LCD用时序控制器（TCON）技术与特征研究

王靖文

摘 要：文章对LCD用时序控制器主要接口的功能进行了介绍，围绕LCD用时序控制器模拟人眼视觉功能的亮度调节机制、面板色彩空间管理功能、全屏高清显示功耗降低功能的特征及支撑技术展开分析。

关键词：LCD用程序控制器;模拟人眼视觉功能;面板色彩空间管理

0    引言

时序控制器是指能够令被控制对象按照一定的时间、秩序完成对应功能的一种逻辑控制方式，主要由电源控制基变换、机械式拨码定时、数字触发器等共计6个单元电路组成。随着消费者需求的提升，应用于LCD液晶显示屏的时序控制器必须具备引导高压驱动器芯片移动的功能，并提高黑白色背光的过滤强度，使显示屏的对比度提高至新的阶段，避免像素响应时间过长。

1    LCD用时序控制器的接口功能

LCD用时序控制器主要用于引导高压驱动芯片，完成对彩色滤光片的移动。作为一个电路元器件，时序控制器经常被直接安装在玻璃显示屏之下，电路板的最下方位置。与LCD液晶显示屏连接后，时序控制器接收来自计算机中央处理器发出的命令，完成对液晶显示屏亮度及色彩的调整。若要实现上述过程，必须明确时序控制器主要接口的功能。

（1）GPU接口。

GPU接口主要用于与常见的N卡、A卡（均为显卡，即Nvidia，AMD，Intel等）进行连接，通过eDP嵌入的方式，完成信号的发出与接收。

（2）eDP接口。

eDP接口为eDP与时序控制器接口系统的一般性连接装置。实现“Transmitter（图像信号处理发射机）”与“ML receiver（液晶显示屏信号接收器）”的连接。当图像处理调整信号成功发送并被液晶显示器的接收器接收之后，经过Pixel Formatter（像素格式化程序）的处理，经由LCD interface（液晶显示接口）传输至LCD Display（液晶显示器）的Row Drivers（横排像素驱动程序，一个显示器由多排组成）和Column Drivers（纵列像素驱动程序，同样拥有多列）。

（3）AUX Ch interface（辅助接口）。

AUX Ch interface（辅助接口）与计算机图像处理系统中的eDP Transmitter可互相发射并接收信号。在时序控制器中，AUX Ch interface辅助接口的主要运行模式（工作方式）如下：①与常规信号接收器及像素格式化程序互相发射并接收信息，完成处理信息的改变或升级后，按照正常程序，将最终调解信号传递至LCD液晶显示屏，完成亮度、色彩的调节;②与Backlight Control（背光控制）互相发送并接收控制指令，最终传递至液晶显示屏的Backlight Driver（背光显示程序）中，进一步优化显示屏呈现出的效果[1]。

随着LCD用时序控制器的深入应用，在未来数年的时间内，传统的LVDS（低电压差分信号）电平标准接口模式将会被逐渐取代，电子设备显示调节方面的成本支出、耗电量将会大幅度降低，节省的空间将会进一步扩大液晶显示屏的尺寸，并逐渐加入诸多前所未有的功能。

2    LCD用时序控制器各项功能的特征及支撑技术

2.1  模拟人眼视觉功能的亮度调节机制

LCD用时序控制器最重要的作用在于将电脑、手机等智能设备图像处理系统传递而来的具备单独性质的像素和帧数（由数式转化而成）进行颜色和亮度、帧数校正，进而在面板的特定时间内，将相应的图像信息发送给单独的驱动器。简单而言，当LCD用时序控制器与智能设备的控制端、液晶显示屏完成连接，形成整体后，时序控制器也会成为面板设计的重要部分，而图像处理模块仍然被放置在主板中。

2.1.1  功能特征

在LCD用时序控制器的支撑下，拥有液晶显示屏的设备在亮度调节机制方面得到了显著优化，具体特征为：亮度控制上下限扩大。显示屏显示的画面直接显现在用户面前，为了提高视觉方面的舒适性，显示屏的显示功能与人类眼睛的机能必须更加契合。比如，人眼的可视范围极大，能够同时收纳非常暗和非常亮的图像。但是，传统的电子设备显示屏受像素调节水平低的限制，导致图像传感器以及显示面板能够提供的画面亮度不佳。因此，传统的显示屏亮度调节功能已经无法满足消费者与日俱增的需求。在HDR高动态范围图像解决方案出现之前，照相机、摄像机等设备通过多次曝光拍摄图像的方式，将画面中亮度最大和亮度最小的部分分别进行“集中”，经过整合处理后的图像，“明亮”与“阴暗”之间的对比度会在一定程度上得到放大，并从比较暗的褪色区域中抽出相应的细节。但此种方式必定会对图像的品质造成损伤，且处理机制相对落后。为了解决该问题，基于LCD用时序控制器，设计人员开发了HDR模式，能够将现实世界中几乎所有的颜色和亮度区间完全映射到显示面板中。除了亮度、色域之外，定位深度、上升时间均得到了系统性的优化[2]。

2.1.2  光亮调节技术

目前，世界范围内，较为先进的基于LCD用时序控制器的液晶显示屏光亮调节技术为VESA DisplayHDR400TM技术，将显示系统的光亮对比度和色彩鲜艳程度提升至新的高度。尽管如此，显示面板的亮度范围依然无法与自然光的亮度范围相比。正常情况下，阳光的亮度约为10 000 cd/m2，而当前市面上绝大多数液晶显示屏笔记本电脑的背光水平仅为250 cd/m2，针对显示屏亮度的处置机制如表1所示。

2.2  面板色彩空间管理功能

亮度与颜色尽管存在联系，但二者也存在本质上的差异。基于LCD用时序控制器设置的颜色管理模块，主要能够完成多个颜色之间的高精度匹配。运行原理为：如果一幅图片拍摄时的颜色帧数仅仅为1帧，则该图片无论放置于计算机的LCD监视器下，还是放置于電视屏幕，甚至完成打印后，三者呈现出的图像色彩及亮度均不会出现差异，原因在于帧数较低，任何设备均可轻松完成技术支撑处理。但随着帧数的逐渐提高，不同设备之间便呈现出性能方面的差异。目前来看，纳入LCD用时序控制器的设备，其面板色彩空间管理功能更加强大[3]。

2.3  全屏高清显示功耗降低功能

在很多人的印象中，通过电脑、智能手机玩电子游戏、看视频、传输多幅图片时，设备的耗电量相对较快，而听音乐、看电子书时，电量消耗较慢。造成此种现象的原因在于，图片、视频、游戏中的各项内容均由多个色彩和亮度单位构成，在实现数据交互传递的过程中，每一个后台单位均需消耗电能，进而导致耗电量较快。为了延长“高清”运转之下，电子设备的持续运行时间，基于LCD用时序控制器，技术人员设计了PSR面板自刷新机制，利用时序控制器中的帧缓冲区，可在保持图像高清显示的同时，无须从电子设备的CPU中再次或持续性获取相同的数据。如果需要高清显示的对象处于“静态”，则设备的图像处理系统将会进入低功耗状态，未收到显示更新指令时，电源将会处于半关闭状态，可大量降低电能的消耗。该技术的呈现方式为，当用户的设备接收视频和图片时，如果接收的数据在一段时间内并未更新，则后台实质上处于停止状态。LCD用时序控制器可及时识别这一状态，下达相应的指令。

3    结语

LCD用时序控制器的主要特性在于在液晶显示屏与电子设备之间构筑一座“桥梁”。一方面，扩大液晶显示屏亮度和颜色收纳范围，使图像、视频的清晰度更高，更加符合人眼的构造;另一方面，对来自CPU的指令进行优化处理，使亮度及色彩调整更加合理，进而实现视觉功能优化。

[参考文献]

[1]ADAM C，张箭.LCD用时序控制器（TCON）的技术与特征[J].电子产品世界，2020（1）：30-34.

[2]NAVDEEP S D.具有突破性、可扩展、直观易用的上电时序系统可加快设计和调试速度[J].中国电子商情（基础电子），2019（12）：26-29.

[3]郭东煜.虚拟现实镜对人眼视觉功能的影响[D].杭州：浙江大学，2017.

（编辑 王雪芬）