CN100403398C - 可视显示器的测试、优化及调谐的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于自动测试可视显示器(101)及自动优化每一被测可视显示器(101)的电压整定的方法和系统，其调谐并修改施加到显示器(101)的电压整定并自动将系数存储进存储器(113)，以使每一可视显示器获得优化后的电压电平。

Description

可视显示器的测试、优化及调谐的方法
背景技术和发明内容
本申请要求2001年9月14日申请的临时申请60/322,086的优先权并在此将其实质内容与本发明组合在一起以供参考。
本发明总体上涉及可视显示器的性能测量的自动化测试、优化及调谐。目前，可用于自动测试可视显示器的系统是通过提供对可视显示器的显示特性(例如亮度、透射电平(transmission level)、对比率、亮度均匀性、色度均匀性、视角相关、及发光效率)的测量。目前的系统能够测量、聚集和比较显示特性。某些系统甚至提高了某几个显示特性的值，如亮度均匀性，但损害了其他特性，如对比率。然而，它们均不能自动提供类似本发明实现的对所有显示特性的优化。本发明可与任何标准的自动化的或非自动化的用于测试数字平板显示器的系统一起使用。这样的用于测量待测可视显示器的光学性能的自动化系统如美国专利6,177,955所描述的方法(其在此被整个组合进来以供参考)，并具体表现为位于密苏里州圣路易斯的Westar公司生产的显示器调谐系统。
可使用本发明进行测试、优化和调谐的一类可视显示器是主动式矩阵液晶显示器(AMLCD)。AMLCD是现有技术中所公知的，其依赖于薄膜式晶体管(TFT)及电容器以保持每一子象素均为独立充电直到下一刷新周期。它们被布置在玻璃嵌板之一上的矩阵中，在玻璃嵌板之间夹有液晶材料。为专注于一特定象素，施加一门极电压给一行，打开该行的晶体管，从而使该行的子象素接受充电。电压(“灰度级电压”)被施加到对应于在行和列相交处的各子象素元件所需要的光透射电平的列上。由于列相交的其他行被关闭，只有在指定的子象素处的电容器接受来自一特定列的充电。
前玻璃嵌板和子象素TFT之间的电压位差控制由子象素元件处的扭曲的向列液晶材料所实现的“解扭”数量。接着，该解扭级别确定光的数量，其为材料允许通过前玻璃嵌板的量。通过控制施加到子象素的电压，LCD可产生一灰度级。在一类LCD显示器中，液晶组织成一结构，该结构使子象素在没有电压差的情况下是透明的。
对于一可察觉到的时间或液晶材料的电镀将出现或将导致图象保留，净电压电势不应跨越玻璃嵌板之间的液晶盒间隙(cell gap)保持。本领域中各种已知的驱动方案可避免所述的电镀现象。避免电镀的一种方式是通过向每一子象素TFT提供一相对于对面的嵌板的普通电压(Vcom)为交互极性的电压电势而使跨越液晶盒间隙保持的电压电势最小。
知道施加到给定子象素TFT的电压和相对嵌板的普通电压
(Vcom)将不能直接确定出现在每一子象素元件处的实际电压电势。在其他因素之间，TFT电失真和阈值偏移使得出现在子象素TFT处的充电以不确定的方式不同于所施加的电压。由于没有办法直接测量该出现在TFT处的充电，确定子象素元件的实际电压电势的唯一办法是通过间接方式，如通过测量所得的光透射电平。
至于施加到子象素TFT的交互电压电势，如果在子象素处相对于Vcom的正、负电势的大小不相同，则当嵌板刷新时光透射电平将出现闪烁。闪烁的出现是因为液晶根据电势的极性从一方向转换到相反方向，且光透射量的大小由电势的大小确定。如果正电势的大小不同于负电势的大小，随着波形由正变为负，光透射也随之变化，反之亦然。该导致闪烁的“不平衡”状态增加了电镀的可能性，因为非零电压电势有效地跨液晶盒间隙保持。“调谐”一LCD显示器意味着平衡或纠正该不平衡状态。
通过电平衡或调谐，嵌板可达到高准确度，如上所述，本发明防止了图象保留，并考虑了最适宜的或最大的电压电势范围整定，其与其他特性一起，导致最大的对比率和最大亮度，或光透射电平。单调性被保持，且使闪烁最小化。通过自动化，本发明提供了一种调谐嵌板的时效及高度可重复的方法，其通过产生电压整定纠正因子并将其存储到整合于显示板中的存储器中。该调谐优化了嵌板的可视特性，并不考虑视角。
终端用户根据他们的应用常常希望合适的光透射电平对灰度级电压曲线(“伽马曲线”)。当进行如上所述的调谐时，本发明还可通过纠正因子提供合适的伽马曲线调整以满足用户的请求。
本发明的一示例性实施例是一用于自动优化可视显示器的显示器性能特性的系统和方法，其通过调谐和修改显示器的电压整定并将用于每一可视显示器的电压电平纠正因子存储到存储器中来实现自动优化。
在此公开的示例性实施例并不意味着详尽无遗的，或者并不意为对本发明范围的无谓限制。该示例性实施例之所以被选择和描述，是为了阐述本发明的原理，从而使本领域其他技术人员可以实施本发明。在说明和描述了本发明的示例性实施例后，本领域的技术人员将意识到可以进行许多改变和修改来影响所描述的发明。这些改变和修改的大部分将提供同样的结果并落入所请求保护的发明范围内。因此，本发明仅由权利要求范围所指出的内容限制。
附图简要说明
图1为根据本发明一示例性实施例的总体上像美国专利6,177,955所描述的可视显示测试系统的框图。
图2为根据本发明的一示例性实施例，图1中的装置的前视图。
图3为示例性的主动矩阵驱动液晶显示板子象素元件。
图4A和4B为根据本发明的一实施例的子象素驱动方案(drivescheme)的曲线图。
图5为根据本发明的一实施例，液晶显示板的子象素元件的相对极性的图解。
图6为根据本发明的一实施例，描述使闪烁最小的过程的曲线图。
图7为本发明的一示例性实施例的原理图表示。
图8为表示DUT的典型信号伽马曲线的曲线图。
图9为表示已经被修改为满足终端用户的要求的典型所得伽马曲线的曲线图。
具体实施方式
根据前面的概述，下述内容为本发明的示例性实施例的详细描述，其在目前被认为是最好的方式。
图1为根据本发明布置的可视显示器测试和调谐系统100的框图，a)将待测显示器(DUT)与测试规程的标准电池相接并测量显示器的成功或失败性能；b)实施本发明的优化方法。
在图1中，DUT101与一“灯罩”装置102相连，“灯罩”装置102本身与测角计103相连。灯罩装置通常可以是正方形管式框架，其在一端上具有后光以照亮连接在另一端的DUT。四侧是不透明的，从而实质上防止了光散射进测试区域并用作使DUT距离后光一定的距离。
测角计103，或旋转台，可包括仰角201及方位角202旋转平台，如图2所见，以用于使DUT101绕至少两个通常的正交轴之一旋转。图1中的直移运动台104可包括三个线性的平台，如图2中的203、204、205，每一个均分别位于三个通常的正交方向之一中。连接到直移运动台的装置平台，图2中的206，可支持光测量装置105必须执行测试和调谐例程。这样的装置如用于提供亮度测量的光电倍增管(PMT)光度计。
一“zif”连接器，图1中的106，或者任何其他适当类型的连接器可被连接到测角计103并提供DUT101和DUT激源107之间的轻松耦合，DUT激源107的一个示例性实施例是Westar显示器调谐系统(美国专利6,177,955)。DUT激源107驱动DUT。
电源控制器108，其可通过便携电脑来具体表达，其可控制多信道电源109及千分计(milliometer)110，其依次供电DUT并监控用于驱动DUT的电压。系统控制器111，其可通过便携电脑来具体表达，可通过初始化测试顺序、控制定位台104和103、并记录结果而将各组件连在一起，并可向外部接口如键盘和监控接口112提供。系统控制器111还可将所得的调谐系数保存在便携存储器中，其可通过EPROM芯片113来具体表达，在该示例性实施例中其可被连接到DUT。D/A转换器114还可连接到DUT，并在DUT随后被终端用户驱动时完成调谐。
图2示出了装置的一示例性实施例的正视图。装置可以是桌上型布置的形式，其具有3侧及一在进行测试时阻止周围的光的帘。而且，体现在本发明中的调谐和优化方法的自动特性还考虑了装配线布置。
图3示出了AMLCD子象素300。TFT304位于后玻璃嵌板307和液晶盒间隙306之间。液晶盒间隙306被填充以液晶材料。前玻璃嵌板308可在其内侧涂以透明导电材料，该透明导电材料可将前玻璃嵌板有效地转换为一单电极，能够保持一单电压电势，指定为Vcom303。行或门电极302打开TFT304，使TFT304能够存储来自列或数据电极301的充电。灰度电压(Gray shade)驱动列电极。与TFT304串联的电容器305保持充电，直到下一刷新周期。源于被充电的TFT304和Vcom303的跨液晶盒间隙306的电压电势差驱动液晶材料改变方向或“解扭”，其依次改变液晶材料的光学性质，从而改变通过前嵌板308的光的数量。
图4A和4B为本发明的一示例性实施例的驱动方案的一般性质的曲线表示。在这些图中，横坐标包含9个“伽马”电压电平或灰度电压增量，但应理解为，伽马级的数目可以是任何整数n，其取决于特定的驱动系统和视频控制器。在该实施例中，伽马级1对应于九分之一全灰度电压。
如图4A和4B所示，本发明的示例性实施例的灰度电压(施加到AMLCD列的电压)包含相对于相对极板的普通电压Vcom(303、402和409)呈相反极性的电压对。极性在已知频率401处倒转。高于Vcom的电压被指定为“Vhigh”，403和407；而低于Vcom的电压被指定为“Vlow”，404和408。在一完全平衡的系统中，实际上出现在子象素处的Vhigh和Vlow的平均电压将等于Vcom。应该注意的是，由于上述的TFT考虑，实际上出现在子象素处的电压不同于施加到子象素的电压。图4A和4B示出了施加到子象素的电压。
伽马电压的默认值在图4A中示出。尽管默认电压是任意值，本系统的该实施例将这些电压对设定为在初始Vcom(402)附近的值，其在一线性方式中通常可等于约5伏。即，每一伽马对Vhigh(403)和Vlow(404)的不同极性相对于Vcom是等距的，且伽马对通常以线性方式从伽马1(405)到伽马9(406)而减小。
图4B示出了典型的优化后的电压对整定。如图所示，电压对总体上不等距于Vcom，且总体上并不以线性方式从伽马1(405)到伽马9(406)而减小。优化后的Vhigh(407)和Vlow(408)整定关于优化的Vcom(409)的不对称主要由出现在子象素处的实际电压不同于所施加的电压这一事实所导致，该电压差异取决于TFT偏移和失真，偏移和失真不同程度地取决于所施加的电压电平。从伽马1到伽马9逐步非线性通常是由于为单个终端用户所完成的光透射修改——例如，一终端用户在伽马级3处需要的光透射电平可能不同于在伽马级4和5处需要的光透射电平，获得所述光透射电平所必须的电压对需求将不会以线性方式通过伽马级递进。
图5是由本发明一示例性实施例的驱动方案获得的相对子象素极性的表示。正符号501表示特定子象素在当前正被电压系数的Vhigh组驱动，该组保存在存储器中。负符号502表示特定子象素在当前正被电压系数的Vlow组驱动，该组同样保存在存储器中。如图所示，子象素极性由行503和列504改变，从而可得到极性的棋盘式的布局。
图6示出了电平衡或最小化闪烁的过程。如上所述，闪烁是当前、后AMLCD嵌板不均衡时出现的现象。测量闪烁所需要的装置是很容易得到的，一种这样的装置如Westar公司制造的显示器调谐系统(美国专利6,177,955)。图6中所示的过程可对每一伽马级执行，且包含选择一接近于默认电压(或Vcom402或伽马级电压对403/404)的初始电压601，进行闪烁测量602，并逐渐改变所述电压以进行另一闪烁测量。该过程可被重复直到预定数量的电压递增步骤已被完成，或直到已经进行了足够的测量以确保闪烁最小值603已被确定。应该理解的是，曲线拟合由本发明所考虑，以在已经达到闪烁最小值时减少确定所必须的步骤的数目。同样应被理解的是，曲线拟合和所述最初默认电压整定的选择可由在类似于DUT101的显示板上执行的闪烁最小化例程中的历史数据来辅助。
当对Vcom(402)和对从全白(伽马9)到全黑(伽马1)的伽马电压对(403和404)的默认值已被设定时，由本发明的示例性实施例考虑的过程可开始于图7的步骤701。沿灰度范围的光透射单调性可在步骤702中被检测，且如果没有单调性(703)，白色和黑色端点可被使得靠近在一起，直到获得单调曲线(704)。
在获得单调性后，嵌板可被驱动到中间灰度级(705)且Vcom可在步骤706中通过经图6中公开的过程而使闪烁最小化而得以优化。Vcom接着可被保持为该级的常数并用于剩余优化过程。
在步骤707中，在特定伽马级的高、低电压对可通过经图6中描述的过程而使闪烁最小化而得以平衡。在该上下文中，图6中的横坐标上的电压通常指Vhigh和Vlow对的平均电压。该平均值可通过在同一方向渐进增加或减少同样的数量而被改变。应该理解的是，历史数据的使用为本发明所考虑，以帮助得到为获得均衡对所需要的电压的渐进变化的数量和大小。
在步骤708中，自步骤707的均衡电压对可被调整以使给定伽马级处的光透射适合终端用户的需求，即，将嵌板的本来的或与灰度级曲线(图8)相对的信号(signature)光透射调整为修改后的终端用户伽马曲线，例如图9。总的来说，修改可以通过调整在终端用户系统给定的灰度输入指令处施加到子象素的电压对平均值而得以实现。例如，这可以由连接到DUT的10位D/A转换器完成，其自动调节输入数字电压电平为纠正后的模拟信号。修改纠正系数可通过从平均值移动高或低电压差的大小的绝对值而得到，即，用约一样的步骤将高和低电压或移动靠近在一起或移动而使其离得更远。应该理解的是，本发明预期的是，历史数据的使用可使为得到修改的电压对系数而必须的步骤最少。
在步骤709中，为得到对于给定伽马级的系数对(步骤707和708)所需要的平衡和修改可被重复以用于剩余的未纠正的伽马级。系数可经在系统控制器(图1中的111)上运行的计算应用程序而在步骤710被存储进连接到DUT的EPROM芯片(图1中的113)中。
图8和9分别表示一对于DUT的示例性信号伽马曲线和一被调整以适合终端用户的请求的纠正后的伽马曲线。“传输”指亮度或亮度级别。如图9所示，修改后的伽马曲线从而可由本发明以某种方式获得，该方式通过自动化而高度可重复，且该方式要求最少的时间和人力相互作用。
在此公开的示例性实施例并不意味着详尽无遗的，或者并不意为对本发明范围的无谓限制。该示例性实施例之所以被选择和描述，是为了阐述本发明的原理，从而使本领域其他技术人员可以实施本发明。在说明和描述了本发明的示例性实施例后，本领域的技术人员将能够对本发明进行改变和修改，如通过相当材料或结构布置的替代、或通过使用等价过程步骤，从而能够在不脱离所附权利要求所反映的实质的情况下实施本发明。因此，本发明仅由权利要求范围所指出的内容及其等价物限制。

Claims (5)

1.一种用于优化可视显示板的显示特性的方法，可视显示板具有普通电压并具有从黑色伽马电压延续至白色伽马电压的伽马电压范围，所述可视显示板包含子象素，所述子象素具有子象素电压，所述方法包括步骤：
在保持单调性的同时使在所述黑色伽马电压和所述白色伽马电压之间的伽马电压范围最大；
在所述子象素被驱动至所述伽马电压范围的中间灰度时通过调整所述普通电压使闪烁最小；
在保持所述普通电压常量的同时通过调整所述子象素电压使每一伽马级处的闪烁最小。
2.一种用于优化和修改可视显示板的显示特性的方法，可视显示板具有普通电压并具有从黑色伽马电压延续至白色伽马电压的伽马电压范围，所述可视显示板包含子象素，所述子象素具有子象素电压，所述方法包括步骤：
在保持单调性的同时使在所述黑色伽马电压和所述白色伽马电压之间的伽马电压范围最大；
在所述子象素被驱动至所述伽马电压范围的中间灰度时通过调整所述普通电压使闪烁最小；
在保持所述普通电压常量的同时通过调整所述子象素电压使每一特定伽马级处的闪烁最小；
调整每一特定伽马级处的所述子象素电压直到达到所需要的光透射电平为止，其中在调节所述子象素电压期间测量所述可视显示板的光透射电平以确定在何时达到所需要的光透射电平，当达到所需要的光透射电平时固定所述子象素电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其中调整所述子象素电压以获得最小闪烁是通过利用类似显示器的历史测试数据来实现。
4.根据权利要求2所述的方法，其中子象素调整系数调谐参数及所述普通电压存储在位于所述可视显示板上的存储器芯片上的查询表中。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述子象素调整系数调谐参数包含相对于所述普通电压的高子象素电压和低子象素电压。
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