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，張陽陽

(北京京東方光電科技有限公司 車載開發本部，北京 100176)

1 引 言

車載儀表顯示中，對亮度的需求很高，RGBW架構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RGBW模組會出現橫紋閃爍、串撫以及色偏等不良，在對RGB以及RGBW進行差別對比以及測試分析后，發現同行同色極性排布方式十分關鍵，其不合理的搭配會引起對應不良顯示，基于上述發現，本文提出了開發RGBW模組時像素排布的基本設計方案，為RGBW模組開發提供了設計準則。

2 RGBW顯示原理

普通的彩色液晶由多個像素構成，其中一個像素由3個子像素構成，每個子像素上涂有對應的R/G/B色阻，通過子像素的液晶偏轉角度實現子像素的透光，進而實現整張圖像的顯示。

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%)，通過實際算法，根據實際給到的RGB信號重新轉換數據[2-4]，改變子像素的灰階值(此值不固定，根據不同RGBW算法決定)，最后實現整張圖像的顯示。

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 一種實現RGBW實時顯示的驅動框架Fig.2 Real-time display driver framework of RGBW

實時數據轉換可以使用FPGA來更改數據匹配實現，圖2為產品框架。

3 RGB轉為RGBW時發生的不良

正常RGB顯示無異常情況下，將其彩膜按照RGBW排布重新制作，進行點亮后，發現其發生了色偏、串擾、區域橫紋閃爍、殘像[5]等不良。

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

表1 單色畫面W/R/G/B在不同灰階值時的色坐標

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，其色坐標偏移嚴重。

4 不良產生的原因

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進行制作完成，電路驅動以及陣列走線都相同，但RGB上并未出現這些不良現象。根據不良現象，我們對面板上的各個電壓進行了測試，發現電壓中的公共電極電壓VCOM表現異常。

圖4 同樣畫面不同反轉方式的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]已經被影響，且呈現周期性，周期與反轉方式相關。為此我們以G畫面來做分析。

圖5 不同反轉方式下的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，因為RGBW彩膜的排列，導致G畫面在不同反轉方式下，實際的反轉變成了雙行反轉、幀反轉、4行反轉、行反轉，而行反轉會耦合VCOM，從實際反轉也可看出正好對應VCOM的耦合周期。

而VCOM的這種耦合就會產生串擾、色偏等不良。至于閃爍，則是因為多行同一極性，導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有閃爍現象，但是無法解釋低灰階RGBW全開情況下的區域橫紋閃爍現象。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，但是實際畫面仍有區域性的橫紋閃爍。圖7為RGBW 玻璃的像素排列情況。可以看出，無論何種反轉，R、G、B、W像素的行方向均為同一極性，而在一幀的圖像中，同極性行的數量則根據反轉方式不同而不同，但至少都為一行。

不同極性的像素，設定值為同一灰階，若VCOM調節成理論最優，則不同極性像素顯示的亮度是一致的，若VCOM調節非最優，則會產生閃爍。故RGBW玻璃的VCOM為非最優值，則行像素每幀之間的亮度差會導致人眼看起來為行閃爍。

但是玻璃均一性等工藝問題會導致各處的最優VCOM值不同，所以當設定一個區域的最優值后由于亮度差異的程度與該區域最優VCOM偏離實際VCOM的程度成正相關，其他區域則會發生橫紋閃爍。

為驗證此種分析，按照9點均一性的位置分別調整VCOM，設置成該區域的最優VCOM結果：最優VCOM區域橫紋閃爍基本不可見，但其他區域效果則相應改變(各自區域最優值與當前VCOM偏離大，則不良現象加重)；9個區域情況相同。從上面驗證可知，RGBW屏幕發生的串擾、偏色以及橫紋閃爍而RGB屏無此問題是由像素反轉驅動排列導致。

5 改善措施

分析得出，橫紋閃爍為像素反轉驅動排列導致，因此可以從IC驅動以及玻璃走線來更改排列[7-9]。

IC驅動：從RGBW屏幕的像素排列，可得出IC在行方向驅動應由原來的“+-+-+-+-”改為“+-+--+-+”或者“-+-++-+-”為最優；上面更改是將行同色像素極性正負以1個像素穿插，也可以根據需要變更為2周期(即兩個同極性同色像素后面為兩個另一極性同色像素)。

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，根據驅動情況，可以調整玻璃的走線，如圖8所示。從圖(8)可以看出，通過玻璃上交叉走線以及FPGA針對走線進行數據上的調換[10-11]，一行上同色像素的正負極性可以實現我們的需求。

6 結 論

RGBW玻璃因為更改了像素的排列方式，導致實際輸出正確圖像時，對應像素的極性排布已經與RGB屏有區別。若仍沿用RGB屏的像素驅動則有可能發生VCOM耦合以及閃爍等問題，故研發非傳統的RGB屏時，需要根據實際的像素極性排布方式來選擇對應的極性驅動方式。一行同色像素的同一極性像素應該占此行同色像素的50%，且正負極性彼此相鄰，此種設計一般為最優像素極性排列方式。