Adam Chen （硅谷数模半导体 商场总监）
张 箭 （硅谷数模半导体 资深体系工程总监）
摘 要：每个显现面板都有1个时序操控器（TCON），它是显现器内部仅有的有源元件。不同的显现器运用不同类型的TCON。本文将评论面向IT商场运用的TCON：LCD（液晶显现器）笔记本电脑和显现器。
关键词：时序操控器；TCON；LCD
一块LCD面板具有数百万个红绿蓝色（RGB）液晶，这些液晶用于在施加电压时阻挠白色背光，发送到每个像素的高压信号操控要阻挠的背光量。白色显现表明没有任何障碍物，黑色显现表明一切3种颜色均被最大极限地遮挡。
过滤的强度决议了对比度。背光灯的亮度决议了显现器的强度。不同等级的过滤会发生不同的颜色。电压调整的速度会影响像素呼应时刻。
TCON引导高压驱动器芯片移动五颜六色滤光片，一般坐落玻璃面板下方的电路板上（如图1）。
1 TCON接口
GPU，如Nvidia、AMD和Intel的集成显卡运用嵌入式DisplayPort（eDP衔接）来宣布信号。
eDP被开发为专门用于嵌入式显现运用，例如笔记本电脑、多合一电脑 。 它依据VESADisplayPort™规范，具有相同的接口，而且能够同享GPU上的相同视频端口（图2）。
eDP衔接速度快，运用的电线很少，而且在尺度，带宽和附加功用方面都十分灵敏。eDP在一个插头中供给一切面板衔接，包含电源，数据和操控信号。这是硅谷数模所拿手的。
eDP将在未来几年内替代LVDS，在下降体系本钱、功耗和尺度的一起添加新的体系功用。
Arm处理器一般运用MIPI衔接。MIPI衔接需求更多的电线，但功耗比eDP低。它们一般仅适用于最大10 英寸（注：1 英寸等于2.54 cm）的屏幕。
电视体系一般运用Vx1衔接，这种衔接对不同的电缆类型具有很高的兼容度。
2 TCON的功用
GPU担任将数式转化为独自的像素和帧，而TCON则选用GPU生成的独自帧、校对颜色和亮度，然后在面板的特定时刻将图画的一部分发送给每个独自的驱动器。
TCON一般是面板规划的一部分，而GPU在主板上。
TCON在以下方面发挥作用：亮度（HDR），颜色，接触，改写率，省电。
2.1 亮度
人眼具有难以置信的动态规模。这意味着咱们能够一起看到十分暗的和十分亮的图画。可是，相机传感器和显现面板都无法显现该规模。您的相机经过运用屡次曝光中的图画来兼并图片的最亮和最暗部分来生成HDR图画。这样能够添加明暗之间的对比度（动态规模），然后从较暗或褪色的区域中抽出细节。
HDR（高动态规模图画）精确地将实际国际的颜色和亮度映射到显现面板。VESA DisplayHDR™规范拟定了HDR质量，其间包含亮度、色域、位深度和上升时刻。
硅谷数模现已生产出经VESA DisplayHDR400™认证的TCON，可完结更高的对比度和更艳丽的颜色，产品型号为ANX2403，显现作用如图3。
显现面板不能显现大规模的亮度。正常的阳光能够到达10 000 cd/m 2 ，可是今日大多数笔记本电脑的背光约为250 cd/m 2 。
VESA推出了笔记本电脑和显现器HDR面板的规范，分别为VESA DisplayHDR™400、500、600、1 000（注：数字是指面板的最大nits等级）。
VESA DisplayHDR要求面板需求满意最小的亮度、对比度和颜色。没有面板能够到达10 000 cd/m 2的自然光。250 cd/m 2 笔记本面板能够发生的最亮亮度是250 cd/m 2 ，超越250 cd/m 2 的任何图画都会被冲洗掉。相同，从250 cd/m 2 到10 000 cd/m 2 的细节也看不到。
HDR400规范要求对比度为1 000：1。这是比较困难的，因为即便在全电压下，液晶也不能阻挠100％的背光。因而，即便屏幕上没有任何内容，您也总是知道电视何时翻开。
HDR400规范需求可调光的背光，这有助于发生更深的黑色并下降功耗。颜色映射用于将10 000 cd/m 2的整个规模映射到面板能够处理的规模，因而能够看到详细信息。颜色映射不会添加面板的亮度，只会使细节可见。
2.2 调光操控
VESA DisplayHDR600需求部分调光。LCD面板无法到达对比度6 000：1的要求。可是，这能够经过部分调光来战胜。
关于真实亮堂的区域，背光有必要十分亮堂。关于十分暗的区域，背光有必要十分暗（如图4）。
例如，1块750：1对比度的面板需求8种不同的背光功率设置，才干到达6 000：1的对比度。可是，除非有不计其数的独自区域，不然部分调光总是在亮堂区域周围发生光晕。为了削减光晕，主张采纳以下办法：
•添加细分数量。
•添加离轴面板对比度，并减小笔直轴与45°离轴之间的对比度差。
•进步EOTF-2084盯梢精度。面板等级应与凹凸值匹配源恳求。
•约束相邻段的差异（在TCON中）以下降对比度，并节约了功率以削减光晕。主张将每个相邻网段的背光灯功率下降一半。
•请勿彻底封闭背光灯（在TCON中），但即便该段应该是全黑的，也要坚持一些最小的非闪耀功率。
VESA DisplayHDR400需求大局调光（图5）以全体调理背光。可是，亮堂的区域会点亮整个屏幕。
显现器能够在许多区域运用直接背光。能够运用额定的液晶层来使特定方位的背光变暗，但这一般会导致面板关于笔记本电脑来说会太厚。
笔记本电脑背光灯在面板边际运用LED来减小面板厚度。这些能够在1侧、2侧或悉数4侧。每个边际都会添加本钱和边框尺度。
大局调光节电：图6显现了1个15.6英寸UHD面板，其最大亮度为400 nit。图7显现了400、50和5 cd/m 2 之间的背光功耗值的比较。
2.3 颜色办理
颜色办理的首要意图是在各种颜色设备之间取得杰出的匹配。例如，视频一帧的颜色在核算机LCD监视器、电视屏幕和印刷海报上应是相同的显现。颜色办理有助于在一切设备上完结相同的外观，条件是这些设备能够供给所需的颜色强度。颜色办理不能确保相同的颜色再现，因为这几乎是不或许的，可是至少能够更好地操控或许发生的任何改动。
一台PC上运用相同屏幕的状况下，HDR和SDR（规范动态规模）形式下是运用不同色域的。双屏手机和笔记本需求两屏的颜色共同才干完美匹配。关于需求阅读网站、电影、视频游戏等用户需求知道他们所创立的内容在自己设备屏幕上显现出来的颜色或亮度等要与在客户的屏幕上是彻底相同的。
跟着面板的改善，新面板的颜色空间或许会超越Windows的颜色空间。这将导致其或许看起来会过于饱满。有一种趋势是低蓝光或“夜间形式”面板，一起仍保存其他颜色的颜色精度。现在，经过丈量每个独自的面板来创立低蓝光面板，然后期望产值足够高。
硅谷数模的Advanced Color Blocking（ACB）技能用于在不同面板上创立共同的图画质量，并针对不同的运用形式来更改颜色空间（图8）。它答应在光学色域而不是RGB域中进行3D色域旋转，而且能够动态更改颜色空间，例如，BT.2020源到sRGB或DCI-P3面板的颜色映射。它包含LUT影子寄存器和硬件转化核算（以滑润更改）。
TCON中的颜色转化能够是动态且接连地调整来自GPU的输入信号，以完结低蓝光颜色空间。这样就不需求独立的面板丈量，而且产值能够被添加。尽管这也能够由GPU自身完结，但这需求GPU带宽和500倍的功耗。
2.4 省电技能
1）面板自改写（PSR）– TCON中的帧缓冲区能够坚持图画显现而无需从CPU接纳视频数据。关于静止图画，答应GPU进入低功耗状况，而eDP主链接封闭。GPU在显现更新之间封闭电源将节约许多电量并延伸电池寿数。
除了看电影或玩游戏外，许多时分视频在多个帧中都不会改动。PSR节约了全屏图画的功耗。
面板自改写功用可延伸电池寿数（如图9）。
2）具有挑选性更新的面板自改写（PSR2）是面板自改写功用的超集，它答应在视频帧内传输修改后的区域，然后在观看电影或玩游戏时具有较为显着的优势。PSR2可辨认何时只要一部分屏幕是静态的，这是有挑选的更新。在PSR2中，当全屏为静态时，能够下降改写率，以完结进一步的节能，如英特尔低改写率（LRR）相同。英特尔LRR经过更改像素时钟或更改笔直空白来下降改写率，详细取决于闲暇、播映视频、阅读等状况。一切硅谷数模 TCON均支撑英特尔LRR。
3）以60 Hz的频率改写显现。可是，GPU会在准备就绪时开端改写显现。该技能经过动态更改改写率而无需更改任何形式，然后将GPU输出与显现改写同步，要点在于削减卡顿、撕裂和输入滞后（如图10）。
2.5 Dynamic Overdrive（动态超速）
LCD overdrive技能补偿了LCD面板自身的呼应时刻，然后使运动图画愈加明晰（如图11右侧）。
Dynamic overdrive会依据状况更改超速参数。Overdrive和PSR能够同享同一帧缓冲区。这增强了包含游戏和视频修改在内的各种运用程序的体会作用。
2.5 In-Cell Touch
In-Cell Touch是将接触功用嵌入到显现器中，该块面板包含了一切接触传感器、操控器及其所需的处理功用。经过移除维护玻璃，能够简化生产过程并削减分量和反射。因为不需求子卡，也不需求独自的导线来接触，因而它还能够用于更薄的边框，而且因为去除了维护玻璃，因而还能够减轻设备的分量。
具有单元内接触功用的eDP 1.4面板比具有附加接触功用的eDP 1.2面板更廉价。
硅谷数模首先推出了嵌入式接触笔记本电脑面板TCON。
现在商场上大约15％的笔记本电脑支撑接触，首要有手指和触控笔接触形式（如图12）。跟着更多支撑active pen的推出，估计接触衔接率将会进步。
本文来源于科技期刊《电子产品国际》2020年第01期第30页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
