TFT-LCD技術(shù)的高度發(fā)展，已經(jīng)并繼續(xù)改變著現(xiàn)代社會(huì)人們的生活方式。TFT-LCD因其分辨率高，沒有閃爍，體小量輕，沒有用幾年的時(shí)間便在計(jì)算機(jī)終端顯示領(lǐng)域取代已經(jīng)有百年歷史的CRT顯示的壟斷地位，同時(shí)還創(chuàng)立了以筆記本電腦和手機(jī)為代表的新的移動(dòng)顯示應(yīng)用領(lǐng)域。TFT-LCD在以字符和圖表顯示為主要目標(biāo)的計(jì)算機(jī)終端顯示領(lǐng)域取得的巨大成績(jī)，大大鼓舞了LCD工作者向顯示的最高領(lǐng)域——視頻圖像顯示乃至高清晰度視頻圖像顯示進(jìn)軍的信心。一段時(shí)間以來，小尺寸液晶電視從商場(chǎng)貨架的角落里走了出來，開始了向CRT電視挑戰(zhàn)的進(jìn)程。現(xiàn)在100＂、84＂的全高清LCD電視樣品已經(jīng)問世， 32＂、37＂和42＂的液晶電視正越來越受到消費(fèi)者的歡迎。 yd2qf  
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然而人們?cè)谫澷p液晶電視分辨率高，圖像精細(xì)的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了液晶電視在顯示運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)會(huì)出現(xiàn)拖影和模糊的情形，這是顯示視頻圖像所不能允許的。人們很容易聯(lián)想到液晶材料響應(yīng)速度不夠高是引起模糊的主要原因。可是在把響應(yīng)速度提到足夠高以后，上述現(xiàn)象有了改善，但仍不能消除。人們才轉(zhuǎn)而向更深入的方向進(jìn)行研究。原來TFT-LCD工作在保持模式（Hold-Type）是產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)圖像模糊的重要原因。 DKVt8/vq  
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TFT-LCD的保持模式及在顯示運(yùn)動(dòng)圖像方面的局限 VG'(  
無源LCD由于液晶像素的雙向?qū)�通特性，�?dòng)態(tài)矩陣選址時(shí)會(huì)出現(xiàn)串?dāng)_現(xiàn)象，掃描行數(shù)越多，串?dāng)_就越嚴(yán)重，因此無法實(shí)現(xiàn)大容量的信息顯示。于是人們?cè)诿總�(gè)像素上串入一個(gè)薄膜晶體管，用TFT的通斷來控制像素的通斷。TFT的串入使像素雙向?qū)�通的特性變成了單向�(qū)�通，矩陣選址的串?dāng)_消失了，掃描行數(shù)從理論上可以無窮多，可以實(shí)現(xiàn)大容量的信息顯示。為了提高TFT-LCD的顯示質(zhì)量，人們往往在串入TFT的同時(shí)，還設(shè)計(jì)一個(gè)與液晶像素并聯(lián)的存儲(chǔ)電容CS，如圖1所示，TFT打開時(shí)，信號(hào)電流給CS充電，在CS上形成一個(gè)與信號(hào)大小成正比的直流電壓。在TFT關(guān)閉期間，CS上的電壓在整個(gè)幀周期內(nèi)基本保持不變，并驅(qū)動(dòng)該像素始終保持在相應(yīng)的開啟狀態(tài)。這就是所謂的“保持”型工作狀態(tài)。存儲(chǔ)電容CS的引入使TFT-LCD的占空比提高到１，其對(duì)比度和顯示質(zhì)量達(dá)到了靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的水平，使得TFT-LCD很快在計(jì)算機(jī)終端顯示上獲得了巨大的成功。 5#9Wd9LP  
TFT-LCD在顯示運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)出現(xiàn)的問題，使人們不禁想起了CRT。為什么CRT在顯示運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)沒有類似的情況發(fā)生？經(jīng)過仔細(xì)比較和深入研究發(fā)現(xiàn)，CRT是工作在脈沖（impulse）發(fā)光的工作模式，和TFT的保持模式有很大的不同。 ndCS<ojcBP  
進(jìn)一步的研究表明，矩陣顯示有以下幾種顯示形式： 4 _U,-%/  
逐點(diǎn)脈沖發(fā)光，如CRT。 MZP><Je&  
逐行順序顯示，如無源LCD，無源OLED，F(xiàn)ED等。 1=q?#PQ  
逐幀順序顯示（即幀保持模式），如TFT-LCD，有源OLED等。 't]EkH]BC  
子場(chǎng)顯示，如PDP。 |YGiATD4DG  
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我們把CRT、PDP、TFT-LCD三種模式發(fā)光的情況示于圖2。圖2顯示了某一個(gè)像素在一幀時(shí)間內(nèi)發(fā)光隨時(shí)間的分布。這三種情況下，人眼所感覺到的平均亮度是相同的，但不同的顯示模式發(fā)光隨時(shí)間的分布是不同的。CRT只在很短的時(shí)間內(nèi)脈沖發(fā)光，LCD是在一幀的全部時(shí)間內(nèi)平均發(fā)光。PDP則處于二者之間，只在某些子場(chǎng)持續(xù)的時(shí)間內(nèi)有幾個(gè)到幾百個(gè)脈沖發(fā)光，按不同的灰度分布于一幀內(nèi)不同的時(shí)間點(diǎn)上。 dXo'#.  
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其實(shí)顯示運(yùn)動(dòng)圖像出現(xiàn)的圖像質(zhì)量下降的現(xiàn)象最先在PDP-TV上被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)镻DP比LCD較早進(jìn)入了視頻顯示領(lǐng)域。最先提出TFT-LCD保持模式是產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)圖像模糊的原因并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的T.Kurita和T.Yamamoto先前都是研究降低PDP偽輪廓現(xiàn)象的。1998年日本NHK科學(xué)和技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室的T.Kurita首先提出了哪怕液晶材料的響應(yīng)時(shí)間下降為零，具有保持型工作特性的TFT-LCD在顯示運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)仍然會(huì)出現(xiàn)模糊現(xiàn)象的看法。緊接著T.Yamamoto設(shè)計(jì)了一套用儀器模擬人眼感知的設(shè)備，證實(shí)了T.Kurita的想法。從此降低運(yùn)動(dòng)圖像模糊的研究進(jìn)入了全新的領(lǐng)域。保持型顯示產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)圖像模糊的問題，主要是因?yàn)槿搜鄹�蹤在屏幕上移�?dòng)的物體時(shí)，看到的是一幅幅不同位置的圖像在視網(wǎng)膜上積累所形成的圖片。只要把圖上的子場(chǎng)換成充滿一幀的發(fā)光就可以，其結(jié)論也是相同的。 @aD~YtL"n  
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運(yùn)動(dòng)圖像模糊的測(cè)量和定量評(píng)價(jià)方法 |nH0~P#!  
為了證實(shí)Kurita提出的TFT-LCD的保持型工作方式是產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)圖像模糊原因的看法，日立研究所的Yamamoto設(shè)計(jì)制作了一套可以模擬人眼積分效果的測(cè)量運(yùn)動(dòng)圖像質(zhì)量的裝置。Yamamoto認(rèn)為人眼所感知的運(yùn)動(dòng)圖像是暫存的連續(xù)圖像在和運(yùn)動(dòng)圖像作同步移動(dòng)的眼球上的積分，我們可以用暫存的分立圖片在和運(yùn)動(dòng)圖像作同步移動(dòng)位置時(shí)的積分來重現(xiàn)。他所研制的時(shí)基圖像積分測(cè)量系統(tǒng)（TIM）的方塊圖如圖3所示，單幅黑條圖像在LCD屏幕上以水平方向移動(dòng)，它的寬度、移動(dòng)速度和色彩都可以調(diào)節(jié)。用CCD拍攝不同時(shí)刻運(yùn)動(dòng)黑條的照片。因不人眼不能在1/300秒以內(nèi)分辨物體亮度的變化，所以CCD拍照的頻率要大于300Hz（即每幀至少拍5張），而且快門的速度要小于3ms。最后人眼感知的圖像通過對(duì)不同時(shí)刻圖像照片的積分，同時(shí)考慮人眼一定程度的跟隨位移而得出。 R.YGmT'2  
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TIM系統(tǒng)所得結(jié)果如圖3所示，目標(biāo)為白底上32像素寬度的黑條，每幀向右移動(dòng)8個(gè)像素。可以看到： gJGBD9wC  
黑條中間的黑度降低，也就是運(yùn)動(dòng)圖像的動(dòng)態(tài)對(duì)比度下降。 $W_o$'crW  
原來清晰的黑條前沿和后沿變成了一定寬度的模糊區(qū)域，這就是我們所關(guān)心的運(yùn)動(dòng)圖像的模糊現(xiàn)象。為了能定量地研究模糊的程度，進(jìn)一步觀察A-A剖面的亮度分布。我們引入一個(gè)邊緣模糊寬度（blurred-edge-width.BEW）的概念，它可以定義為邊緣亮度變化在10％到90％之間的寬度。BEW顯然和液晶材料的響應(yīng)時(shí)間，TFT-LCD的保持時(shí)間，以及物體運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)。 ;~Gpw/]5E  
Yamamoto得出幾點(diǎn)結(jié)論： U)w|GrxX  
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對(duì)于慢速響應(yīng)的LCD，BEW主要決定于液晶材料的響應(yīng)速度和液晶像素的響應(yīng)時(shí)間，若CLC«Cs，液晶像素響應(yīng)較快。 ~"rwP=<}  
對(duì)于響應(yīng)速度快的LCD，BEW決定于TFT-LCD的保持特性，幀頻提高，保持時(shí)間縮短，BEW成反比減少。 5WNg+  
運(yùn)動(dòng)圖像模糊的解決方法 ah Xq{>  
運(yùn)動(dòng)圖像模糊的解決方法是當(dāng)前一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。人們用不同的方法研究和模擬人眼感知運(yùn)動(dòng)圖像的情況。上節(jié)介紹的TIM系統(tǒng)是其中影響較大，為多數(shù)平板顯示工作者接受的方法。這一方法為解決運(yùn)動(dòng)圖像模糊問題奠定了良好的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。當(dāng)前解決模糊問題主要從提高液晶像素的響應(yīng)速度，改進(jìn)TFT-LCD 所固有的保持特性，也就是模仿CRT的脈沖工作方式入手，已經(jīng)取得了良好的效果。 ot+~|Dl  
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1、提高液晶像素的響應(yīng)速度 g1*H|nh2  
液晶像素的響應(yīng)速度對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像的影響可以分為2種情況。若響應(yīng)時(shí)間大于幀周期，則前后二幀的圖像出現(xiàn)重疊，嚴(yán)重影響運(yùn)動(dòng)圖像質(zhì)量。若響應(yīng)時(shí)間小于幀周期，則由于TFT的保持特性運(yùn)動(dòng)圖像產(chǎn)生模糊現(xiàn)象。提高液晶像素的響應(yīng)速度可以從以下幾個(gè)方面入手： "xc*A&Sg  
從液晶材料的角度看，LC的粘度越低，它的響應(yīng)速度就越快。LC的△ε越大，上升的響應(yīng)速度越快。通過降低液晶材料的粘度和提高△ε，現(xiàn)在新型含氟液晶材料響應(yīng)速度可以達(dá)到8ms以下。 "g:&Ge*X  
從液晶盒設(shè)計(jì)的角度看，液晶材料的下降響應(yīng)時(shí)間正比于盒厚的平方，即τf∝d2。減少盒厚可以有效地提高響應(yīng)速度，但盒厚的降低影響到對(duì)比度，同時(shí)增加工藝難度。現(xiàn)在的盒厚最薄可以做到4µm左右。 s^t1PfP(,  
從TFT像素設(shè)計(jì)的角度看，像素電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于存儲(chǔ)電容，即CLC«Cs，可以提高像素的響應(yīng)速度。這已經(jīng)是TFT陣列設(shè)計(jì)的一項(xiàng)準(zhǔn)則。 mV(x&`Cx  
從驅(qū)動(dòng)的角度看，過驅(qū)動(dòng)（over-drive）是提高響應(yīng)速度的有效方法，如圖4所示。液晶分子在響應(yīng)外電場(chǎng)的作用改變其排列方向時(shí)需要能量。如果在上升沿和下降沿加上比正常驅(qū)動(dòng)電源高一些的電壓，則液晶分子在比較強(qiáng)大的電場(chǎng)作用下很快達(dá)到所要求的排列方式，從而縮短了響應(yīng)時(shí)間。需要指出的是下降沿由于是一個(gè)無場(chǎng)或低場(chǎng)下的弛豫過程，它的響應(yīng)時(shí)間往往比上升沿長(zhǎng)，過驅(qū)動(dòng)在這部分尤其有效。對(duì)于不同的TN、VA、IPS等液晶模式，在具體實(shí)施過驅(qū)動(dòng)時(shí)還有一些不同的形式。 ,/b/O4`;y  
以上討論的都是液晶從開到關(guān)的總的響應(yīng)時(shí)間。其實(shí)在實(shí)際應(yīng)用中不同灰度等級(jí)之間的轉(zhuǎn)換（GtoG）更為重要。尤其在較暗的灰度等級(jí)之間轉(zhuǎn)換，其時(shí)所加的電壓較低，響應(yīng)比較緩慢，必需予以特別重視。 i+
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2、改進(jìn)TFT-LCD的保持特性 ty< tv|p  
（1）提高幀頻 ,WDAcQ8\  
提高幀頻可以改善運(yùn)動(dòng)圖像的效果在TIM系統(tǒng)中已經(jīng)得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)。它可以理解為縮短了 TFT的保持時(shí)間。如果幀頻無窮大，它就成了脈沖顯示。圖5示出了在相同LC響應(yīng)時(shí)間下提高幀頻對(duì)模糊的改善情況。多家公司報(bào)道了用120Hz幀頻對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像模糊的明顯改善，到250Hz時(shí)可以完全消除模糊現(xiàn)象。但是提高幀頻涉及整個(gè)顯示系統(tǒng)的諸多問題，如：功耗，帶寬，干擾等。代價(jià)較高，成本上升，大家都慎重采用。 Lr\ B  
（2）脈沖驅(qū)動(dòng)（impulsedrive） MW[ 4^  
既然CRT脈沖顯示的模式完全沒有運(yùn)動(dòng)圖像模糊的問題，人們自然會(huì)想，能不能在TFT-LCD的保持模式下摹仿或部分實(shí)現(xiàn)脈沖顯示的方式，從而改善運(yùn)動(dòng)圖像的質(zhì)量呢？答案是肯定的。現(xiàn)在發(fā)展起來的多種驅(qū)動(dòng)方式都根據(jù)這個(gè)思路而來，而且在不同程度上改善了運(yùn)動(dòng)圖像的質(zhì)量。是當(dāng)前TFT-LCD驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。 4b(irDT3F  
A.背光源閃爍（blinkingbacklight）法 So 6cm|{  
LCD是通過調(diào)制背光源的光來實(shí)現(xiàn)顯示的，通常的LCD背光源是一直開著，連續(xù)發(fā)光。既然TFT-LCD的保持特性無法改變，如果控制背光源的發(fā)光，使它從連續(xù)發(fā)光變成只在一幀的某個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)光，TFT的保持特性就有所改善，就有了些類似于脈沖發(fā)光的成分，則運(yùn)動(dòng)圖像的模糊就可以明顯改善。圖6 示出了一組CCFL燈管在一幀的60％的時(shí)間內(nèi)同時(shí)打開（占空比為60％），在余下的時(shí)間內(nèi)同時(shí)關(guān)閉的情況。檢測(cè)表明，在背光的占空比為70％以上時(shí)，運(yùn)動(dòng)圖像質(zhì)量的沒有明顯改善，而占空比50％~60％時(shí)效果明顯，但占空比太小時(shí)容易產(chǎn)生閃爍（flicker）現(xiàn)象。圖7示出了占空比為50％時(shí)運(yùn)動(dòng)圖像質(zhì)量的改善情況。 KW6" +,Th  
用背光源的閃爍來改善運(yùn)動(dòng)圖像的質(zhì)量，可能導(dǎo)致亮度的下降。但研究表明，由于背光源以一定的占空比工作，燈管表面溫度降低，發(fā)光效率得到提高，如圖 8所示。另一方面，還可以適當(dāng)提高CCFL的工作電流以提高它的亮度，但一般認(rèn)為50％的占空比還是會(huì)引起亮度的下降，60％的占空比是一個(gè)比較恰當(dāng)?shù)倪x擇。 Y6Qb_X:  
B．背光源掃描（scanningbacklight）法 GN;XB b]w  
除了控制背光源的占空比以外，控制背光源發(fā)光的相位也是有效的方法。圖9示出了一種理想的避開液晶像素的上升和下降沿，在液晶像素完全開和完全關(guān)的相位上點(diǎn)亮背光源的方法。采用這種方法要求液晶的上升和下降時(shí)間之和小于2/3幀周期，即小于10ms，而背光只在后1/3幀周期的相位點(diǎn)亮。由于液晶像素的開啟是屏面從上至下順序的掃描的，用整個(gè)背光源閃爍的方法在全畫面上實(shí)現(xiàn)這樣的相位關(guān)系是不可能的。唯一的方法是背光源和顯示屏同步掃描點(diǎn)亮，如圖 10所示，可以基本上實(shí)現(xiàn)這樣的相位關(guān)系。但是采用了背光源掃描以后，屏的亮度降低了。以上述1/3幀周期照亮而言，需要3倍的背光燈管才能補(bǔ)償。有人建議用熱陰極熒光燈(HCFL)，因?yàn)樗�的亮度比CCFL高不少，同時(shí)發(fā)光效率也高。 n`KXJ?t  
背光源掃描還容易引起圖像的閃爍，尤其在大片亮場(chǎng)的區(qū)域。有人提出在一幀內(nèi)增加一個(gè)光脈沖，二個(gè)光脈沖相隔半個(gè)幀周期，這就是雙光脈沖掃描背光源。但雙光脈沖掃描容易引起雙邊緣輪廓，可以根據(jù)圖像的情況在雙光脈沖掃描和單光脈沖掃描之間切換，以達(dá)到既消除圖像的閃爍，又不產(chǎn)生雙邊緣輪廓的結(jié)果。 75}u D  
當(dāng)然，無論是背光源閃爍，還是背光源掃描，LED背光是最好的選擇，因?yàn)長(zhǎng)ED背光除了響應(yīng)快，易控制外，它的色域?qū)挘瑴囟忍匦院茫瑳]有汞污染。但是目前LED背光成本還高，發(fā)熱較多，均勻性還有待改進(jìn)。相信幾年以后LED背光將逐步進(jìn)入商品領(lǐng)域。 ` dUiz5o'  
C.插入黑場(chǎng)（Blackframeinsertion，BFI）法 c3!|h1h/v  
插入黑場(chǎng)是從信號(hào)處理的角度模擬脈沖驅(qū)動(dòng)的一種方法，如圖11和圖12所示，它在一幀的某一時(shí)段消除整個(gè)顯示屏各像素的信號(hào)，成為一個(gè)黑場(chǎng)，從信號(hào)處理的角度縮短了TFT-LCD的保持時(shí)間，從而改善運(yùn)動(dòng)圖像的質(zhì)量。但是由于插入黑場(chǎng)時(shí)LCD的漏光現(xiàn)象，對(duì)比度會(huì)明顯下降。如圖13所示。控制插入的黑場(chǎng)小于幀周期的20％，可以使對(duì)比度下降不很明顯。另一方面，黑場(chǎng)的插入使顯示部分的每行掃描時(shí)間縮短，會(huì)大大增加對(duì)數(shù)據(jù)速率和帶寬的要求，從而增加技術(shù)的難度和成本。黑場(chǎng)的插入會(huì)明顯降低顯示屏的亮度，有人建議插入和圖像亮度平均值相應(yīng)的灰場(chǎng)，以兼顧亮度和運(yùn)動(dòng)圖像質(zhì)量二個(gè)方面。 ?ZV0
 
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3、采用圖像處理技術(shù) qf=[*ZY  
圖像處理技術(shù)可以在采用上述技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮小運(yùn)動(dòng)圖像的模糊現(xiàn)象，采用的方法各異，效果也不盡相同。例如，通過預(yù)先計(jì)算出運(yùn)動(dòng)圖像的位置，用內(nèi)插值顯示圖像的準(zhǔn)確位置，可以減少視網(wǎng)膜上感知圖像的移動(dòng)。另有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償法，這里介紹一種正弦波調(diào)制法。通過對(duì)人眼感知運(yùn)動(dòng)物體的積分模擬的研究發(fā)現(xiàn)，如果對(duì)一個(gè)亮度均勻的物體，其亮度用正弦波進(jìn)行調(diào)制，它的空間周期等于物體移動(dòng)速度的值，那這個(gè)物體在以該速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的模糊不容易被人所覺察，如圖 14所示。圖14還示出了背光不作閃爍和作50％閃爍的模擬結(jié)果。可見運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償法的效果還是比較明顯的。 f>+}U;)EF  
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結(jié)論 x-#9i  
由于TFT-LCD，包括其它使用TFT陣列的平板顯示技術(shù)，是工作在保持型模式下，顯示運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)出現(xiàn)模糊是不可避免的。通過提高液晶響應(yīng)速度，采用脈沖驅(qū)動(dòng)法改善TFT-LCD的保持特性，也就是縮短保持時(shí)間，可以在很大程度上減小模糊現(xiàn)象。綜合采用這些方法已經(jīng)可以使模糊現(xiàn)象達(dá)到人眼不易感知的程度。但這些方法大都比較復(fù)雜，有些還成本較高。隨著顯示向高清晰度方向發(fā)展，進(jìn)一步提高運(yùn)動(dòng)圖像質(zhì)量的工作還會(huì)進(jìn)一步深入發(fā)展，人們期待著有效，簡(jiǎn)單，低成本方法的進(jìn)一步出現(xiàn)。 kJeOlO[  
回想已經(jīng)100年歷史的CRT，它只用了8根引線和相應(yīng)的電路就能掃出整個(gè)光柵和顯示視頻圖像，而且沒有運(yùn)動(dòng)圖像的問題，真是感慨不已。感謝當(dāng)今高度發(fā)展的電子技術(shù)和IC產(chǎn)業(yè)，沒有它們的支持和配合，TFT-LCD的發(fā)展是很難想象的。