LCD用時序控制器（TCON）技術與特征研究

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展開分析。

關鍵詞：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，應用于LCD液晶顯示屏的時序控制器必須具備引導高壓驅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（橫排像素驅動程序，一個顯示器由多排組成）和Column Drivers（縱列像素驅動程序，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，將最終調解信號傳遞至LCD液晶顯示屏，完成亮度、色彩的調節(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用，在未來數(shù)年的時間內，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，電子設備顯示調節(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

2.1? 模擬人眼視覺功能的亮度調節(jié)機制

LCD用時序控制器最重要的作用在于將電腦、手機等智能設備圖像處理系統(tǒng)傳遞而來的具備單獨性質的像素和幀數(shù)（由數(shù)式轉化而成）進行顏色和亮度、幀數(shù)校正，進而在面板的特定時間內，將相應的圖像信息發(fā)送給單獨的驅動器。簡單而言，當LCD用時序控制器與智能設備的控制端、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備在亮度調節(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)的電子設備顯示屏受像素調節(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)域中抽出相應的細節(jié)。但此種方式必定會對圖像的品質造成損傷，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，設計人員開發(fā)了HDR模式，能夠將現(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? 光亮調節(jié)技術

目前，世界范圍內，較為先進的基于LCD用時序控制器的液晶顯示屏光亮調節(jié)技術為VESA DisplayHDR400TM技術，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，但二者也存在本質上的差異。基于LCD用時序控制器設置的顏色管理模塊，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，任何設備均可輕松完成技術支撐處理。但隨著幀數(shù)的逐漸提高，不同設備之間便呈現(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、游戲中的各項內容均由多個色彩和亮度單位構成，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”運轉之下，電子設備的持續(xù)運行時間，基于LCD用時序控制器，技術人員設計了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，電源將會處于半關閉狀態(tài)，可大量降低電能的消耗。該技術的呈現(xiàn)方式為，當用戶的設備接收視頻和圖片時，如果接收的數(shù)據(jù)在一段時間內并未更新，則后臺實質上處于停止狀態(tài)。LCD用時序控制器可及時識別這一狀態(tài)，下達相應的指令。

3? ? 結語

LCD用時序控制器的主要特性在于在液晶顯示屏與電子設備之間構筑一座“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）的技術與特征[J].電子產品世界，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)可加快設計和調試速度[J].中國電子商情（基礎電子），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）