1 引言場致發(fā)射顯示器 （ FED）集 CRT 的高性能顯示質(zhì)量和 LCD 的低功耗優(yōu)點(diǎn)于一身， 具有高分辨率、高發(fā)光效率、大面積、大視角、高亮度和色彩鮮艷、清晰圖像、寬的溫度工作范圍、快速響應(yīng)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)， 是一種新興的具有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ淖园l(fā)光平板顯示技術(shù)。但是目前場發(fā)射顯示器件由于工藝和驅(qū)動(dòng)電路等因素的影響， 顯示效果和現(xiàn)有的 PDP商業(yè)產(chǎn)品等仍存在一定的差距。首先，目前場致發(fā)射顯示器由于器件本身結(jié)構(gòu)的影響，產(chǎn)生亮度不均勻性問題，人們試圖通過新型陰極材料、結(jié)構(gòu)改進(jìn)或工藝的改良來消除這一影響。其次， 由于 CRT 發(fā)光特性的非線性， 現(xiàn)有的電視信號在傳輸?shù)?CRT 之前先進(jìn)行了校正。但是如果把現(xiàn)有的電視信號直接傳輸?shù)紽ED上將會(huì)引起嚴(yán)重的灰度畸變和損失， 因此必須對其進(jìn)行反校正； 此外， 由于采用較高電壓驅(qū)動(dòng)， 造成整機(jī)功耗大的問題。對于這幾個(gè)方面的問題， 我們從電路的角度入手， 提出了相應(yīng)的解決方案， 并通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證， 取得了較好的效果。
2 實(shí)驗(yàn)亮度不均勻是影響場致發(fā)射器件顯示效果的一個(gè)重要因素。在制造過程中， 由于工藝上的限制， 發(fā)射陣列中每個(gè)電子源在結(jié)構(gòu)和性能上會(huì)存在一定的差異， 使各個(gè)像素的發(fā)射電流不同。結(jié)果導(dǎo)致屏幕上各個(gè)像素點(diǎn)之間亮度存在明顯差別， 影響圖像整體觀看效果。解決這一問題有兩種途徑， 一種是通過改變工藝， 比如增加發(fā)射點(diǎn)的密度， 降低材料的功函數(shù)或者通過電阻層引入負(fù)反饋來降低非均勻性。但這一方法不僅增加了工藝上的難度， 提高了場發(fā)射器件的制造成本， 也降低了成品率， 降低了和其他平板顯示器件的競爭力。另一種方法是通過電路或者信號處理的方法， 針對屏的特性對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理來彌補(bǔ)屏的亮度不均性。這一方法不僅簡單， 而且近來超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展， 使信號處理的成本相對制屏工藝來說已經(jīng)較低， 僅需較少的費(fèi)用就能明顯地改善顯示效果。
和其他平板顯示器類似， 場致發(fā)射平板顯示器也是采用行列矩陣式結(jié)構(gòu)， 陣列中的每一個(gè)像素都是一個(gè)發(fā)光點(diǎn)， 通過行列掃描尋址實(shí)現(xiàn)。各個(gè)像素的發(fā)光不均勻可以用調(diào)制特性的不同來表征。 顯示了兩個(gè)不同的像素的脈寬調(diào)制亮度曲線， 在脈寬調(diào)制下， 像素的亮度和脈沖寬度成正比， 但是不同的像素點(diǎn)曲線的斜率會(huì)不同。用統(tǒng)計(jì)平均法研究圖像各像素點(diǎn)上灰度信息及其分布特點(diǎn)。
采用已建立的圖像灰度分布模型， 為了消除亮度不均勻造成的圖像失真， 可以對各個(gè)像素的亮度曲線進(jìn)行校正處理， 即與一個(gè)相應(yīng)的預(yù)校正數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘， 使全屏的所有像素最后顯示的亮度與灰度等級的曲線斜率趨于一致。
具體實(shí)施方法如下： 對某一器件， 測定它的調(diào)制特性， 求出校正參數(shù)數(shù)值， 并將其固化在顯示器件附帶的存儲(chǔ)器 EPROM 中； 對傳輸?shù)斤@示器件的圖像信號， 先對它與一個(gè)相應(yīng)的預(yù)校正數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘處理， 然后再由顯示器件對校正后的圖像信號進(jìn)行調(diào)制顯示。
在電路設(shè)計(jì)中， 我們采用現(xiàn)場可編程門陣列（ FPGA）來對輸入信號進(jìn)行處理。 預(yù)處理電路的 FPGA 電路結(jié)構(gòu)圖。測定的像素調(diào)制特性經(jīng)過變換得到的預(yù)處理參數(shù)矩陣存入片外EPROM， 工作過程中， 地址發(fā)生器在行同步和場同步信號的控制下， 依次產(chǎn)生和輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)的預(yù)處理矩陣地址。將讀入的預(yù)處理參數(shù)和輸入數(shù)據(jù)相乘， 就得到了預(yù)處理的圖像數(shù)據(jù)， 輸入至下一級電路繼續(xù)處理。
3校正3. 1 FED 校正的原因在顯示系統(tǒng)中， 由于光電、電光轉(zhuǎn)換以及信號傳輸過程引入的非線性， 顯示圖像將和原圖像存在較大的失真， 為了消除這部分的非線性失真， 所有的顯示系統(tǒng)都必須有灰度校正的處理過程。傳統(tǒng)的灰度校正系統(tǒng)都是為 CRT顯示器設(shè)計(jì)的， 由于各種顯示器件的非線性特性各不相同， 在 FED顯示中采用 CRT的源信號， 會(huì)對顯示質(zhì)量造成較大的影響。本文結(jié)合 FED 的顯示特性和人眼的視覺靈敏度特性， 從實(shí)用的角度提出了適用于FED的灰度校正方法。
3. 2 FED 校正的原理普通電視的輸入信號是針對 CRT 進(jìn)行了灰度校正， 其校正電路的傳輸特性：V o K j V 0. 45 i其中 V i為輸入的電壓， V o為輸出電壓， K j為比例常數(shù)。通過這樣的校正電路， 整個(gè) CRT 顯示系統(tǒng)的顯示特性就恢復(fù)到線性， 從而得到比較滿意的輸出圖像。 FED 顯示屏多數(shù)是采用脈寬調(diào)制的方法來實(shí)現(xiàn)灰度等級的顯示， 理論上其輸出電光特性應(yīng)該是線性的。但是由于屏的特性的問題， 實(shí)際的測量曲線并不是線性的， 特性曲線。因此， FED 的灰度校正電路較一般的顯示器件復(fù)雜， 首先進(jìn)行傳統(tǒng)校正的反校正， 然后再進(jìn)行非線性灰度校正。
3. 3 FED 校正的硬件實(shí)現(xiàn)目前沒有專門用于 FED 的圖像信號源， 現(xiàn)有的電視信號是為 CRT適用的， 所以只能是將傳送給 CRT顯像管的圖像信號源直接傳送給 FED 進(jìn)行圖像顯示。FED 的灰度一般都是用發(fā)光時(shí)間的占空比來控制的， 它的圖像亮度 B 與驅(qū)動(dòng)電流占空比 T 之間的關(guān)系， 但是對于CRT， 圖像亮度 B與圖像信號 E 之間的變換是非線性的， 即 B E ， 約為 2. 8，因此在傳輸之前必須進(jìn)行預(yù)校正， 預(yù)校正曲線顯然， 如果只是簡單地把送給CRT的信號送到 FED 進(jìn)行顯示， 就會(huì)引起嚴(yán)重的灰度畸變， 使低亮度段的亮度跳變太快， 圖像的層次感欠佳。因此， 同樣也必須先對圖像信號 E 進(jìn)行預(yù)校正， 然后再對電流占空比 T 進(jìn)行反 B T曲線校正， 使其特性與 CRT 相近， 提高 FED 顯示圖像彩色復(fù)現(xiàn)的真實(shí)性， 改善畫質(zhì)。實(shí)驗(yàn)得出以B T 1 342補(bǔ)償曲線可以獲得較佳的結(jié)果。
FED顯示的反 B T 曲線校正圖。校正電路的設(shè)計(jì)可以通過查表方法完成， 這里不再贅述。
4 自動(dòng)功率控制FED在同 PDP 和 LCD 市場競爭的過程中，整機(jī)功耗是一個(gè)很重要的技術(shù)指標(biāo)。由于目前的FED顯示屏發(fā)光效率仍有待改善， 采用自動(dòng)功率控制的 FED顯示器， 一方面可以降低系統(tǒng)功耗，同時(shí)也可以降低對功率器件的要求。另一方面，還可以控制像素的發(fā)光時(shí)間不超過某一安全閾值， 從而延長屏的使用壽命。我們討論了 FED 驅(qū)動(dòng)電路中自動(dòng)功率控制的實(shí)現(xiàn)并分析了其性能，在不致明顯降低圖像質(zhì)量的同時(shí)盡量減少了系統(tǒng)總體功耗。
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