RGBW液晶显示中的像素极性排布方式解析

于 洁，李鹏涛，王春华，佟泽源，韩 锐，马 青，尹大根，张阳阳

(北京京东方光电科技有限公司 车载开发本部，北京 100176)

1 引 言

车载仪表显示中，对亮度的需求很高，RGBW架构的模组透过率可提升将近50%，与RGB相比，可有效降低模组亮度及减少功耗[1]。但同时RGBW模组会出现横纹闪烁、串抚以及色偏等不良，在对RGB以及RGBW进行差别对比以及测试分析后，发现同行同色极性排布方式十分关键，其不合理的搭配会引起对应不良显示，基于上述发现，本文提出了开发RGBW模组时像素排布的基本设计方案，为RGBW模组开发提供了设计准则。

2 RGBW显示原理

普通的彩色液晶由多个像素构成，其中一个像素由3个子像素构成，每个子像素上涂有对应的R/G/B色阻，通过子像素的液晶偏转角度实现子像素的透光，进而实现整张图像的显示。

而RGBW是将部分子像素上的色阻去除，涂上W色阻(透过率接近100%)，通过实际算法，根据实际给到的RGB信号重新转换数据[2-4]，改变子像素的灰阶值(此值不固定，根据不同RGBW算法决定)，最后实现整张图像的显示。

图1 (a)正常的RGB像素排列；(b)RGBW像素排列方式Fig.1 (a)RGB pixel arrangement;(b)RGBW pixel arrangement

图2 一种实现RGBW实时显示的驱动框架Fig.2 Real-time display driver framework of RGBW

实时数据转换可以使用FPGA来更改数据匹配实现，图2为产品框架。

3 RGB转为RGBW时发生的不良

正常RGB显示无异常情况下，将其彩膜按照RGBW排布重新制作，进行点亮后，发现其发生了色偏、串扰、区域横纹闪烁、残像[5]等不良。

图3 绿色背景黑框引起人眼可见的横向串扰Fig.3 Visible crosstalk of black box on green background

表1 单色画面W/R/G/B在不同灰阶值时的色坐标

Tab.1 Color coordinate of image W/R/G/B with different gray scale values

ItemG255G164G40WX0293 80.300 60.298 3Y0.323 40.3330.329 6RX0.666 40.6650.457 0Y0.309 20.309 20.310 9GX0.262 10.263 20.254 2Y0.627 50.6280.497 7BX0.145 80.1460.174 1Y0.059 30.0610.114 9

从表1可以看出随着灰阶的降低，其色坐标偏移严重。

4 不良产生的原因

此款31.2 cm(12.3 in) RGBW模组通过31.2 cm(12.3 in)RGB模组上更改CF进行制作完成，电路驱动以及阵列走线都相同，但RGB上并未出现这些不良现象。根据不良现象，我们对面板上的各个电压进行了测试，发现电压中的公共电极电压VCOM表现异常。

图4 同样画面不同反转方式的VCOM 波形Fig.4 VCOM waveforms of different inversion with the same screen

从图4可以明显看出，公共电极VCOM电压[6]已经被影响，且呈现周期性，周期与反转方式相关。为此我们以G画面来做分析。

图5 不同反转方式下的G画面像素亮暗情况Fig.5 Brightness of G picture under different inversion modes

从图5可以看出，因为RGBW彩膜的排列，导致G画面在不同反转方式下，实际的反转变成了双行反转、帧反转、4行反转、行反转，而行反转会耦合VCOM，从实际反转也可看出正好对应VCOM的耦合周期。

而VCOM的这种耦合就会产生串扰、色偏等不良。至于闪烁，则是因为多行同一极性，导致人眼可以感觉到亮度变化。

上述情况可以解释纯色画面为何会有闪烁现象，但是无法解释低灰阶RGBW全开情况下的区域横纹闪烁现象。图6为RGBW 画面下VCOM的波形。

图6 RGBW白画面下VCOM 的波形Fig.6 VCOM waveform of white picture

图7 RGBW玻璃的彩膜排布Fig.7 Arrangement of RGBW panel color filter

可以看出，VCOM无明显周期耦合，但是实际画面仍有区域性的横纹闪烁。图7为RGBW 玻璃的像素排列情况。可以看出，无论何种反转，R、G、B、W像素的行方向均为同一极性，而在一帧的图像中，同极性行的数量则根据反转方式不同而不同，但至少都为一行。

不同极性的像素，设定值为同一灰阶，若VCOM调节成理论最优，则不同极性像素显示的亮度是一致的，若VCOM调节非最优，则会产生闪烁。故RGBW玻璃的VCOM为非最优值，则行像素每帧之间的亮度差会导致人眼看起来为行闪烁。

但是玻璃均一性等工艺问题会导致各处的最优VCOM值不同，所以当设定一个区域的最优值后由于亮度差异的程度与该区域最优VCOM偏离实际VCOM的程度成正相关，其他区域则会发生横纹闪烁。

为验证此种分析，按照9点均一性的位置分别调整VCOM，设置成该区域的最优VCOM结果：最优VCOM区域横纹闪烁基本不可见，但其他区域效果则相应改变(各自区域最优值与当前VCOM偏离大，则不良现象加重)；9个区域情况相同。从上面验证可知，RGBW屏幕发生的串扰、偏色以及横纹闪烁而RGB屏无此问题是由像素反转驱动排列导致。

5 改善措施

分析得出，横纹闪烁为像素反转驱动排列导致，因此可以从IC驱动以及玻璃走线来更改排列[7-9]。

IC驱动：从RGBW屏幕的像素排列，可得出IC在行方向驱动应由原来的“+-+-+-+-”改为“+-+--+-+”或者“-+-++-+-”为最优；上面更改是将行同色像素极性正负以1个像素穿插，也可以根据需要变更为2周期(即两个同极性同色像素后面为两个另一极性同色像素)。

图8 RGBW玻璃走线更改示例Fig.8 Example of RGBW panel driving wire change

玻璃走线更改：同理，根据驱动情况，可以调整玻璃的走线，如图8所示。从图(8)可以看出，通过玻璃上交叉走线以及FPGA针对走线进行数据上的调换[10-11]，一行上同色像素的正负极性可以实现我们的需求。

6 结 论

RGBW玻璃因为更改了像素的排列方式，导致实际输出正确图像时，对应像素的极性排布已经与RGB屏有区别。若仍沿用RGB屏的像素驱动则有可能发生VCOM耦合以及闪烁等问题，故研发非传统的RGB屏时，需要根据实际的像素极性排布方式来选择对应的极性驱动方式。一行同色像素的同一极性像素应该占此行同色像素的50%，且正负极性彼此相邻，此种设计一般为最优像素极性排列方式。