液晶電視TCON板原理講解

編者注：目前電視已經(jīng)從CRT過(guò)渡到液晶，我們?cè)谫u場(chǎng)也很難買到CRT電視了。所以液晶電視維修也是我們家電維修從業(yè)者必須要掌握的技能。而邏輯版（也稱TCON板）也是液晶電視電路的核心，而提起TCON板，很多人不了解，到底什么是TCON板？今天特整理一下TCON板的原理知識(shí)講解，以TCL液晶電視為例，希望給大家?guī)?lái)幫助。如需轉(zhuǎn)載的朋友請(qǐng)注明出處來(lái)自家電維修資料網(wǎng)。
一、什么是TCON板？
TCON板的英文是: timing controller的縮寫
TCON板中文是：時(shí)序控制電路
控制PANEL時(shí)序動(dòng)作的核心電路，控制掃描驅(qū)動(dòng)電路何時(shí)啟動(dòng)，并將輸入的視頻信號(hào)（例如LVDS信號(hào)）轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路所用的數(shù)據(jù)信號(hào)形式（例如mini-LVDS信號(hào)或RSDS信號(hào)），傳遞到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路（COF IC),并控制數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路適時(shí)開(kāi)啟。
二、傳統(tǒng)TCON板電路主要由哪幾部分組成？
1.TCON IC(必須的）
2.GAMMA IC（必須的）
3.PM IC （必須的）
4.GPM IC（OPTION)
5.LEVEL SHIFT IC(GOA屏專用）
三、傳統(tǒng)液晶屏TCON布局
1.TCON板與SOURCE板分離
2.TCON板與SOURCE板合并

四 自制TCON的幾種實(shí)現(xiàn)架構(gòu)
1.主板+TCON板+SOURCE板
TCON板= TCON IC+PM IC+GAMMA IC
自制TCON板直接替換屏廠提供的TCON板
2.主板+SOURCE板---比NO.1成本低，但一屏一主板，主板組件多
主板=SOC+ TCON IC+PM IC+GAMMA IC或者
主板=SOC（內(nèi)置TCON）+PM IC+GAMMA IC
3.主板+轉(zhuǎn)接板+SOURCE板 ---主板組件減少，成本比NO.1低，比 NO2高
主板=SOC （內(nèi)置TCON）
轉(zhuǎn)接板=PM IC+GAMMA IC
4.主板+SOURCE板---成本最低，主板組件多，需要和屏廠合作設(shè)計(jì)
主板=SOC （內(nèi)置TCON）或主板=SOC+TCON IC
SOURCE板=PM IC+GAMMA IC+bridge

五、TCON板各功能模塊介紹
1.TCON IC

內(nèi)部框圖

TCON IC作用：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)基本功能
1.1 TCON基本功能1：接收LVDS信號(hào)并把它轉(zhuǎn)換為Mini-LVDS信號(hào)
mini-LVDS信號(hào)特點(diǎn)及規(guī)范
1.1.1 TCON IC和SOURCE DRIVER IC之間的接口

1.1.2 在Clock的上升沿和下降沿各傳送1個(gè)Bit數(shù)據(jù)

其規(guī)格需滿足Panel要求

1.1.3 阻抗匹配
傳輸線阻抗Zo:推薦范圍25歐---75歐
通常Layout設(shè)計(jì)線對(duì)的差分阻抗Zdif=2Zo=100歐
Mini-Lvds接收端的端接電阻RT=Zdif=2Zo，

實(shí)際上Source Driver大多數(shù)情況下不止一個(gè)，所以端接電阻安放位置很重要，一般近端和遠(yuǎn)端各放一個(gè)，遠(yuǎn)端測(cè)量時(shí)幅度會(huì)變差，實(shí)際調(diào)整SWING時(shí)需留意


A:阻抗不匹配示例
FFC線阻抗50歐時(shí)Clock波形

B: 阻抗匹配示例
FFC線阻抗100歐時(shí)Clock波形

1.1.4 Mini-Lvds輸出電壓

備注：屏SPEC會(huì)給出 VID 規(guī)格， VOD =2* VID

1.1.5 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Data Mapping)
6bit 3pairs;6bit 4pairs;6bit 5pairs;6bit 6pairs
8bit 3pairs;8bit 4pairs;8bit 5pairs;8bit 6pairs
例如：8bit 6pairs Mode Data Mapping見(jiàn)下圖

1.2 TCON基本功能2：產(chǎn)生PANEL掃描驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路所需的時(shí)序
控制信號(hào)
1.2.1 POL信號(hào)： polarity inversion signal for sorce driver
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)IC控制數(shù)據(jù)輸出信號(hào)的極性反轉(zhuǎn)
如下圖為單個(gè)TFT及像素的等效電路，反轉(zhuǎn)電壓是指施加在Clc兩端電壓


什么是極性反轉(zhuǎn)？
施加在液晶分子上的電場(chǎng)是有方向性的，在不同時(shí)間以相反方向電場(chǎng)施加在液晶上，稱為極性反轉(zhuǎn)
液晶顯示電極的像素電壓高于Vcom電壓稱為正極性
反之，液晶顯示電極的像素電壓低于Vcom電壓稱為負(fù)極性
為什么可以極性反轉(zhuǎn)？
液晶分子在電場(chǎng)中所受的力矩與電場(chǎng)的平方成正比而與電場(chǎng)的方向無(wú)關(guān)，所以可以用極性反轉(zhuǎn)的方式驅(qū)動(dòng)液晶而不改變其排列和穿透率。
錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)：在極性反轉(zhuǎn)時(shí)液晶分子轉(zhuǎn)來(lái)轉(zhuǎn)去
為什么必須極性反轉(zhuǎn)？
A：取向膜的直流阻斷效應(yīng)
控制基板表面的液晶分子排列方向的具有溝槽的薄膜稱為取向膜，電極上的電壓透過(guò)取向膜施加到液晶分子上，取向膜的等效電容大，等效電阻大，當(dāng)直流驅(qū)動(dòng)液晶時(shí)，電阻分壓使電壓差大部分落在取向膜上，而無(wú)法改變液晶分子排列。
B：可移動(dòng)離子和直流殘留
液晶制程中不可避免殘留可移動(dòng)離子，如果采用直流驅(qū)動(dòng)，離子會(huì)移動(dòng)到取向膜形成內(nèi)部電場(chǎng)，即使不加外部電場(chǎng)，液晶分子也會(huì)因內(nèi)部電場(chǎng)而改變排列狀態(tài)，稱為直流殘留，造成殘影。
當(dāng)采用極性反轉(zhuǎn)方式驅(qū)動(dòng)，外部電壓平均值為0，可移動(dòng)離子向兩個(gè)電極的移動(dòng)相互抵消，避免直流殘留現(xiàn)象。
要點(diǎn)：正極性電壓和負(fù)極性電壓相等

各種極性反轉(zhuǎn)方式


極性反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方法一
Common電極電壓固定不變驅(qū)動(dòng)方式


極性反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方法二
Common電極電壓不停變動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式

1.2.2 TP1信號(hào)： latch signal for source driver
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)IC輸出數(shù)據(jù)信號(hào)的使能控制信號(hào)
高電平：一行數(shù)據(jù)鎖存到行存儲(chǔ)器內(nèi)
低電平：一行數(shù)據(jù)釋放，對(duì)液晶電容充電
1.2.3 STV信號(hào)：scan driver start pulse
掃描驅(qū)動(dòng)IC輸出起始控制信號(hào)
1.2.4 CKV信號(hào)： scan driver clock
控制掃描行依次開(kāi)啟的時(shí)鐘信號(hào)
1.2.5 OE信號(hào)： scan driver output enable
掃描行開(kāi)啟關(guān)閉的使能控制信號(hào)
高電平：掃描行開(kāi)啟
低電平：掃描行關(guān)閉

結(jié)合下圖進(jìn)一步說(shuō)明
信號(hào)1=STV 信號(hào)2=CKV 信號(hào)3=TP1 信號(hào)4=OE
GATE DRIVER輸入靠前個(gè)STV信號(hào)準(zhǔn)備開(kāi)始靠前場(chǎng)掃描，輸入靠前個(gè)CKV信號(hào)準(zhǔn)備開(kāi)啟靠前個(gè)掃描行，此時(shí)SOURCE DRIVER輸入TP1信號(hào)釋放靠前行數(shù)據(jù)信號(hào)，OE信號(hào)到來(lái)后高電平開(kāi)啟低電平關(guān)閉掃描行，如此循環(huán)往復(fù)。

TCON IC附加的重要功能：OD功能
1.3 OD功能介紹
OD:OVER DRIVE 過(guò)驅(qū)動(dòng) 作用：提升液晶響應(yīng)時(shí)間
1.3.1液晶的響應(yīng)時(shí)間
響應(yīng)時(shí)間是指液晶分子改變排列角度，變換畫面顯示所需要的時(shí)間。
屏SPEC給出的響應(yīng)時(shí)間等于黑到白，白到黑的上升時(shí)間和下降時(shí)間之總和，先聲明這個(gè)時(shí)間OD功能是無(wú)法 提升的。


1.3.2 為什么要提升液晶的響應(yīng)時(shí)間？
看下面兩幅圖，左圖響應(yīng)時(shí)間慢，右圖響應(yīng)時(shí)間快
通過(guò)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)：響應(yīng)時(shí)間慢----圖像模糊，拖尾

1.3.3 OVERDRIVE技術(shù)
電場(chǎng)加速效應(yīng)：液晶分子在電場(chǎng)中所產(chǎn)生的力矩與電場(chǎng)的平方成正比，因此，增加電場(chǎng)可以大幅度增加對(duì)液晶分子施加的力矩，從而加速液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是電場(chǎng)加速效應(yīng)。
OVERDRIVE:利用電場(chǎng)加速效應(yīng)，在兩個(gè)幀之間插入另一個(gè)幀，施加較高補(bǔ)償電壓，強(qiáng)迫液晶分子在較短時(shí)間內(nèi)改變排列，從低亮灰階達(dá)到預(yù)定的高亮灰階，從而提升液晶的響應(yīng)時(shí)間，此種方法被稱為高插驅(qū)動(dòng)，也叫過(guò)驅(qū)動(dòng)。
從概念可以看出，OVER
DRIVE只對(duì)GRAY TO GRAY
有效，對(duì)BLACK TO WHITE
無(wú)效
右圖是沒(méi)有做OVERDRIVE
時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓波形和液
晶的響應(yīng)時(shí)間曲線

下圖是有做OVERDRIVE
時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓波形和液
晶的響應(yīng)時(shí)間曲線
對(duì)比結(jié)果：OVERDRIVE
可以大幅提升液晶的
響應(yīng)時(shí)間

1.3.4 UNDERSHOOT技術(shù)
與高插驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的技術(shù)就是低插驅(qū)動(dòng)（UNDERSHOOT)
通過(guò)在兩幀之間插入另外一個(gè)幀，施加較低補(bǔ)償電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)
與OVERDRIVE最大不同，UNDERSHOOT被動(dòng)減小電場(chǎng)，靠液晶分子本身的彈性來(lái)改變排列，效果比OVERDRIVE差。
1.3.5 OVERDRIVE實(shí)現(xiàn)方式
A 流程圖如下

B 出色的/卓越的/優(yōu)異的/杰出的響應(yīng)時(shí)間對(duì)照表
通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式填表獲得，對(duì)于8BIT灰階，可以設(shè)計(jì) 256X256 TABLE ，但需要MEMORY SEZE大，簡(jiǎn)化的方式可以設(shè)計(jì)32X32 TABLE 或16X16TABLE，再用線性內(nèi)插方式計(jì)算其他灰階變化所需的補(bǔ)償灰階。

2.GAMMA IC
輸出一組GAMMA電壓提供給PANELSOURCE DRIVER IC[Page]
2.1 傳統(tǒng)GAMMA IC：本身很簡(jiǎn)單，只起到BUFFER的作用如下圖是傳統(tǒng)的GAMMA IC應(yīng)用圖輸入電壓值A(chǔ)i,Bi,Mi,Ni來(lái)自輸入端電阻分壓后產(chǎn)生的精確電壓，經(jīng)運(yùn)放組成的緩沖器輸出后提供給屏端，緩沖器的作用是增加帶負(fù)載的能力


2.2 P-GAMMA IC：與傳統(tǒng)GAMMA IC比本質(zhì)相同，增加Programmable功能，實(shí)現(xiàn)I2C總線控制，電壓存儲(chǔ)，BANK選擇等

2.3 PANEL對(duì)于GAMMA電壓需求的實(shí)例

3 PM IC
Power Manage IC：產(chǎn)生Source Driver和Gate Driver所需要的多路電壓（工作原理參看一般的DC-DC設(shè)計(jì)和LDO設(shè)計(jì)）
3.1 DVDD： 數(shù)字邏輯電壓，一般是3.3V，用于邏輯電路的供電
3.2 AVDD： 主電壓，主要用在Source Driver輸出的像素電壓和 Gamma校正的電壓
3.3 VGH： Gate開(kāi)啟電壓，用于TFT柵極打開(kāi)的電壓
3.4 VGL： Gate關(guān)斷電壓，用于TFT柵極關(guān)斷的電壓
3.5 Vcom：Vcom電壓，Panel公共電極電壓，有的集成在Gamma IC

下圖為某Panel
SPEC給的規(guī)格


4 GPM IC : Gate Pulse Modulator
俗稱削角電路
作用：減少掃描線和像素之間的電容耦合效應(yīng)，改善饋通電壓造成的畫面閃爍
TFT等效電路如下圖


因?yàn)殡娙蓠詈闲?yīng)，在Gate電壓由打開(kāi)到關(guān)斷，此時(shí)TFT處于截止?fàn)顟B(tài)，寄生電容Cgd會(huì)將Gate電壓變動(dòng)饋送到像素電壓，產(chǎn)生電壓變化量△V,稱為饋通電壓，饋通電壓的存在使Clc和Cs上保存的像素電壓 偏離原來(lái) 的設(shè)定值，造成畫面閃爍。解決方法：一方面降低饋通電壓，另一方面調(diào)整Vcom電壓進(jìn)行補(bǔ)償


削角電路的作用就是通過(guò)降低Vp-p電壓來(lái)減小饋通電壓
削角IC應(yīng)用原理圖

5 Level Shifter IC :電位轉(zhuǎn)移電路
5.1 為什么需要電位轉(zhuǎn)移？
一般的TFT開(kāi)啟電壓需要20V以上，關(guān)斷電壓需要-5V以下，而來(lái)自TCON時(shí)序控制電路的電壓一般是 0V或3.3V這樣的邏輯電壓，因此需要Level Shifer實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。
5.2 WOA設(shè)計(jì)
通常的PANEL，Gate Driver放在玻璃基板外部，通過(guò)陣列外布線進(jìn)行設(shè)計(jì)（Wire On Array簡(jiǎn)稱WOA),Level Shifer電路集成在Gate Driver上。
5.3 GOA設(shè)計(jì)
另外的PANEL（以三星為代表），Gate Driver放在玻璃基板內(nèi)部，稱為Gate On Array（GOA)設(shè)計(jì)，也有叫GIP（Gate In Panel），或者COG(Chip On Glass），為了簡(jiǎn)化Panel設(shè)計(jì)，Level Shifter電路放在TCON板上，制作成獨(dú)立IC或集成在PM IC上面。

完結(jié)...