液晶显示器（LCD）已经成为电脑、电视的主流显示面板。同竞争产品阴极射线管（CRT）相比，LCD具有轻、薄和低功耗等特点。不过，LCD同CRT一样，也存在闪烁问题。从原理上看，LCD屏幕的闪烁现象虽然是固有的，但是却没有像CRT屏幕那样严重，并且可以通过一定技巧进行最小化处理。本文介绍了LCD产生闪烁的原因，并提出了一种采用STVM100（LCD VCOM校准器）使闪烁最小化的全自动解决方案。
1、LCD面板显示原理
LCD面板通过液晶控制背光的通过量。薄膜晶体管（TFT-LCD）型面板的基本结构可想象成用两片玻璃衬底，像三明治一样夹持着一层液晶分子。整个液晶面板被分割成许多行和列，而每一个行和列的交叉点就是一个显示单元（像素）。其中，前方玻璃衬底上固定了一个彩色滤光片，让每一个像素显示各自的本色；背部玻璃衬底上沉积有一层细微的晶体管。如果通过晶体管向某一像素施加一个正向或反方向电压，液晶分子就会按照电流方向排序，让背光穿过像素，如图1所示。
图1中，门极驱动器向最顶端的显示线发送了一个线选择脉冲，让第一条线上的TFT导通。这样，数据（模拟电压）就从源极驱动器发送到了第一条线的像素中。当第一条线的数据更新以后，门极驱动器会接着选择第二条线。当第二条线被扫描后，整个显示屏上的图像就被刷新了一次，这就是帧刷新。然后，门极驱动器再从第一条线开始，重复进行下一帧刷新操作。
图1：LCD显示屏原理。
图2是具体的像素原理图。Clc是液晶的等效电容，Cs是用来维持帧刷新期间信号大小的内建电容。每个像素的发射光与施加其上的绝对电压（来自源极驱动器）大小相关，以获得不同的灰度级。电容器的数据接收侧称作显示电极，另一侧称作公共电极（VCOM）。所有像素的VCOM极连接在一起。
图2：基本像素原理图。
由于液晶分子长时间处于恒定电压时会损坏，施加其上的电压应该以一定的时间间隔交替变化。对应的解决方案是将VCOM设定为电源电压（VDD）的一半，将不同帧的显示器电压分成两个不同的极性。如果显示器电极的电压高于VCOM上的电压时，就是正极性电压；否则，就是负极性电压。如果显示器电极上的差分电压为一恒定值，不管电压极性如何，所显示图像的灰度将是一样的。两种情况下，液晶分子的方向是完全不同的。通过这种极性反转，液晶分子的方向虽然发生了改变，但是却不会损坏。
2、LCD中闪烁的定位
由于采用了上述极性反转技术，VCOM上的电压是固定不变的，而显示器电极上的电压将根据所显示图像灰度的不同而变化。如图3所示，8位彩色图像有256级灰度。以灰度V0为例，为了让V0灰度持续显示在面板上，显示器电极的电压必须在某一间隔内非常高，而在另一间隔内特别低。我们再以V0为例，不同的帧期间，虽然Clc电容器两端的电压在交替进行，只要显示器电极的绝对差分电压和VCOM电压是固定的，显示器的灰度就不会变化。这种理想情形如图3所示。
图3：理想情况下的VCOM。
但是在LCD的制造过程中，工艺的细微变化都可能导致VCOM电压优化值偏离理想值（1/2 AVDD），如图4所示。
图4：细微的VCOM偏差均可导致闪烁现象。
可见，VCOM偏差将导致面板屏幕出现可觉察的闪烁，而且，由于VCOM偏差是制造工艺造成的，该闪烁不可能消除。例如V0灰度下，N+1帧的显示器电极和VCOM之间的绝对电压小于N+2帧，该差别可能导致两个不同帧的灰度也不相同，这样就产生了闪烁现象。
一般情况下，VCOM电压的大小是通过微调电压分配器中的机械电位器进行调节的。该方法虽然简单，但却不能将VCOM电压值调得非常精确。该机械调节法还需要不少人工操作，其精准度取决于每一位操作者的技能，甚至不同时期同一操作者的操作结果也会变化。更为糟糕的是，机械电位器的特性数值会随机变化（例如，运输过程中）。
3、采用STVM100调节VCOM
庆幸的是，目前出现的一些数字VCOM调准集成电路可以完全取代上述机械电位器，并且更精准、更稳定，还实现了全自动作业，例如意法半导体公司（STMicroelectronics）推出的STVM100数字VCOM校准器。
STVM100内置一个I2C接口，以控制输出漏电流（IOUT）。该输出驱动一个外接的阻性电压分配器，然后将所得电压施加到一个外接的VCOM缓冲器。3个外接电阻器R1、R2、RSET用来监测VCOM上的最高和最低电压值。如果输出漏电流（IOUT）增加，外接电压分配器上的电压就会下降，这样，VCOM就能够在128阶电压内调整。一旦获得理想的VCOM设定值，就保存在内部EEPROM中，以便在每一次上电时自动唤醒。图5所示是STVM100电压校准芯片与VCOM的基本连接电路。可见，将I2C接口MCU与闪烁自动调节系统配合，就能够以全自动方式来调节VCOM。
图5： STVM100电压校准芯片与显示器VCOM的链接。
实际应用中，可以基于STVM100开发LCD闪烁自动调节系统。一般来说，LCD闪烁自动调节系统主要特点包括：
（1）支持点反转、线反转、列反转和帧反转。
（2）128阶电压范围内的精度达1个灰度。
（3）调节快速：平均时间少于3.2s。
（4）采用可变增益调节（VGA）技术，适合全规格LCD面板。
（5）多通道：支持1-5路输入通道。
（6）两种输入模式：板上按键，PS/2兼容键盘。
（7）支持与PC之间的串口和USB连接及通讯。
（8）配合相关PC工具软件，可自动生成操作日志。
（9）省电模式可以节能85%以上。
图6：STVM100 LCD闪烁自动调节系统。
闪烁自动调节系统启动后，用户只需将系统的I2C电缆与面板连接，几秒钟调节完成后，再将电缆取下来即可。该系统可对面板的多个点位进行检查，并具有很多功能供用户个性化配置。
另外，在每一次检查后，所获得的VCOM数据还可以上传到PC，做进一步的统计分析，以监控显示器生产工艺的变化。
