調(diào)節(jié)顯示器Gamma曲線的 新方法和系統(tǒng)

徐永先 曲鳴飛

【摘要】? ? 現(xiàn)階段，顯示器發(fā)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(jù)絕大份額，QLED顯示器正在完善其技術(shù)。不管采用LCD、OLED、QLED哪種顯示器，都需要在客戶在使用前進(jìn)行Gamma曲線調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳顯示效果。目前的Gamma曲線調(diào)節(jié)方法是對照Gamma 2.2曲線，逐一調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)的方法和系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】? ? 顯示器? ? Gamma曲線? ? 調(diào)節(jié)方法? ? 調(diào)節(jié)系統(tǒng)

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(fā)生了巨大變化，CRT顯示器已經(jīng)退出市場，LCD和OLED顯示器正占據(jù)市場的絕大份額。同時QLED顯示器正在完善其技術(shù)。不管是LCD、OLED、QLED哪種顯示器，在進(jìn)入市場到客戶手里之前，都需要進(jìn)行Gamma曲線調(diào)節(jié)，以達(dá)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(jìn)入市場前，要調(diào)節(jié)成Gamma 2.2的曲線。

目前的方法是：設(shè)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(chǎn)生，或者由程控Gamma參考電壓發(fā)生器芯片產(chǎn)生。后者在Gamma調(diào)節(jié)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(chǎn)產(chǎn)品中采用阻值確定下來的電阻串，調(diào)試過程采用程控Gamma參考電壓發(fā)生器芯片。

然后，把這些Gamma參考電壓輸入到顯示器的源驅(qū)動器中，源驅(qū)動器中的二級電阻串進(jìn)一步分壓，產(chǎn)生各級灰度所需驅(qū)動電壓。Gamma調(diào)節(jié)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(yīng)的驅(qū)動電壓，并參照Gamma 2.2曲線，看看每一級灰度驅(qū)動電壓對應(yīng)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(yīng)的電壓是在這些Gamma參考電壓基礎(chǔ)上分壓得到的，因此只要讓這些Gamma參考電壓對應(yīng)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(diào)節(jié)這些Gamma參考電壓的大小，使這些Gamma參考電壓對應(yīng)的點在Gamma 2.2曲線上。Gamma曲線調(diào)節(jié)結(jié)束。

采用目前的方法，即使有經(jīng)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(diào)節(jié)方法。

一、新的顯示器Gamma曲線調(diào)節(jié)方法

1.1 顯示器的Gamma曲線

顯示器的Gamma曲線的橫坐標(biāo)為灰度級，本文設(shè)定最大灰度級為255，實際應(yīng)用中最大灰度級可以是63、127、1023等等?？v坐標(biāo)為當(dāng)前亮度和最大亮度的比值。例如最大亮度是1000nits，當(dāng)前亮度是500nits，那么當(dāng)前亮度的縱坐標(biāo)為500÷1000=0.5。因此函數(shù)關(guān)系為：

（1）

式中Lmax為最大亮度，LN為當(dāng)前亮度，GN為當(dāng)前灰度級，Gamma為常數(shù)。Gamma分別取值為1.8、2.0、2.2、2.4、2.6，對應(yīng)著5條不同的Gamma曲線。顯示器Gamma曲線調(diào)節(jié)就是要把顯示器的Gamma曲線調(diào)節(jié)成Gamma=2.2的曲線的樣子。

1.2 新的顯示器Gamma曲線調(diào)節(jié)方法一

新的調(diào)節(jié)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(nèi)，灰度級和其對應(yīng)的灰度驅(qū)動電壓成線性關(guān)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(yīng)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(diào)節(jié)結(jié)束。

1.3 新的顯示器Gamma曲線調(diào)節(jié)方法二

新的調(diào)節(jié)方法二相對方法一而言，方法一直接根據(jù)灰度級的偏移來調(diào)節(jié)Gamma參考電壓，而方法二把亮度的偏移轉(zhuǎn)換成灰度級的偏移來調(diào)節(jié)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(yīng)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(jù)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(yīng)的灰度級的偏移量

（5）

因為在小范圍內(nèi)，灰度級和其對應(yīng)的灰度驅(qū)動電壓成線性關(guān)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(yīng)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(diào)節(jié)結(jié)束。

二、新的顯示器Gamma曲線調(diào)節(jié)的系統(tǒng)

2.1 新的Gamma曲線調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能框圖

新的顯示器Gamma曲線調(diào)節(jié)的方法需要在對應(yīng)的系統(tǒng)上才能實現(xiàn)，如下圖1。

圖中的初始數(shù)據(jù)為V0和V255，輸入到數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)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(fā)生器，發(fā)生器輸出a組V0、V255、VD，分別輸入到源驅(qū)動器1至源驅(qū)動器a上，源驅(qū)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(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行運算，輸出校正后的Gamma參考電壓嘗試值VD和V0、V255，經(jīng)Gamma參考電壓發(fā)生器、a個源驅(qū)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(shù)據(jù)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(diào)節(jié)結(jié)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(fā)生器芯片固定;或者由電阻串分壓固定。

三、結(jié)論

通過上文可知，新的顯示器Gamma曲線調(diào)節(jié)方法只需要預(yù)設(shè)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(diào)節(jié)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)出這一預(yù)設(shè)Gamma參考電壓的校準(zhǔn)值。然后重復(fù)以上操作，可以自動的、迅速的調(diào)節(jié)出所有的Gamma參考電壓值。而目前的Gamma曲線調(diào)節(jié)方法要不斷的調(diào)節(jié)Gamma參考電壓，不斷的測試亮度，根據(jù)亮度再不斷的調(diào)節(jié)Gamma參考電壓才能完成Gamma曲線的調(diào)節(jié)。因此采用新的調(diào)節(jié)方法和系統(tǒng)省時省力。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[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(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)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(shù)在色彩匹配中的重要性及應(yīng)用[J].成都大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，（26）：326-328.

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