tftlcd顯示原理詳解

1、TFTLCD顯示原理詳解什么是液晶我們一般認為物體有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，其實這只是針對水而言，有一些有機化和物還有介于固態(tài)和液態(tài)中間的狀態(tài)就是液晶態(tài)，如下圖（一）圖（一）TFTLCD顯示原理a：背景兩塊偏光的柵欄角度相互垂直時光線就完全無法通過，圖（六）是用偏光太陽鏡做的測試。圖（六）b:TFT LCD顯示原理液晶顯示器就是利用偏光板這個特性來完成的，利用上下兩片柵欄之間互垂直的偏光板之間充滿了液晶，在利用電場控制液晶分支的旋轉(zhuǎn)，來改變光的行進方向，如此一來，不同的電場大小，就會形成不同顏色度了，如圖（七）。上償幅色濾Jt片灌品房TFTJft版卜3W光片圖（七）b-1:當在不加上電極的時候

2、，當入射的光線經(jīng)過下面的偏光板（起偏器）時，會剩下單方向的光波，通過液晶分子時，由于液晶分子總共旋轉(zhuǎn)了90度，所以當光波到達上層偏光板時，光波的極化方向恰好轉(zhuǎn)了90度。下層的偏光板與上層偏光板，角度也是恰好差異90度。所以光線便可以順利的通過，如果光打在紅色的濾光片上就顯示為紅色。效果如圖（七）中前兩個圖所不。b-2:當在加上電極后（最大電極），液晶分子在受到電場的影響下，都站立著，光路沒有改變，光就無法通過上偏光板，也就無法顯示，如圖（七）藍色濾光片下面的液晶。c:TFT-LCD驅(qū)動電路。為了顯示任意圖形，TFT-LCD用mn點排列的逐行掃描矩陣顯示。在設(shè)計驅(qū)動電路時，首先要考慮液晶電解會使

3、液晶材料變質(zhì)，為確保壽命一般都采用交流驅(qū)動方式。已經(jīng)形成的驅(qū)動方式有：電壓選擇方式、斜坡方式、DAC方式和模擬方式等。由于TFT-LCD主要用于筆記本計算機，所以驅(qū)動電路大致分成：信號控制電路、電源電路、灰度電壓電路、公用電極驅(qū)動電路、數(shù)據(jù)線驅(qū)動電路和尋址線驅(qū)動電路（柵極驅(qū)動IC）。上述驅(qū)動電路的主要功能是：信號控制電路將數(shù)字信號、控制信號以及時鐘信號供給數(shù)字IC,并把控制信號和時鐘信號供給柵極驅(qū)動IC;電源電路將需要的電源電壓供給數(shù)字IC和柵極驅(qū)動IC;灰度電壓電路將數(shù)字驅(qū)動電路產(chǎn)生的10個灰度電壓各自供給數(shù)據(jù)驅(qū)動；公用電極驅(qū)動電路將公用電壓供給相對于象素電極的共享電極；數(shù)據(jù)線驅(qū)動電路將信號

4、控制電路送來的RG日言號的各6個比特顯示數(shù)據(jù)以及時鐘信號，定時順序鎖存并續(xù)進內(nèi)部，然后此顯示數(shù)據(jù)以6比特DA變換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，再由輸出電路變換成阻抗，供給液晶屏的資料線；柵極驅(qū)動電路將信號控制電路送來TAB的時鐘信號，通過移位寄存器轉(zhuǎn)換動作，將輸出電路切換成ONTOFF電壓，并順次加到液晶屏上。最后，將驅(qū)動電路裝配在（自動焊接柔性線路板）上，用ACF（各向異性導(dǎo)電膠膜）、TCP（驅(qū)動電路柔性引帶）與液晶顯示屏相連接。d:TFT-LCD工作原理首先介紹顯示原理。液晶顯示的原理基于液晶的透光率隨其所施電壓大小而變化的特性。當光通過上偏振片后，變成線性偏振光，偏振方向與偏振片振動方向一致，與上下

5、玻璃基板上面液晶分子排列順序一致。當光通過液晶層時，由于受液晶折射，線性偏振光被分解為兩束光。又由于這兩束光傳播速度不同（相位相同），因而當兩束光合成后，必然使振光的振動方向發(fā)生變化。通過液晶層的光，則被逐漸扭曲。當光達到下偏振片時，其光軸振動方向被扭曲了90度，且與下偏振片的振動方向保持一致。這樣，光線通過下偏振片形成亮場。加上電壓以后，液晶在電場作用下取向，扭曲消失。這時，通過上偏振片的線性偏振光，在液晶層不再旋轉(zhuǎn)，無法通過下偏振片而形成暗場?？梢娨壕П旧聿话l(fā)光，在外光源的調(diào)制下，才能顯示，在整個顯示過程中，液晶起到一個電壓控制的光閥作用。TFT-LCD的工作原理則可簡述為：當柵極正向電壓

6、大于施加電壓時，漏源電極導(dǎo)通，當柵極正向電壓等于0或負電壓時，漏源電極斷開。漏電極與ITO象素電極連結(jié)，源電極與源線（列電極）連結(jié)，柵極與柵線（行電極）連結(jié)。這就是TFT-LCD的簡單工作原理c:常用的液晶結(jié)構(gòu)c-1:所謂的NW（Normallywhite）NWj旨當我們對液晶面板不施加電壓時，我們所看到的面板是亮的畫面，所以才叫做normallywhite。另外一種，當對液晶面板不施加電壓時，面板無法透光，看起來是黑色的，就稱之為NB（Normallyblack）c-2:為什么要有這兩種結(jié)構(gòu)主要是為了不同的應(yīng)用環(huán)境。一般桌上型計算機或是筆記型計算機，大多為NW勺配置，那是因為一般計算機軟件的

7、使用環(huán)境，你會發(fā)現(xiàn)整個屏幕大多是亮點，也就是說計算機軟件多為白底黑字的應(yīng)用。既然亮著的點占大多數(shù)，使用NWS然比較方便，也因為NW勺亮點不需要加電壓，平均起來也會比較省電。反過來，NB的應(yīng)用環(huán)境大多是屬于顯示屏為黑底的應(yīng)用了。a:lcd切面的結(jié)構(gòu):圖（八）b:作用原理TFT_LCD（薄膜晶體管?晶顯示器），液晶顯示器需要電壓控制來產(chǎn)生灰階.TFT利用薄膜晶體管來產(chǎn)生電壓，以控制液晶轉(zhuǎn)向的顯示器。從圖（八）的切面結(jié)構(gòu)圖來看，在上下兩層玻璃間夾著液晶，便會形成平彳f板電容器，我們稱之為CLC（capacitorofliquidcrystal）.它的大小約為，但是實際應(yīng)用上，這個電容并無法將電壓保持

8、到下一次再更新畫面數(shù)據(jù)的時候.也就是說當TFT對這個電容充好電時，它并無法將電壓保持住，直到下一次TFT再對此點充電的時候.（以一般60Hz的畫面更新頻率，需要保持約16ms的時間.）這樣一來，電壓有了變化，所顯示的灰階就會不正確.因此一般在面板的設(shè)計上，會再加一個彳i#存電容CS（storagecapacitor大約為，以便讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫面的時候.不過正確的來說，長在玻璃上的TFT本身，只是一個使用晶體管制作的開關(guān).它主要的工作是決定LCDsourcedriver上的電壓是不是要充到這個點來.至于這個點要充到多高的電壓，以便顯示出怎樣的灰階.都是由外面的LCDsource

9、driver來決定的.c:框膠與spacer：框膠與spacer兩種結(jié)構(gòu)成分.其中框膠的用途，就是要讓液晶面板中的上下兩層玻璃，能夠緊密黏住，并且提供面板中的液晶分子與外界的阻隔，所以框膠正如其名，是圍繞于面板四周，將液晶分子框限于面板之內(nèi).而spacer主要是提供上下兩層玻璃的支撐，它必須均勻的分布在玻璃基板上，不然一但分布不均造成部分spacer聚集在一起，反而會阻礙光線通過，也無法維持上下兩片玻璃的適當間隙（gap）,會成電場分布不均的現(xiàn)象，進而影響液晶的灰階表現(xiàn)放大鏡下的液晶圖（九）a:每個像素點的結(jié)構(gòu)放大鏡下面的液晶面板如圖（九）中所顯示的樣子.每一份像素點由紅色,藍色,綠色三個子基

10、色構(gòu)成（這就是所謂的三原色.也就是說利用這三種顏色）。我們把RGBE種顏色，分成獨立的三個點，各自擁有不同的灰階變化，然后把鄰近的三個RG遍示的點，當作一個顯示的基本單位，也就是pixel.那這一個pixel,就可以擁有不同的色彩變化了.（然后對于一個需要分辨率為1024*768的顯示畫面，我們只要讓這個平面顯示器的組成有1024*768個pixel,）便可以正確的顯示這一個畫面.b：開口率液晶顯示器中有一個很重要的參數(shù)就是亮度，而決定亮度最重要的因素就是開口率。開口率就是光線能透過的有效區(qū)域比例。每一個RGB勺點之間的黑色部分，就叫做Blackmatrix.我們回過頭來看圖（九）就可以發(fā)現(xiàn)，

11、blackmatrix主要是用來遮住不打算透光的部分.比如像是一些ITO的走線，或是Cr/Al的走線，或者是TFT的部分.這也就是為什么我們在圖（九）中每一個RGB勺亮點看起來，并不是矩形，在其左上角也有一塊被blackmatrix遮住的部分，這一塊黑色缺角的部份就是TFT的所在位置圖（十）像素a：像素原理液晶面板上每個像素都分成紅、綠、藍三種顏色，RG蹴是所謂的三原色，利用這三種顏色可以混合出各種不同的顏色，我們把RGBE種顏色分成獨立的三個點，各自擁有不同的灰階變化，然后把鄰近的三個RGBB示的點當作一個顯示的基本單元，就是像素，這個像素就可以擁有不同的色彩變化了。b：顏色深度醺色深度(C

12、olor數(shù)目GrayScale0816depth):LCD可51示的II色2432404a56S3White封6bitSS示器而言.共可以期示不x?=2W44418卜讓1示器而言，共可以醺示25MFx2吆16,777入6萬號千包最瓶normalColor256Color8(R)*8(G)*4(B)=256ColorHighColor65536Coloe32(R)*64(G)*32(B)=65536ColorFullColor64(R)*64(G)*64(B)=262144ColorTrueColor256(R)*256(G)*256(B)=Colora:結(jié)構(gòu)圖Block Diagram of

13、LCD DrivingLDl:Drying- ICLCDK的序控制窗2 .胡刪動熟3 .源啾（動蹈4、IT流門:流轉(zhuǎn)換器灰皮被電打；電路6.PCBCX/Y7,逆變器8、接口圖（十二）b:主要的驅(qū)動TFT工作的部分有以下幾個1、sourcedriver源驅(qū)動，負責供電2、gatedriver柵驅(qū)動，負責打開關(guān)閉。3、時序控制電路，負責控制gatedriver4、灰度、gammag制電路圖（十三）a：整片面板的大致結(jié)構(gòu)從圖（十三）中我們可以看到整片面板的等效電路，其中每一個TFT與兩個電容所并聯(lián)（代表一個顯示的點.而一個基本的顯示單元pixel,則需要三個這樣顯示的點，分別來代表RGB三原色.以一

14、個1024*768分辨率的TFT_LC睞說，共需要1024*768*3個這樣的點組合而成）b：顯示步驟如圖中g(shù)atedriver所送出白波形，依序?qū)⒚恳恍械腡FT打開，好讓整排的sourcedriver同時將一整行的顯示點，充電到各自所需的電壓，顯示不同的灰階.當這一行充好電時,gatedriver便將電壓關(guān)閉，然后下一行的gatedriver便將電壓打開，再由相同的一排sourcedriver對下一行的顯示點進行充放電.如此依序下去，當充好了最后一行的顯示點，便又回過來從頭從第一行再開始充電.b-1:圖示先開放第一行，其他關(guān)閉。ONOFFOFFOFF接著關(guān)閉第一行，電壓已經(jīng)固定，固顏色也固定

15、，然后開放第二類，其余關(guān)閉，以此類推。OFFONOFFOFF圖（十五）由于液晶分子還有一種特性，就是不能夠一直固定在某一個電壓不變，不然時間久了，你即使將電壓取消掉，液晶分子會因為特性的破壞，而無法再因應(yīng)電場的變化來轉(zhuǎn)動，以形成不同的灰階.所以每隔一段時間，就必須將電壓恢復(fù)原x,以避免液晶分子的特性遭到破壞.光源背光源京匕下Ia般片光板反舸片圖（十七）手機上用的TFT類型的LCD大部分是用LED來作為光源的，現(xiàn)有高通手機上背光有三種方式：1、PWM方式，根據(jù)輸出方波的占空比來控制電流大小2、一線脈沖方式，根據(jù)輸入方波的邏輯連控制輸出電流大小3、dcs方式，有LCD反饋給背光控制芯片來控制輸出電

16、流大小一般手機上都會有個背光控制芯片來升壓控制電流，以8x25上的背光芯片TPS61161為例（其他的背光芯片也類似）TPS61161的連接方式:CTRL需要連接到平臺上的GPIO或則PMIC上的GPI。這款芯片是pwmr式和一線脈沖方式兩用的芯片，工作模式如下:IjEM rnnodBrrii-Figure 13. Dimming Mode Detection and Soft Star! PWU Brightness DimmingEH IV I rru-vg bm-m圖（十八）上圖，上半部分就是PWM式，控制就由GPIO直接連到背光芯片上即可，有一點需要注意，一般用PW昉式都是由PMIC直接控制的因為如果用AP控制在系統(tǒng)負載大的時候PWMK形會失真。下半部分為一線脈沖方式輸入需要有一個邏輯來觸發(fā)一線脈沖方式數(shù)據(jù)格式如下:圖（十九）數(shù)據(jù)對應(yīng)的電流值如下（只給出部分電流值）Tstjie1.Selectablefbvoltage圖（二十）DCSPT式則是LCD本身可以支持CABC或則LABg能圖（二十一）原理，如圖，平臺這邊用mipidcs命令控制CAB通能,LCD的寄