Adam chen 張箭

摘要：每個(gè)顯示面板都有1個(gè)時(shí)序控制器（TCON），它是顯示器內(nèi)部唯一的有源元件。不同的顯示器使用不同類(lèi)型的TCON。本文將討論面向IT市場(chǎng)使用的TCON：LCD（液晶顯示器）筆記本電腦和顯示器。

關(guān)鍵詞：時(shí)序控制器;TCON;LCD

一塊LCD面板具有數(shù)百萬(wàn)個(gè)紅綠藍(lán)色（RGB）液晶，這些液晶用于在施加電壓時(shí)阻止白色背光，發(fā)送到每個(gè)像素的高壓信號(hào)控制要阻擋的背光量。白色顯示表示沒(méi)有任何障礙物，黑色顯示表示所有3種顏色均被最大限度地遮擋。

過(guò)濾的強(qiáng)度決定了對(duì)比度。背光燈的亮度決定了顯示器的強(qiáng)度。不同級(jí)別的過(guò)濾會(huì)產(chǎn)生不同的顏色。電壓調(diào)整的速度會(huì)影響像素響應(yīng)時(shí)間。

TCON引導(dǎo)高壓驅(qū)動(dòng)器芯片移動(dòng)彩色濾光片.通常位于玻璃面板下方的電路板上（如圖1）。

1TCON接口

GPU，如Nvidi a、AMD和Intel的集成顯卡使用嵌入式DisplayPort（eDP連接）來(lái)發(fā)出信號(hào)。

eDP被開(kāi)發(fā)為專(zhuān)門(mén)用于嵌入式顯示應(yīng)用，例如筆記本電腦、多合一電腦。它基于VESADisplayPortTM標(biāo)準(zhǔn)，具有相同的接口.并且可以共享GPU上的相同視頻端口（圖2）。

eDP連接速度快，使用的電線(xiàn)很少，并且在尺寸，帶寬和附加功能方面都非常靈活。eDP在一個(gè)插頭中提供所有面板連接，包括電源，數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。這是硅谷數(shù)模所擅長(zhǎng)的。

eDP將在未來(lái)幾年內(nèi)取代LVDS，在降低系統(tǒng)成本、功耗和尺寸的同時(shí)增加新的系統(tǒng)功能。

Arm處理器通常使用MIPI連接。MIPI連接需要更多的電線(xiàn).但功耗比eDP低。它們通常僅適用于最大10英寸（注：1英寸等于2.54cm）的屏幕。

電視系統(tǒng)通常使用Vx1連接，這種連接對(duì)不同的電纜類(lèi)型具有很高的兼容度。

2TCON的功能

GPU負(fù)責(zé)將數(shù)式轉(zhuǎn)換為單獨(dú)的像素和幀.而TCON則采用GPU生成的單獨(dú)幀、校正顏色和亮度.然后在面板的特定時(shí)間將圖像的一部分發(fā)送給每個(gè)單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器。

TCON通常是面板設(shè)計(jì)的一部分，而GPU在主板上。

TCON在以下方面發(fā)揮作用：亮度（HDR），顏色，觸摸，刷新率，省電。

2.1亮度

人眼具有難以置信的動(dòng)態(tài)范圍。這意味著我們可以同時(shí)看到非常暗的和非常亮的圖像。但是，相機(jī)傳感器和顯示面板都無(wú)法顯示該范圍。您的相機(jī)通過(guò)使用多次曝光中的圖像來(lái)合并圖片的最亮和最暗部分來(lái)生成HDR圖像。這樣可以增加明暗之間的對(duì)比度（動(dòng)態(tài)范圍），從而從較暗或褪色的區(qū)域中抽出細(xì)節(jié)。

HDR（高動(dòng)態(tài)范圍圖像）準(zhǔn)確地將現(xiàn)實(shí)世界的顏色和亮度映射到顯示面板。VESA DisplayHDRTM標(biāo)準(zhǔn)制定了HDR質(zhì)量，其中包括亮度、色域、位深度和上升時(shí)間。

硅谷數(shù)模已經(jīng)生產(chǎn)出經(jīng)VESA DisplayH DR400^TM認(rèn)證的TCON，可實(shí)現(xiàn)更高的對(duì)比度和更鮮艷的色彩，產(chǎn)品型號(hào)為ANX2403，顯示效果如圖3。

顯示面板不能顯示大范圍的亮度。正常的陽(yáng)光可以達(dá)到10000cd/m²，但是今天大多數(shù)筆記本電腦的背光約為250cd/m²。

VESA推出了筆記本電腦和顯示器HDR面板的規(guī)格，分別為VESA DisplayHDR^TM400、500、600、1000（注：數(shù)字是指面板的最大nits級(jí)別）。

VESA DisplayHDR要求面板需要滿(mǎn)足最小的亮度、對(duì)比度和顏色。沒(méi)有面板可以達(dá)到10000cd/m²的自然光。250cd/m²筆記本面板可以產(chǎn)生的最亮亮度是250cd/m²，超過(guò)250cd/m²的任何圖像都會(huì)被沖洗掉。同樣，從250cd/m²到10000cd/m²的細(xì)節(jié)也看不到。

HDR400規(guī)格要求對(duì)比度為1000：1。這是比較困難的，因?yàn)榧词乖谌妷合?，液晶也不能阻?00%的背光。因此，即使屏幕上沒(méi)有任何內(nèi)容，您也總是知道電視何時(shí)打開(kāi)。

HDR400規(guī)格需要可調(diào)光的背光，這有助于產(chǎn)生更深的黑色并降低功耗。色調(diào)映射用于將10000cd/m²的整個(gè)范圍映射到面板可以處理的范圍，因此可以看到詳細(xì)信息。色調(diào)映射不會(huì)增加面板的亮度，只會(huì)使細(xì)節(jié)可見(jiàn)。

2.2調(diào)光控制

VESA DisplayH DR600需要局部調(diào)光。LCD面板無(wú)法達(dá)到對(duì)比度6000：1的要求。但是，這可以通過(guò)局部調(diào)光來(lái)克服。

對(duì)于真正明亮的區(qū)域，背光必須非常明亮。對(duì)于非常暗的區(qū)域，背光必須非常暗（如圖4）。

例如，1塊7S0：1對(duì)比度的面板需要8種不同的背光功率設(shè)置，才能達(dá)到6000：1的對(duì)比度。但是，除非有成干上萬(wàn)的單獨(dú)區(qū)域，否則局部調(diào)光總是在明亮區(qū)域周?chē)a(chǎn)生光暈。為了減少光暈，建議采取以下措施：

·增加細(xì)分?jǐn)?shù)量。

·增加離軸面板對(duì)比度，并減小垂直軸與45。離軸之間的對(duì)比度差。

·提高EOTF-2084跟蹤精度。面板級(jí)別應(yīng)與高低值匹配源請(qǐng)求。

·限制相鄰段的差異（在TCON中）以降低對(duì)比度，并節(jié)省了功率以減少光暈。建議將每個(gè)相鄰網(wǎng)段的背光燈功率降低一半。

·請(qǐng)勿完全關(guān)閉背光燈（在TCON中），但即使該段應(yīng)該是全黑的，也要保持一些最小的非閃爍功率。

VESA DisplayHDR400需要全局調(diào)光（圖5）以整體調(diào)節(jié)背光。但是，明亮的區(qū)域會(huì)點(diǎn)亮整個(gè)屏幕。

顯示器可以在許多區(qū)域使用直接背光?？梢允褂妙~外的液晶層來(lái)使特定位置的背光變暗，但這通常會(huì)導(dǎo)致面板對(duì)于筆記本電腦來(lái)說(shuō)會(huì)太厚。

筆記本電腦背光燈在面板邊緣使用LED來(lái)減小面板厚度。這些可以在1側(cè)、2側(cè)或全部4側(cè)。每個(gè)邊緣都會(huì)增加成本和邊框尺寸。

全局調(diào)光節(jié)電：圖6顯示了1個(gè)15.6英寸UHD面板，其最大亮度為400nit。圖7顯示了400、50和5cd/m²之間的背光功耗值的比較。

2.3顏色管理

顏色管理的主要目的是在各種顏色設(shè)備之間獲得良好的匹配。例如，視頻一幀的顏色在計(jì)算機(jī)LCD監(jiān)視器、電視屏幕和印刷海報(bào)上應(yīng)是相同的顯示。顏色管理有助于在所有設(shè)備上實(shí)現(xiàn)相同的外觀，前提是這些設(shè)備能夠提供所需的色彩強(qiáng)度。顏色管理不能保證相同的顏色再現(xiàn).因?yàn)檫@幾乎是不可能的.但是至少可以更好地控制可能發(fā)生的任何改變。

一臺(tái)PC上使用相同屏幕的情況下，HDR和SDR（標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍）模式下是使用不同色域的。雙屏手機(jī)和筆記本需要兩屏的顏色一致才能完美匹配。對(duì)于需要瀏覽網(wǎng)站、電影、視頻游戲等用戶(hù)需要知道他們所創(chuàng)建的內(nèi)容在自己設(shè)備屏幕上顯示出來(lái)的色彩或亮度等要與在客戶(hù)的屏幕上是完全相同的。

隨著面板的改進(jìn).新面板的色彩空間可能會(huì)超過(guò)WindOWS的色彩空間。這將導(dǎo)致其可能看起來(lái)會(huì)過(guò)于飽和。有一種趨勢(shì)是低藍(lán)光或“夜間模式”面板，同時(shí)仍保留其他顏色的顏色精度。如今，通過(guò)測(cè)量每個(gè)單獨(dú)的面板來(lái)創(chuàng)建低藍(lán)光面板，然后希望產(chǎn)量足夠高。

硅谷數(shù)模的Advanced Color Blocking（ACB）技術(shù)用于在不同面板上創(chuàng)建一致的圖像質(zhì)量.并針對(duì)不同的使用模式來(lái)更改色彩空間（圖8）。它允許在光學(xué)色域而不是RGB域中進(jìn)行3D色域旋轉(zhuǎn)，并B.N以動(dòng)態(tài)更改顏色空間，例如，BT.2020源到sRG B或DCI-P3面板的顏色映射。它包括LUT影子寄存器和硬件轉(zhuǎn)換計(jì)算（以平滑更改）。

TCO N中的顏色轉(zhuǎn)換可以是動(dòng)態(tài)且連續(xù)地調(diào)整來(lái)自GPU的輸入信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)低藍(lán)光色彩空間。這樣就不需要獨(dú)立的面板測(cè)量，并且產(chǎn)量可以被增加。雖然這也可以由GPU本身完成，但這需要GPU帶寬和500倍的功耗。

2.4省電技術(shù)

1）面板自刷新（PSR）-TCON中的幀緩沖區(qū)可以保持圖像顯示而無(wú)需從CPU接收視頻數(shù)據(jù)。對(duì)于靜止圖像，允許GPU進(jìn)入低功耗狀態(tài)，而eDP主鏈接關(guān)閉。G PU在顯示更新之間關(guān)閉電源將節(jié)省大量電量并延長(zhǎng)電池壽命。

除了看電影或玩游戲外，很多時(shí)候視頻在多個(gè)幀中都不會(huì)改變。PSR節(jié)省了全屏圖像的功耗。

面板自刷新功能可延長(zhǎng)電池壽命（如圖9）。

2）具有選擇性更新的面板自刷新（PSR2）是面板自刷新功能的超集，它允許在視頻幀內(nèi)傳輸修改后的區(qū)域，從而在觀看電影或玩游戲時(shí)具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。PS R2N識(shí)別何時(shí)只有一部分屏幕是靜態(tài)的。這是有選擇的更新。在PSR2中，當(dāng)全屏為靜態(tài)時(shí)，可以降低刷新率，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的節(jié)能，如英特爾低刷新率（LRR）一樣。英特爾LRR通過(guò)更改像素時(shí)鐘或更改垂直空白來(lái)降低刷新率，具體取決于空閑、播放視頻、瀏覽等情況。所有硅谷數(shù)模TCON均支持英特爾LRR。

3）以60Hz的頻率刷新顯示。但是，GPU會(huì)在準(zhǔn)備就緒時(shí)開(kāi)始刷新顯示。該技術(shù)通過(guò)動(dòng)態(tài)更改刷新率而無(wú)需更改任何模式，從而將G PU輸出與顯示刷新同步.重點(diǎn)在于減少卡頓、撕裂和輸入滯后（如圖10）。

2.5Dynamic Overdrive（動(dòng)態(tài)超速）

LCD ove rd rive技術(shù)補(bǔ)償了LCD面板本身的響應(yīng)時(shí)間，從而使運(yùn)動(dòng)圖像更加清晰（如圖11右側(cè)）。

Dynamic overd rive會(huì)根據(jù)情況更改超速參數(shù)。Overd rive和PSRN以共享同一幀緩沖區(qū)。這增強(qiáng)了包括游戲和視頻編輯在內(nèi)的各種應(yīng)用程序的體驗(yàn)效果。

2.5In-Cell Touch

In_Cell Touch是將觸摸功能嵌入到顯示器中，該塊面板包含了所有觸摸傳感器、控制器及其所需的處理功能。通過(guò)移除保護(hù)玻璃，可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程并減少重量和反射。由于不需要子卡，也不需要單獨(dú)的導(dǎo)線(xiàn)來(lái)觸摸，因此它還可以用于更薄的邊框，并且由于去除了保護(hù)玻璃，因此還可以減輕設(shè)備的重量。

具有單元內(nèi)觸摸功能的eDP 1.4面板比具有附加觸摸功能的eDP 1.2面板更便宜。

硅谷數(shù)模率先推出了嵌入式觸摸筆記本電腦面板TCON。

目前市場(chǎng)上大約15%的筆記本電腦支持觸摸，主要有手指和觸控筆觸摸模式（如圖12）。隨著更多支持active pen的推出，預(yù)計(jì)觸摸連接率將會(huì)提高。