发射显示器CRTLCD

　　1 引言　　场致发射显示器 （ FED）集 CRT 的高性能显示质量和 LCD 的低功耗优点于一身， 具有高分辨率、高发光效率、大面积、大视角、高亮度和色彩鲜艳、清晰图像、宽的温度工作范围、快速响应时间等优点， 是一种新兴的具有广阔发展潜力的自发光平板显示技术。但是目前场发射显示器件由于工艺和驱动电路等因素的影响， 显示效果和现有的 PDP商业产品等仍存在一定的差距。首先，目前场致发射显示器由于器件本身结构的影响，产生亮度不均匀性问题，人们试图通过新型阴极材料、结构改进或工艺的改良来消除这一影响。其次， 由于 CRT 发光特性的非线性， 现有的电视信号在传输到 CRT 之前先进行了校正。但是如果把现有的电视信号直接传输到FED上将会引起严重的灰度畸变和损失， 因此必须对其进行反校正； 此外， 由于采用较高电压驱动， 造成整机功耗大的问题。对于这几个方面的问题， 我们从电路的角度入手， 提出了相应的解决方案， 并通过理论分析和实验验证， 取得了较好的效果。

　　2 实验亮度不均匀是影响场致发射器件显示效果的一个重要因素。在制造过程中， 由于工艺上的限制， 发射阵列中每个电子源在结构和性能上会存在一定的差异， 使各个像素的发射电流不同。结果导致屏幕上各个像素点之间亮度存在明显差别， 影响图像整体观看效果。解决这一问题有两种途径， 一种是通过改变工艺， 比如增加发射点的密度， 降低材料的功函数或者通过电阻层引入负反馈来降低非均匀性。但这一方法不仅增加了工艺上的难度， 提高了场发射器件的制造成本， 也降低了成品率， 降低了和其他平板显示器件的竞争力。另一种方法是通过电路或者信号处理的方法， 针对屏的特性对图像数据进行预处理来弥补屏的亮度不均性。这一方法不仅简单， 而且近来超大规模集成电路的迅速发展， 使信号处理的成本相对制屏工艺来说已经较低， 仅需较少的费用就能明显地改善显示效果。

　　和其他平板显示器类似， 场致发射平板显示器也是采用行列矩阵式结构， 阵列中的每一个像素都是一个发光点， 通过行列扫描寻址实现。各个像素的发光不均匀可以用调制特性的不同来表征。 显示了两个不同的像素的脉宽调制亮度曲线， 在脉宽调制下， 像素的亮度和脉冲宽度成正比， 但是不同的像素点曲线的斜率会不同。用统计平均法研究图像各像素点上灰度信息及其分布特点。

　　采用已建立的图像灰度分布模型， 为了消除亮度不均匀造成的图像失真， 可以对各个像素的亮度曲线进行校正处理， 即与一个相应的预校正数据进行相乘， 使全屏的所有像素最后显示的亮度与灰度等级的曲线斜率趋于一致。

　　具体实施方法如下： 对某一器件， 测定它的调制特性， 求出校正参数数值， 并将其固化在显示器件附带的存储器 EPROM 中； 对传输到显示器件的图像信号， 先对它与一个相应的预校正数据进行相乘处理， 然后再由显示器件对校正后的图像信号进行调制显示。

　　在电路设计中， 我们采用现场可编程门阵列（ FPGA）来对输入信号进行处理。 预处理电路的 FPGA 电路结构图。测定的像素调制特性经过变换得到的预处理参数矩阵存入片外EPROM， 工作过程中， 地址发生器在行同步和场同步信号的控制下， 依次产生和输入数据对应的预处理矩阵地址。将读入的预处理参数和输入数据相乘， 就得到了预处理的图像数据， 输入至下一级电路继续处理。

　　3校正3. 1 FED 校正的原因在显示系统中， 由于光电、电光转换以及信号传输过程引入的非线性， 显示图像将和原图像存在较大的失真， 为了消除这部分的非线性失真， 所有的显示系统都必须有灰度校正的处理过程。传统的灰度校正系统都是为 CRT显示器设计的， 由于各种显示器件的非线性特性各不相同， 在 FED显示中采用 CRT的源信号， 会对显示质量造成较大的影响。本文结合 FED 的显示特性和人眼的视觉灵敏度特性， 从实用的角度提出了适用于FED的灰度校正方法。

　　3. 2 FED 校正的原理普通电视的输入信号是针对 CRT 进行了灰度校正， 其校正电路的传输特性：V o K j V 0. 45 i其中 V i为输入的电压， V o为输出电压， K j为比例常数。通过这样的校正电路， 整个 CRT 显示系统的显示特性就恢复到线性， 从而得到比较满意的输出图像。 FED 显示屏多数是采用脉宽调制的方法来实现灰度等级的显示， 理论上其输出电光特性应该是线性的。但是由于屏的特性的问题， 实际的测量曲线并不是线性的， 特性曲线。因此， FED 的灰度校正电路较一般的显示器件复杂， 首先进行传统校正的反校正， 然后再进行非线性灰度校正。

　　3. 3 FED 校正的硬件实现目前没有专门用于 FED 的图像信号源， 现有的电视信号是为 CRT适用的， 所以只能是将传送给 CRT显像管的图像信号源直接传送给 FED 进行图像显示。FED 的灰度一般都是用发光时间的占空比来控制的， 它的图像亮度 B 与驱动电流占空比 T 之间的关系， 但是对于CRT， 图像亮度 B与图像信号 E 之间的变换是非线性的， 即 B E ， 约为 2. 8，因此在传输之前必须进行预校正， 预校正曲线显然， 如果只是简单地把送给CRT的信号送到 FED 进行显示， 就会引起严重的灰度畸变， 使低亮度段的亮度跳变太快， 图像的层次感欠佳。因此， 同样也必须先对图像信号 E 进行预校正， 然后再对电流占空比 T 进行反 B T曲线校正， 使其特性与 CRT 相近， 提高 FED 显示图像彩色复现的真实性， 改善画质。实验得出以B T 1 342补偿曲线可以获得较佳的结果。

　　FED显示的反 B T 曲线校正图。校正电路的设计可以通过查表方法完成， 这里不再赘述。

　　4 自动功率控制FED在同 PDP 和 LCD 市场竞争的过程中，整机功耗是一个很重要的技术指标。由于目前的FED显示屏发光效率仍有待改善， 采用自动功率控制的 FED显示器， 一方面可以降低系统功耗，同时也可以降低对功率器件的要求。另一方面，还可以控制像素的发光时间不超过某一安全阈值， 从而延长屏的使用寿命。我们讨论了 FED 驱动电路中自动功率控制的实现并分析了其性能，在不致明显降低图像质量的同时尽量减少了系统总体功耗。

[时间：2012-08-07]