液晶顯示器（LCD）已經(jīng)成為電腦、電視的主流顯示面板。同競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品陰極射線管（CRT）相比，LCD具有輕、薄和低功耗等特點(diǎn)。不過，LCD同CRT一樣，也存在閃爍問題。從原理上看，LCD屏幕的閃爍現(xiàn)象雖然是固有的，但是卻沒有像CRT屏幕那樣嚴(yán)重，并且可以通過一定技巧進(jìn)行最小化處理。本文介紹了LCD產(chǎn)生閃爍的原因，并提出了一種采用STVM100（LCD VCOM校準(zhǔn)器）使閃爍最小化的全自動(dòng)解決方案。

1、LCD面板顯示原理

LCD面板通過液晶控制背光的通過量。薄膜晶體管（TFT-LCD）型面板的基本結(jié)構(gòu)可想象成用兩片玻璃襯底，像三明治一樣夾持著一層液晶分子。整個(gè)液晶面板被分割成許多行和列，而每一個(gè)行和列的交叉點(diǎn)就是一個(gè)顯示單元（像素）。其中，前方玻璃襯底上固定了一個(gè)彩色濾光片，讓每一個(gè)像素顯示各自的本色；背部玻璃襯底上沉積有一層細(xì)微的晶體管。如果通過晶體管向某一像素施加一個(gè)正向或反方向電壓，液晶分子就會(huì)按照電流方向排序，讓背光穿過像素，如圖1所示。
圖1中，門極驅(qū)動(dòng)器向最頂端的顯示線發(fā)送了一個(gè)線選擇脈沖，讓第一條線上的TFT導(dǎo)通。這樣，數(shù)據(jù)（模擬電壓）就從源極驅(qū)動(dòng)器發(fā)送到了第一條線的像素中。當(dāng)?shù)谝粭l線的數(shù)據(jù)更新以后，門極驅(qū)動(dòng)器會(huì)接著選擇第二條線。當(dāng)?shù)诙䲢l線被掃描后，整個(gè)顯示屏上的圖像就被刷新了一次，這就是幀刷新。然后，門極驅(qū)動(dòng)器再?gòu)牡谝粭l線開始，重復(fù)進(jìn)行下一幀刷新操作。

圖1：LCD顯示屏原理。

圖2是具體的像素原理圖。Clc是液晶的等效電容，Cs是用來維持幀刷新期間信號(hào)大小的內(nèi)建電容。每個(gè)像素的發(fā)射光與施加其上的絕對(duì)電壓（來自源極驅(qū)動(dòng)器）大小相關(guān)，以獲得不同的灰度級(jí)。電容器的數(shù)據(jù)接收側(cè)稱作顯示電極，另一側(cè)稱作公共電極（VCOM）。所有像素的VCOM極連接在一起。

圖2：基本像素原理圖。

由于液晶分子長(zhǎng)時(shí)間處于恒定電壓時(shí)會(huì)損壞，施加其上的電壓應(yīng)該以一定的時(shí)間間隔交替變化。對(duì)應(yīng)的解決方案是將VCOM設(shè)定為電源電壓（VDD）的一半，將不同幀的顯示器電壓分成兩個(gè)不同的極性。如果顯示器電極的電壓高于VCOM上的電壓時(shí)，就是正極性電壓；否則，就是負(fù)極性電壓。如果顯示器電極上的差分電壓為一恒定值，不管電壓極性如何，所顯示圖像的灰度將是一樣的。兩種情況下，液晶分子的方向是完全不同的。通過這種極性反轉(zhuǎn)，液晶分子的方向雖然發(fā)生了改變，但是卻不會(huì)損壞。

2、LCD中閃爍的定位

由于采用了上述極性反轉(zhuǎn)技術(shù)，VCOM上的電壓是固定不變的，而顯示器電極上的電壓將根據(jù)所顯示圖像灰度的不同而變化。如圖3所示，8位彩色圖像有256級(jí)灰度。以灰度V0為例，為了讓V0灰度持續(xù)顯示在面板上，顯示器電極的電壓必須在某一間隔內(nèi)非常高，而在另一間隔內(nèi)特別低。我們?cè)僖訴0為例，不同的幀期間，雖然Clc電容器兩端的電壓在交替進(jìn)行，只要顯示器電極的絕對(duì)差分電壓和VCOM電壓是固定的，顯示器的灰度就不會(huì)變化。這種理想情形如圖3所示。

圖3：理想情況下的VCOM。

但是在LCD的制造過程中，工藝的細(xì)微變化都可能導(dǎo)致VCOM電壓優(yōu)化值偏離理想值（1/2 AVDD），如圖4所示。

圖4：細(xì)微的VCOM偏差均可導(dǎo)致閃爍現(xiàn)象。

可見，VCOM偏差將導(dǎo)致面板屏幕出現(xiàn)可覺察的閃爍，而且，由于VCOM偏差是制造工藝造成的，該閃爍不可能消除。例如V0灰度下，N+1幀的顯示器電極和VCOM之間的絕對(duì)電壓小于N+2幀，該差別可能導(dǎo)致兩個(gè)不同幀的灰度也不相同，這樣就產(chǎn)生了閃爍現(xiàn)象。

一般情況下，VCOM電壓的大小是通過微調(diào)電壓分配器中的機(jī)械電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)的。該方法雖然簡(jiǎn)單，但卻不能將VCOM電壓值調(diào)得非常精確。該機(jī)械調(diào)節(jié)法還需要不少人工操作，其精準(zhǔn)度取決于每一位操作者的技能，甚至不同時(shí)期同一操作者的操作結(jié)果也會(huì)變化。更為糟糕的是，機(jī)械電位器的特性數(shù)值會(huì)隨機(jī)變化（例如，運(yùn)輸過程中）。

3、采用STVM100調(diào)節(jié)VCOM

慶幸的是，目前出現(xiàn)的一些數(shù)字VCOM調(diào)準(zhǔn)集成電路可以完全取代上述機(jī)械電位器，并且更精準(zhǔn)、更穩(wěn)定，還實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)作業(yè)，例如意法半導(dǎo)體公司（STMicroelectronics）推出的STVM100數(shù)字VCOM校準(zhǔn)器。

STVM100內(nèi)置一個(gè)I2C接口，以控制輸出漏電流（IOUT）。該輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè)外接的阻性電壓分配器，然后將所得電壓施加到一個(gè)外接的VCOM緩沖器。3個(gè)外接電阻器R1、R2、RSET用來監(jiān)測(cè)VCOM上的最高和最低電壓值。如果輸出漏電流（IOUT）增加，外接電壓分配器上的電壓就會(huì)下降，這樣，VCOM就能夠在128階電壓內(nèi)調(diào)整。一旦獲得理想的VCOM設(shè)定值，就保存在內(nèi)部EEPROM中，以便在每一次上電時(shí)自動(dòng)喚醒。圖5所示是STVM100電壓校準(zhǔn)芯片與VCOM的基本連接電路�？梢姡瑢2C接口MCU與閃爍自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)配合，就能夠以全自動(dòng)方式來調(diào)節(jié)VCOM。

圖5： STVM100電壓校準(zhǔn)芯片與顯示器VCOM的鏈接。

實(shí)際應(yīng)用中，可以基于STVM100開發(fā)LCD閃爍自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。一般來說，LCD閃爍自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要特點(diǎn)包括：
（1）支持點(diǎn)反轉(zhuǎn)、線反轉(zhuǎn)、列反轉(zhuǎn)和幀反轉(zhuǎn)。
（2）128階電壓范圍內(nèi)的精度達(dá)1個(gè)灰度。
（3）調(diào)節(jié)快速：平均時(shí)間少于3.2s。
（4）采用可變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)（VGA）技術(shù)，適合全規(guī)格LCD面板。
（5）多通道：支持1-5路輸入通道。
（6）兩種輸入模式：板上按鍵，PS/2兼容鍵盤。
（7）支持與PC之間的串口和USB連接及通訊。
（8）配合相關(guān)PC工具軟件，可自動(dòng)生成操作日志。
（9）省電模式可以節(jié)能85%以上。

圖6：STVM100 LCD閃爍自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

閃爍自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)啟動(dòng)后，用戶只需將系統(tǒng)的I2C電纜與面板連接，幾秒鐘調(diào)節(jié)完成后，再將電纜取下來即可。該系統(tǒng)可對(duì)面板的多個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行檢查，并具有很多功能供用戶個(gè)性化配置。

另外，在每一次檢查后，所獲得的VCOM數(shù)據(jù)還可以上傳到PC，做進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析，以監(jiān)控顯示器生產(chǎn)工藝的變化。