加固液晶顯示器TCON板設(shè)計(jì)

馬劍鋒，楊　斌，王軍義

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所，南京　210016）

加固液晶顯示器TCON板設(shè)計(jì)

馬劍鋒，楊斌，王軍義

（中國(guó)電子科技集團(tuán)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(shè)計(jì)方法，包括DC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、伽馬校正電路和時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，此方案能滿足加固顯示器的顯示要求。

【關(guān)鍵詞】時(shí)序控制；伽馬校正；DC-DC轉(zhuǎn)換；液晶顯示器

引言

TFT液晶屏采用行、列驅(qū)動(dòng)的矩陣顯示方式，需要在前端增加一個(gè)特殊的轉(zhuǎn)換電路，就是“時(shí)序控制器”，將從外部供給的數(shù)據(jù)信號(hào)、控制信號(hào)以及時(shí)鐘信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)據(jù)和柵極驅(qū)動(dòng)IC的數(shù)據(jù)信號(hào)、控制信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)。它的功能是色度控制和時(shí)序控制。時(shí)序控制電路是整個(gè)顯示器動(dòng)作時(shí)序的中心，配合每個(gè)圖框顯示的時(shí)機(jī)，設(shè)定水平掃描啟動(dòng)，并將由界面所輸入的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成源極驅(qū)動(dòng)電路所用的數(shù)據(jù)信號(hào)，傳送到源極驅(qū)動(dòng)電路的寄存器中，并配合水平掃描，控制數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)的適當(dāng)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)圖像的顯示。這個(gè)“時(shí)序控制器”就是我們常說的時(shí)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(hào)的關(guān)鍵部件。

液晶屏加固設(shè)計(jì)時(shí)，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(shè)計(jì)的要求，所以需要對(duì)TCON電路重新設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)。

1　基礎(chǔ)理論介紹

圖像信號(hào)的轉(zhuǎn)換，這是一個(gè)極其復(fù)雜、精確的過程，它需要先對(duì)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，然后根據(jù)信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)及液晶屏的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果再按規(guī)定從存儲(chǔ)器中讀取預(yù)存的像素信號(hào)，并按照計(jì)算的要求重新組合排列讀取的像素信號(hào)，成為液晶屏顯示適應(yīng)的信號(hào)。在這個(gè)過程中，圖像信號(hào)的時(shí)間過程、排列順序都進(jìn)行了重新的編排，完全改變了原來像素信號(hào)的時(shí)間順序關(guān)系，所以此電路稱為“時(shí)序控制電路”，其英語為Timing-Control，縮寫為TCON。TCON電路還要產(chǎn)生控制各個(gè)電路工作的輔助信號(hào)，重新編排的像素信號(hào)在輔助信號(hào)的協(xié)調(diào)下，施加于液晶屏驅(qū)動(dòng)電路中，從而正確的重現(xiàn)出圖像。

液晶屏的整體驅(qū)動(dòng)電路包括時(shí)序控制電路、灰階電壓（伽馬校正）發(fā)生電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、屏源極驅(qū)動(dòng)（列驅(qū)動(dòng)）電路、屏柵極驅(qū)動(dòng)（行驅(qū)動(dòng)）電路等，其構(gòu)成框圖如圖1所示。

我們平時(shí)所說的“TCON電路板”是圖1中的時(shí)序控制電路、灰階電壓發(fā)生電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路三部分，它們通常做在一塊獨(dú)立的電路板上。這塊電路板把前端送來LVDS格式的圖像信號(hào)，轉(zhuǎn)換為液晶屏周邊源極驅(qū)動(dòng)和柵極驅(qū)動(dòng)集成電路所需的RSDS格式的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)還輸出源極驅(qū)動(dòng)、柵極驅(qū)動(dòng)電路工作必須的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)（STV、CKV、STH、CKH、POL），這些信號(hào)加到屏周邊的驅(qū)動(dòng)電路上，最終實(shí)現(xiàn)圖像在液晶屏上的顯示。

圖1　液晶屏驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成框圖

2　TCON板電路設(shè)計(jì)

2.1DC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，這部分電路工作需要各種電源供電，如（Vmain供電、柵極驅(qū)動(dòng)電壓VGH、VGL）、伽馬校正基準(zhǔn)電壓（VDA）等。為了保證該系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，在T-CON電路中，專門設(shè)置了一個(gè)獨(dú)立的開關(guān)電源電路，該開關(guān)電源把主板送來的電源，經(jīng)過DC-DC轉(zhuǎn)換電路，產(chǎn)生邏輯驅(qū)動(dòng)電路所需的Vmain、VDA、VGL、VGH等電壓。這個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換電路輸出要求無干擾、電壓精度高，是一個(gè)專門為邏輯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電的開關(guān)電源電路。

本DC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)采用TI公司的TPS65101電源芯片，該芯片能產(chǎn)生LCD需要的電壓Vmain、柵極開啟電壓VGH及柵極關(guān)斷電壓VGL。芯片內(nèi)部集成有3個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中包括兩個(gè)充電泵和一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器，可以為小型TFT液晶屏提供高效的調(diào)節(jié)電壓。

DC-DC轉(zhuǎn)換電路如圖2所示，升壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生行列驅(qū)動(dòng)電壓Vmain，一個(gè)充電泵產(chǎn)生正電壓，作為TFT的開啟電壓VGH；另外一個(gè)充電泵產(chǎn)生負(fù)電壓，作為TFT的關(guān)閉電壓VGL，Gamma基準(zhǔn)電壓VDA采用Vmain。

圖2　DC-DC轉(zhuǎn)換電路圖

2.2伽馬校正電路

顯示屏的其源極驅(qū)動(dòng)電路會(huì)向屏列電極施加一個(gè)幅度變化的像素信號(hào)電壓，而該電壓的變化與屏產(chǎn)生光點(diǎn)亮度的大小是一個(gè)嚴(yán)重畸變的非線性變化關(guān)系，呈現(xiàn)一個(gè)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(dāng)電壓等分變化時(shí)，液晶屏透光率變化中間拉長(zhǎng)，兩邊壓縮。在圖像信號(hào)電壓低亮度和高亮度時(shí)，出現(xiàn)了液晶屏透光率變化迅速的現(xiàn)象，而在圖像信號(hào)電壓在中等亮度時(shí)，屏透光率變化非常緩慢，這樣重現(xiàn)的圖像會(huì)出現(xiàn)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(duì)這種失真現(xiàn)象專門設(shè)計(jì)了一個(gè)電壓校正電路，它采用一系列幅度變化不成比例的預(yù)失真電壓，對(duì)失真曲線進(jìn)行校正。這一系列的電壓我們稱為灰階電壓，而產(chǎn)生灰階電壓的電路稱為灰階電壓發(fā)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(dāng)液晶屏透光率等分變化時(shí)，校正電壓在圖像中間亮度區(qū)域進(jìn)行壓縮，變化加速，而在圖像信號(hào)低亮度和高亮度區(qū)域時(shí)，校正電壓變化緩慢。用這一系列變化的灰階電壓對(duì)圖像像素信號(hào)所攜帶的不同亮度信息進(jìn)行賦值，以糾正液晶屏的圖像灰度失真。伽馬校正就是這個(gè)矯正過程，相關(guān)電路也稱為伽馬校正電路。

本伽馬校正電路設(shè)計(jì)采用TI公司的BUF16821電源芯片，BUF16821提供16個(gè)可編程的GAMMA通道和2個(gè)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(chǔ)在芯片的非易失性存儲(chǔ)器上。BUF16821支持多達(dá)16個(gè)的片上存儲(chǔ)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(chǔ)在入芯片的非易失性存儲(chǔ)器。

圖5　伽馬校正電路設(shè)計(jì)

2.3時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)

時(shí)序控制電路主要由一片專業(yè)TCON處理芯片構(gòu)成。該電路把前端送來的LVDS信號(hào)經(jīng)過邏輯轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生RSDS圖像數(shù)據(jù)信號(hào)，以及后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路所需的各種控制信號(hào)。

LVDS信號(hào)包括圖像的RGB基色信號(hào)、行同步、場(chǎng)同步信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)，這些信號(hào)進(jìn)入時(shí)序控制電路后，RGB基色信號(hào)轉(zhuǎn)換成為RSDS圖像數(shù)據(jù)信號(hào)，行、場(chǎng)同步信號(hào)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成相關(guān)控制信號(hào)。

時(shí)序控制電路采用專業(yè)TCON處理芯片DTC34LN00R，如圖6所示，芯片將由CN1輸入的LVDS視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成液晶屏能顯示的信號(hào)，由CN2傳給液晶屏。

3　設(shè)計(jì)測(cè)試結(jié)果和顯示效果

圖6　時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)

按照上述介紹設(shè)計(jì)出TCON板，設(shè)計(jì)出TCON板各電壓測(cè)試值如表1所示，設(shè)計(jì)的TCON板安裝在加固顯示器，顯示效果如圖7所示。

表1　設(shè)計(jì)TCON板測(cè)試數(shù)據(jù)

圖7　設(shè)計(jì)的顯示效果圖

4　結(jié)論

針對(duì)設(shè)計(jì)加固顯示器時(shí)需要對(duì)液晶屏的時(shí)序控制板重新設(shè)計(jì)的問題，采用本文介紹的方法，通過選用DC-DC電源芯片產(chǎn)生液晶屏的驅(qū)動(dòng)電壓，選用TCON芯片產(chǎn)生液晶屏的時(shí)序控制信號(hào)，設(shè)計(jì)開發(fā)出TCON板，實(shí)現(xiàn)液晶屏的驅(qū)動(dòng)功能。TCON板隨加固顯示器進(jìn)行了高低溫、振動(dòng)的性能試驗(yàn)，試驗(yàn)表明設(shè)計(jì)能滿足加固顯示的要求。

【參考文獻(xiàn)】

［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(shè)計(jì)與構(gòu)裝技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2010：41-48.

［4］申智源.TFT-LCD技術(shù)：結(jié)構(gòu)、原理及制造技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011：9-16.

【作者簡(jiǎn)介】

馬劍鋒（1979～），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)載液晶顯示加固電路設(shè)計(jì)。

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