液晶フリッカーの基礎
フリッカーとは
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TFT-LCD は、電圧変化を利用して液晶ボックス内の電界の強さを制御し、液晶分子の配向方向を変化させ、光を透過するかどうかの制御を実現します。液晶ディスプレイに画面を表示する際、画面に絵柄が現れることがありますが、この現象を「フリッカー」といいます。
人間の目はなぜフリッカーを観察できるのか
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人間の目があるシーンを観察すると、光信号が脳に伝達されるまでに短時間かかります。ライト効果が終了しても、視覚的なイメージはすぐには消えません。この残留視覚は「後像」と呼ばれ、「視覚一時保持」と呼ばれ、「残光効果」とも呼ばれます。残光効果により、人間の目は動画を感じる必要があり、画像の更新周波数は少なくとも 16 ～ 24Hz のままです。しかし、実際には、30Hz の画像更新周波数でも画像の明るさの違いが感じられ、直感的には画像がちらつくように感じられます。したがって、より良い画質を得るには、画像の更新頻度は高いほど良いです。
LCD モニターを表示するとフリッカー現象が発生するのはなぜですか?これは、前後の表示画面の明るさ (階調) が一貫していないためであり、明るさは LCD ボックスの光透過率が異なるためであり、光透過率は液晶分子の偏向の程度によって決まります。
フリッカーの発生メカニズム
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ＬＣＤは電圧の大きさによって液晶の立ち上がり角を制御して明るさを制御しており、液晶はＡＣモードで駆動される。下図に示すように、Vcom 値が適切に調整されていないと、ΔVp の存在は液晶層に直流電圧を印加したことと同じになり、Vp+ ≠ Vp- となり、正フレームと負フレームの明るさに差が生じ、ちらつきなどが発生し、液晶の寿命が短くなります。したがって、突発的な電圧ΔVpを相殺する必要があります。突発的な電圧ΔＶｐの部分を相殺するために、コモン電圧Ｖｃｏｍを変数化（調整可能）することができ、これによりフリッカーの問題を効果的に解決することができる。
TFT スイッチの品質を決定する重要な要素は、TFT ゲート メタルとソース メタル間の寄生容量 Cgs です。通常、ＴＦＴは画素電極に接続されている側をソースとする。 ＴＦＴのスイッチングは過渡状態に近いため、ゲート電圧ＶｇｓがハイレベルＶＧＨからローレベルＶＧＬに瞬間的に低下すると、Ｖｇｓの変化量ΔＶｇｓがＴＦＴの寄生容量Ｃｇｓによって画素電極に重畳され、画素電圧Ｖｐが跳ね上がり、その跳ね上がりはΔＶｐとなる。 ΔVpの存在により、画素電圧は(Vp-ΔVp)となる。
フリッカーの評価方法
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従来の画像の下で正および負のフレーム変換を行うと、隣接するピクセルが互いに補償し合うため、従来の画像のちらつきは観察できなくなります。フリッカー画面状態で正と負のフレームが変化すると、正と負のフレーム ピクセルの明るさの偏差によってのみフリッカー フリッカーが観察されます。以下に、業界で一般的な 2 つのフリッカー評価方法を示します。
VESA（Video Electronics Standards Association）規格におけるフリッカー試験方法には、大きく分けて JEITA 試験方法と FMA 試験方法の 2 種類があります。
JEITAの試験方法は、ディスプレイのリフレッシュ周波数を動作時の周波数に調整し、スペクトラムメーターと光電変換素子を用いてフレーム内の輝度の時間変化曲線を試験します。高速フーリエ変換により、周波数に対する明るさの変化曲線 F(w) に変換されます。次に、テスト対象のサンプルと同じ周波数で F(ω) を取得します。DC で F60Hz と F0Hz を取得し、F(ω)/F0Hz の対数を取得します。その結果がフリッカー値であり、式は次のように表されます。
FMA (Flicker Modulation Amplitude、FMA) 試験法の試験条件は JEITA 試験法と同じです。明るさを光電変換器により振幅変調された電気信号に変換し、Vmaxの最大値とVminの最小値を読み取ります。定性的には、(VmaX-Vmin) は AC 成分であり、(Vmx+Vmin)/2 は DC 成分であると考えられています。すると、MaX 点滅の式は次のようになります。
Vcom がフリッカーに与える影響
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ホワイトモード製品の最適フリッカはグレーレベルが増加するにつれて徐々に減少し、ブラックモード製品の最適フリッカは徐々に減少しますが、対応するVcomは徐々に増加します。
通常のホワイトモード積であるΔVpは、階調が増加するにつれて徐々に増加し（Vcom負シフト）、それによって正と負の輝度差が増加しますが、画像の平均輝度も階調が増加するにつれて増加傾向を示し（主な要因）、これが最適なフリッカーの減少につながります。一方、ノーマルブラックモード製品の階調であるΔVpは徐々に減少し（Vcom正シフト）、正負の輝度差が徐々に減少し、画像の平均輝度も増加傾向を示すため、最適なフリッカーは徐々に減少します。
VGH のフリッカーへの影響
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実験では、VGH 電圧を DC 電源に外部接続し、VGL と Vcom は変化させませんでした。ノーマルホワイトモードとノーマルブラックモードの製品で、異なるVGH電圧下でのフリッカー値をそれぞれテストしました。結果は次の図に示されており、VGH がフリッカーに大きな影響を与えていることがわかります。分析の理由は次のとおりです。
第１段階では、ＶＧＨが低いとき、一方で、ＶＧＨの増加に伴ってΔＶｐが増加する。一方、VGH が低い場合、画素が完全に埋まらず、正フレームと負フレームの輝度差が大きくなります（主要因）。 VGH が増加すると、ピクセルが徐々に埋まり、正フレームと負フレームの輝度差が減少します。この段階では、VGH の増加とともにフリッカーが減少します。
第 2 段階では、VGH がある程度増加し、画素が完全に埋まります。このとき、ＶＧの増加に伴ってΔＶｐが増加するため、正負フレームの輝度差が大きくなり、フリッカが増加する。
VGH 電圧は 2 つのモードの製品とは異なり、最適なちらつきと対応する Vcom の関係が異なります。以下の図に示す実験結果は、VGH が増加し、最適なフリッカーはほとんど変化しませんが、対応する Vcom が徐々に減少していることを示しています。したがって、VGH 電圧が変化すると、フリッカを調整して最適なフリッカを実現できます。
VGL のフリッカーへの影響
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実験では、VGL 電圧を DC 電源に外部接続し、VGH と Vcom は変化させませんでした。ノーマルホワイトモード製品とノーマルブラックモード製品の異なるVGL電圧下でのフリッカー値をそれぞれテストしました。結果は次の図に示されており、VGL がフリッカーに大きな影響を与えていることがわかります。分析の理由は次のとおりです。
第 1 段階では、VGL が -2 V から最低点 (約 -8 V) まで徐々に低下すると、ΔVp は徐々に増加しますが、TFT の Ioff は徐々に減少し (主な要因)、画素電圧の保持特性が良くなり、正フレームと負フレームの輝度差が徐々に減少します。つまり、フリッカーが徐々に減少します。
第 2 段階では、VGL は減少し続け、ΔVp と TFT の Ioff は徐々に増加します。この 2 つを組み合わせると、正フレームと負フレームの輝度差が徐々に大きくなり、フリッカーが徐々に大きくなります。
フリッカードリフトとは
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LCD に DC バイアス電場が存在すると、バイアス電場がイオンを引き付け、電極の近くに内蔵電場が生成されます。-この内蔵電場は、DC バイアス電場の補償が完了するまで強化され続けます。-この内蔵電界と DC バイアス電界の相互作用効果により、フリッカーがドリフトします。
ピクセル極性反転のフリッカーへの影響
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フレーム反転極性変換方式の現象は明らかです
フリッカー反転極性変換方式の現象が分かりにくい
列反転極性変換法におけるフリッカー現象は明らかではありません
ドット反転極性変換方式 ちらつきがほとんど起こらない
通常、Vcom 電圧を調整し、極性反転方法を選択することでフリッカー現象を最適化します。
