加固液晶顯示器TCON板設計

馬劍鋒，楊　斌，王軍義

（中國電子科技集團公司第五十五研究所，南京　210016）

加固液晶顯示器TCON板設計

馬劍鋒，楊斌，王軍義

（中國電子科技集團公司第五十五研究所，南京210016）

【摘要】液晶屏TCON板是加固液晶顯示器的重要組成部分，本文分析了TCON板的組成和功能，介紹了一種TCON板的設計方法，包括DC-DC轉換電路設計、伽馬校正電路和時序控制電路設計。試驗結果表明，此方案能滿足加固顯示器的顯示要求。

【關鍵詞】時序控制；伽馬校正；DC-DC轉換；液晶顯示器

引言

TFT液晶屏采用行、列驅動的矩陣顯示方式，需要在前端增加一個特殊的轉換電路，就是“時序控制器”，將從外部供給的數據信號、控制信號以及時鐘信號分別轉換成適合于數據和柵極驅動IC的數據信號、控制信號、時鐘信號。它的功能是色度控制和時序控制。時序控制電路是整個顯示器動作時序的中心，配合每個圖框顯示的時機，設定水平掃描啟動，并將由界面所輸入的圖像數據信號轉換成源極驅動電路所用的數據信號，傳送到源極驅動電路的寄存器中，并配合水平掃描，控制數據線驅動的適當時間，從而實現圖像的顯示。這個“時序控制器”就是我們常說的時序控制電路，也稱為TCON電路，是TFT液晶屏可以正常顯示目前視頻圖像信號的關鍵部件。

液晶屏加固設計時，由于原屏配的TCON板在功能、性能和尺寸等方面往往不能滿足加固設計的要求，所以需要對TCON電路重新設計，以滿足使用要求，下面以一款6.4寸液晶屏為例介紹TCON板的設計。

1　基礎理論介紹

圖像信號的轉換，這是一個極其復雜、精確的過程，它需要先對信號進行存儲，然后根據信號的標準及液晶屏的各項參數進行分析計算，根據計算的結果再按規定從存儲器中讀取預存的像素信號，并按照計算的要求重新組合排列讀取的像素信號，成為液晶屏顯示適應的信號。在這個過程中，圖像信號的時間過程、排列順序都進行了重新的編排，完全改變了原來像素信號的時間順序關系，所以此電路稱為“時序控制電路”，其英語為Timing-Control，縮寫為TCON。TCON電路還要產生控制各個電路工作的輔助信號，重新編排的像素信號在輔助信號的協調下，施加于液晶屏驅動電路中，從而正確的重現出圖像。

液晶屏的整體驅動電路包括時序控制電路、灰階電壓（伽馬校正）發生電路、DC-DC轉換電路、屏源極驅動（列驅動）電路、屏柵極驅動（行驅動）電路等，其構成框圖如圖1所示。

我們平時所說的“TCON電路板”是圖1中的時序控制電路、灰階電壓發生電路、DC-DC轉換電路三部分，它們通常做在一塊獨立的電路板上。這塊電路板把前端送來LVDS格式的圖像信號，轉換為液晶屏周邊源極驅動和柵極驅動集成電路所需的RSDS格式的圖像數據信號，同時還輸出源極驅動、柵極驅動電路工作必須的驅動控制信號（STV、CKV、STH、CKH、POL），這些信號加到屏周邊的驅動電路上，最終實現圖像在液晶屏上的顯示。

圖1　液晶屏驅動電路構成框圖

2　TCON板電路設計

2.1DC-DC轉換電路設計

驅動電路是一個獨立系統，這部分電路工作需要各種電源供電，如（Vmain供電、柵極驅動電壓VGH、VGL）、伽馬校正基準電壓（VDA）等。為了保證該系統的穩定工作，在T-CON電路中，專門設置了一個獨立的開關電源電路，該開關電源把主板送來的電源，經過DC-DC轉換電路，產生邏輯驅動電路所需的Vmain、VDA、VGL、VGH等電壓。這個DC-DC轉換電路輸出要求無干擾、電壓精度高，是一個專門為邏輯驅動系統供電的開關電源電路。

本DC-DC轉換電路設計采用TI公司的TPS65101電源芯片，該芯片能產生LCD需要的電壓Vmain、柵極開啟電壓VGH及柵極關斷電壓VGL。芯片內部集成有3個DC-DC轉換器，其中包括兩個充電泵和一個升壓轉換器，可以為小型TFT液晶屏提供高效的調節電壓。

DC-DC轉換電路如圖2所示，升壓轉換器產生行列驅動電壓Vmain，一個充電泵產生正電壓，作為TFT的開啟電壓VGH；另外一個充電泵產生負電壓，作為TFT的關閉電壓VGL，Gamma基準電壓VDA采用Vmain。

圖2　DC-DC轉換電路圖

2.2伽馬校正電路

顯示屏的其源極驅動電路會向屏列電極施加一個幅度變化的像素信號電壓，而該電壓的變化與屏產生光點亮度的大小是一個嚴重畸變的非線性變化關系，呈現一個類似S形的曲線，如圖3所示。

圖3　灰度失真曲線

從圖3可以看出，當電壓等分變化時，液晶屏透光率變化中間拉長，兩邊壓縮。在圖像信號電壓低亮度和高亮度時，出現了液晶屏透光率變化迅速的現象，而在圖像信號電壓在中等亮度時，屏透光率變化非常緩慢，這樣重現的圖像會出現非常難看的灰度層次失真，是需要解決的。因此，在液晶屏的T-CON電路中，針對這種失真現象專門設計了一個電壓校正電路，它采用一系列幅度變化不成比例的預失真電壓，對失真曲線進行校正。這一系列的電壓我們稱為灰階電壓，而產生灰階電壓的電路稱為灰階電壓發生電路。灰階電壓組成的校正曲線如圖4所示。

圖4　灰階校正曲線

從圖4可以看出，當液晶屏透光率等分變化時，校正電壓在圖像中間亮度區域進行壓縮，變化加速，而在圖像信號低亮度和高亮度區域時，校正電壓變化緩慢。用這一系列變化的灰階電壓對圖像像素信號所攜帶的不同亮度信息進行賦值，以糾正液晶屏的圖像灰度失真。伽馬校正就是這個矯正過程，相關電路也稱為伽馬校正電路。

本伽馬校正電路設計采用TI公司的BUF16821電源芯片，BUF16821提供16個可編程的GAMMA通道和2個可編程VCOM通道，所有通道都提供軌到軌的輸出且支持I2C接口編程。生成的GAMMA和VCOM值可以存儲在芯片的非易失性存儲器上。BUF16821支持多達16個的片上存儲器的寫操作。

伽馬校正電路如圖5所示，GAMA1-GAMA10提供GAMMA電壓，VCOM提供Vcom電壓，電壓值可通過I2C寫入芯片，并存儲在入芯片的非易失性存儲器。

圖5　伽馬校正電路設計

2.3時序控制電路設計

時序控制電路主要由一片專業TCON處理芯片構成。該電路把前端送來的LVDS信號經過邏輯轉換，產生RSDS圖像數據信號，以及后級驅動電路所需的各種控制信號。

LVDS信號包括圖像的RGB基色信號、行同步、場同步信號及時鐘信號，這些信號進入時序控制電路后，RGB基色信號轉換成為RSDS圖像數據信號，行、場同步信號轉換轉變成相關控制信號。

時序控制電路采用專業TCON處理芯片DTC34LN00R，如圖6所示，芯片將由CN1輸入的LVDS視頻信號轉換成液晶屏能顯示的信號，由CN2傳給液晶屏。

3　設計測試結果和顯示效果

圖6　時序控制電路設計

按照上述介紹設計出TCON板，設計出TCON板各電壓測試值如表1所示，設計的TCON板安裝在加固顯示器，顯示效果如圖7所示。

表1　設計TCON板測試數據

圖7　設計的顯示效果圖

4　結論

針對設計加固顯示器時需要對液晶屏的時序控制板重新設計的問題，采用本文介紹的方法，通過選用DC-DC電源芯片產生液晶屏的驅動電壓，選用TCON芯片產生液晶屏的時序控制信號，設計開發出TCON板，實現液晶屏的驅動功能。TCON板隨加固顯示器進行了高低溫、振動的性能試驗，試驗表明設計能滿足加固顯示的要求。

【參考文獻】

［1］TI.TPS65100- TRIPLE OUTPUT LCD SUPPLY WITH LINEARREGULATOR AND VCOM BUFFER 2009.04.

［2］TI.BUF16821 - Programmable Gamma-Vol tage Generator and VCOM Cal ibrator with Integrated Two-Bank Memory.2012.06.

［3］田民波，葉鋒.TFT LCD面板設計與構裝技術［M］.北京：科學出版社，2010：41-48.

［4］申智源.TFT-LCD技術：結構、原理及制造技術［M］.北京：電子工業出版社，2011：9-16.

【作者簡介】

馬劍鋒（1979～），男，碩士，工程師，研究方向為機載液晶顯示加固電路設計。

Design of Rugged Liquid Crystal D isp lay TCON Board

M a Jian feng ，Yang Bin，Wang Junyi
（China Electronics Techno logy Group Co rpo ration NO.55 Institute，Nan jing 210016，CHN）

Abstract：The tim ing-control（TCON）board of liquid crystal display is an important part of the rugged LCD.This paper analyzes the composition and function of TCON board，introduces a TCON design method，including the design of DC-DC converter，gamma adjustment circuit，and the tim ing control circuit design.Test results that，this scheme can meet the requirement of rugged LCD.

Key words：Timer-Control；Gamma Adjustment；DC-DC converter； Liquid Crystal Display