第36卷第3期
迪克静脉2021年3月液晶与显示
Chinese Journal of Liquid Crystals and Display;
Vol.36 No.3
Mar. 2021
文章编号：1007-2780(2021)03-0432-07
蔡浩】
，陈超平2*
*，陈捷2，程子垚2
收稿日期：2020-09-08；修订日期：20201012.
基金项目：国家自然科学基金(No. 61831015)；上海市科学技术委员会项目(No. 19ZR1427200 , No. 1801H163000,
No ．1701H169200)
Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 61831015) ; Science and Technology Commission of Shanghai Municipality (No. 19ZR1427200, No. 1801H163000, No. 1701H169200)
* 通信联系人，E-mail ： ************
(1昆山龙腾光电股份有限公司产品研发中心，江苏昆山215300；2•上海交通大学电子工程系智能显示实验室，上海200240)
摘要：广窄视角可切换型薄膜晶体管液晶显示器面板通常会产生莫尔条纹问题，该问题是由背光模组的脉冲宽度调制信
号与窄视角模式下施加在显示面板的交流信号之间的相位差不断变化所造成的。为此，本文提出了一种可行的解决方 案。从造成莫尔条纹的根本原因入手，对造成莫尔条纹的干扰信号进行了优化，实现了信号同步，从而消除信号间的相 位差。实验结果表明：通过调节面板的每帧开始信号与背光模组的 调光信号pwm 之间的信号同步，可完美解决莫尔条
吊车轨纹问题。在1 kHz.49.8%占空比PWM 信号下，使用显示器彩分析仪CA-310量测64灰阶下莫尔条纹中心区域的闪 烁度由68.5%〜72.3%之间的循环跳变，变成稳定的69.9%。我们的产品在采用了上述方案后，窄视角模式下的莫尔条
纹现象得到了显著改善。
关键词:TFT-LCD ；广窄视角；莫尔条纹；背光驱动
中图分类号:TN27
文献标识码:A doi ：10.37188/CJLCD.2020-0228
Suppression of moire pattern for wide/narrow viewing
angle switchable TFT-LCD
CAI Hao 1 , CHEN Chao-ping 2 * , CHEN Jie 2 , CHENG Z-yao 2
(1. R&D Center , Infovision Optoelectronics Cr . Ltd . , Kunshan 215300 , China ;
2. Smart Display Lab , Department of Electronic Engineering ,
Shanghai Jiao Tong University , Shanghai 200240, China )
Abstract : The wide/narrow viewing angle switchable thin film transistor liquid crystal display has the
problem of moire pa t ern , which is caused by the continuous change of the phase between the pulse
width modulationsignalofbacklightandthedrivingsignalappliedtothedisplaypanelunderthenar- row viewing angle mode. This paper presents a feasible solution. Since root cause of the moire pattern is identified as the signal interference , our solution is to synchronize the signals so as to minimize the
phase difference. The experimental results show that , by synchronizing the display panels start verti
cally signal and backlight module' pulse width modulation signal , the moire pattern could be signiti-
第3期蔡浩，等：广窄视角可切换型TFT-LCD的莫尔条纹抑制433
cantly suppressed.Under a pulse width modulation signal with1kHz,49.8%duty cycle,the value of the flicker in the center area of the moire is from68.5%to72.3%under64gray scale measured by using the display color analyzer CA-310,and then becomes stable at69.9%.Based on this scheme,the actual observation of moire is not noticeable,thus it can give users good viewing experience under narrow viewing angle mode.
Key words:TFT-LCD；wide/narrow viewing angle switchable；moire；backlight driving
1引言
日常生活中，笔记本电脑已经非常普及，在办公、娱乐或收发邮件的使用率越来越高，但在不同的场合使用，用户就会顾及个人隐私问题。当我们在观看或是撰写私人信息时候，并不想让周围的人看到。传统的解决方案是使用3M防偷窥膜片来达到防窥的目的。但当分享有趣的内容或是会议讨论时，就希望有广阔的视角让更多人看到。广窄视角技术可实现广视角(Wide Viewing Angle,WVA)与窄视角(Narrow Viewing Angle,NVA)—键切换，省去了额外贴附防窥膜的繁琐，其原理是基于广窄视角可切换TFT-LCD技术而实现［「4］。
TFT-LCD是有源矩阵类型液晶显示器(Active Matrix LCD,AM LCD)中的一种。它具有低功耗、高对比度、高响应速度、适用范围广、易于集成化等特点，目前已成为面板显示产业主流技术之一。小到电子表、数码相机、智能手机，大到笔记本电脑、各种尺寸的显示器、平板电视，都在广泛使用TFT-LCD屏。TFT-LCD的主要原材料包括液晶、玻璃基板、背光模组、彩滤光片、偏光片、驱动电路、化学气体与材料、外框、各类薄膜及其他材料。
拉线护套2背光模块
目前，不同于有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)的技术原理［］, TFT-LCD模组的设计必需搭配背光单元来提供光源，如图1所示，其工作原理为由LED驱动点亮并控制条状的LED光源。现有的LED驱动所需的信号主要包括输入电压(V IN)、调光信号(Pulse Width Modulation,PWM)A使能信号(Chip Enable)等。对PWM的定义，还包括其调光频率及占空比，它们的取值有一定的范围及对应关系，调节占空比可对光源的强弱进行控制。 *Cour
>"^OVP2
LX
EN
w—
PWM Sign/WXO.
PWN
MIX
COMP
LED5
LED6
ISET
FREQ
AGND PGND
LED1
香仁夏露LED2
LED3
图1背光模块原理图
Fig.1Schematic of backlight module
背光模块的调光方式有多种模式。表1、表2列出两种常见模式调光下PWM频率与占空比的对应关系。PWM调光技术为目前常用的LED 调光技术。在进行脉冲宽度PWM调光时，需要提供一个额外的脉冲宽度调节信号源，通过改变输入的脉冲信号占空比来调制LED驱动芯片对功率场效应管的栅极控制信号，从而达到调节通过LED电流大小的目的。这种调光技术的优点在于应用简单、效率高、精度高，且调光效果好［］。
表1混合调光模式
Tab.1Mixeddimming mode
Dimming Frequency/Hz Duty(Min)/%Duty(Max)/% 100<f PWM C2000.18100
200<f PWM C5000.18100
500<f pwM^1k0.20100
1k<f p wm W2k0.20100
2k<f p wm W5k0.30100
5k<f pwm W10k0.30100
10k<f PWM W20k0.60100
434
液晶与显示
第36卷
CF 公共电极用点银胶方式接在一起，直流电压
驱动(DC-V com )；窄视角模式下：TFT 公共电极
等于DC-V com 电压，CF 公共电极等于AC V com 表2 PWM 调光模式
Tab.2 PWM Dimming Mode
带式输送机传动滚筒
Dimming Frequency/Hz Duty (Min)/% Duty (Max)/%
100<f PWM C2000.02100200<f PWM C5000.02
100500<f pwm 1 k
0.041001 k< f pwm W 2 k 0.06
1002 k< f pwm W 5 k
美团配送箱怎么安装0.15
1005 k< f p wm W 10 k
0.3010010 k<f PWM W20 k
0.60
100
电压。
(a)广视角模式(a) WVA mode
(b)窄视角模式
(b) NVA mode
3 广窄视角切换技术
3.1广窄视角切换简介
广窄视角技术主要是在系统端通过按键来实 现广窄视角之间的自由切换，可有效保护用户的 个人隐私°图2展示了已应用该技术的代表性产 品HP ・EliteBook 商用系列笔记本的广/窄视角
模式(Elitebook 显示屏的原始设计制造商为昆山 龙腾光电股份有限公司)°
(a)广视角模式 (b)窄视角模式
(a) WVA mode
(b) NVA mode
图2 HP EliteBook x360 1030 G2笔记本的广/窄视
角模式
Fig. 2 Wide/narrow viewing angle modes of HP
EliteBook x360 1030 G2
3.2广窄视角切换原理
当彩滤光片(Color Filter, CF)侧的公共
(Common)电极施加偏压时，该偏压信号由STV
信号触发同步产生，液晶分子在电场作用下沿电 场方向排列，与基板之间的预倾角增大，倾角较大 的液晶分子在斜视方向相位延迟与偏光板不再匹
配，造成斜视漏光，对比度降低，视角缩小°其初 始状态一般为宽视角，即CF 侧不施加偏压，原理
如图3所示°广视角模式下:TFT 公共电极与图3广窄视角可切换技术的原理示意图Fig. 3
Schematic of wide/narrow viewing angle
switching mechanism
4 莫尔条纹的产生机理
莫尔是法语Moir©音译，原意是水面的波纹°
从物理本质上解释，莫尔条纹是两条线或两个物 体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结 果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能
看到干涉的花纹，这种光学现象中的花纹就是莫 尔条纹°对莫尔条纹的研究最早可以追溯到19 世纪末期，20世纪50年代以后开始应用于实际
测量，并逐步对莫尔条纹的形成机理展开了广泛 的研究°深入研究它的形成机理、结构及其光强
分布规律具有非常重要的意义°它能够指导如何
改善莫尔条纹光电信号的质量以及光电位移传感 器的结构设计 。 莫尔条纹的形成机理主要有以下
3种理论：1)基于阴影成像原理°认为由条纹构
成的轨迹可表示莫尔条纹的光强分布° (2)基于
衍射干涉原理°认为由条纹构成的新的光强分布
可按衍射波之间的干涉结果来描述° (3)基于傅
里叶变换原理°认为形成的莫尔条纹是由低于光 栅频率项所组成[7-10] °本文所研究的莫尔条纹是
从衍射光学角度描述的衍射干涉原理为理论 依据。
在广视角模式下，随意调节背光亮度，其显示 效果良好，并无莫尔条纹现象°当切换到窄视角
模式，任意调节背光亮度时，莫尔条纹可见，尤其
低亮度下表现明显 。 窄视角模式比广视角模式在
第3期蔡浩，等：广窄视角可切换型TFT-LCD的莫尔条纹抑制435
彩滤光片基板的氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO)透明电极侧多加了一个偏压信号，因此可以断定液晶显示屏幕上的莫尔条纹与该交流偏压信号有关。以120Hz刷新率为例，量测显示模组上的STV与PWM信号的波形，如图4所示，可看出其系统送出的PWM信号频率为1kHz。
图4PWM频率为1kHz与STV信号的波形Fig.4Waveform of STV and PWM with1kHz
frequency
当不断调节PWM频率时，发现莫尔条纹现象的程度也在不断变化。在调节PWM频率时, STV信号固定不变，变化的只是两者的相位差。因此可以推断，其产生机理为：由于背光模组的调光信号PWM信号与施加在CF ITO侧的交流信号两者相位差不断变化，导致了人眼可见的干涉的花纹，因此产生了莫尔条纹。这会严重影响NVA模式下的画面显示效果。如图5所示，方框标识区域内，莫尔条纹明显可见。
Saturday,June17
图5PWM频率1kHz占空比49.8%下可见的莫尔条纹区域
Fig.5Visible area of moire under PWM with1kHz frequency and49.8%duty
5实验
5.1实验方法
断开由连接器端输入的PWM输入信号
(PWMI)，使用函数信号发生器连接，将PWMI 信号接入，规律性地调节PWM信号的频率及占空比，实际观测不同PWM频率及占空比下液晶显示屏在窄视角模式下的莫尔条纹现象。
5.2实验结果
以31.75cm(12.5in)全高清(Full HD)(分辨率为1920X1080)液晶显示屏为实验对象，表3为不同占空比下，验证不同频率有无莫尔条纹现象所得的数据。数据表明：低灰阶、低频率、低占空比下莫尔条纹明显可见。
表3PWM不同占空比及频率下的莫尔条纹状况Tab.3Performance of moire under different PWM duty and frequency(Hz)
Duty/%PWM frequency without Moire
10 1.3k、1.6k、1.7k、1.9k、2k、2.2k and above
20 1.3k、1.6k、1.9k、2.2k and above
30 1.7k、2k、2.2k and above
40 1.7k、2k、2.2k and above
50 1.7k、2k、2.2k and above
60 1.6k、1.9k、2k、2.2k and above
70 1.4k、1.7k、1.9k and above
80 1.1k and above
90600andabove
100600andabove
6结果与讨论
6.1解决方案
目前，绝大部分笔记本电脑使用的PWM频率为1kHz。针对莫尔条纹问题，现有的解决方案为：拉高PWM信号的频率，如图6所示，使其
图6PWM频率为3.1kHz与STV的波形Fig.6Waveform of STV and PWM with 3.1kHz
frequency
436
液晶与显示第36卷
与窄视角模式下施加在CF ITO侧的交流信号之间的相位差足够小，尽量避开人眼可见的范围。但此方案会引起占空比可调控精度低等问题。
对比传统的方案，本文的解决方案如下：图7为新的原理模块框图，无论前段系统送入的PWMI的频率为多少，使PWMI信号经连接器进入时序控制器（Timing Controller,TCON）后，产生PWM输出信号（PWMO）。为防止PWMO 信号在一帧内的完整性，避免造成背光亮度上的差异，同步产生为STV频率倍数的PWMO 信号进行输出，PWMO的占空比跟随PWMI的占空比，其TCON内部实现原理如图8所示［1］。电源开启后，STV经过计时器（Timer）计算两个上升沿的时间T,T参数反馈于PWM 模块产生倍频（n/T，的取值根据需求设定ROM
图7驱动模块框图
Fig.7Block diagram of driving module
图8TCON内部功能原理框图
Fig.8Blockdiagram ofembeddedfunctioninTCON
LCD_VCC
eDP Display
HPD
From Sink
Sink
AUX CH
Source
Main Link
Data
LED_EN
PWM
VLED
Parameter Symbol Min/ms Typ/ms Max/ms VCC Rise Time(10%to90%)Ti0.510 Delay from VCC to a
utomatic Black Video generation t20200 Delay from VCC to HPD high t30200 Delay from HPD high to link training initialization T.
Linking Training duration t5
Link idle t6
Delay from valid video data from Source to video on display Ty050 Delay from valid video data from Source to backlight enable T s200
Delay from backlight disable to end of valid video data t9
Delay from end of valid video data from Source to VCC off T100500 VCC fall time(90%to10%)Tn010 VCC off time Tn500
Delay from VLED to PWM t130
Delay from VLED to backlight enable Tg0
Delay from backlight disable to VLED off t150
Delay from PWM off to VLED off t160
图9eDP的时序规格
Fig.9TimingspecificationsofeDP
code）的PWM信号输出，再通过STV上升沿触发PWM信号产生PWMO信号，并送至LED 驱动。
依据嵌入式显示端口（Embedded Display Port，简称eDP）协议的时序规格，如图9所示，电源开启后至少200ms（该应用定义T8min值为200ms）后，背光才会点亮，其2个STV的周期远小于200mso STV与PWMO信号间的时序对应关系如图10所示。
T
|STV|门门
图10STV与PWMO对应时序关系Fig.10Timing relation between STV and PWMO 6.2实测结果
如图11所示，使用函数信号发生器，将液晶显示屏的STV信号引出接入设备，作为触发源，然后产生与STV同步的PWM信号后输入至LED驱动。
图11使用函数信号发生器通过STV触发PWM 验证示例
Fig.11VerifiedexampleofPWM signaltriggered bySTV
withfunctionsignalgenerator
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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