TFT－LCD像素與背光異步掃描控制電路設計

蔡明雄

（湄洲灣職業(yè)技術學院，福建 莆田351254）

0 引言

TFT－LCD采用掃描背光的方式，可以解決液晶響應慢而造成的運動圖像拖尾現(xiàn)象［1－3］，但傳統(tǒng)CCFL背光的性能問題以及因掃描背光而造成的畫面閃爍問題，使得大部分生產(chǎn)商和研究機構放棄背光掃描技術。根據(jù)LED背光電壓低、電流小、響應速度快的特點，提出并設計了一種液晶面板像素與背光異步掃描的控制電路，控制LED背光掃描的相位始終滯后于LCD像素掃描相位半個幀周期，從而避免因掃描背光而造成的畫面閃爍現(xiàn)象。

1 硬件設計

1.1 液晶面板與LED背光結構示意圖

如圖1所示，將LCD面板水平分為N塊區(qū)域，背光由N條水平LED燈組成，與面板的N塊區(qū)域一一對應。

圖1 液晶面板與水平背光條燈

1.2 背光控制電路組成

1.2.1 背光控制電路組成方框圖

如圖2所示，控制電路由背光地址計數(shù)器、背光地址解碼器、開關陣列和LED燈組組成。

圖2 LED背光控制電路方框圖

1.2.2 背光控制電路原理圖

如圖3所示，U1是AT89S52單片機，組成背光地址計數(shù)器；LCD的幀同步信號STV由P3.2輸入，作為內(nèi)部計數(shù)器T0的門控信號；LCD的行像素寫入允許信號DE由P3.4、P3.5輸入，作為內(nèi)部計數(shù)器T0、T1的計數(shù)脈沖；由P0口的0～5腳經(jīng)上拉電阻RP1輸出6位背光地址信號。由U3A（74HC139，2－4線譯碼）與4片CD4514（4－16線譯碼，圖中的U2為其中一片）組成6－64線背光地址解碼電路，輸出64線背光控制信號。由8片M54562（達林頓陣列，圖中的U4、U5為其中兩片）驅動64塊LED背光燈條。電路中，邏輯電路的電源為＋5V，模擬電路的電源為＋12V。

圖3 背光控制電路原理圖

2 軟件設計

設LCD的水平像素為Q，那么半個幀周期掃描的行數(shù)為Q／2；面板水平分成N塊區(qū)域，則每塊區(qū)域掃描的行數(shù)為Q／N。以AT89S52的內(nèi)部計數(shù)器T0為幀延遲計數(shù)器，計數(shù)值為Q／2；行同步計數(shù)器T1的計數(shù)值為Q／N。

程序流程圖如圖4所示。

圖4 延遲掃描背光程序流程圖

計數(shù)器T0的工作方式寄存器TMOD＝0110 1100，即T0的控制位GATE＝1，只有檢測到P3.2腳的幀同步信號STV有效時，才能啟動計數(shù)。而T1的控制位GATE＝0，可由程序指令啟動［4］。

具體程序如圖5所示。

圖5 具體程序

3 運行分析

3.1 背光與像素異步掃描能消除畫面閃爍的原理

（1）每一幀背光的點亮起始時間都由幀同步信號STV控制，上下水平燈條之間的切換都由DE信號控制，所以，任何一幀、任何一行像素與背光之間的相位關系都是固定不變的，不會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。（2）由于每一幀背光都由幀延遲計數(shù)器T0控制延遲半個幀周期后啟動，所以，每個燈條都是在對應的像素液晶單元偏轉到穩(wěn)定狀態(tài)時才開啟的，前后幀之間只有像素本身的灰度變化，沒有液晶狀態(tài)不穩(wěn)定引起的灰度變化，所以不會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。

3.2 控制電路運行分析

由于一般液晶顯示器中的時序控制模塊TCON采用TTL電平標準［5］，所以STV和DE信號可以直接接入AT89S52。背光地址信號由單片機P0口經(jīng)上拉電阻引出，具有較強的帶負載能力，可以滿足4片CD4514的輸入電流。達林頓陣列M54562有獨立的8路輸出，每一路輸出電流可達500mA，電壓達50V，可以滿足一般LED背光驅動電流的要求。

4 結語

上述由AT89S52單片機控制的LED背光掃描控制電路，利用了單片機的內(nèi)部計數(shù)器和液晶顯示器原有的TCON信號，電路簡單，程序設計簡潔；配合低功耗的解碼芯片和達林頓驅動模塊，能夠精確控制LCD像素掃描與背光掃描之間的相位差，避免由掃描背光造成的畫面閃爍現(xiàn)象。經(jīng)實際檢測，能長時間穩(wěn)定運行。

［1］徐益勤.液晶顯示動態(tài)清晰度的研究［D］.南京：東南大學，2009.

［2］宋文.高動態(tài)圖像質量和低功耗液晶顯示器的研究［D］.南京：東南大學，2009.

［3］戚益科.LCD運動模糊的仿真、評估及改進［D］.南京：東南大學，2007.

［4］張洪潤，張亞凡.單片機原理及應用［M］.北京：清華大學出版社，2005.

［5］馬群剛.TFT－LCD 原理與設計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.