改善液晶电视显示性能的技术和方案分析

TFT-LCD模块在从传统的计算机显示器的应用转向到电视应用过程中，设计工程师面临解决响应速度慢、闪烁、背光等技术挑战。本文讨论了包括消除珈玛失配、改善明暗图像的对比度等解决这些挑战的新技术，并提供了相应的新型器件应用。

LCD显示器在过去5年得到快速普及。这种促进笔记本电脑市场发展的技术，如今在很多台式电脑应用中取代CRT，它能够清晰地再现文字，并以无需占用整个桌面的外形尺寸提供较大的显示面积。如今，随着PC与多媒体体验的融合，高性能视频再现正在成为对该技术的一个关键要求。过去LCD显示器的一些缺陷包括色彩再现效果差、运动图像拖尾现象以及无法再现细节，特别是在非常亮或者非常暗的图像区域里。

除了技术上的问题之外， LCD显示器的另一个由来已久的缺点就是成本高。如果不考虑空间占用问题的话，现在的CRT提供了一种非常具有成本效益的显示方案。LCD面板的价格下降很快，特别是在去年下半年，面板供过于求，这导致了很多厂商降低它们的价格，尽管也有一些厂商通过削减产量以使供需平衡。

本文将讨论能使TFT-LCD具有更好的视频再现的一些新技术，以及降低成本的压力如何与这些技术趋势相互抵触。

LCD模块组件

无论面板是设计用来做笔记本、台式电脑的显示器，还是应用在电视机上，一些功能都是必需的，但是每类产品的性能不一样。

时序控制器是位于面板中心的一个数字IC，它负责控制将数据写入LCD显示器的扫描机制的时序。时序控制器对列和行驱动器进行复位，以便从显示器的最上面一行开始写入数据，每次扫描一行，直到显示器的最下面一行。行驱动器是功率驱动的，用来选择在一个指定的时间写入哪一行的数据。列驱动器将输入到显示器的数字视频数据转换成可存储在每一个像素单元里的模拟电压。

每个LCD面板显然都需要电源，面板上有4个主要的电压电源。主电源（AVDD）提供驱动LCD显示器中众多模拟IC（包括将图像内容驱动到显示器本身的列驱动器）所需的高电压。尽管很多人认为TFT-LCD是数字显示器，但每个像素的亮度实际上是由存储在像素单元中的模拟电压电平所决定的，并利用在像素之前的RGB滤波器来实现色彩再现。由于显示器的这种模拟特性，AVDD电源必须具备很好的负载调节能力，并且能提供足够的电流来对显示器中每个像素进行快速充放电。显示器内的其它电源包括数字IC所用的逻辑电源，以及为显示器中行驱动器供电的高电压Von和负电压VOFF。对于高性能视频显示器来说，使用高性能TFT-LCD调节器非常重要，它可以减少图像失真和拖尾效应。像EL7585这样的器件在单个IC中包含所有这4个电源，另外还提供对避免损坏LCD显示器很重要的电源排序功能。

利用VCOM放大器为显示器中所有像素提供一个非常稳定的参考电压。这个电压通常约为AVDD值的一半，每个像素的亮度由列驱动器提供的电压与VCOM电压之差决定。

像素发出的光与施加到这个像素上的电压呈非线性关系，这个所谓的"珈玛曲线"实际上是一个S曲线，它相对VCOM可以是正值，也可以是负值。事实上，大多数面板上的像素在两极之间交替切换，这样显示器上的平均电压值为0V，避免了与偏压相关的老化（burn-in）问题。由于每个面板都有不同的珈玛曲线响应，列驱动器需要一个参考曲线，这样它们能为每个像素提供合适的电压驱动，得到所需的亮度。一般采用珈玛缓冲器提供这种曲线，也可以用一串电阻模拟该曲线。

在LCD框图中，最后的器件是背光驱动器。由于LCD面板本身并不发光，因此需要背光，LCD实际上是打开或关闭来自其后面光源的光。现在几乎所有的LCD面板都使用CCFL（冷阴极荧光灯）背光，这些CCFL的驱动需要非常高的交流电压波形。一般笔记本和显示器的面板只需要一个CCFL控制器，然而大面板、TV类型的显示器要求更亮的背光，也即需要更多的CCFL，因而需要更多的驱动器。来自这些CCFL的光还必须匹配，否则显示屏的图像亮度将不均匀。

减少运动模糊

在LCD显示器上观看视频的一个最大问题就是运动模糊。这是由于显示器中液晶的响应速度慢而引起的，并导致运动图像后面出现拖尾的现象。当前的液晶技术能支持的响应时间在12到16毫秒之间，尽管这比两年前的20到30毫秒快了不少，但仍然不能完全消除这种拖尾现象。当然，这已经成为LCD开发的一个主要关注焦点，目前有很多技术可以用来解决这个问题。

来自LCD面板阵线最有效的方案是加快液晶材料的响应速度。通过对每个像素采用过驱动可提高当前材料的响应速度，然而这还无法达到所需的响应速度。现在有些公司正在展示灰色到灰色的响应时间为5毫秒、灰色到黑色的响应时间为1毫秒的新材料。灰色到黑色的快速响应能够使黑色插入技术得到非常有效的利用。黑色插入技术在每个图像帧之间插入黑色帧，产生与CRT相似的快速脉冲调制效应。人脑可以滤除这种闪烁并自动产生中间图像。在最近的展览中对黑色插入技术的演示证明该技术是非常有效的。

如果没有响应速度快的液晶，这种效果也可以通过对背光进行脉冲调制来仿真。这种方法也已证明非常有效。通过从顶部到底部对背光进行扫描，可进一步消除运动图像的拖尾现象，这样可以得到非常清楚的运动图像。