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摘要：薄膜晶体管液晶显示器（T F T -LCD）具有重量轻、平板化、低功耗、无辐射、显示品质优良等特点，其应用领域正在逐步扩大，已经从音像制品、笔记本电脑等显示器发展到台式计算机、工程工作站（EWS）用监视器。对液晶显示器的要求也正在向高分辨率、高彩色化发展。本文分析了TFT-LCD周边驱动电路集成化设计。
关键词：TFT-LCD；驱动电路；集成化设计
周边集成驱动电路可以使大规模集成电路中的外部驱动电路和接口数量大幅度减少，成本也随之大大降低，最终实现产品的可靠性增强和整体尺寸缩小的目标。
一、TFT-LCD周边驱动电路集成化设计
1.硬件电路设计。高性能的三通道视频A D C 可以同时实现对RGB 三色信号的实时采样。系统采用3 2 位浮点芯片ADSP-21160 来处理数据，能实时完成伽玛校正、时基校正、图像优化等处理，且满足了系统的各项性能需求。ADSP-21160 有6 个独立的高速8 位并行链路口，分别连接ADSP-21160 前端的模数转换芯片AD9883A 和后端的数模转换芯片ADV7125。ADSP-21160 具有超级哈佛结构，支持单指令多操作数（SIMD）模式，采用高效的汇编语言编程能实现对视频信号的实时处理，不会因为处理数据时间长而出现延迟。系统采用不同的链路口完成输入和输出，可以避免采用总线可能产生的通道冲突。模拟视频信号由AD9883A 完成模数转换。三通道的ADC，因此系统可以完成单色的视频信号处理，也可以完成彩色的视频信号处理。采样所得视频数字信号经链路口输入到ADSP-21160，完成处理后由不同的链路口输出到ADV7125，完成数模转换。ADV7125 是三通道的D A C，同样也可以用于处理彩色信号。输出视频信号到灰度电压产生电路，得到驱动液晶屏所需要的驱动电压。ADSP-21160 还有通用可编程I/O 标志脚，可用于接受外部控制信号，给系统及其模块发送控制信息，以使整个系统稳定有序地工作。例如，ADSP-21160 为灰度电压产生电路和液晶屏提供必要的控制信号。另外，系统还设置了一些LED 灯，用于直观的指示系统硬件及DSP 内部程序各模块的工作状态。本设计采用从闪存引导的方式加载DSP 的程序文件，闪存具有很高的性价比，体积小，功耗低。由于本系统中的闪存既要存储DSP 程序，又要保存对应于不同的伽玛值的查找表数据以及部分預设的显示数据。
2.系统功能设计。一是伽玛校正的实现。本文采用较科学的γ校正处理技术，对数字三基色视频信号分别进行数字γ校正（也可以对模拟三基色视频信号分别进行γ校正）。在完成γ校正的同时，并不损失灰度层次，使全彩色显示屏图像更鲜艳，更逼真，更清晰。其他二色与此相同。以单色光γ调整为例：首先根据外部提供的一组控制信号，进行第一次查表，得到γ调整系数（γ值）。然后根据该γ值和输入的显示数据进行第二次查表，得到经校正后的显示数据。第一次查表的γ值是通过外部的控制信号输入到控制模块进行第一次查表得到的。8 位显示数据信号可查表数字0～255 种灰度级显示数据（γ校正后）。二是图像优化。为了提高图像质量，内部还设计了图像效果优化及特技模块，许多在模拟处理中无法进行的工作可以在数字处理中进行，例如，二维数字滤波、轮廓校正、细节补偿频率微调、准确的彩色矩阵（线性矩阵电路）、黑斑校正、g 校正、孔阑校正、增益调整、黑电平控制及杂散光补偿、对比度调节等，这些处理都提高了图像质量。数字特技是对视频信号本身进行尺寸、位置变化和亮、色信号变化的数字化处理，它能使图像变成各种形状，在屏幕上任意放缩、旋转等，这些是模拟特技无法实现的。还可以设计滤波器来滤除一些干扰信号和噪声信号等，使图像的清晰度更高，更好地再现原始图像。所有的信号和数据都是存储在DSP内部，由它内部产生的时钟模块和控制模块实现的。三是时基校正及系统控制。由于内部各个模块的功能和处理时间不同，各模块之间存在一定延时，故需要进行数字时基校正，使存储器最终输出的数据能严格对齐，而不会出现信息的重叠或不连续。数字时基校正主要用于校正视频信号中的行、场同步信号的时基误差。首先，将被校正的信号以它的时基信号为基准写入存储器，然后，以TFT-LCD 的时基信号为基准读出，即可得到时基误差较小的视频信号。此外，内部还设计了总线控制模块，模拟总线的工作，为外部的具有接口的器件提供SCLK（串行时钟信号）和SDA（双向串行数据信号）。
3.系统软件设计。在软件设计采用Matlab软件计算出校正值，并以查找表的文件形式存储，供时序的调用。系统上电开始，首先要完成ADSP-21160 的一系列寄存器的设置，以使DSP 能正确有效地工作。当ADSP-21160 接收到有效的视频信号以后，根据外部控制信息确定γ值。为适应不同TFT-LCD 屏对视频信号的显示，系统可以通过调整γ值，以调节显示效果到最佳。对先前预存的文件进行查表，得到所需的矫正后的值，然后暂存等待下一步处理。系统还可以根据视频信号特点和用户需要完成一些图像的优化和特技，如二维数字滤波、轮廓校正、增益调整、对比度调节等。这些操作可由用户需求选择性使用。利用ADSP-21160还可以实现图像翻转、停滞等特技。最后进行数字时基校正，主要用于校正视频信号中的行、场同步信号的时基误差，使存储器最终输出的数据能严格对齐，而不会出现信息的重叠或不连续。除了以上所述的主要功能以外，还根据时序控制信号，为灰度电压产生电路和T F T - L C D 屏提供必要的控
二、发展趋势
随着TFT-LCD在电视、手机、笔记本电脑、显示器以及手持终端设备等领域的广泛应用，近年来发展迅猛，已受到人们的广泛关注。就TFT-LCD技术未来的发展趋势而言，主要表现在低成本以及低功耗等方面。
1.低成本、一般而言，降低成本已成为企业赖以生存的重要法则。纵观TFT-LCD的发展历程，不难发现，增大玻璃基板尺寸、减少掩模版数量、提升基台产能和产品良率以及就近采购原材料等方式，是众多TFT-LCD生产企业不断努力的方向。由于TFT-LCD用玻璃基板对化学组成、性能以及生产工艺条件都要求极高，使得全球的TFT-LCD用玻璃基板生产技术和市场长期以来都一直被美国康宁、日本旭硝子和电气硝子等少数几家企业所垄断。这为我国大陆TFT-LCD生产企业上游原材料本地化配套、大幅度降低制造成本提供了重要保障。
2.低功耗。随着笔记本电脑、手机、MP4等便携式电子设备的不断普及和发展，液晶显示由于具有轻薄的特点而使其成为继CRT显示之后最受欢迎的显示器件，而低功耗设计也将为TFT-LCD应用带来广阔的前景。人们通过采用低压液晶、高效率背光源以及反射式LCD等手段，均可实现降低功耗和节约成本的目的。常见的TFT-LCD采用背光源透射LCD面板，实现高分辨率、高亮度显示功能，但美中不足的是其功耗较大，且占据一定的空间。由于这种方法是利用并调制周围环境的光线反射显示图像，故称作反射式TFT-LCD。一般地，印刷品的反射率为50%～80%，对比度约为5：1，因反射式彩色LCD显示的最终目标是取代印刷品，所以在技术开发中，反射率和对比度就成为最重要的考察指标。同时还具有良好的可视性、运动图像显示以及较宽的工作温度范围等特性，可谓是未来移动显示器件的潜力平台。
随着TFT-LCD产业的不断发展和壮大，以TFT-LCD为代表的平板显示目前已替代CRT成为显示领域的主流。同时，TFT-LCD作为电子信息产业的支柱与核心基础，正以其辐射范围广、拉动效应显著等特点，极大地推动着新材料、新装备、智能化软件以及系统应用等领域的蓬勃发展。
参考文献：
[1]王大巍，王 刚，李俊峰等. 薄膜晶体管液晶显示器件的制造、测试与技术发展[M]. 北京：机械工业出版社，2017. 25-31，2007.
[2]谷至华. 薄膜晶体管（TFT）阵列制造技术[M]. 上海：复旦大学出版社，2016. 55-74，2007.
[3] 梁 珂，王 刚. TFT-LCD亮度提高对策[C]. 2016中国平板显示学术会议2016中国平板显示学术会议论文集，pp. 9-13，2016.
关键词：TFT-LCD；驱动电路；集成化设计
周边集成驱动电路可以使大规模集成电路中的外部驱动电路和接口数量大幅度减少，成本也随之大大降低，最终实现产品的可靠性增强和整体尺寸缩小的目标。
一、TFT-LCD周边驱动电路集成化设计
1.硬件电路设计。高性能的三通道视频A D C 可以同时实现对RGB 三色信号的实时采样。系统采用3 2 位浮点芯片ADSP-21160 来处理数据，能实时完成伽玛校正、时基校正、图像优化等处理，且满足了系统的各项性能需求。ADSP-21160 有6 个独立的高速8 位并行链路口，分别连接ADSP-21160 前端的模数转换芯片AD9883A 和后端的数模转换芯片ADV7125。ADSP-21160 具有超级哈佛结构，支持单指令多操作数（SIMD）模式，采用高效的汇编语言编程能实现对视频信号的实时处理，不会因为处理数据时间长而出现延迟。系统采用不同的链路口完成输入和输出，可以避免采用总线可能产生的通道冲突。模拟视频信号由AD9883A 完成模数转换。三通道的ADC，因此系统可以完成单色的视频信号处理，也可以完成彩色的视频信号处理。采样所得视频数字信号经链路口输入到ADSP-21160，完成处理后由不同的链路口输出到ADV7125，完成数模转换。ADV7125 是三通道的D A C，同样也可以用于处理彩色信号。输出视频信号到灰度电压产生电路，得到驱动液晶屏所需要的驱动电压。ADSP-21160 还有通用可编程I/O 标志脚，可用于接受外部控制信号，给系统及其模块发送控制信息，以使整个系统稳定有序地工作。例如，ADSP-21160 为灰度电压产生电路和液晶屏提供必要的控制信号。另外，系统还设置了一些LED 灯，用于直观的指示系统硬件及DSP 内部程序各模块的工作状态。本设计采用从闪存引导的方式加载DSP 的程序文件，闪存具有很高的性价比，体积小，功耗低。由于本系统中的闪存既要存储DSP 程序，又要保存对应于不同的伽玛值的查找表数据以及部分預设的显示数据。
2.系统功能设计。一是伽玛校正的实现。本文采用较科学的γ校正处理技术，对数字三基色视频信号分别进行数字γ校正（也可以对模拟三基色视频信号分别进行γ校正）。在完成γ校正的同时，并不损失灰度层次，使全彩色显示屏图像更鲜艳，更逼真，更清晰。其他二色与此相同。以单色光γ调整为例：首先根据外部提供的一组控制信号，进行第一次查表，得到γ调整系数（γ值）。然后根据该γ值和输入的显示数据进行第二次查表，得到经校正后的显示数据。第一次查表的γ值是通过外部的控制信号输入到控制模块进行第一次查表得到的。8 位显示数据信号可查表数字0～255 种灰度级显示数据（γ校正后）。二是图像优化。为了提高图像质量，内部还设计了图像效果优化及特技模块，许多在模拟处理中无法进行的工作可以在数字处理中进行，例如，二维数字滤波、轮廓校正、细节补偿频率微调、准确的彩色矩阵（线性矩阵电路）、黑斑校正、g 校正、孔阑校正、增益调整、黑电平控制及杂散光补偿、对比度调节等，这些处理都提高了图像质量。数字特技是对视频信号本身进行尺寸、位置变化和亮、色信号变化的数字化处理，它能使图像变成各种形状，在屏幕上任意放缩、旋转等，这些是模拟特技无法实现的。还可以设计滤波器来滤除一些干扰信号和噪声信号等，使图像的清晰度更高，更好地再现原始图像。所有的信号和数据都是存储在DSP内部，由它内部产生的时钟模块和控制模块实现的。三是时基校正及系统控制。由于内部各个模块的功能和处理时间不同，各模块之间存在一定延时，故需要进行数字时基校正，使存储器最终输出的数据能严格对齐，而不会出现信息的重叠或不连续。数字时基校正主要用于校正视频信号中的行、场同步信号的时基误差。首先，将被校正的信号以它的时基信号为基准写入存储器，然后，以TFT-LCD 的时基信号为基准读出，即可得到时基误差较小的视频信号。此外，内部还设计了总线控制模块，模拟总线的工作，为外部的具有接口的器件提供SCLK（串行时钟信号）和SDA（双向串行数据信号）。
3.系统软件设计。在软件设计采用Matlab软件计算出校正值，并以查找表的文件形式存储，供时序的调用。系统上电开始，首先要完成ADSP-21160 的一系列寄存器的设置，以使DSP 能正确有效地工作。当ADSP-21160 接收到有效的视频信号以后，根据外部控制信息确定γ值。为适应不同TFT-LCD 屏对视频信号的显示，系统可以通过调整γ值，以调节显示效果到最佳。对先前预存的文件进行查表，得到所需的矫正后的值，然后暂存等待下一步处理。系统还可以根据视频信号特点和用户需要完成一些图像的优化和特技，如二维数字滤波、轮廓校正、增益调整、对比度调节等。这些操作可由用户需求选择性使用。利用ADSP-21160还可以实现图像翻转、停滞等特技。最后进行数字时基校正，主要用于校正视频信号中的行、场同步信号的时基误差，使存储器最终输出的数据能严格对齐，而不会出现信息的重叠或不连续。除了以上所述的主要功能以外，还根据时序控制信号，为灰度电压产生电路和T F T - L C D 屏提供必要的控
二、发展趋势
随着TFT-LCD在电视、手机、笔记本电脑、显示器以及手持终端设备等领域的广泛应用，近年来发展迅猛，已受到人们的广泛关注。就TFT-LCD技术未来的发展趋势而言，主要表现在低成本以及低功耗等方面。
1.低成本、一般而言，降低成本已成为企业赖以生存的重要法则。纵观TFT-LCD的发展历程，不难发现，增大玻璃基板尺寸、减少掩模版数量、提升基台产能和产品良率以及就近采购原材料等方式，是众多TFT-LCD生产企业不断努力的方向。由于TFT-LCD用玻璃基板对化学组成、性能以及生产工艺条件都要求极高，使得全球的TFT-LCD用玻璃基板生产技术和市场长期以来都一直被美国康宁、日本旭硝子和电气硝子等少数几家企业所垄断。这为我国大陆TFT-LCD生产企业上游原材料本地化配套、大幅度降低制造成本提供了重要保障。
2.低功耗。随着笔记本电脑、手机、MP4等便携式电子设备的不断普及和发展，液晶显示由于具有轻薄的特点而使其成为继CRT显示之后最受欢迎的显示器件，而低功耗设计也将为TFT-LCD应用带来广阔的前景。人们通过采用低压液晶、高效率背光源以及反射式LCD等手段，均可实现降低功耗和节约成本的目的。常见的TFT-LCD采用背光源透射LCD面板，实现高分辨率、高亮度显示功能，但美中不足的是其功耗较大，且占据一定的空间。由于这种方法是利用并调制周围环境的光线反射显示图像，故称作反射式TFT-LCD。一般地，印刷品的反射率为50%～80%，对比度约为5：1，因反射式彩色LCD显示的最终目标是取代印刷品，所以在技术开发中，反射率和对比度就成为最重要的考察指标。同时还具有良好的可视性、运动图像显示以及较宽的工作温度范围等特性，可谓是未来移动显示器件的潜力平台。
随着TFT-LCD产业的不断发展和壮大，以TFT-LCD为代表的平板显示目前已替代CRT成为显示领域的主流。同时，TFT-LCD作为电子信息产业的支柱与核心基础，正以其辐射范围广、拉动效应显著等特点，极大地推动着新材料、新装备、智能化软件以及系统应用等领域的蓬勃发展。
参考文献：
[1]王大巍，王 刚，李俊峰等. 薄膜晶体管液晶显示器件的制造、测试与技术发展[M]. 北京：机械工业出版社，2017. 25-31，2007.
[2]谷至华. 薄膜晶体管（TFT）阵列制造技术[M]. 上海：复旦大学出版社，2016. 55-74，2007.
[3] 梁 珂，王 刚. TFT-LCD亮度提高对策[C]. 2016中国平板显示学术会议2016中国平板显示学术会议论文集，pp. 9-13，2016.