高分辨率TFT-LCD光电自动校正系统设计_聂素丽.pdf

第 卷 第 期 年 月电 子 器 件 .项目来源：柔性制造装备集成福建省高校重点实验室（厦门工学院）项目（）收稿日期：修改日期：，（，）：（），：；：高分辨率 光电自动校正系统设计聂素丽，张 捷（厦门工学院柔性制造装备集成福建省高校重点实验室，福建 厦门）摘 要：针对当前 接口的高分辨率（液晶显示屏）光电校正基本是手动校正，或者部分自动校正现状，搭建了适合目前高分辨率液晶显示的 双 光电自动校正系统，实现了、最佳 自动校正算法的优化，改善了影响高分辨率 显示品质的亮度、暗度、对比度、色度、闪烁等光电参数，提升了显示品质。实验结果表明该系统可支持 高分辨率，刷新率最高可达 。整体校正时间稳定在 ，满足厂线快速生产的需要，且校正系统成本低、系统升级方便，在显示技术行业具有较强的应用价值。关键词：；高分辨率；中图分类号：文献标识码：文章编号：（）近些年手机显示屏领域快速发展，（液晶显示屏）无疑占据着主流面板市场。在液晶显示器广泛的应用进程中，人们对显示品质提出了更高的要求，而光电信号影响显示效果及良好舒适度，比如，亮度、暗度、色度、对比度、闪烁等。实现良好显示效果的前提是精确、实时地测量与校正影响液晶显示品质的光电信号，而 曲线、校正直接影响了亮度、暗度、色度、对比度、闪烁等光电信号。目前常规的校正方法，以手动校正或者半自动校正为主，其稳定性和精准性已经很难满足客户对高端显示屏的要求，主要原因在于之前的校正平台都是根据低分辨率而设计，而到高分辨率显示屏（）旧有的测量平台就无法适用。同时由于工艺制程本身不稳定性，不同批次的模组因为制程、液晶、膜层、静电等因素存在着片间差异，即使使用相同的驱动参数也会呈现出片间不同的显示效果。近年来，研究人员对高分辨率显示屏的光电自动校正及 接口协议应用开展了广泛的研究，其中，彭晓雷对光电测量系统畸变校正原因进行分析，采用支持向量机建立光电测量系统畸变校正模型，消除畸变对光电测量系统的干扰。张第 期聂素丽，张 捷：高分辨率 光电自动校正系统设计 建东提出对器件控温过程中测量器件光电参数，在特定的环境下测量光电数据。张豪设计了一种基于 的 发送接口电路，实现了 视频传输功能。李先友等设计了一种基于 的实时 图像采集与处理系统。林新泉等针 对 小 尺 寸 提 出 了 自动校正算法改进，没有涉及具体硬件设计及 中最佳 的算法改进。针对上述问题，从影响 显示的关键要素分析，融合显示技术、光学测量设备于一体，本文设计了一种光电自动校正系统，包括 双 系统总体设计方案及算法改进两部分，通过对 曲线、算法优化实现对不同批次模组的亮度、暗度、色度、对比度、闪烁等光电参数的自动校正，支持高分辨率显示。系统总体设计方案 系统总体架构总体架构包含：端、校正系统板、电源系统、光电检测模块（）、被测显示屏（）等模块。其中光电检测机台工作电压为，防护等级为，工作温度为 ；校正系统板工作电压为，防护等级为，工作温度为。系统组成如图 所示。图 系统总体设计架构总体架构的核心是校正系统，包含主要硬件 处理器，、桥接芯片、存储器及光电检测模块，如图 所示。该系统以 位 处理器 为核心，校正系统要求 自动校正平均时间为 ，有 个可调节点，信号频率在 以上，最大工作主频可达 ，满足系统校正要求，且 具有浮点单元单精度，支持 单精度数据处理指令和数据类型，实现电源控制、显示控制和算法运算等。主控板供电为 、，被检测显示屏三路供电电压 ，主控板的相关功能参数的设置如表 所示。用于传输无规律图片和生成。无规律的图片主要是指风景图片、人物图片等。主要是指有规律的图片，如、棋盘格等。校正系统中被检测的 高 分 辨 率 显 示 屏 的 刷 新 率 达 到，的主频要在 以上，该系统 采用，最高主频可达 。可以输出 通道 的 信号，能够实现与高速 桥接芯片的信号转换且 引脚较多，可以预留部分引脚以便实现工厂自动控制功能的扩展。由于 自带的存储器大小受限，本系统需要缓存的数据量过大，需要外挂 片 存储器，它是一种 存储器，能够满足大内存密度和高带宽的应用程序，是时钟频率运行在高速的存储器。卡存储无规律的图片信息。接口转换芯片采用 颗，是目前市场上输出 信号的高分辨率主流桥接芯片，相较于 成本较低且可以实现 标准输出，信号传输，速度最大为 。光电检测模块（）采用荷兰的 光电传感器探头，相较于日本的 价格便宜，且测量的光电信号参数精度能满足该系统要求。图 校正系统表 主控板相关功能参数设置功能描述备注显示接口分辨率，刷新率 板外接无规律图片 卡 卡存放图片 生成 架构双 接口方式 更改 电 子 器 件第 卷 系统校正流程 主控模块利用 的 快速读取 里面存储的无规律图片传送给，把图片信息存储到 里面，快速读取了图片信息，同时 利用算法自身内部存储生成 张有规律性的。通过 总线对 进行初始化，在 初始化完成后，利用 接口对高分辨率显示屏进行初始化。显示屏初始化完成后，对 发出指令，收到 指令后调用图片数据输出 通道 的 数据，传送给，将 转换为 协议，实现 信号的输出。通过内部算法控制 读取显示屏的相关光电数据，找到 的最佳，并对所读取的 数据进行算法校正，对色坐标进行阈值判断，改善显示品质，相关光电检测信息可存储到 卡，并通过串口传送到 端。图 不同批次的模组 超规 光电校正系统算法设计光电校正系统算法的核心在于通过 校正及 信号自动调节，改善光电参数，提升显示品质。算法校正 曲线对亮度、暗度，色度都有影响，是提升显示品质的很重要的综合性参数。曲线以满足 为最优。当前业界最常用做法是以某几片模组作为调试基础进行 调整，然后以这组 应用到整个产品中，但是不同批次的模组因为制程、液晶、膜层、静电等因素存在着片间差异，如图 所示，可以看出同一组 针对不同批次的玻璃存在着 超规的问题。本系统利用软件来达到不同批次、不同模组之间的 规格要满足。本系 统 采 用 的 算 法 是 显 示 装 置 先 记 录 其 校正每一设置点对应灰阶的所有设置的相对亮度（相对亮度（亮度最小亮度）（最大亮度最小亮度），并以此建立数据库。根据格拉斯曼混色定理，校正算法依据 与 的转换，可利用色彩混合的方式 产生某种所需色彩。本系统使用三刺激值描述亮度与色度。对待调整显示装置测量显示白（最大亮度）、黑（最小亮度）画面时亮度 为（，）、（，）。红、绿、蓝画面时色度为（，）、（，）、（，）。设备无法达到理想暗态，存在一定的漏光，为此，加入“黑点”考虑，并得到|（）式中：（，）为加入“黑点”考虑后的（红色）画面下的三刺激值。（，）为暗态下测得的 的三刺激值。|（）式中：（，）为加入“黑点”考虑后的（绿色）画面下的三刺激值。|（）式中：（，）为加入“黑点”考虑后的（蓝色）画面下的三刺激值。以系数（，）表示红、绿、蓝的亮度系数，则待调整显示装置可以显示的亮度色度表示为：|（）将|代入式（），解得一组|即待调整显示装置的系数，可以取的最大值。根据预设的色度要求（，）可以得到式（）。|（）第 期聂素丽，张 捷：高分辨率 光电自动校正系统设计 将式（）与式（）联立，并分别令，为最大值，时可以解得 个不同，预设（，）为已知，如此可获得 时的，和，同理获得时的，和，以及 时的，和，即为满足色度要求的最大亮度组合。同理，分别令，为，可以解得 个，即为满足色度要求的最小亮度。由待调整显示装置在预设要求色度下可达到的最大最小亮度，即可根据预设要求的 值计算出该显示装置在显示每一灰阶的理论亮度，加上预设要求色度，就得到了每一灰阶的理论亮度色度，即为该显示装置的调整校正目标。同理，利用此方法可以实现每一设置点的调整校正方法，由该设置点对应灰阶的目标亮度色度，代入式（），解得，系数（，）。实际测量该设置点对应灰阶的亮度色度，代入式（）解得，系数（，），使用该设置点，当前设置数值在数据库 中对应的相对亮度（，）除以系数（，）再乘以系数（，），得到一组新的相对亮度（，）。以（，）在数据库 中查找与其最接近的相对亮度，从而得到对应，的新的设置值，设置点调整校正结束。信号自动调节 电压需要设置得合理，否则从显示效果来看，显示屏会出现闪烁的问题。两端的正负极性电压差异会造成闪烁。调节，使 两端正极性和负极性的电压差尽可能相等，从而优化闪烁。最佳值使模组的闪烁值最小，光电系统校正的过程就是寻找这个最佳值的过程。传统寻找 总是由最佳 的一侧扫描到另一侧，容易在液晶电容中产生静电累积（相邻两阶 电压差值在 左右），影响最佳 确定的准确性。本系统首先通过一定的步长（步长取值应较大，根据不同情况设置）来快速找到最佳 的大致范围（即 点 满足大小大的条件），得到最佳 的大致范围后，采用二分法快速将 收敛到最小值，从而得到最佳。此方式可在较短时间内扫描尽可能大范围区域，使得 最终得到最佳。总是在最佳 的两边轮流扫描，避免静电残留对最佳 的影响，使得最佳 更为准确。具体方法如图 所示。根据上述查询方法，若当 时，需要扫描，即 个点，即扫描 个点能够使得最大最小 间距为 阶，而目前传统方案扫描 个点时最大最小 则为 阶，因此二分法收敛速度快，而且 的扫描范围扩大，实际验证平均 可以完成 搜索 系统测试结果搭建光电校正系统、包含系统板、光电检测、被测 屏。校正 曲线，优化，改善光电参数，如图 所示。图 最佳 寻找方法图 光电校正系统 自动校正测试使用 的高分辨率 显示屏为实验屏，选取型值点时，在灰阶范围内，实测选取的型值点为，等灰阶，测量型值点和 画面的三刺激值，校正目标为，目标色度为（，），经过 算法调整，校正前，校正后基本接近 即 拟合在一起，如图 所示。在灰阶过度调整中，调整误差为，如图 所示。色度值在预设值 以内，如图 所示。电 子 器 件第 卷图 校正拟合接近 图 调整误差图 色度显示 优化验证 模组手动查找 和 自动查找 拟合对比，确认结果基本一致，算法准确度高，可以有效改善闪烁问题，如图 所示，横坐标表示验证的模组片数，纵坐标表示寄存器设定的值。图 最佳 确认 亮度、暗度、对比度数据分析抽取 模组检测亮度、暗度以及对比度，用 标准光学测量仪器与本系统用到的 进行对比，其中 代表亮度，代表暗度，代表对比度。采用 片模组的测试结果，对比发现，亮度、暗态亮度和对比度数据测量中，本系统采用的 测得的数据与 所测数据相差在 以内，符合测量规格需求，如表、表 所示。表 标准光学测量序号 表 标准光学测量序号 图片校正效果图 可明显看出经过光电参数校正过后的图片色度更为逼真，显示品质得到明显改善。图 校正前后对比图 光电校正系统时间统计光电校正时间分为四个部分：调整、调整、（检查）、烧录。整体时间可稳定在 ，符合前期预期，能够满足工厂快速生产的需要，如图 所示。第 期聂素丽，张 捷：高分辨率 光电自动校正系统设计 图 光电校正系统时间统计 结论本系统针对现有高分辨率液晶显示屏光电自动校正系统的不足，提出了适合目前高分辨率（）显示屏光学校正平台及相关校正方案。实验结果表明：刷新率高达 的高分辨率显示屏 自动校正，自动找寻最佳，校正后得到的数据与理论数据进行对比判别，亮度、暗度、对比度与 标准光学测量仪器测得数据误差在 之内。色度值在预设值以内，速度为 。校正误差为。测量精度为，显示品质提升。校正系统整体时间稳定在 ，满足厂线快速生产的要求，具有较强的实用价值。参考文献：朱念芳，屠彦，王莉莉，等 手机白场亮度和饱和度对视觉舒适度和视疲劳的影响 液晶与显示，（）：，（）：姜明宵，段欣，王丹 显示数据接口技术的发展和应用 信息技术，（）：李继军，聂晓梦，甄威，等 显示技术比较及新进展 液晶与显示，（）：邹博超，刘越，郭玫 立体图像及显示舒适度评价方法研究进展 计算机辅助设计与图形学学报，（）：姚庆星 一款液晶电视机的 自动调整系统 厦门科技，（）：郭绍耀 控制器的设计与实现 长沙：湖南大学，章雨一，刘马良，朱樟明 高速显示接口集成电路 微纳电子与智能制造，（）：彭晓雷 基于支持向量机的光电测量系统畸变校正 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