LCD產業分析：TCON與Controller的割裂，在割裂中求生存

本文將向各位讀者分析LCD產業中，因產業結構的界定，造成的系統方案格局，以及在此格局下，熱點核心算法相應的定位策略。

首先，粗略來看，LCD產業可分為液晶模組（俗稱面板）和系統集成（OEM）兩個上下游關系的產業集團。液晶模組廠集成panel和TCON等電路組件，生產特定接口規格（通常是LVDS，小尺寸的用TTL）和功能的液晶模組，提供給OEM；OEM采用各芯片廠商的LCD controller主板方案，通過LVDS等接口與液晶模組相連，構成完整的TV、Monitor、Notebook等液晶產品。

正是因這種產業結構的界定，造就了TCON與LCD controller兩套視頻ASIC細分產業。

目前，TCON主要執行LVDS轉Mini-LVDS/RSDS（以驅動source driver）、去SSC、gamma校正、dither/frc等功能。具有高附加值的產品還會增加RTC(Overdrive),甚至DBC(dynamic backlight control)等算法功能。RTC對液晶的運動模糊(motion blur)有一定的緩解能力，DBC既可大幅提高液晶的動態對比度，又可節能20~30%。有代表性的是，LG display為了尋求panel的差異化，其TCON增加了所謂的OPC(Optimal Power Control)功能，本質上就是一種DBC算法。除此之外，Samsung也為其TCON增加了MEMC-120Hz功能（后面還會講到），能顯著的改善液晶的運動模糊效應。

LCD Controller自然是液晶顯示系統的前端核心，目前已經廣泛實現了大規模集成。代表性的公司有ST(收購了之前的Genesis)、Trident、NXP、Micronas、Mediatek、Mstar、Realtek、Noveltek等。產品可集成AFE/HDMI/DP/DVI等接口，Video decoder、MPEG2/MPEG4/H.264 decoder等模擬或數字視頻解碼器，de-interlacer，scaler、3D Noise Reduction、color management、OSD engine、CSC(color space coversion, 3*3 Matrix)、contrast & sharpness enhancer、FRC(frame rate conversion)等功能單元。其中，NXP/trident(2009年4月收購了Macronas的FRC等業務)等公司還推出了支持MEMC-120Hz的高端芯片，在大尺寸高端液晶電視上得到了普及。

從技術的角度上來講，近年來為改善LCD保持型顯示方式固有的運動模糊和對比度差等問題，熱點技術有：

1）以MEMC為代表的插幀技術。

MEMC即運動估計運動補償，是一種依靠檢測視頻像素的運動向量，實現插幀顯示的技術，可顯著改善運動模糊。

其本質是減小了液晶保持時間。這一技術首先由Philips(NXP)的技術專家提出成熟的解決方案，近年才得到普及。由于需要大量的幀緩存和復雜的算法運算，實現成本相當高昂。當然，MEMC技術并非完美，主要的反駁者是小波理論的重要貢獻者Mallat博士，目前受聘于Zoran的附屬公司Let it wave，他倡導的Bandlet算法，以小波結合數值分析技術，號稱性能較之MEMC更佳，且更簡單易行。總之，利用時空相關性的創新技術，已經開始逐步取代相對簡單而陳舊的motion adatptive de-interlace、H/V separate scaler、Adaptive 3D Noise Reduction、LTI/CTI等技術。從研究人員的知識水平角度來看，視頻ASIC算法的開發人員，已經更多了融入了像Mallat博士這樣具有高深信號與圖像處理涵養和應用數學背景的高級人才,這非常有利于促進技術升級。但問題是，復雜算法與ASIC實現勢必存在學科領域的跨域，且ASIC設計對速度、功耗與面積的要求，必然追求算法的簡單易行性。因此，視頻ASIC的設計，是在性能、成本與功耗三者間追求權衡的藝術，這是算法與架構工程師必須始終考量的問題。

MEMC-120Hz等插幀技術由于加倍了帶寬，因此從節約系統成本，降低EMI等角度考量，適合集成于TCON。同時，這樣做可保持原有LCD Controller系統方案，避免再次開發。Samsung的McFi(motion-compensated frame interpolation)技術就是這種方案的典型案例。當然，MEMC集成于TCON也有其弊端。譬如，對于由24Hz的movie轉換成的隔行視頻，在送入集成MEMC的TCON之前，必然經過了原普通的LCD Controller的3:2下拉去隔行處理,從而無法復現順暢的movie。而將MEMC置于LCD Controller，則可以利用MEMC實現去隔行，而不需要3:2下拉，從而獲得流暢的movie。但綜合來看，MEMC集成于TCON更具成本優勢。

2）掃描背光技術。

除了以插幀方式減少液晶保持時間來緩解運動模糊之外，還有其它方式改善液晶動態性能。掃描背光的基本思想是將液晶的保持型顯示方式，通過背光的開關，變更為類似于CRT的脈沖顯示方式。這種技術可以和下面的動態背光技術相結合，同時達到改善運動模糊、提高對比度和節能的目的。

事實上，掃描背光技術面臨的主要問題是背光亮度。由于背光在部分時間內關閉，必然造成感知亮度的降低，因此需要具有更高發光強度的背光源支持，這需要材料領域的技術創新。從某種意義上講，如果解決了背光源強度的問題，掃描背光技術較MEMC等插幀技術更有成本優勢。因為MEMC插幀使得帶寬加倍，由此引發接口復雜、芯片面積與功耗增大等一系列問題；且掃描類型的顯示技術（如等離子）根本不需要MEMC等倍頻技術，故MEMC等技術增加了LCD的成本，降低了LCD的優勢。

掃描背光技術的具體實現與panel關系密切，因此，最佳的方案是將其控制算法集成于TCON內，組裝在液晶模組中。

3）動態對比度與動態背光技術。

傳統的液晶顯示，背光恒定，即使顯示的是全黑的畫面，背光依然開啟，不僅浪費了能源，也降低了對比度（黑的不黑），暗圖像有一種蒙紗的感覺。為提高對比度并節能，業界開發出了各種DBC算法。其基本原理是，通過直方圖histogram統計，一方面調控背光亮度，另一方面同時調整圖像的對比度。對背光調整（dimming）而言，大體分為0D,1D,2D三種類型。0D即背光系統僅由一個控制信號統一調控，成本低廉，是中低端顯示產品的主要方案。1D即背光燈分成若干個水平分組，每組由各自的控制信號調控，相對0D復雜些，可獲得更高的對比度增強效果和節能比例。2D調光多用于LED背光系統，LED背光將panel分成MxN個區域，相對獨立的根據局部圖像數據調整每個局部區域的背光亮度，因此能獲得比1D調光更佳的對比度和節能效果，但付出的成本也越高，主要用于大尺寸高端產品。

背光的亮度調整通常有兩種方法：一種是以直流電平控制背光電壓，這種方式背光始終開啟，缺點是對于1D和2D調光由于燈管或LED的性能一致性難以保證，容易造成亮度不均；另一種是以PWM方式，使背光交替開關，PWM的頻率通常是幀頻的數倍，超過了人眼的辨識范圍，故感受不到背光的閃爍，同時人眼對不同的占空比感知到不同的亮度。這種亮度調整方式，可克服電平調壓方式的弊端。目前各廠商的panel多同時支持兩種調光方式。

由于動態背光的具體實現與panel關系密切，因此，最佳的方案是將DBC做在TCON內，組裝在液晶模組中。LGD正式采用了這種結構，推出了獨具特色的OPC方案。

綜上可見，上述熱點技術，大都適合于TCON集成。

LCD顯示系統結構和產業結構的未來展望：

a)一方面，由于產業結構的發展慣性，LCD Controller和TCON作為兩個獨立的子系統將繼續存在并發展。

從產業結構和競爭態勢角度來講，ST(Genesis)、Trident、NXP、Micronas等公司在LCD controller高端領域的領先地位，以及MTK、Mstar等公司在中低端領域的強勢，都是初創公司短期內無法撼動的。值得欣慰的是，由于上述特定的產業結構，TCON作為相對獨立的系統尚存一定的發展空間，TCON的算法集成度有待進一步提升。另一個值得慶幸的是DissplayPort作為VESA標準，已經明確成為LVDS和DVI等內外接口的替代者。DP作為新鮮血液也將給TCON注入新的活力。

未來TCON的發展必然具有如下方向：

1）以DP_Rx取代管腳繁多的LVDS；

2）融合ODC/DBC/MEMC/Scan backlight等復雜算法功能，提升液晶動態性能。

3）在大尺寸應用中，以point to point接口取代目前的RSDS/Mini-LVDS等source driver接口，增加帶寬，降低成本。

b)另一方面，超薄（Slim）機型的時尚追求促使“機頂盒”式系統結構和產業結構的發展。

近年來，超薄LCD顯示系統層出不窮，已經成為LCD時尚的最新代表。

超薄對芯片集成度和功耗提出了更高要求。為解決此問題，除了追求更大規模的集成（如將Controller和TCON集成的imodule方案）外，還有另一種思路。這就是機頂盒+Monitor方案。

這里所謂的“機頂盒”并非DTV領域的含義，而是將前端的AFE/HDMI/VGA/CVBS/S-Video等接口、OSD、以及Video decoder、DTV decoder等解碼部件集成在一起的盒子，它以DP輸出解碼或采樣到的視頻，送給Monitor。

這里所謂的Monitor，也并非傳統意義上的PC顯示器。而是一個集成了Scaler、de-interlacer、ODC/DBC/MEMC/Scan backlight,以及TCON、source/gate dirver，和panel的完整顯示系統。由于DP可以承載隔行/逐行各種格式和分辨率的視頻（及音頻），Monitor中又具有de-interlacer和Scaler，因此，這樣的Monitor可以接收任何格式和分辨率的視頻，并正確顯示。成為通用的顯示終端。

也就是說，將視頻的采集（ADC）和解碼（模擬的或數字的）子系統與視頻顯示系統完全分離，并通過高速且可遠距離傳輸的單一DP線纜連接。從而構成靈活的液晶系統。Monitor可超薄壁掛，“機頂盒”則可“隱藏”于室內的任意角落。該顯示系統的控制，可通過射頻遙控“機頂盒”或Monitor實現，“機頂盒”與Monitor之間可以通過DP的aux通道互傳控制信息。用戶可選配不同型號的“機頂盒”（價格相對Monitor便宜的多）與Monitor搭配，即使發生DTV制式的升級或更改（如MPEG2改成H.264），也不用更換價值相對巨大的Monitor（顯示終端）。進而，這樣的"機頂盒"可具有多路分配功能，可以一拖多個Monior，實現家庭內的多顯示終端同時觀看。

如果，這樣一種顯示系統可以推廣普及，相應的視頻ASIC的產業結構也必然發生調整。TCON與Controller將集成，AFE和HDMI等接口以及Video decoder、DTV decoder等解碼部件將呈現獨立產品狀態。