調節顯示器Gamma曲線的 新方法和系統

徐永先 曲鳴飛

【摘要】? ? 現階段，顯示器發生了巨大的變化：CRT顯示器退出市場，LCD顯示器和OLED顯示器在市場上占據絕大份額，QLED顯示器正在完善其技術。不管采用LCD、OLED、QLED哪種顯示器，都需要在客戶在使用前進行Gamma曲線調節，以達到最佳顯示效果。目前的Gamma曲線調節方法是對照Gamma 2.2曲線，逐一調節若干個Gamma參考電壓，使它們在Gamma 2.2曲線上，其過程費時費力。為了解決這一問題，本文提出了新的顯示器Gamma曲線調節的方法和系統。

【關鍵詞】? ? 顯示器? ? Gamma曲線? ? 調節方法? ? 調節系統

Abstract：Display devices are changing greatly.CRT display has quited from market .LCD and OLED display are taking majority share of the market.QLED display technology is being improved.No matter which display device（LCD、OLED、QLED） is applied，Gamma curve tunning is needed before usage of customers，to reach the best display quality.The Gamma curve tunning method is tunning every Gamma reference voltage comparing with Gamma 2.2 curve currently.It is time-consuming and laborious.To solve this problem，new Gamma curve tunning method and system of display device is proposed in this paper.

Key words：display device;Gamma curve;tunning method;tunning system

引言

顯示器近年來發生了巨大變化，CRT顯示器已經退出市場，LCD和OLED顯示器正占據市場的絕大份額。同時QLED顯示器正在完善其技術。不管是LCD、OLED、QLED哪種顯示器，在進入市場到客戶手里之前，都需要進行Gamma曲線調節，以達到最佳顯示效果。對于大部分人來講，Gamma 2.2曲線是最佳顯示效果曲線。因此，顯示器進入市場前，要調節成Gamma 2.2的曲線。

目前的方法是：設定若干個電壓作為Gamma參考電壓，這些電壓由第一級電阻串分壓產生，或者由程控Gamma參考電壓發生器芯片產生。后者在Gamma調節的過程中要方便得多，但是在Gamma電壓確定下來之后，由于成本高于電阻串，量產產品中采用阻值確定下來的電阻串，調試過程采用程控Gamma參考電壓發生器芯片。

然后，把這些Gamma參考電壓輸入到顯示器的源驅動器中，源驅動器中的二級電阻串進一步分壓，產生各級灰度所需驅動電壓。Gamma調節就是在點亮顯示器后，測試每一級灰度的亮度，以及每一級灰度對應的驅動電壓，并參照Gamma 2.2曲線，看看每一級灰度驅動電壓對應的點在不在Gamma 2.2曲線上。

由于這些Gamma參考電壓是可以改變的，而其他灰度對應的電壓是在這些Gamma參考電壓基礎上分壓得到的，因此只要讓這些Gamma參考電壓對應的點在Gamma 2.2曲線上即可。

最后，不斷的測試顯示器的亮度，并且參照Gamma 2.2曲線，不斷的調節這些Gamma參考電壓的大小，使這些Gamma參考電壓對應的點在Gamma 2.2曲線上。Gamma曲線調節結束。

采用目前的方法，即使有經驗的工程師也要用較長的時間才能完成，費時費力。因此本文提出了新的顯示器Gamma曲線調節方法。

一、新的顯示器Gamma曲線調節方法

1.1 顯示器的Gamma曲線

顯示器的Gamma曲線的橫坐標為灰度級，本文設定最大灰度級為255，實際應用中最大灰度級可以是63、127、1023等等。縱坐標為當前亮度和最大亮度的比值。例如最大亮度是1000nits，當前亮度是500nits，那么當前亮度的縱坐標為500÷1000=0.5。因此函數關系為：

（1）

式中Lmax為最大亮度，LN為當前亮度，GN為當前灰度級，Gamma為常數。Gamma分別取值為1.8、2.0、2.2、2.4、2.6，對應著5條不同的Gamma曲線。顯示器Gamma曲線調節就是要把顯示器的Gamma曲線調節成Gamma=2.2的曲線的樣子。

1.2 新的顯示器Gamma曲線調節方法一

新的調節方法一首先確定0級和255級灰度級的Gamma參考電壓，分別是V0和V255? 。對應的亮度分別是L0和Lmax。然后取0級到255級灰度級的中間值，即127級灰度級。嘗試把它的Gamma參考電壓取值為，然后測試此時的亮度，此時Gamma參考電壓V127對應的點可能在Gamma=2.2的曲線之上，也可能在其之下，先討論在其之上的情況。

此時，V127對應的點127在Gamma=2.2的曲線之上，亮度為，將其帶入公式1，可以得到：

（2）

式中，Lmax、L127已知，因此可以求出M的值。由此可見，點127偏離了M-127個灰度級。因為在小范圍內，灰度級和其對應的灰度驅動電壓成線性關系，因此存在下式：

（3）

式中，M、V127已知，因此可以求出符合Gamma=2.2曲線的參考電壓V127。

如果Gamma參考電壓V127對應的點在Gamma=2.2的曲線之下，和上述同理，也可以求出符合Gamma=2.2曲線的參考電壓V127。

在V127確定后，可以用此方法確定其他符合Gamma=2.2曲線的Gamma參考電壓。所有Gamma參考電壓確定后，顯示器Gamma曲線調節結束。

1.3 新的顯示器Gamma曲線調節方法二

新的調節方法二相對方法一而言，方法一直接根據灰度級的偏移來調節Gamma參考電壓，而方法二把亮度的偏移轉換成灰度級的偏移來調節Gamma參考電壓。以V191為例，嘗試輸入，然后測試測試此時的的亮度L191，此時Gamma參考電壓V191對應的點可能在Gamma=2.2的曲線之上，也可能在其之下，先討論在其之上的情況。

根據公式1，可得出：

（4）

式中，Lmax已知，可以求得L191。為亮度的偏移量，由Gamma=2.2的曲線可知，與此對應的灰度級的偏移量

（5）

因為在小范圍內，灰度級和其對應的灰度驅動電壓成線性關系，因此存在下式：

（6）

式中，ΔG、V191已知，可以求得V191。

如果Gamma參考電壓V191對應的點在Gamma=2.2的曲線之下，和上述同理，也可以求出符合Gamma=2.2曲線的參考電壓V191。

在V191確定后，可以用此方法確定其他符合Gamma=2.2曲線的Gamma參考電壓。所有Gamma參考電壓確定后，顯示器Gamma曲線調節結束。

二、新的顯示器Gamma曲線調節的系統

2.1 新的Gamma曲線調節系統功能框圖

新的顯示器Gamma曲線調節的方法需要在對應的系統上才能實現，如下圖1。

圖中的初始數據為V0和V255，輸入到數據處理單元進行運算，輸出某一Gamma參考電壓的嘗試值VD和V0、V255。V0、V255、VD輸入到Gamma參考電壓發生器，發生器輸出a組V0、V255、VD，分別輸入到源驅動器1至源驅動器a上，源驅動器輸出電壓VD、V0、V255，點亮顯示器。

接下來，灰度計測試顯示器的亮度LD，輸入到數據處理單元進行運算，輸出校正后的Gamma參考電壓嘗試值VD和V0、V255，經Gamma參考電壓發生器、a個源驅動器，輸入到顯示器上。

之后，確定其他Gamma參考電壓的大小。方法同上：由初始數據得到參考電壓嘗試值VE;V0、V255、VE、VD輸入到顯示器上;測試亮度LE;計算出VE;V0、V255、VE、VD輸入到顯示器上。

按照同樣的方法，一直到所有Gamma參考電壓被校正后都輸入到顯示器上，顯示器Gamma曲線調節結束。在接下來的日常顯示中，這些確定下來的Gamma參考電壓由Gamma參考電壓發生器芯片固定;或者由電阻串分壓固定。

三、結論

通過上文可知，新的顯示器Gamma曲線調節方法只需要預設某一Gamma參考電壓，然后測試這時的亮度，就可以通過新的Gamma曲線調節系統自動調節出這一預設Gamma參考電壓的校準值。然后重復以上操作，可以自動的、迅速的調節出所有的Gamma參考電壓值。而目前的Gamma曲線調節方法要不斷的調節Gamma參考電壓，不斷的測試亮度，根據亮度再不斷的調節Gamma參考電壓才能完成Gamma曲線的調節。因此采用新的調節方法和系統省時省力。

參? 考? 文? 獻

[1]姚軍財，何軍鋒，申靜，譚毅，黃新民，趙長水.Gamma值對LCD顯示器色彩影響的實驗研究[J].陜西理工學院學報（自然科學版），2008，（24）：76-79.

[2]田全慧.Gamma值對顯示器的影響[J].出版與印刷，2004，（1）：43-44.

[3]芶雁.顯示器Gamma參數在色彩匹配中的重要性及應用[J].成都大學學報（自然科學版），2007，（26）：326-328.

[4]黃振興，黃苒，趙博華，蘇暢，杜寰.應用于硅基OLED微顯示器的分段可調伽馬校正[J].液晶與顯示，2020，（35）：825-830.