)情況，可以調(diào)整玻璃的走線，如圖8所示。從圖(8)可以看出，通過玻璃上交叉走線以及FPGA針對(duì)走線進(jìn)行數(shù)據(jù)上的調(diào)換[10-11]，一行上同色像素的正負(fù)極性可以實(shí)現(xiàn)我們的需求。

6 結(jié) 論

RGBW玻璃因?yàn)楦牧讼袼氐呐帕蟹绞剑瑢?dǎo)致實(shí)際輸出正確圖像時(shí)，對(duì)應(yīng)像素的極性排布已經(jīng)與RGB屏有區(qū)別。若仍沿用RGB屏的像素驅(qū)動(dòng)則有可能發(fā)生VCOM耦合以及閃爍等問題，故研發(fā)非傳統(tǒng)的RGB屏?xí)r，需要根據(jù)實(shí)際的像素極性排布方式來選擇對(duì)應(yīng)的極性驅(qū)動(dòng)方式。一行同色像素的同一極性像素應(yīng)該占此行同色像素的50%，且正負(fù)極性彼此相鄰，此種設(shè)計(jì)一般為最優(yōu)像素極性排列方式。