LCD-驅(qū)動(dòng)電路分析

1、LCD-驅(qū)動(dòng)電路分析第一頁，共67頁。內(nèi)容概要一 自制TCON 板簡介二 TFT-LCD 基礎(chǔ)知識(shí)三 TFT 顯示原理四 自制TCON 板電路分析第二頁，共67頁。自制TCON 簡介（一）PMUP GAMMAT CON ICLVDS INPUTM_LVDS OUTPUTM_LVDS OUTPUT傳統(tǒng)T CON板 架構(gòu)第三頁，共67頁?，F(xiàn)在我們量產(chǎn)的架構(gòu)-Samsung 46寸MAINBOARD（T-CON IC)轉(zhuǎn)接板PGAMMAPMU64 PIN FFC80 PIN FFC X 2BL DriverDIM1.T-CON與主IC集成在一塊,省一顆T-CON的錢(主IC的價(jià)格略有上升)2.主板與

2、Source板的連接線用FFC線(比LVDS便宜)缺點(diǎn):1.由于用FFC線,主板靈活性不夠.VCOM OP第四頁，共67頁。自制TCON 板簡介（三）-Samsung 46寸自制TCONP-Gamma PMU（集成Level Shift)VCOM OP 接收來自機(jī)芯集成的TCON信號(hào)信號(hào)輸出到Open-Cell 上的X-Board，驅(qū)動(dòng)Panel信號(hào)輸出到Open-Cell 上的X-Board,驅(qū)動(dòng)PanelVCOM Push-Pull 電路第五頁，共67頁。二 TFT-LCD 基礎(chǔ)知識(shí)第六頁，共67頁。TFT LCD 的相關(guān)知識(shí)TFT LCD：Thin Film Transistor Liq

3、uid Crystal Display 超薄膜晶體管液晶顯示器和傳統(tǒng)的CRT比較，優(yōu)點(diǎn)如下：1.體積小，重量輕，耗電量??；缺點(diǎn)：1.響應(yīng)速度慢，運(yùn)動(dòng)圖像拖尾；2.操作溫度范圍有限制；3.需要背光源。第七頁，共67頁。TFTPolarizer 偏光板 CFPolarizer 偏光板 PCBALight Guide（導(dǎo)光板）Led Light BarLC cellTFT LCD顯示器面板第八頁，共67頁。TFT LCD相關(guān)名詞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 G

4、uide導(dǎo)光板。data line:數(shù)據(jù)線，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。 scan line :掃描線，控制TFT的開關(guān)。 控制TFT上的電晶體是on/off。On時(shí)，資料可以傳 輸；off時(shí)，資料不能傳輸。 19201080第九頁，共67頁。 液晶分子可改變光的極化狀態(tài)，穿過扭曲液晶時(shí)，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 第十頁，共67頁。彩色濾光片 彩色濾光片為液晶顯示器彩色化的關(guān)鍵組件,透過彩色濾光片才能使高灰階的液晶顯示器達(dá)到全彩色化,所以彩色濾光片之作用在于利

5、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.第十一頁，共67頁。Black Matrix目的:遮蔽漏光區(qū)域，以免看到漏光導(dǎo)致對(duì)比度下降Black Matrix(黑色矩陣）第十二頁，共67頁。 1.液晶可以被光穿透，并影響光的偏振性； 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；開關(guān)打開開關(guān)閉合液晶液晶層液晶互相牽引 做個(gè)轉(zhuǎn)向的動(dòng)作 加電壓后轉(zhuǎn)向改變通過它改變光的強(qiáng)弱第十三頁，共67頁。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第十四頁，共67

6、頁。三. TFT-LCD 顯示原理第十五頁，共67頁。TFT結(jié)構(gòu)G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1SnSource 線儲(chǔ)存電容Gate線液晶電容TFT第十六頁，共67頁。Pixeldot每個(gè)像素均由三種顏色紅(R)綠(G)藍(lán)(B)的小光點(diǎn)(dot)構(gòu)成第十七頁，共67頁。電腦顯示之圖像均是由一個(gè)個(gè)的像素(pixel)構(gòu)成圖像顯示原理第十八頁，共67頁?；焐Ч謩e控制RGB dot亮度，自由組成各種圖案三角形越大所能顯示的顏色越豐富第十九頁，共67頁。先開啟第一行，其余關(guān)閉。TFT玻璃電極Data LineScan LineONOFFOFFOFFTFT LCD的顯示方式第二十頁，共6

7、7頁。接著關(guān)閉第一行，電壓已經(jīng)固定，所以顯示顏色也已固定。開啟第二行，其余仍保持關(guān)閉。依此類推，可完成整個(gè)畫面之顯示。ONOFFOFFOFF第二十一頁，共67頁。顏色深度(Color depth)：LCD可顯示的顏色數(shù)目對(duì)6 bit顯示器而言,共可以顯示26x 26x 26= 262,144對(duì)8bit顯示器而言,共可以顯示28x 28x 28 = 16,777,216RedGreenBlueWhiteGray Scale0816243240485663第二十二頁，共67頁。True color256 color第二十三頁，共67頁。整塊面板的等效電路16.67ms/Vtt(1125)=14.8

8、 us第二十四頁，共67頁。Cs(storage capacitor)儲(chǔ)存電容的架構(gòu) 第二十五頁，共67頁。液晶極性反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)液晶必須以交流信號(hào)驅(qū)動(dòng) 長時(shí)間維持某一極性,液晶分子可能受到破壞VCOM (CF側(cè)電極)- - - -+- - - -Vpixel (TFT側(cè)電極)VCOM+- - - -+- - - -Vpixel正極性驅(qū)動(dòng)Vpixel Vcom負(fù)極性驅(qū)動(dòng)Vpixel Vcom第二十六頁，共67頁。面板的各種極性變換方式 1.為什么需要極性變換 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(gè)電壓不變, 不然時(shí)間久了, 你即使將電壓取消掉, 液晶分子會(huì)因?yàn)樘匦缘钠茐? 而無法再因應(yīng)

9、電場的變化來轉(zhuǎn)動(dòng), 以形成不同的灰階. 所以每隔一段時(shí)間, 就必須將電壓恢復(fù)原狀, 以避免液晶分子的特性遭到破壞. 2.怎么進(jìn)行極性變換 顯示電壓就分成了兩種極性, 一個(gè)是正極性, 而另一個(gè)是負(fù)極性. 當(dāng)顯示電極的電壓高于common電極電壓時(shí), 就稱之為正極性. 而當(dāng)顯示電極的電壓低于common電極的電壓時(shí), 就稱之為負(fù)極性第二十七頁，共67頁。面板的各種極性變換方式 對(duì)于同一點(diǎn)而言，它的極性是不停的按幀變換的。而相鄰的點(diǎn)是否擁有相同的極性，那可就依照不同的極性轉(zhuǎn)換方式來決定了。首先是frame inversion，其整個(gè)畫面所有相鄰的點(diǎn)，都是擁有相同的極性；而row inversion與

10、column inversion則各自在相鄰的行與列上擁有相同的極性；另外在dot inversion上，則是每個(gè)點(diǎn)與自己相鄰的上下左右四個(gè)點(diǎn)，是不一樣的極性 第二十八頁，共67頁。面板的各種極性變換方式 Common電極的電壓是一直固定不動(dòng)的, 而顯示電極的電壓卻是依照其灰階的不同, 不停的上下變動(dòng)Common電極的電壓是一直固定不變驅(qū)動(dòng)方式第二十九頁，共67頁。面板的各種極性變換方式 為了達(dá)到極性不停變換這個(gè)目的, 我們也可以讓common電壓不停的變動(dòng), 同樣也可以達(dá)到讓Clc兩端的壓差絕對(duì)值固定不變, 而灰階也不會(huì)變化的效果, 而這種方法, 就是圖6所顯示的波形變化. 這個(gè)方法只是將c

11、ommon電壓 一次很大, 一次很小的變化. 當(dāng)然啦, 它一定要比灰階中最大的電壓還大, 而電壓小的時(shí)候則要比灰階中最小的電壓還要小才行. 而各灰階的電壓與圖5中的一樣, 仍然要一次大一次小的變化. 第三十頁，共67頁。面板的各種極性變換方式 比較高的SOURCE 驅(qū)動(dòng)電壓比較低的SOURCE 驅(qū)動(dòng)電壓第三十一頁，共67頁。面板的各種極性變換方式 CsClcCgdGateVcom由此可見V與Vp-p是成正比關(guān)系的,如果要想V最少,那么我們可以減少Vp-p第三十二頁，共67頁。Gate 驅(qū)動(dòng)與削角驅(qū)動(dòng) 單個(gè)TFT的等效電路圖第三十三頁，共67頁。第三十四頁，共67頁。GPM (Gate Puls

12、e Modulation)(削角功能)為了解決由于VCOM而引起的閃爍的問題第三十五頁，共67頁。OD (Over drive)第三十六頁，共67頁。OD (Over drive)第三十七頁，共67頁。OD (Over drive)第三十八頁，共67頁。面板驅(qū)動(dòng)第三十九頁，共67頁。面板驅(qū)動(dòng)第四十頁，共67頁。Source IC 驅(qū)動(dòng)第四十一頁，共67頁。Source driver - Half AVDD半壓電路，其實(shí)就是在AVDD to GND之間再建立一個(gè)電壓準(zhǔn)位置，同時(shí)降低壓差，減少電流，從而降低Source driver溫度。這個(gè)電壓準(zhǔn)位的選擇一般是介于組成白電壓的兩個(gè)電壓之間。這個(gè)電

13、壓可以用電阻分壓的方式取得，但是必須經(jīng)過OP將電流放大，才能滿足driver需求；或是通過Buck電路來得到此值。第四十二頁，共67頁。Gate IC 驅(qū)動(dòng)電壓波形圖第N-1個(gè)畫面第N個(gè)畫面第N+1個(gè)畫面畫面更新頻率約為60Hz (16.67 ms)電壓Gate1Gate2Gate599Gate600Blanking第四十三頁，共67頁。Gate IC 相關(guān)訊號(hào)與訊號(hào)CPV: Gate內(nèi)部移位寄存器所需之clock.STV:使Gate輸出的觸發(fā)訊號(hào)OE:為High時(shí),所有Gate output為Low.(避免同時(shí)開啟兩條Gate line)XON:為Low時(shí),所有Gate output為Hig

14、h.(關(guān)機(jī)時(shí)清除所有source data)VGH:TFT-LCD turn on voltageVGL:TFT-LCD turn off voltageVDD: Digital power第四十四頁，共67頁。Gate driver輸出波形圖第四十五頁，共67頁。Gate Drive 硬體架構(gòu)第四十六頁，共67頁。Gate IC驅(qū)動(dòng)GateCircuitGateCircuitGate LineData Line考慮到,GOA方式的gate circuit的driving能力有限,因此panel采用雙邊gate circuit驅(qū)動(dòng),可以改善gate line delay之問題.一、 GOA C

15、ircuit (1)第四十七頁，共67頁。Architecture of GOP1 stage GOP第四十八頁，共67頁。四，自制TCON 板電路分析第四十九頁，共67頁。TFT-LCD 模塊的時(shí)序控制器Timing Controller（集成在MS801T 主機(jī)芯片上）T/CON的定義： T/CON : Timing Controller的縮寫 從Video Card出來的要在TFT-LCD顯示屏上顯示的數(shù)據(jù) 在 TCON 中經(jīng)過變換生成顯示的數(shù)據(jù)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào) T/CON輸入輸出信號(hào)： 1.LVDS (Low Voltage Differential Signaling) TCO

16、N 輸出信號(hào)： 1. 2Ports/6 Pairs/ 8 bits Mini-LVDS; 2. 控制信號(hào)STV,TP, POL,CPV1，CPV2，CPV3; 3. I2C 總線設(shè)備控制讀寫信號(hào):SDA ,SCL,WP第五十頁，共67頁。.STV : 一幀畫面的起始信號(hào),頻率為60Hz；TP : 數(shù)據(jù)從源驅(qū)動(dòng)器到顯示屏的輸出信號(hào)，周期為 1行頻，周期為14.8us方波；POL : 數(shù)據(jù)即行反轉(zhuǎn)信號(hào)，為了防止液晶老化，而在液 晶上的電壓要求反轉(zhuǎn)，頻率為60Hz方波；CPV1,2,3: 柵的移動(dòng)信號(hào)，周期是3倍行頻44.4us方波。 第五十一頁，共67頁。29.7us17.3us14.8us2.7

17、us41.7us17.3us29.6us2.7us20us41.7us2.7us41.7us41.7us3.3VGate 驅(qū)動(dòng)輸入時(shí)序第五十二頁，共67頁。自制TCON 板部分-電路原理分析（以MS801為例）電路圖總覽第五十三頁，共67頁。TCON 板部分-電路原理分析工作過程: 開機(jī)上電后 ，主機(jī)板啟動(dòng)后，主機(jī)板輸出的12V 電壓輸入到 TCON 板，然后PMU IC 輸出VCC_3.3V ，主機(jī)芯通過I2C總線 寫入Date 到PMU 寄存器, AVDD, VGON, Voffe_-11V &VSS_-7.5 V 電壓輸出, 接著I2C寫入P-Gamma 寄存器14個(gè)可編程的Gamma

18、電壓,同時(shí)要求AVDD 以及AVDD 分壓的四個(gè)靜態(tài)Gamma 參考 工作電壓正常，才能準(zhǔn)確輸出14個(gè)Gamma電壓，另P-Gamma 的 VCOM 功能模塊內(nèi)置E2PROM(電可擦除寄存器），內(nèi)部已設(shè)初始 二進(jìn)制設(shè)定值（掉電不丟失），它的輸出電壓已在設(shè)計(jì)階段通過芯 片外圍電路設(shè)計(jì)好，是個(gè)定值，不需I2C信號(hào)寫入初始值。 上述信號(hào)準(zhǔn)備好后，由機(jī)芯板送過來的Mini-LVDS 以及控制信 號(hào)TP&POL經(jīng)由TCON板走線直接進(jìn)入Source 板驅(qū)動(dòng)Source IC; 同時(shí)機(jī)芯板送過來Gate 相關(guān)信號(hào)STV,CPV1,CPV2，CPV3進(jìn)入 TCON 板，經(jīng)PMU 處理后輸入STVP,CKV1

19、&CKVB1,CKV2&CKVB2, CKV3&CKVB3 信號(hào)經(jīng)由Source板走線至Gate ,驅(qū)動(dòng)Gate . 第五十四頁，共67頁。TCON 板 電路分析-PMU部分PMU 輸出信號(hào)名詞解釋： PMU 元件型號(hào)：Richtek RT6905 Boost or Buck Frequency: 750KHz VGON或VONE,VGH: Gate 開啟電壓、 VOFFE_-11V Or VSS_-7.5V或VGL :Gate 關(guān)閉電壓 AVDD: Source IC 模擬電壓，Gamma 參考電壓電源 HVDD: AVDD 電壓，也叫半壓驅(qū)動(dòng)，主要目的降低 Source IC OP 的負(fù)載

20、，從而較低Source IC 溫度。 CKV1CKV3&CKVB1&CKVB3: Level Shift 輸出的Gate 開關(guān)信號(hào)， 輸入觸發(fā)信號(hào)來自機(jī)芯CPV1CPV3； 周期均為3倍行頻（44.4us)，高電平 為VGH:28V,低電平為VGL:-7.5V.第五十五頁，共67頁。PMU 電壓Spec.參數(shù)符號(hào)Min.Typ.Max.Unit邏輯電壓VDD_3.3V33.33.6VAVDDAVDD16.116.617.1VHAVDDHAVDD88.38.6VVSS_-7.5VVSS_-7.5V-8.5-7.5-6.5VVONE28V27.162828.84V第五十六頁，共67頁。PMU 電壓

21、異常結(jié)果參數(shù)符號(hào)Typ.（V)輸入電源HVIN_12V12輸入電壓沒有，故障：灰屏邏輯電壓VDD_3.3V3.3VDD_3.3異常，故障：灰屏，IC不工作,因機(jī)芯開機(jī)后需通過I2C初始化PMU及P-Gamma。AVDDAVDD16.61.AVDD 電壓沒有，灰屏，沒AVDD 電壓，P-Gammma 也沒有參考電源，Gamma 電壓無輸出；2.AVDD 電壓有但很異常，會(huì)造成Gamma電壓異常,有可能造成彩色異常或灰屏HAVDDHAVDD8.3VSS_-7.5VVSS_-7.5V-7.5VSS 電壓偏低，出現(xiàn)像素漏電過快，其灰度至上而下慢慢變黑VONE或VGH,VGON28V28電壓偏低，充電速

22、度變慢，畫面變暗，且畫面容易產(chǎn)生殘影。電壓過低，顯示屏灰屏HAVDD 電壓未輸出，灰屏第五十七頁，共67頁。PMU 的Level shift 輸出信號(hào)舉例：CKV1 沒有輸出，畫面異常情況如下圖， 第五十八頁，共67頁。TCON 板電路P-GammaP-Gamma 器件型號(hào)及工作原理： P-Gamma 擁有四個(gè)靜態(tài)Gamma參考電源準(zhǔn)位，和14個(gè)通過I2C 總線可編程的Gamma 電壓，即液晶屏灰階校正電壓，同時(shí)也產(chǎn)生VCOM 電壓。 如果Gamma 或VCOM電壓異常，將導(dǎo)致液晶屏閃爍或其子像素R,G,B灰階顯示異常，從而造成畫面彩色異常。 P-Gamma IC -IML7939第五十九頁，

23、共67頁。TCON 板電路VCOM Push-Pull P-Gamma 輸出的VCOM OutA &OutB ，為了加大其驅(qū)動(dòng)液晶屏VCOM 能力,增加了Push-Pull 電路，此電路有NPN和PNP 三極管組合而成，如圖所示，另在此電路中加入了VCOM 負(fù)反饋電路，其工作原理是：屏上的FB_L或FB_R 信號(hào)線采樣VCOM 電壓被拉動(dòng)變化的信號(hào)，然后通過電容C149或C152反饋交流變化量，通過負(fù)反饋輸出疊加到原VCOM ，來反向抵消屏上原VCOM電壓被拉扯的交流信號(hào)，使VCOM 能穩(wěn)定維持直流準(zhǔn)位。VCOM 直流準(zhǔn)位偏移，超出Spec可導(dǎo)致閃爍，超出Spec.過多可導(dǎo)致顏色異常，黑底反白

24、第六十頁，共67頁。IM7939 IC 操作電壓參數(shù)參數(shù)符號(hào)Min.Typ.Max.Unit邏輯電壓VDD_3.3V33.33.6VAVDDAVDD16.116.617.1VHAVDDHAVDD88.38.6VGamma 校正電壓VGMA115.2315.5315.83VVGMA213.5313.8314.13VVGMA312.8113.1113.41VVGMA412.3112.6112.91VVGMA511.8612.1612.46VVGMA611.4511.7512.05VVGMA711.0111.3111.61VVGMA8106110.9111.21VVGMA98.548.849.14V

25、VGMA107.347.647.94VVGMA115.055.355.65VVGMA124.634.935.23VVGMA134.144.444.74VVGMA143.683.984.28VVGMA153.193.493.79VVGMA162.652.953.25VVGMA171.992.142.29VVGMA180.240.340.44VVCOM 電壓VCOMS16.256.757.25VVCOMS26.296.797.29VF_VCOML6.276.777.27VVCOMG2L6.276.777.27VVCOMG16.256.757.25VSVCOM6.256.757.25VVCOMG36.256.757.25VVC