CN108597443B - 基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法及系统，所述方法包括步骤：1)输出模组芯片支持的第一张灰阶图；2)按照设置向模组芯片输出该灰阶绑点对应的R、G、B寄存器的一组寄存器值；3)采集模组的亮度值和色度值并判断是否符合误差允许范围；4)分别计算亮度及色度比例项e(t)、亮度及色度积分项∫e(t)dt、亮度及色度微分项de(t)dt，t为调节次数，再根据u(t)＝K_p[e(t)+1/T_I*∫e(t)dt+T_D*de(t)dt]计算调整值u(t)；5)将目前寄存器值与调整值u(t)迭加，得到第t次调节的寄存器值，向模组芯片输出，并返回步骤3)；6)输出模组芯片支持的下一张灰阶图，直至每一组灰阶图调校完毕，执行OTP烧录，将调节后的每个绑点R、G、B寄存器值固化到模组IC的EEProm中。

Description

基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法及系统

技术领域

本发明涉及液晶模组的显示和测试领域，具体地指一种基于PID 工业控制器的OLED模组Gamma调校方法及系统。

背景技术

随着OLED相关技术的发展和国内外在建产能的增加，OLED产品的市场迅速扩大，智能手机将会是OLED最大的市场，在未来，可穿戴式设备、TV、照明、虚拟现实和汽车将会广泛采用OLED。人眼对灰度变化的敏感性比对色度变化高，对低亮度变化的敏感性比对高亮度变化高，为了更好地使得OLED模组显示效果更符合人眼视觉曲线，就需要对模组做伽玛校正(Gamma tuning)。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法及系统。

为实现上述目的，本发明所设计的一种基于PID工业控制器的 OLED模组Gamma调校方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

1)输出模组芯片支持的第一张灰阶图；

2)按照设置向模组芯片输出该灰阶绑点对应的R、G、B寄存器的一组寄存器值；

3)采集模组的亮度值和色度值并判断是否符合误差允许范围，是则前往步骤6)，否则将调节次数t加1，前往步骤4)；

4)分别计算亮度及色度比例项e(t)、亮度及色度积分项∫e(t)dt、亮度及色度微分项de(t)dt，t为调节次数，再根据

u(t)＝K_p[e(t)+1/T_I*∫e(t)dt+T_D*de(t)dt]

计算调整值u(t)，式中K_p为比例系数，T_I为积分次数常数，T_D为微分次数常数；

5)将目前寄存器值与调整值u(t)迭加，得到第t次调节的寄存器值，向模组芯片输出，并返回步骤3)；

6)输出模组芯片支持的下一张灰阶图，直至每一组灰阶图调校完毕，执行OTP烧录，将调节后的每个绑点R、G、B寄存器值固化到模组IC的EEProm中。

优选地，所述亮度及色度比例项e(t)的计算方法为：

e(t)_x＝target_x-current_x；

e(t)_y＝target_y-current_y；

e(t)_lv＝target_lv-current_lv；

式中，e(t)_x、e(t)_y、e(t)_lv分别为色度x、色度y、亮度lv 的比例项，target_x、target_y、target_lv分别为色度x、色度y、亮度lv的目标值，current_x、current_y、current_lv分别为色度x、色度y、亮度lv的当前值。

优选地，所述亮度及色度积分项∫e(t)dt的计算方法为：分别对 e(t)x、e(t)y和e(t)lv的值进行积分。

优选地，所述亮度及色度微分项de(t)dt的计算方法为：分别对 e(t)x、e(t)y和e(t)lv进行微分。

本发明还提出一种用于上述的基于PID工业控制器的OLED模组 Gamma调校方法的系统，其特殊之处在于，包括PC、控制器、图像发生器和光学测试仪，所述PC与控制器连接，所述控制器分别与图像发生器和光学测试仪连接，所述图像发生器和光学测试仪(4)均与OLED模组连接；

所述PC用于向控制器发送光学测试仪配置参数和Gamma完整配置参数；

所述控制器用于根据所述光学测试仪配置参数和Gamma完整配置参数控制图像发生器调节OLED模组的IC中的R、G、B寄存器值，使得模组芯片支持的每一张灰阶图的亮度值和色度值当前值均落在目标值的误差范围内，然后通过控制图像发生器执行OTP烧录；

所述图像发生器用于根据控制器的控制指令调节OLED模组的 IC中的寄存器值并将调节完成的寄存器值烧录至OLED模组的IC中；

所述光学测试仪用于根据控制器的控制指令采集OLED模组显示的目标绑点的亮度值和色度值当前值。

进一步地，所述控制器与图像发生器通过RJ-45接口连接，所述控制器与光学测试仪通过串口连接。

本发明还提出一种基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校系统，包括存储器、处理器以及存储在该存储器中并可在该处理器上运行的计算机程序，该处理器被配置为执行该计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明利用PID控制原理。PID控制器(比例-积分-微分控制器) 是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。

OLED模组的Gamma特性，属于闭环系统，基于模组反馈。反馈理论包括三个方面：测量、比较和执行。测量的关键是OLED模组反馈的亮度、色度的实际值，与亮度、色度期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。本发明应用调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。该控制器的关键是，使用中不需精确的系统模型等先决条件，通过光学分析仪做出正确的测量，系统进行比较后，更好地调校亮度及色度。

本发明的有益效果在于：OLED模组Gamma及白平衡，作为难以建立数学模型的复杂和非线性对象，以PID控制器为控制系统比较适宜，它是一种非常实用的工业控制系统，而且它具有很好的适应性和鲁棒性。实验结果表明本发明调校方法效率非常理想，克服了模组一致性差等问题，即可以快速收敛，又可以排除震荡保持稳定。最终达到满足调节效果的同时，提升模组厂商产能的目的。

附图说明

图1为本发明基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法的流程图。

图2为本发明基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法的系统的结构框图。

图3为PID控制系统原理框图。

图中：PC1，控制器2，图像发生器3，光学测试仪4，OLED模组5。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明提出的PID控制器就是根据Auto Gamma系统采集的亮度、色度误差，利用比例、积分、微分计算出R、G、B控制量进行控制。 PID控制系统原理框图如图3所示。PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成，其输入e(t)与输出u(t)的关系为：

u(t)＝kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]式中积分的上下限分别是0 和t

u(t)-----控制器的输出值R、G、B寄存器值

e(t)-----控制器输入与亮度色度目标设定值之间的误差

Kp-------比例系数。

Ti-------积分时间(次数)常数

Td-------微分时间(次数)常数

T--------调节周期(次数)

其中kp为比例系数；TI为积分次数常数；TD为微分次数常数。

PID控制比例(P)控制

比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的R、G、B输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时Auto Gamma系统输出存在稳态误差。

PID控制积分(I)控制

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对Auto Gamma自动控制系统，为了消除稳态误差，在控制器中引入“积分项”。积分项对亮度和色度的误差取决于次数的积分，随着次数的增加，积分项会增大。这样，即便亮度和色度的误差很小，亮度和色度的积分项也会随着次数的增加而加大，它推动控制器的R、 G、B输出增大使亮度和色度的稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使Auto Gamma系统在进入稳态后无稳态误差。

PID控制微分(D)控制

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。对Auto Gamma自动控制系统，增加亮度和色度的“微分项”，用来预测亮度和色度的误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了亮度和色度的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的OLED模组，比例+微分(PD)控制器能改善Auto Gamma 系统在调节过程中的动态特性。

OLED Auto Gamma PID控制器参数整定

PID控制器的参数整定是Auto Gamma PID控制系统设计的核心内容。它是根据亮度和色度被控过程的特性确定该控制器的比例系数、积分次数和微分次数的大小。

PID控制器参数整定的方法，这里主要依赖特定类型OLED模组的特性经验，直接在试验中进行确定。

如图1所示，本发明基于PID工业控制器的OLED模组Gamma 调校方法的具体步骤如下：

1)输出模组芯片支持的第一张灰阶图；通常先调节白色画面对应的灰阶255，再调节调节黑色画面对应的灰阶0，然后再依次调节各中间绑点。

2)按照设置向模组芯片输出该灰阶绑点对应的R、G、B寄存器的一组寄存器值r₀,m₀,g₀。

3)读取光学分析仪，采集模组的亮度值lv₀和色度值x₀、y₀(亮度值lv₀和色度值x₀、y₀为初始值，模组的寄存器值经过调节后被设置为色度x、色度y、亮度lv的当前值current_x、current_y、current_lv) 并判断是否符合误差允许范围，是则前往步骤6)，否则将调节次数t 加1，前往步骤4)；第一次调节时令t＝1，以后每次调节时将t+1。

4)分别计算亮度及色度比例项e(t)、亮度及色度积分项∫e(t)dt、亮度及色度微分项de(t)dt，

亮度及色度比例项e(t)为目标色度值x、y和亮度与当前的色度值 x、y和亮度之间的差值，即偏差，计算方法为：

e(t)_x＝target_x-current_x；

e(t)_y＝target_y-current_y；

e(t)_lv＝target_lv-current_lv；

式中，e(t)_x、e(t)_y、e(t)_lv分别为色度x、色度y、亮度lv 的比例项，target_x、target_y、target_lv分别为色度x、色度y、亮度lv的目标值，current_x、current_y、current_lv分别为色度x、色度y、亮度lv的当前值。

分别对e(t)x、e(t)y和e(t)lv的值进行积分，即计算各次偏差的积累，得到亮度及色度积分项∫e(t)dt。分别对e(t)x、e(t)y和e(t)lv进行微分，即计算各次偏差的变化率，得到亮度及色度微分项de(t)dt。

再根据

u(t)＝K_p[e(t)+1/T_I*∫e(t)dt+T_D*de(t)dt]

计算调整值u(t)，式中K_p为比例系数，T_I为积分次数常数，T_D为微分次数常数，t为调节次数。

5)将目前寄存器值与调整值u(t)迭加，得到第t次调节的寄存器值，

r_t＝u(t)_x+r_t-1

g_t＝u(t)_y+g_t-1

b_t＝u(t)_lv+b_t-1

r_t,m_t,g_t为第t次调节的一组寄存器值，向模组芯片输出r_t,m_t,g_t，并返回步骤3)。

6)输出模组芯片支持的下一张灰阶图，直至每一组灰阶图调校完毕，执行OTP烧录，将调节后的每个绑点R、G、B寄存器值固化到模组IC的EEProm中。

本发明还提出一种基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校系统，包括存储器、处理器以及存储在该存储器中并可在该处理器上运行的计算机程序，该处理器被配置为执行该计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法可以通过下述系统实现，但该系统并不是实现本发明方法的唯一方式，只是本发明提出的一种实施方式。

基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法的系统，如图2所示，包括PC1、控制器2、图像发生器3和光学测试仪4。PC1 与控制器2连接，控制器2通过RJ-45接口与图像发生器3连接，并通过串口与光学测试仪4连接，图像发生器3和光学测试仪4均与 OLED模组5连接。

PC1用于向控制器2发送光学测试仪配置参数和Gamma完整配置参数。控制器2用于根据所述光学测试仪配置参数和Gamma完整配置参数控制图像发生器3调节OLED模组5的IC中的寄存器值，使得模组芯片支持的每一张灰阶图的亮度值和色度值当前值均落在目标值的误差范围内，然后通过控制图像发生器3执行OTP烧录。图像发生器3用于根据控制器2的控制指令调节OLED模组5的IC中的寄存器值并将调节完成的寄存器值烧录至OLED模组5的IC中。光学测试仪4用于根据控制器2的控制指令采集OLED模组5显示的亮度值lv和色度值x、y的当前值。

本发明系统工作时，首先进行光学测试仪配置和Gamma完整配置。

控制器2从PC1获取光学测试仪4配置参数，对光学测试仪4进行常规配置、校准及基本功能测试，具体包括：

·设备ID：按系统配置里的串口号来排列

·连接状态：表示光学测试仪4连接是否成功，界面显示 OK/NG

·校零：点击按钮，设备自动校零，并回复结果

·显示模式：光学测试仪4工作模式切换

·内存通道：D100通道号

·连接探头位置：光学测试仪4所接探头的数量及位置

·测量探头选择：选择通讯测试用的探头

·测量：点击MES按钮，测量数据并显示

控制器2从PC1获取Gamma完整配置参数，进行Gamma基本配置、Gamma调节配置、白平衡调节配置、OTP配置和IC配置，具体包括：

·Gamma基本配置

配置Gamma指数，满足γ在2.0～2.6区间。不同的Gamma指数，调节完成后屏显示的效果与设定值相符合；

配置Gamma调节模式，W调节(白平衡)或者RGB调节；

配置寄存器初值处理，勾选后，对于相同Gamma测试文件名，每次Gamma调节成功的数据会经过处理记录到寄存器初值中。

·Gamma调节配置

配置色度 x、y目标值，Gamma调节以该值为目标值来调节，调节完成后，回读绑点色度值需在该值误差范围内；色度 x、y目标值的误差范围为±0.005。

配置Gamma超时时间，调节时间最大值，在范围内未找到合适的寄存器值时，表示Gamma调节失败。

·白平衡调节配置

配置白平衡使能，不使能，则不进入白平衡调节；普通模式，则调节一次白平衡；多次白平衡模式，则调节多次白平衡。

配置WB亮度，即最高目标亮度，调节白平衡后判断W₂₅₅亮度 Lv是否在目标值的误差范围内，亮度lv目标值的误差范围为±2％。

·OTP配置

选择OLED模组5的IC类型，配置是否勾选OTP继续。勾选后，调节NG时弹框，是否继续进行OTP烧录，调节OK时直接烧录。

·IC配置

根据IC使用手册，确定OLED模组5的IC支持的绑点数及寄存器地址，按照绑点由高到低的顺序，配置各绑点及对应的寄存器地址。

上述配置完成后，控制器2对Gamma完整配置进行解析，做相应的初始化。按下启动按键，然后自动进行Gamma调节。

本发明的特点在于，对每个绑点进行调节的过程，利用PID来输出每一次调节的R、G、B寄存器值。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以设计出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)输出模组芯片支持的第一张灰阶图；

2)按照设置向模组芯片输出灰阶绑点对应的R、G、B寄存器的一组寄存器值；

3)采集模组的亮度值和色度值并判断是否符合误差允许范围，是则前往步骤6)，否则将调节次数t加1，前往步骤4)；

4)分别计算亮度及色度比例项e(t)、亮度及色度积分项∫e(t)dt、亮度及色度微分项de(t)dt，t为调节次数，再根据

u(t)＝K_p[e(t)+1/T_I*∫e(t)dt+T_D*de(t)dt]

计算调整值u(t)，式中K_p为比例系数，T_I为积分次数常数，T_D为微分次数常数；

5)将目前寄存器值与调整值u(t)迭加，得到第t次调节的寄存器值，向模组芯片输出，并返回步骤3)；

6)输出模组芯片支持的下一张灰阶图，直至每一组灰阶图调校完毕，执行OTP烧录，将调节后的每个绑点R、G、B寄存器值固化到模组IC的EEProm中。

2.根据权利要求1所述的基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法，其特征在于：所述亮度及色度比例项e(t)的计算方法为：

e(t)_x＝target_x-current_x；

e(t)_y＝target_y-current_y；

e(t)_lv＝target_lv-current_lv；

式中，e(t)_x、e(t)_y、e(t)_lv分别为色度x、色度y、亮度lv的比例项，target_x、target_y、target_lv分别为色度x、色度y、亮度lv的目标值，current_x、current_y、current_lv分别为色度x、色度y、亮度lv的当前值。

3.根据权利要求2所述的基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法，其特征在于：所述亮度及色度积分项∫e(t)dt的计算方法为：分别对e(t)x、e(t)y和e(t)lv的值进行积分。

4.根据权利要求2所述的基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法，其特征在于：所述亮度及色度微分项de(t)dt的计算方法为：分别对e(t)x、e(t)y和e(t)lv进行微分。

5.根据权利要求1所述的基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法，其特征在于：所述误差允许范围指亮度目标值的±2％，色度目标值的±0.005。

6.一种用于权利要求1～5中任一项所述的基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法的系统，其特征在于：包括PC(1)、控制器(2)、图像发生器(3)和光学测试仪(4)，所述PC(1)与控制器(2)连接，所述控制器(2)分别与图像发生器(3)和光学测试仪(4)连接，所述图像发生器(3)和光学测试仪(4)均与OLED模组(5)连接；

所述PC(1)用于向控制器(2)发送光学测试仪配置参数和Gamma完整配置参数；

所述控制器(2)用于根据所述光学测试仪配置参数和Gamma完整配置参数控制图像发生器(3)调节OLED模组(5)的IC中的R、G、B寄存器值，使得模组芯片支持的每一张灰阶图的亮度值和色度值当前值均落在目标值的误差范围内，然后通过控制图像发生器(3)执行OTP烧录；

所述图像发生器(3)用于根据控制器(2)的控制指令调节OLED模组(5)的IC中的寄存器值并将调节完成的寄存器值烧录至OLED模组(5)的IC中；

所述光学测试仪(4)用于根据控制器(2)的控制指令采集OLED模组(5)显示的目标绑点的亮度值和色度值当前值。

7.根据权利要求6所述的基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校方法的系统，其特征在于：所述控制器(2)与图像发生器(3)通过RJ-45接口连接，所述控制器(2)与光学测试仪(4)通过串口连接。

8.一种基于PID工业控制器的OLED模组Gamma调校系统，包括存储器、处理器以及存储在该存储器中并可在该处理器上运行的计算机程序，其特征在于：该处理器被配置为执行该计算机程序时实现如权利要求1～5中任一项所述方法的步骤。