TFT-LCD Flicker的基础知识

什么是Flicker

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TFT-LCD利用电压变化控制液晶盒内电场的强弱，改变液晶分子排列方向，达到对光透过与否的控制。在液晶显示器显示画面时，经常出现画面“闪烁、忽明忽暗”的现象，这种现象称为“Flicker”。

为什么人眼能观察到Flicker

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人眼观察景物时，光信号传入大脑需经过一段短暂时间，当光作用结束后，视觉形象不会立即消失，这种残留视觉称为“后像”，这一现象被称为“视觉暂留”，也叫“余晖效应”由于余晖效应关系，人眼要感受动作的画面，画面更新频率至少保持 16 ~24Hz，但实际上 30Hz 的画面更新频率下还是可以感觉到画面亮度差异，直观感受即看到画面闪烁。因此要得到更佳的画面品质，画面更新频率越高越好。

为什么人会观察到液晶显示器显示时的 Flicker 现象呢?是因为前后两幅显示画面的亮度(灰阶) 不一致，而亮度不同是因为液晶盒光透过量不同，光的透过量由液晶分子偏转程度来决定。

Flicker产生的机理

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LCD 以电压大小来控制液晶站起角度从而来控制亮度，且液晶以交流方式驱动，如下图所示，若 Vcom 值未调好，由于ΔVp的存在,相当于在液晶层内施加直流电压，则 Vp+ ≠ Vp-,导致正负帧亮度存在差异，从而发生闪烁等现象，进而缩短液晶寿命；因此，有抵消突变电压 ΔVp的必要。为了抵消突变电压 ΔVp那一部分，可以把公共电压 Vcom变成变量(可以调节)，则可以有效解决Flicker的问题。

决定 TFT 开关品质的一个重要因素是 TFT栅极金属和源极金属之间的寄生电容 Cgs，一般把 TFT 连接像素电极的一侧设定为源极。由于TFT 的开关接近瞬态，当栅极电压 Vgs从高电平的 VGH瞬间下降到低电平的 VGL时，Vgs的变化量ΔVgs被 TFT 寄生电容 Cgs合到像素电极上，导致像素电压 Vp跳变，跳变量为 ΔVp，由于ΔVp的存在,像素电压变为(Vp-ΔVp)。

Flicker的评价方法

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常规画面下正负帧变换时，相邻像素互相补偿，使得常规画面的flicker闪烁无法被观察到。而flicker画面状态下正负帧变化时，由于正负帧像素亮度存在偏差，才能观察到Flicker闪烁。下面是行业内常见的两种Flicker评价方法。

视频电子标准协会VESA(Video Electronics Standards Association)标准中闪烁测试方法一般有两种:JEITA 测试法和 FMA 测试法

JEITA 测试法是将显示屏的刷新频率调整到工作状态时的频率，采用频谱仪和光电转换设备，测试一帧内亮度随时间的变化曲线 F(t).通过快速傅里叶变换，将其转换为亮度随频率的变化曲线 F(w)。接着,取与被测样品相同频率下的 F(ω)，如取 F60Hz和直流下的 F0Hz再对F(ω)/F0Hz取对数，结果即为闪烁值，公式表达为:

FMA( Flicker Modulation Amplitude,FMA)测试法的测试条件同 JEITA 法一样，通过光电转换器将亮度转换为调幅的电信号，读取电压波形最大值 Vmax和最小值 Vmin，并定性认为(VmaX-Vmin)为交流成分，(Vmx+Vmin)/2 为直流成分，则MaX闪烁的表达式为:

Vcom 对 Flicker 的影响

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常白模式产品随着灰阶升高最佳闪烁及对应 Vcom均逐渐减小,而常黑模式产品最佳闪烁逐渐减小，但对应 Vcom 逐渐增加。

常白模式产品 ΔVp，随着灰阶增大逐渐增大(Vcom负移)，从而引起正负亮度差增大，但画面平均亮度随灰阶增加也呈增加趋势(主要因素)，综合导致最佳闪烁减小；而常黑模式产品灰阶增加时 ΔVp，逐渐减小(Vcom正移)，从而引起正负亮度差逐渐减小，且由于画面平均亮度也呈增加趋势，故最佳闪烁逐渐减小。

VGH 对 Flicker 的影响

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实验中将 VGH电压外接至直流电源，VGL 与Vcom保持不变，分别测试常白模式及常黑模式产品不同 VGH电压下的闪烁值，结果如下图所示，表明 VGH对闪烁有显著影响。分析原因为:

第一阶段，VGH较低时，一方面 ΔVp随 VGH增加而增大，另一方面 VGH较低时，像素未完全充满，正负帧亮度差较大(主要因素)，随着 VGH增加，像素逐渐充满，正负帧亮度差减小，此阶段闪烁随 VGH增加而减小；

第二阶段，VGH 增大到一定程度，像素已完全充满，此时 ΔVp随着 VG增加而增大，从而引起正负帧亮度差增大，即闪烁增大。

常白和常黑两种模式产品不同VGH电压最佳闪烁及对应Ｖcom关系，下图所示实验结果表明VGH增加，最佳闪烁几乎不变，但对应Ｖcom逐渐减小，故VGH电压变化时，可以通过调节Ｖcom使闪烁达到最佳。

VGL 对 Flicker 的影响

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实验中将 VGL电压外接至直流电源，VGH 与Vcom保持不变，分别测试常白模式及常黑模式产品不同 VGL电压下的闪烁值，结果下图所示，表明 VGL对闪烁有显著影响。分析原因为:

第一阶段，VGL从-2 V 逐渐减小至最低点(约-8 V)时，虽然ΔVp逐渐增大，但此时 TFT 的 Ioff逐渐减小(主要因素)，像素电压具有更好的保持特性，从而引起正负帧亮度差逐渐减小，即闪烁逐渐减小;

第二阶段，VGL继续减小，ΔVp及 TFT 的 Ioff均逐渐增大，两者共同作用使正负帧亮度差逐渐增大，即闪烁逐渐增大。

什么是Flicker漂移

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当LCD存在DC偏置电场时，偏置电场吸引离子，导致电极附近生成内建电场，这个内建电场不断加强，直至DC偏置电场补偿完成。这个内建电场和DC偏置电场的交互效应导致了Flicker的漂移。

像素极性反转对Flicker的影响

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Frame inversion极性变换方式Flicker的现象明显

Row inversion极性变换方式Flicker的现象不明显

Column inversion极性变换方式Flicker的现象不明显

Dot inversion极性变换方式Flicker的现象几乎没有

通常我们都是通过调节Vcom电压和选择极性反转方式来优化Flicker的现象。

审核编辑：刘清