馬劍鋒，楊　斌，王軍義

（中國電子科技集團(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、控制信號以及時(shí)鐘信號分別轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)據(jù)和柵極驅(qū)動IC的數(shù)據(jù)信號、控制信號、時(shí)鐘信號。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，并將由界面所輸入的圖像數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成源極驅(qū)動電路所用的數(shù)據(jù)信號，傳送到源極驅(qū)動電路的寄存器中，并配合水平掃描，控制數(shù)據(jù)線驅(qū)動的適當(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

圖像信號的轉(zhuǎn)換，這是一個(gè)極其復(fù)雜、精確的過程，它需要先對信號進(jìn)行存儲，然后根據(jù)信號的標(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)定從存儲器中讀取預(yù)存的像素信號，并按照計(jì)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(yīng)的信號。在這個(gè)過程中，圖像信號的時(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，重新編排的像素信號在輔助信號的協(xié)調(diào)下，施加于液晶屏驅(qū)動電路中，從而正確的重現(xiàn)出圖像。

液晶屏的整體驅(qū)動電路包括時(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（列驅(qū)動）電路、屏柵極驅(qū)動（行驅(qū)動）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，轉(zhuǎn)換為液晶屏周邊源極驅(qū)動和柵極驅(qū)動集成電路所需的RSDS格式的圖像數(shù)據(jù)信號，同時(shí)還輸出源極驅(qū)動、柵極驅(qū)動電路工作必須的驅(qū)動控制信號（STV、CKV、STH、CKH、POL），這些信號加到屏周邊的驅(qū)動電路上，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)動電路會向屏列電極施加一個(gè)幅度變化的像素信號電壓，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，兩邊壓縮。在圖像信號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圖像像素信號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值可以存儲在芯片的非易失性存儲器上。BUF16821支持多達(dá)16個(gè)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(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信號經(jīng)過邏輯轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生RSDS圖像數(shù)據(jù)信號，以及后級驅(qū)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(shí)鐘信號，這些信號進(jìn)入時(shí)序控制電路后，RGB基色信號轉(zhuǎn)換成為RSDS圖像數(shù)據(jù)信號，行、場同步信號轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成相關(guān)控制信號。

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視頻信號轉(zhuǎn)換成液晶屏能顯示的信號，由CN2傳給液晶屏。

3　設(shè)計(jì)測試結(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板測試數(shù)據(jù)

圖7　設(shè)計(jì)的顯示效果圖

4　結(jié)論

針對設(shè)計(jì)加固顯示器時(shí)需要對液晶屏的時(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)動電壓，選用TCON芯片產(chǎn)生液晶屏的時(shí)序控制信號，設(shè)計(jì)開發(fā)出TCON板，實(shí)現(xiàn)液晶屏的驅(qū)動功能。TCON板隨加固顯示器進(jìn)行了高低溫、振動的性能試驗(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.

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［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