Osnove utripanja LCD-ja
Kaj je Flicker
01
TFT-LCD uporablja spremembe napetosti za nadzor jakosti električnega polja v škatli s tekočimi kristali, spremeni smer poravnave molekul tekočih kristalov in doseže nadzor nad tem, ali se svetloba prepušča. Ko LCD prikaže zaslon, se slika pogosto pojavi in ta pojav se imenuje "utripanje".
Zakaj lahko človeško oko opazuje utripanje
02
Ko človeško oko opazuje prizor, traja kratek čas, da svetlobni signal prenese v možgane. Ko je svetlobnega učinka konec, vizualna slika ne bo takoj izginila. Ta preostali vid se imenuje »post-slika«, ki se imenuje »vizualna začasna retencija«, imenovana tudi »učinek naknadnega sijaja«. Zaradi učinka naknadnega sijaja mora človeško oko začutiti film, frekvenca posodabljanja slike pa ostane vsaj 16 ~ 24 Hz. Vendar pa je v resnici še vedno mogoče občutiti razliko v svetlosti slike pri frekvenci posodabljanja slike 30 Hz in intuitiven občutek je videti, da slika utripa. Zato je za boljšo kakovost slike potrebna večja frekvenca posodabljanja slike, tem bolje.
Zakaj ljudje opazijo pojav utripanja, ko prikazujejo LCD monitor? To je zato, ker sta svetlost (sivina) sprednjega in zadnjega zaslona neskladna, svetlost pa zato, ker je prepustnost svetlobe LCD škatle drugačna, prepustnost svetlobe pa določa stopnja odklona molekul tekočih kristalov.
Mehanizem nastanka utripanja
03
LCD nadzoruje stoječi kot tekočega kristala z velikostjo napetosti za nadzor svetlosti, tekoči kristal pa se poganja v načinu AC. Kot je prikazano na spodnji sliki, če vrednost Vcom ni dobro prilagojena, ker je obstoj ΔVp enakovreden uporabi enosmerne napetosti v plasti tekočega kristala, Vp+ ≠ Vp-, kar ima za posledico razlike v svetlosti pozitivnih in negativnih okvirjev, kar ima za posledico utripanje in druge pojave, ki skrajšajo življenjsko dobo tekočega kristala; zato je treba izravnati nenadno napetost ΔVp. Da bi izravnali del nenadne napetosti ΔVp, lahko skupno napetost Vcom spremenite v spremenljivko (lahko jo prilagodite), kar lahko učinkovito reši problem utripanja.
Pomemben dejavnik, ki določa kakovost stikala TFT, je parazitska kapacitivnost Cgs med kovino vrat TFT in izvorno kovino. Na splošno je kot vir nastavljena stran, kjer je TFT povezan z elektrodo slikovnih pik. Ker je stikalo TFT blizu prehodnega stanja, ko napetost vrat Vgs takoj pade z visokega nivoja VGH na nizki nivo VGL, se količina spremembe Vgs ΔVgs na elektrodi slikovnih pik združi s parazitnim kondenzatorjem TFT Cgs, kar povzroči skok napetosti slikovnih pik Vp in skok je ΔVp. Zaradi obstoja ΔVp napetost pikslov postane (Vp-ΔVp).
Flickerjeva metoda vrednotenja
04
Pri pozitivnih in negativnih transformacijah okvirja pod običajno sliko se sosednje slikovne pike kompenzirajo, zaradi česar utripanja utripanja na običajni sliki ni mogoče opaziti. Ko se pozitivni in negativni okvirji spremenijo v stanju utripanja zaslona, je utripanje utripanja mogoče opaziti le zaradi odstopanja svetlosti slikovnih pik pozitivnega in negativnega okvirja. Spodaj sta dve pogosti metodi ocenjevanja utripanja v industriji.
V standardu VESA (Video Electronics Standards Association) sta na splošno dve vrsti metod testiranja utripanja: preskusna metoda JEITA in preskusna metoda FMA.
Preskusna metoda JEITA je prilagoditev frekvence osveževanja zaslona na frekvenco, ko ta deluje, in uporablja merilnik spektra in fotoelektrično pretvorniško napravo za testiranje krivulje spreminjanja svetlosti skozi čas znotraj okvira. S hitro Fourierjevo transformacijo se pretvori v krivuljo spremembe svetlosti glede na frekvenco F(w). Nato vzemite F(ω) pri isti frekvenci kot vzorec, ki se preskuša, če vzamete F60Hz in F0Hz pri enosmernem toku, nato vzemite logaritem F(ω)/F0Hz, rezultat je vrednost utripanja, formula pa je izražena kot:
Preskusni pogoji preskusne metode FMA (Flicker Modulation Amplitude, FMA) so enaki kot pri metodi JEITA. Svetlost se pretvori v amplitudno moduliran električni signal prek fotoelektričnega pretvornika, odčitata se največja vrednost Vmax in najmanjša vrednost Vmin. Kvalitativno velja, da je (VmaX-Vmin) komponenta AC in (Vmx+Vmin)/2 komponenta DC. Potem je izraz utripanja MaX:
Vpliv Vcom na Flicker
05
Optimalno utripanje izdelkov v belem načinu se postopoma zmanjšuje, ko se raven sive povečuje, medtem ko se optimalno utripanje izdelkov v črnem načinu postopoma zmanjšuje, vendar se ustrezen Vcom postopoma povečuje.
ΔVp, produkt običajnega belega načina, postopoma narašča, ko se lestvica sive povečuje (negativni premik Vcom), s čimer povzroči povečanje pozitivne in negativne razlike v svetlosti, vendar povprečna svetlost slike kaže tudi trend povečanja, ko se lestvica sive povečuje (glavni dejavniki), kar vodi do zmanjšanja optimalnega utripanja; medtem ko se ΔVp, sivina izdelka običajnega črnega načina, postopoma zmanjšuje (pozitivni premik Vcom), kar povzroči postopno zmanjševanje pozitivne in negativne razlike v svetlosti, in ker tudi povprečna svetlost slike kaže trend naraščanja, se optimalno utripanje postopoma zmanjšuje.
Vpliv VGH na utripanje
06
V poskusu je bila napetost VGH zunanje povezana z enosmernim napajalnikom, VGL in Vcom pa sta ostala nespremenjena. Preizkušene so bile vrednosti utripanja pri različnih napetostih VGH v običajnem belem načinu oziroma izdelkih v običajnem črnem načinu. Rezultati so prikazani na spodnji sliki in kažejo, da VGH pomembno vpliva na utripanje. Razlogi za analizo so:
V prvi fazi, ko je VGH nizek, se ΔVp po eni strani poveča s povečanjem VGH. Po drugi strani pa, ko je VGH nizek, slikovne pike niso popolnoma zapolnjene, razlika v svetlosti pozitivnih in negativnih okvirjev pa je velika (glavni dejavnik). Ko se VGH povečuje, se slikovne pike postopoma polnijo, razlika v svetlosti pozitivnih in negativnih okvirjev pa se zmanjšuje. V tej fazi se utripanje zmanjša s povečanjem VGH;
V drugi fazi se VGH do določene mere poveča in slikovne pike so popolnoma zapolnjene. V tem času se ΔVp poveča s povečanjem VG, kar povzroči povečanje razlike v svetlosti pozitivnih in negativnih okvirjev, to je, poveča se utripanje.
Napetost VGH se razlikuje od obeh načinov izdelkov ter optimalnega utripanja in ustreznega razmerja Vcom. Eksperimentalni rezultati, prikazani na spodnji sliki, kažejo, da se VGH povečuje in da je optimalno utripanje skoraj nespremenjeno, vendar se ustrezen Vcom postopoma zmanjšuje. Ko se torej napetost VGH spremeni, lahko utripanje prilagodite, da dosežete najboljše utripanje.
Vpliv VGL na utripanje
07
V poskusu je bila napetost VGL zunanje povezana z enosmernim napajalnikom, VGH in Vcom pa sta ostala nespremenjena. Preizkušene so bile vrednosti utripanja pri različnih napetostih VGL v normalnem belem načinu oziroma izdelkih v običajnem črnem načinu. Rezultati so prikazani na spodnji sliki in kažejo, da VGL pomembno vpliva na utripanje. Razlogi za analizo so:
V prvi fazi, ko se VGL postopoma zmanjšuje od -2 V do najnižje točke (približno -8 V), čeprav se ΔVp postopoma povečuje, se Ioff TFT postopoma zmanjšuje (glavni dejavnik), napetost slikovnih pik pa ima boljše karakteristike zadrževanja, zaradi česar se razlika v svetlosti pozitivnih in negativnih okvirjev postopno zmanjšuje, to je utripanje se postopoma zmanjšuje;
V drugi fazi se VGL še naprej zmanjšuje, Ioff ΔVp in TFT pa postopoma narašča. Kombinacija obeh povzroči, da se razlika v svetlosti med pozitivnimi in negativnimi sličicami postopoma povečuje, kar pomeni, da se utripanje postopoma povečuje.
Kaj je Flicker drift
08
Ko je v LCD-ju prisotno prednapetostno električno polje enosmernega toka, to prednapetostno električno polje pritegne ione, zaradi česar se v bližini elektrode ustvari-vgrajeno električno polje. To vgrajeno-električno polje se še naprej krepi, dokler ni končana kompenzacija enosmernega prednapetja električnega polja. Učinek interakcije tega vgrajenega-električnega polja in enosmernega električnega polja povzroči odnašanje utripanja.
Učinek obračanja polarnosti slikovnih pik na utripanje
09
Pojav metode transformacije polarnosti inverzije okvirja je očiten
Pojav metode transformacije polarnosti Flickerjeve inverzije ni očiten
Pojav utripanja pri metodi transformacije polarnosti inverzije stolpca ni očiten
Metoda transformacije polarnosti inverzije pik Utripanje skoraj ni pojav
Običajno optimiziramo fenomen utripanja s prilagajanjem napetosti Vcom in izbiro metode inverzije polaritete.
