LCD用時序控制器（TCON）技術(shù)與特征研究

王靖文

摘 要：文章對LCD用時序控制器主要接口的功能進行了介紹，圍繞LCD用時序控制器模擬人眼視覺功能的亮度調(diào)節(jié)機制、面板色彩空間管理功能、全屏高清顯示功耗降低功能的特征及支撐技術(shù)展開分析。

關(guān)鍵詞：LCD用程序控制器;模擬人眼視覺功能;面板色彩空間管理

0? ? 引言

時序控制器是指能夠令被控制對象按照一定的時間、秩序完成對應(yīng)功能的一種邏輯控制方式，主要由電源控制基變換、機械式撥碼定時、數(shù)字觸發(fā)器等共計6個單元電路組成。隨著消費者需求的提升，應(yīng)用于LCD液晶顯示屏的時序控制器必須具備引導高壓驅(qū)動器芯片移動的功能，并提高黑白色背光的過濾強度，使顯示屏的對比度提高至新的階段，避免像素響應(yīng)時間過長。

1? ? LCD用時序控制器的接口功能

LCD用時序控制器主要用于引導高壓驅(qū)動芯片，完成對彩色濾光片的移動。作為一個電路元器件，時序控制器經(jīng)常被直接安裝在玻璃顯示屏之下，電路板的最下方位置。與LCD液晶顯示屏連接后，時序控制器接收來自計算機中央處理器發(fā)出的命令，完成對液晶顯示屏亮度及色彩的調(diào)整。若要實現(xiàn)上述過程，必須明確時序控制器主要接口的功能。

（1）GPU接口。

GPU接口主要用于與常見的N卡、A卡（均為顯卡，即Nvidia，AMD，Intel等）進行連接，通過eDP嵌入的方式，完成信號的發(fā)出與接收。

（2）eDP接口。

eDP接口為eDP與時序控制器接口系統(tǒng)的一般性連接裝置。實現(xiàn)“Transmitter（圖像信號處理發(fā)射機）”與“ML receiver（液晶顯示屏信號接收器）”的連接。當圖像處理調(diào)整信號成功發(fā)送并被液晶顯示器的接收器接收之后，經(jīng)過Pixel Formatter（像素格式化程序）的處理，經(jīng)由LCD interface（液晶顯示接口）傳輸至LCD Display（液晶顯示器）的Row Drivers（橫排像素驅(qū)動程序，一個顯示器由多排組成）和Column Drivers（縱列像素驅(qū)動程序，同樣擁有多列）。

（3）AUX Ch interface（輔助接口）。

AUX Ch interface（輔助接口）與計算機圖像處理系統(tǒng)中的eDP Transmitter可互相發(fā)射并接收信號。在時序控制器中，AUX Ch interface輔助接口的主要運行模式（工作方式）如下：①與常規(guī)信號接收器及像素格式化程序互相發(fā)射并接收信息，完成處理信息的改變或升級后，按照正常程序，將最終調(diào)解信號傳遞至LCD液晶顯示屏，完成亮度、色彩的調(diào)節(jié);②與Backlight Control（背光控制）互相發(fā)送并接收控制指令，最終傳遞至液晶顯示屏的Backlight Driver（背光顯示程序）中，進一步優(yōu)化顯示屏呈現(xiàn)出的效果[1]。

隨著LCD用時序控制器的深入應(yīng)用，在未來數(shù)年的時間內(nèi)，傳統(tǒng)的LVDS（低電壓差分信號）電平標準接口模式將會被逐漸取代，電子設(shè)備顯示調(diào)節(jié)方面的成本支出、耗電量將會大幅度降低，節(jié)省的空間將會進一步擴大液晶顯示屏的尺寸，并逐漸加入諸多前所未有的功能。

2? ? LCD用時序控制器各項功能的特征及支撐技術(shù)

2.1? 模擬人眼視覺功能的亮度調(diào)節(jié)機制

LCD用時序控制器最重要的作用在于將電腦、手機等智能設(shè)備圖像處理系統(tǒng)傳遞而來的具備單獨性質(zhì)的像素和幀數(shù)（由數(shù)式轉(zhuǎn)化而成）進行顏色和亮度、幀數(shù)校正，進而在面板的特定時間內(nèi)，將相應(yīng)的圖像信息發(fā)送給單獨的驅(qū)動器。簡單而言，當LCD用時序控制器與智能設(shè)備的控制端、液晶顯示屏完成連接，形成整體后，時序控制器也會成為面板設(shè)計的重要部分，而圖像處理模塊仍然被放置在主板中。

2.1.1? 功能特征

在LCD用時序控制器的支撐下，擁有液晶顯示屏的設(shè)備在亮度調(diào)節(jié)機制方面得到了顯著優(yōu)化，具體特征為：亮度控制上下限擴大。顯示屏顯示的畫面直接顯現(xiàn)在用戶面前，為了提高視覺方面的舒適性，顯示屏的顯示功能與人類眼睛的機能必須更加契合。比如，人眼的可視范圍極大，能夠同時收納非常暗和非常亮的圖像。但是，傳統(tǒng)的電子設(shè)備顯示屏受像素調(diào)節(jié)水平低的限制，導致圖像傳感器以及顯示面板能夠提供的畫面亮度不佳。因此，傳統(tǒng)的顯示屏亮度調(diào)節(jié)功能已經(jīng)無法滿足消費者與日俱增的需求。在HDR高動態(tài)范圍圖像解決方案出現(xiàn)之前，照相機、攝像機等設(shè)備通過多次曝光拍攝圖像的方式，將畫面中亮度最大和亮度最小的部分分別進行“集中”，經(jīng)過整合處理后的圖像，“明亮”與“陰暗”之間的對比度會在一定程度上得到放大，并從比較暗的褪色區(qū)域中抽出相應(yīng)的細節(jié)。但此種方式必定會對圖像的品質(zhì)造成損傷，且處理機制相對落后。為了解決該問題，基于LCD用時序控制器，設(shè)計人員開發(fā)了HDR模式，能夠?qū)F(xiàn)實世界中幾乎所有的顏色和亮度區(qū)間完全映射到顯示面板中。除了亮度、色域之外，定位深度、上升時間均得到了系統(tǒng)性的優(yōu)化[2]。

2.1.2? 光亮調(diào)節(jié)技術(shù)

目前，世界范圍內(nèi)，較為先進的基于LCD用時序控制器的液晶顯示屏光亮調(diào)節(jié)技術(shù)為VESA DisplayHDR400TM技術(shù)，將顯示系統(tǒng)的光亮對比度和色彩鮮艷程度提升至新的高度。盡管如此，顯示面板的亮度范圍依然無法與自然光的亮度范圍相比。正常情況下，陽光的亮度約為10 000 cd/m2，而當前市面上絕大多數(shù)液晶顯示屏筆記本電腦的背光水平僅為250 cd/m2，針對顯示屏亮度的處置機制如表1所示。

2.2? 面板色彩空間管理功能

亮度與顏色盡管存在聯(lián)系，但二者也存在本質(zhì)上的差異?；贚CD用時序控制器設(shè)置的顏色管理模塊，主要能夠完成多個顏色之間的高精度匹配。運行原理為：如果一幅圖片拍攝時的顏色幀數(shù)僅僅為1幀，則該圖片無論放置于計算機的LCD監(jiān)視器下，還是放置于電視屏幕，甚至完成打印后，三者呈現(xiàn)出的圖像色彩及亮度均不會出現(xiàn)差異，原因在于幀數(shù)較低，任何設(shè)備均可輕松完成技術(shù)支撐處理。但隨著幀數(shù)的逐漸提高，不同設(shè)備之間便呈現(xiàn)出性能方面的差異。目前來看，納入LCD用時序控制器的設(shè)備，其面板色彩空間管理功能更加強大[3]。

2.3? 全屏高清顯示功耗降低功能

在很多人的印象中，通過電腦、智能手機玩電子游戲、看視頻、傳輸多幅圖片時，設(shè)備的耗電量相對較快，而聽音樂、看電子書時，電量消耗較慢。造成此種現(xiàn)象的原因在于，圖片、視頻、游戲中的各項內(nèi)容均由多個色彩和亮度單位構(gòu)成，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳遞的過程中，每一個后臺單位均需消耗電能，進而導致耗電量較快。為了延長“高清”運轉(zhuǎn)之下，電子設(shè)備的持續(xù)運行時間，基于LCD用時序控制器，技術(shù)人員設(shè)計了PSR面板自刷新機制，利用時序控制器中的幀緩沖區(qū)，可在保持圖像高清顯示的同時，無須從電子設(shè)備的CPU中再次或持續(xù)性獲取相同的數(shù)據(jù)。如果需要高清顯示的對象處于“靜態(tài)”，則設(shè)備的圖像處理系統(tǒng)將會進入低功耗狀態(tài)，未收到顯示更新指令時，電源將會處于半關(guān)閉狀態(tài)，可大量降低電能的消耗。該技術(shù)的呈現(xiàn)方式為，當用戶的設(shè)備接收視頻和圖片時，如果接收的數(shù)據(jù)在一段時間內(nèi)并未更新，則后臺實質(zhì)上處于停止狀態(tài)。LCD用時序控制器可及時識別這一狀態(tài)，下達相應(yīng)的指令。

3? ? 結(jié)語

LCD用時序控制器的主要特性在于在液晶顯示屏與電子設(shè)備之間構(gòu)筑一座“橋梁”。一方面，擴大液晶顯示屏亮度和顏色收納范圍，使圖像、視頻的清晰度更高，更加符合人眼的構(gòu)造;另一方面，對來自CPU的指令進行優(yōu)化處理，使亮度及色彩調(diào)整更加合理，進而實現(xiàn)視覺功能優(yōu)化。

[參考文獻]

[1]ADAM C，張箭.LCD用時序控制器（TCON）的技術(shù)與特征[J].電子產(chǎn)品世界，2020（1）：30-34.

[2]NAVDEEP S D.具有突破性、可擴展、直觀易用的上電時序系統(tǒng)可加快設(shè)計和調(diào)試速度[J].中國電子商情（基礎(chǔ)電子），2019（12）：26-29.

[3]郭東煜.虛擬現(xiàn)實鏡對人眼視覺功能的影響[D].杭州：浙江大學，2017.

（編輯 王雪芬）