TFT-LCD顯示原理及驅(qū)動介紹

1、 TFT-LCD顯示原理及驅(qū)動介紹 TFT-LCD 基本驅(qū)動方式及應(yīng)用 主要內(nèi)容TFT LCD的相關(guān)知識TFT LCD：Thin Film Transistor Liquid Crystal Display。 超薄膜晶體管液晶顯示器1、優(yōu)點(diǎn)：2、缺點(diǎn)：觀賞視角的限制響應(yīng)速度較慢（液晶轉(zhuǎn)動速度決定）播放劇烈運(yùn)動的圖像會出現(xiàn)圖像模糊操作溫度範(fàn)圍有限制LC： Liquid Crystal 液態(tài)晶體。CF：Color Filter彩色濾光片。分R、G、B 三種顏 色的濾光片。B/L： Back light背光。 L/G： Light Guide導(dǎo)光板。data line:數(shù)據(jù)線，進(jìn)行資料的傳輸。 sc

2、an line :掃描線，控制TFT的開關(guān)。 控制TFT上的電晶體是on/off。 On時，資料可以傳 輸；off時，資料不能傳輸。12801024TFT LCD相關(guān)名詞TFTPolarizer 偏光板 CFPolarizer 偏光板 PCBALight Guide燈管LC cell 生產(chǎn)流程 液晶分子可改變光的極化狀態(tài)，穿過扭曲液晶時，光線被液晶分子扭轉(zhuǎn)90度。通過TFT電壓控制開關(guān)來控制液晶分子兩端的電壓，不同壓差下有不同穿透率，極化程度也相應(yīng)改變，從而達(dá)到控制光線的強(qiáng)弱的目的。偏光板Polarizer 彩色濾光片 彩色濾光片為液晶顯示器彩色化的關(guān)鍵元件,透過彩色濾光片才能使高灰階的液晶顯

3、示器達(dá)到全彩色化,所以彩色濾光片之作用在於利用濾光的方式產(chǎn)生RGB三原光,再將三原光以不同的強(qiáng)弱比例混合而呈現(xiàn)各種色彩,使LCD顯示出全彩.ITO sputter B R G 黑色矩陣TFT-LCD用無鹼玻璃最基本的彩色濾光片其結(jié)構(gòu)為玻璃基板(Glass substrate)上製作防反射之黑色遮光層,即為BM層,再依序製作上具有透光性紅 綠藍(lán)三原色之彩色濾光膜層(濾光層之形狀 尺寸色澤配列依不同用途之液晶顯示器而異),最後濺鍍上透明導(dǎo)電膜(ITO Indium Tin Oxide).Black Matrix目的:遮蔽漏光區(qū)域，以免看到漏光導(dǎo)致對比下降Black Matrix材料:Cr, CrO

4、2, resin1.液晶可以被光穿透，並影響光的偏振性； 2.在液晶分子兩端所加電壓的不同，液晶分子的翻轉(zhuǎn)程 度不同，根據(jù)液晶角度的不同透過光的偏振性也不同；開開関関打打開開開開関関閉閉合合液晶液晶液晶層液晶互相牽引液晶互相牽引 做個轉(zhuǎn)向的動作做個轉(zhuǎn)向的動作 加電壓后轉(zhuǎn)向改變加電壓后轉(zhuǎn)向改變通過它改變光的強(qiáng)弱通過它改變光的強(qiáng)弱光源垂直偏光板玻璃電極玻璃電極液晶水平偏光板GDSScan Data 液晶亮度的控制原理液晶極性反轉(zhuǎn)驅(qū)動液晶必須以交流信號驅(qū)動 長時間維持某一極性,液晶分子可能受到破壞VCOM (CF側(cè)電極側(cè)電極)- - - -+- - - -Vpixel (TFT側(cè)電極側(cè)電極)VCOM

5、+- - - -+- - - -Vpixel正極性驅(qū)動正極性驅(qū)動Vpixel Vcom負(fù)極性驅(qū)動負(fù)極性驅(qū)動Vpixel 3.5% color space lossDithering Color LossTFT-LCD的穿透率：TFT-LCD面板的宿命：光學(xué)穿透率不佳。開口率：液晶分子中光線能透過的有效區(qū)域的比例。即液晶 分子中有效的透光區(qū)域與全部面積的比例，就稱之爲(wèi) 開口率。100%100%開口率開口率=B/A=B/A* *100%100%A AB B光學(xué)穿透率不佳原因： 1，TFT的開口率：約60%以上。 2，CF的濾光效率：約1/3以下。 3，偏光板的極化效率（含兩片吸收）：約40%上下。

6、 三項(xiàng)相乘60%1/3 40%約為8% 所以，在TFT LCD的設(shè)計中，要盡量提高開口率，因爲(wèi)只有提高開口率，便可以增加亮度，而同時背光板的亮度也不用那麼高，可以節(jié)省耗電及花費(fèi)。TFT-LCD 基本驅(qū)動方式及應(yīng)用TFT功能示意圖Feed ThroughGDSData lineScan lineVstVcomClcCstCgsVgVdVs V = (Vgh-Vgl) Cgs+Cst +ClcCgsVgh-Vgl根據(jù)公式Q=CU由電荷不滅定律,可求得 feed through V (Vd-Vgh)Cgs+(Vd-Vst)Cst+(Vd-Vcom)Clc=(Vs-Vgl)Cgs+(Vs-Vst)Cs

7、t+(Vs-Vcom)Clc V =Vd-VsVcomVgVdVsVVghVgl1 line1 frameVfeed through電壓,它的成因主要是因?yàn)槊姘迳掀渌妷旱淖兓?經(jīng)由寄生電容或是儲存電容,影響到顯示電極電壓的正確性.在LCD面板上主要的電壓變化來源有3個,分別是gate driver電壓變化,source driver電壓變化,以及common電壓變化.而這其中影響最大的就是gate driver電壓變化(經(jīng)由Cgs或是Cs)。GDSData lineVcomClcCstCgsVdVsV+Voltage-VoltageTransmittanceVdVsVcomOptimized

8、 Vcom for each gray 液晶本身感受到的電壓是Vcom與Gamma電壓之間的壓差。但實(shí)際上，每一灰階是由Vcom與兩正負(fù)周期的Gamma Voltage組成。所以當(dāng)正負(fù)周期的壓差不一樣時，就會產(chǎn)生Flicker的現(xiàn)象。 這兩種不同的Common驅(qū)動方式影響最大的就是source driver的使用. 以不同Common電壓驅(qū)動方式的穿透率來說, 我們可以看到, 當(dāng)common電極的電壓是固定不變的時候, 顯示電極的最高電壓, 需要到達(dá)common電極電壓的兩倍以上. 而顯示電極電壓的提供, 則是來自于source driver. 以圖中common電極電壓若是固定于5伏特的話,

9、 則source driver所能提供的工作電壓范圍就要到10伏特以上. 但是如果common電極的電壓是變動的話, 假使common電極電壓最大為5伏特, 則source driver的最大工作電壓也只要為5伏特就可以了. 就source driver的設(shè)計制造來說, 需要越高電壓的工作范圍, 制程與電路的復(fù)雜度相對會提高, 成本也會因此而加高. 驅(qū)動系統(tǒng)架構(gòu)及組成GAMMATCONDC/DCInput Signal (LVDS)驅(qū)動電路三大區(qū)塊TimingControllerData DriverTFT-LCD PanelScan DriverRGB pixelSTHSTVDC/DCCon

10、verterGammaCorrectionVccTTLRSDS LVDS驅(qū)動電路三大區(qū)塊1. Timing Controller(TCON)2. Gamma Correction3. DC/DC Converter驅(qū)動系統(tǒng)架構(gòu)-1TFT-LCD PanelTCONRGB dataSTHSTVDC/DCGammaData DriverScan DriverOne PATH架構(gòu):Two PATH架構(gòu):TFT-LCD PanelTCONData DriverRGB dataASTHDC/DCGammaBSTHScan DriverSTV驅(qū)動系統(tǒng)架構(gòu)-2目的: lower clock rate for

11、 EMITCON 架構(gòu) Data Driver架構(gòu)Scan Driver架構(gòu)Power DC架構(gòu)GAMMA電壓的產(chǎn)生：Gamma1Gamma2Gamma3Gamma4Gamma10VREFV5VVCC: Regular IC 1Pin:接地2Pin&4Pin:輸出VCC:3.3V3Pin:輸入V5V:5V1234VAA是由V5V（5V）通過Boost電路得到的，可以從X-Board上測得VAA電壓值為10.5V。VAA有以下兩大功能：1.VAA通過Charge Pump得到VGH、VGL。2.VAA通過分壓得到10組GAMMA值和VCOM值來控制64灰階。 VGL、VGH為液晶開關(guān)電壓

12、。當(dāng)Gate端為VGL時，液晶關(guān)閉；當(dāng)Gate端為VGH時，液晶開啟。VGL為-6.8V,VGH為23V。但事實(shí)上供Panel端的VGH不為直流，而是幅值為23V的脈寬波形。VCOMVREF 10V VCOM 4VVR1R161C79R1667.87K2.2K4.75KMVAMVA顯示原理介紹顯示原理介紹MVAMVA顯示原理介紹顯示原理介紹上圖表示了液晶分子依靠一個叫做Protrusion的屋脊?fàn)钔蛊鹞飦硎挂壕П旧懋a(chǎn)生一個預(yù)傾斜角（pre-tilt Angle）。這個凸起物頂角的角度越大，則分子長軸的傾斜度就越小。 在未加電的時候，液晶分子長軸垂直屏幕，只有在靠近凸起物電極的液晶分子才略有傾斜，光線此時無法穿過。當(dāng)加電后，由于分子間的牽引力作用，凸起物附近的液晶分子迅速帶動其它液晶分子轉(zhuǎn)動到垂直于凸起物表面狀態(tài)，也就是液晶分子的長軸傾斜于這個屏幕，這樣相對以前的模式，屏幕的透射程度就上升了，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)制光線的作用。 補(bǔ)償原理補(bǔ)償原理在上圖可看到，從中