TFT-LCD-驅(qū)動原理課件

TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)1驅(qū)動系統(tǒng)概觀掃描(Scan)驅(qū)動電路資料(Data)驅(qū)動電路時序控制(TimingControl)電路Content驅(qū)動系統(tǒng)概觀掃描(Scan)驅(qū)動電路資料(Data)驅(qū)動2Gamma校正參考電壓背光源驅(qū)動電路共電極參考電壓電壓源轉(zhuǎn)換電路時序控制電路TimingControlBackLightUnitTFTLCD面板資料驅(qū)動電路掃描驅(qū)動電路電源SourceICSourceICSourceICSourceICSourceICGateICGateICGateICGateIC介面信號HsyncHClockVClockVsyncVGHVGLVCCLVDS/RSDS/mini-LVDS………DataTFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖Gamma背共電時序控制TFTLCD面板資料驅(qū)動電路掃電3TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖4TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖外部訊號(TV/PC/Phone)Video訊號解/編碼TTL/LVDSTimingControl解碼(RSDS)SourceDriverIC電壓轉(zhuǎn)換Panel(TFTDevice)ModuleTFT/CF/CellTFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖外部VideoTimi5TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖6TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖說明1.基本電路功能區(qū)塊:移位暫存器(ShiftRegister).電位移轉(zhuǎn)器(LevelShifter).運(yùn)算放大器(OperationAmplifier)2.時序控制電路(TimingControl):

顯示器動作時序控制中心(1)設(shè)定水平掃描起動時間(2)視訊資料轉(zhuǎn)換成資料驅(qū)動電路資料信號型式.傳送到資料驅(qū)動電路記憶體配合水平掃描控制資料驅(qū)動時間3.掃描驅(qū)動電路(ScanDriver):接受時序控制電路控制.依序?qū)呙杈€輸出開(VGH)關(guān)電壓(VGL)4.資料驅(qū)動電路(DataDriver):接受時序控制電路控制.將高頻數(shù)位視訊信號儲存在記憶體.配合掃描線開啟.將數(shù)位視訊信號轉(zhuǎn)換成畫素電極電壓5.共電極參考電源:TFTLCD共電極電壓軸(直流電壓/可調(diào)整電壓源)6.電壓源轉(zhuǎn)換電路(DC-DC):各功能區(qū)塊所須電壓範(fàn)圍不同.利用DC-DC將系統(tǒng)單一電壓值轉(zhuǎn)換.提供不同電壓值電壓源7.Gamma校正參考電壓:Gamma可能源於CRT（顯示器/電視機(jī)）的回應(yīng)曲線，即其亮度與輸入電壓的非線性關(guān)係TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖說明1.基本電路功能區(qū)7掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖

TFTLCD面板VsyncVGLVGHOutputEnableVclockUp/Down單顆掃描驅(qū)動IC雙向移位暫存器邏輯運(yùn)算電位移轉(zhuǎn)器數(shù)位緩衝放大器掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖TFTVsyn8掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖說明

1.掃描驅(qū)動電路子系統(tǒng):掃描驅(qū)動IC/電源/控制信號2.IC通用性可降低成本.除上下皆可掃描.另選用考慮項(xiàng)目:

(1)驅(qū)動掃描線數(shù)目:IC腳位數(shù)目限制.依顯示解析度換算IC使用數(shù)量(XGA*3顆/SXGA*4顆)

(2)時序控制子系統(tǒng)外部設(shè)定:不同解析度與圖框操作頻率而有不同時序控制.以Vclock(垂直時脈信號)/Vsync(垂直掃描同步信號)控制動作時間

(3)驅(qū)動IC間串接性:1stIC掃描啟動由時序控制電路控制.2ndIC之後掃描由上顆IC最後一級移位暫存器輸出脈衝啟動

(4)TFT開關(guān)電壓子系統(tǒng)外部設(shè)定:

各TFTLCD面板所需TFT開關(guān)電壓值不同.由外部電壓源轉(zhuǎn)換電路(DC-DC)提供

(5)OutputEnable時間長短子系統(tǒng)外部設(shè)定:各TFTLCD面板設(shè)計掃描線延遲效應(yīng)不同.由外部設(shè)定OE時間長短掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖說明1.掃描驅(qū)動9掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖

掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖10ShiftRegisterShiftRegisterLogicLevelShifterOEVGHVGLESDVClockShiftRegister連接端子DigitalBuffer玻璃基板VSyncinESD連接端子ShiftRegisterShiftRegisterESD連接端子ESD連接端子1.決定掃描線開/關(guān)狀態(tài)2.數(shù)位型電路LevelShifterLevelShifterLevelShifterDigitalBufferDigitalBufferDigitalBufferLogicLogicLogic掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖

ShiftShiftLogicLevelOEVGHVGLES11雙向移位暫存器(ShiftRegister)輸出入波形示意圖1.D型正反器(D-typeflipflop):每一個時脈(clock)週期,輸入級邏輯狀態(tài)傳送輸出級週而復(fù)始開/關(guān)掃描線.2.將Vsync(垂直掃描同步信號)傳至1st移位暫存器與Vclock(垂直時脈信號).控制每一移位暫存器輸出時間3.移位暫存器上下方向皆可掃描4.只決定開關(guān)邏輯狀態(tài).(不提高電壓)CK2CK1CK1CK2CK1CK2CK2CK1UpDownVClockShiftRegisterVSyncinShiftRegisterShiftRegisterShiftRegister雙向移位暫存器(ShiftRegister)輸出入1.D型12D型正反器(DTypeFlipFlop)

1.D=0CK負(fù)緣=>Q=02.D=1CK負(fù)緣=>Q=13.構(gòu)造簡單容易儲存暫時性資料4.正反器(雙穩(wěn)態(tài)多諧振盪器):儲存資料記憶元件輸入輸出PRCLRCKDQn+100XXX01XX110XX011001111PRDQCKQCLRCKDQ101010DQnQn+10000101011111101QnD01(a)符號(b)真值表(a)時序圖D型正反器(DTypeFlipFlop)1.D=013邏輯運(yùn)算電路(Logic)波形示意圖

1.邏輯狀態(tài)運(yùn)算.3~5V電壓2.雙脈衝掃描預(yù)充電方式3.OE(OutputEnable)縮短掃描線充電時間,避免信號延遲VClockOEVsyncShiftRegister2ShiftRegister3ShiftRegister4ShiftRegister2邏輯運(yùn)算電路(Logic)波形示意圖1.邏輯狀態(tài)運(yùn)算.314雙脈衝掃描(Two-PulseScanning)示意圖第一條掃描線第二條掃描線第三條掃描線第N-1條掃描線第N條掃描線………第一條掃描線第二條掃描線第三條掃描線第N-1條掃描線第N條掃描線………1.TFTLCD操作是資料線與畫素電極正負(fù)極不斷轉(zhuǎn)換.在圖框與列轉(zhuǎn)換的空白時間做預(yù)充放電.提早達(dá)到電壓設(shè)定2.雙脈衝掃描:每條掃描線打開兩次.第一次作預(yù)充電(相同極性其他畫素電壓).第二次為實(shí)際畫素電壓.同時兩條掃描線是打開3.圖框與欄反轉(zhuǎn)畫素電壓與前一條相同(同時作預(yù)充電).列與點(diǎn)反轉(zhuǎn)畫素電壓相反(再前一條作預(yù)充電)(a)圖框與欄反轉(zhuǎn)(b)列與點(diǎn)反轉(zhuǎn)雙脈衝掃描(Two-PulseScanning)示意圖第一15雙脈衝掃描(Two-PulseScanning)示意圖

1.為保證所有畫素在資料線切換前.掃描線信號以將TFT關(guān)閉.避免不正確的電壓寫入.需對信號延遲補(bǔ)償.2.延後資料線信號切換時間.3.提前將掃描線關(guān)閉時間.在下一條掃描線畫素電壓前定關(guān)閉.但畫素充電時間也變短4.將掃描線與OE信號作AND邏輯處理掃描線信號資料線信號掃描線信號資料線信號(a)延後資料線信號切換(a)提前掃描線關(guān)避雙脈衝掃描(Two-PulseScanning)示意圖16電位移轉(zhuǎn)器(LevelShifter)輸出入波形示意圖VinVinVDD_HVDD_HVSSVSS_LVout1.將3/0Vor5/0V低電壓邏輯準(zhǔn)位轉(zhuǎn)成開關(guān)TFT電壓(VGH高開電壓/VGL低關(guān)電壓)2.GOPProcess製作在Array3VShiftRegister1VClockOEVsyncLevelShifterVGL:-5VVGH:20V0V20V-5V電位移轉(zhuǎn)器(LevelShifter)輸出入波形VinVi17數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路1.掃描線負(fù)載:以電位移轉(zhuǎn)器輸出直接驅(qū)動掃描線驅(qū)動能力不足,增加緩衝放大器增加驅(qū)動能力2.為數(shù)位型信號放大,利用偶數(shù)級數(shù)位反相器(Inverter)VGHLevelShifterVGLESD連接端子玻璃基板..................數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路1.掃描線18數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路19數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路20資料(Data)驅(qū)動電路BlockDiagram資料(Data)驅(qū)動電路BlockDiagram21資料驅(qū)動電路(DataDriver)基本功能區(qū)塊示意圖雙向移位暫存器電位移轉(zhuǎn)器資料暫存器左右掃描控制閂鎖信號極性反轉(zhuǎn)控制資料接受器視訊信號輸入RGB水平方向時脈控制8888888888數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器類比緩衝放大器Y1Y2Y3Y383Y384………...……...…….1128……..…….數(shù)位部份類比部份雙向移位暫存器電位移轉(zhuǎn)器資料暫存器8888888888數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器類比緩衝放大器Y1Y2Y3Y383Y384………...……...…….1128……..…….TFTLCD面板資料驅(qū)動電路(DataDriver)雙向移位暫存器電位移轉(zhuǎn)22資料驅(qū)動電路(DataDriver)動作示意圖

S/RLatch1

ENBLatch2L/SDACBufferS/RLatch1

ENBLatch2L/SDACBufferS/RLatch1

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ENBLatch2L/SDACBufferS/RLatch1

ENBLatch2L/SDACBufferPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelHclockHsyncVideoDataGammaVoltages第n-1條掃描線第n條掃描線逐一寫入第n條掃描線的Videodata儲存第n-1條掃描線的Videodata資料驅(qū)動電路(DataDriver)動作示意圖S/RL23資料(Data)驅(qū)動電路部份PinAssignment資料(Data)驅(qū)動電路部份PinAssignment24資料驅(qū)動電路(DataDriver)基本功能區(qū)塊說明1.動作方式:(1)由移位暫存器(S/R)控制.水平時脈信號(Hclock)與水平掃描同步信號(Hsync)控制動作時間.逐一開啟閂鎖方式1st資料暫存器(Latch1).先儲存n-1條掃描線畫素顯示的數(shù)位化視訊資料(VideoData).(2)配合水平掃描同步訊號(Hsync)將資料轉(zhuǎn)存於2nd資料暫存器(Latch2)(3)類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器(DigitalAnalogConverter.DAC)將數(shù)位訊號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的畫素電壓(4)類比緩衝放大器(AnalogBuffer)放大驅(qū)動能力.推動面板畫素陣列的資料線負(fù)載.將電壓寫在畫素電極(5)在寫入電壓的同時.移位暫存器已在下一個Hsync啟動下.進(jìn)行第n條掃描線畫素視訊資料儲存.儲存在不同資料暫存器.所以可同時動作.(n=>Latch1.n-1=>Latch2)2.移位暫存器(ShiftRegister):

與掃描驅(qū)動電路相同功能.但頻率數(shù)百倍(與資料信號介面通道數(shù)和傳送資料類型相關(guān).(1)EX:6bitLVDS1024*768XGA.5組(10條)信號線頻率:60Hz#1掃描線OpenTime:1/60/768sec=21.7us=46.1KHz#2資料量:1024*RGB*6bit=18432bit18432/5=3686.4bit#3資料驅(qū)動電路移位暫存器操作頻率:3686.4bit/21.7us=170MHz(2)時序控制電路提供Hclock與Hsync控制操作頻率(3)移位暫存器為雙向控制.增加驅(qū)動IC通用性(4)資料線間距為掃描線的1/3.IC封裝與TFT基板連接墊接合製程最小間距限制(約45um)資料驅(qū)動電路(DataDriver)1.動作方式:25資料驅(qū)動電路(DataDriver)基本功能區(qū)塊說明3.資料暫存器(Latch):(1)儲存資料類型:數(shù)位資料(2)使用兩個反相器(Inverter)將輸入/輸出互接形成閂鎖(Latch)記憶(3)Latch數(shù)量:6bit1024*768XGA面板6*1024*RGB*2=36864個4.電位移轉(zhuǎn)器(LevelShifter):(1)只決定邏輯狀態(tài)(2)將移位暫存器與資料暫存器低電壓(5V)提昇(3)類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器將數(shù)位信號電壓放大.作為參考電壓開關(guān).參考電壓範(fàn)圍含驅(qū)動液晶正負(fù)極約10V資料驅(qū)動電路(DataDriver)3.資料暫存器(Lat26電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)

VoutD5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)N型電晶體與P型電晶體6bit電壓選擇器電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)VoutD5D27電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)28電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)

V63+V62+V0+V0-V1-V63---------D5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)VoutPolarityPolarityD5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)V63+V62+V0+V0-V1-V63-Vout--------(a)改變參考電壓源(b)兩組參考電壓源與電壓選擇器電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)V63+V6229電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)利用電阻分壓產(chǎn)生128組參考電壓架構(gòu)r校正參考電壓源V+V+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+………………..資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+….….….….資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+….….資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+….….電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)利用電阻分壓產(chǎn)生130電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)說明(1)DAC2/電壓選擇器(VoltageSelector)/多工器(Multiplexer)(2)數(shù)位資料轉(zhuǎn)換:100110(32.16.8.4.2.1)Vout=32+4+2=38V(連接V38)010011(32.16.8.4.2.1)Vout=16+2+1=19V(連接V19)(3)驅(qū)動液晶需極性反轉(zhuǎn).須提供正負(fù)兩個極性電壓:

#1.當(dāng)極性反轉(zhuǎn)為圖框/列反轉(zhuǎn)(同時間驅(qū)動電壓同極性).改變V0~V63電壓極性產(chǎn)生Vout+/Vout-#2.當(dāng)極性反轉(zhuǎn)為欄/點(diǎn)反轉(zhuǎn)(同時間驅(qū)動電壓不同極性).須兩組電壓選擇器V0+~V63+和V0-~V63-產(chǎn)生Vout+/Vout-.利用1對2多工器選擇適當(dāng)極性電壓輸出(4)D0~D5為數(shù)位信號.電位移轉(zhuǎn)器將電壓提昇.(5)電壓選擇器將數(shù)位視訊資料轉(zhuǎn)成驅(qū)動畫素類比電壓.LCD電壓-穿透度隨液晶模式不同改變.(6)讓驅(qū)動IC適用不同液晶模式.大範(fàn)圍參考電壓由外部設(shè)定.細(xì)部電壓由驅(qū)動IC內(nèi)部產(chǎn)生(7)線性類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換搭配電阻分壓性DAC.由高位元(MostSignificantBit.MSB)數(shù)位資料決定選擇的參考電壓.再由線性DAC依低位元(LeastSignificantBit.LSB)數(shù)位資料微調(diào)輸出電壓.利用小區(qū)域線性(Piece-wiselinear)顯示視訊資料電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)說明(1)DAC2/31類比緩衝放大器(AnalogBuffer)

VssVinVinVddVoutCloadVbias+-CloadVoutVinVddVss(a)類比緩衝放大器電路圖(b)類比緩衝放大器符號圖類比緩衝放大器(AnalogBuffer)VssVin32類比緩衝放大器(AnalogBuffer)

類比緩衝放大器參考電路r校正參考電壓源V+V+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+…………資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+….….….….….….類比緩衝放大器類比緩衝放大器(AnalogBuffer)類比緩衝放大33極性反轉(zhuǎn)DAC與緩衝放大器連接方式

(a)切換參考電壓(b)切換驅(qū)動資料線D5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)奇數(shù)資料線V63+V62+V0+V0-V1-V63-….….D5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)偶數(shù)資料線PolarityD5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)奇數(shù)資料線V63+V62+V0+V0-V1-V63-……D5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)偶數(shù)資料線Polarity_+奇數(shù)資料線極性反轉(zhuǎn)DAC與緩衝放大器連接方式(a)切換參考電壓(b34極性反轉(zhuǎn)DAC與緩衝放大器連接方式說明

(1)利用低負(fù)載輸入端接信號源.放大輸出能力驅(qū)動大負(fù)載畫素陣列(2)使用運(yùn)算放大器得到與輸入電壓相同的輸出電壓.且驅(qū)動能力更大(3)電阻分壓:非電阻絕對值.電阻比例決定電壓.溫度/IC製程改變不影響電壓分壓(4)電阻絕對值影響功率消耗與驅(qū)動能力.電阻絕對值大消耗功率小.但易受負(fù)載影響改變參考電壓.使用類比緩衝放大器(5)驅(qū)動液晶需極性反轉(zhuǎn).須提供正負(fù)兩個極性電壓:

#1當(dāng)極性反轉(zhuǎn)為圖框/列反轉(zhuǎn)(同時間參考電壓同極性).改變V0~V63電壓極性產(chǎn)生Vout+/Vout-#2當(dāng)極性反轉(zhuǎn)為欄/點(diǎn)反轉(zhuǎn)(同時間參考電壓不同極性).須兩組電壓選擇器V0+~V63+和V0-~V63-產(chǎn)生Vout+/Vout-.利用1對2多工器選擇適當(dāng)極性電壓輸出極性反轉(zhuǎn)DAC與緩衝放大器連接方式說明(1)利用低負(fù)載輸35Gamma校正參考電壓

亮度視訊資料大腦感覺視訊資料亮度大腦感覺視訊資料/大腦感覺亮度1.利用電壓分阻配合緩衝放大器.於r校正後的參考電壓作資料線驅(qū)動2.人眼在黑暗環(huán)境對亮度敏感度較光亮環(huán)境高3.大腦感覺(X)與亮度(Y)關(guān)係式:Y=A*XrX=(Y/A)1/r

r=2.2~2.51/r=0.4~0.454.視訊資料傳達(dá)大腦感覺非亮度5.暗狀態(tài)少量漏光.對比不足.影響Gamma視訊資料/大腦感覺亮度對比不佳理想曲線Gamma校正參考電壓亮度視訊資料大腦感覺視訊資料亮度大36Gamma校正參考電壓

液晶

DAC(2)畫素電壓2.4Vrms1.9Vrms(3)穿透度15%.59%...背光源(4)亮度36nits.142nits(1)數(shù)位視訊資料001010.100101(5)人眼感覺10.35人眼視訊資料到大腦感覺顯示信號轉(zhuǎn)換過程:Gamma校正參考電壓37Gamma校正參考電壓

1.顯示器呈現(xiàn)與亮度表現(xiàn)有關(guān).與顯示技術(shù)無關(guān)2.TFTLCD背光源是固定.調(diào)整Gamma符合大腦感覺.(配合液晶特性調(diào)整DAC參考電壓的設(shè)定.使視訊資料符合大腦感覺需求)3.Gamma曲線設(shè)定:視訊資料/大腦感覺設(shè)定.=顯示系統(tǒng)設(shè)定4.顯示器本身亮度與周圍環(huán)境亮度影響Gamma值.環(huán)境暗態(tài)時.Gamma值:2.2.(亮度=大腦感覺2.2).環(huán)境亮態(tài)時.Gamma值:2.55..視訊資料先作數(shù)位信號處理Gamma校正值設(shè)定”1”(亮度=大腦感覺)6.轉(zhuǎn)換組合:7.不同液晶模式.不改變資料驅(qū)動IC.只設(shè)定外部參考電壓源分壓電阻.Gamma曲線效應(yīng)利用參考電壓中作校正視訊資料畫素電壓DAC穿透度液晶背光源亮度大腦感覺人眼Gamma校正參考電壓1.顯示器呈現(xiàn)與亮度表現(xiàn)有關(guān).與顯38Gamma校正參考電壓

亮度大腦感覺畫素電壓視訊資料亮度穿透度穿透度畫素電壓Gamma校正參考電壓亮度大腦感覺畫素電壓視訊資料亮度穿39Gamma校正參考電壓

亮度大腦感覺畫素電壓視訊資料亮度穿透度穿透度畫素電壓Gamma校正參考電壓亮度大腦感覺畫素電壓視訊資料亮度穿40Gamma校正參考電壓

亮度大腦感覺畫素電壓視訊資料亮度穿透度穿透度畫素電壓Gamma校正參考電壓亮度大腦感覺畫素電壓視訊資料亮度穿41Gamma校正參考電壓

亮度大腦感覺畫素電壓視訊資料亮度穿透度穿透度畫素電壓Gamma校正參考電壓亮度大腦感覺畫素電壓視訊資料亮度穿42Gamma校正參考電壓

1.亮度大腦感覺亮度穿透度紅綠藍(lán)亮度大腦感覺亮度穿透度紅綠藍(lán)三色不同電壓-穿透度關(guān)係Gamma校正參考電壓1.亮度大腦感覺亮度穿透度紅亮度大43資料傳輸介面

+-……....+-+-Vhigh受外部雜訊干擾差動信號傳輸示意圖發(fā)射磁場干擾外部+-……....+-+-Vlow圖(a)圖(b)資料傳輸介面+-……....+-+-Vhigh受外部雜訊44資料傳輸介面時脈訊號200mv200mv起始脈衝200mv200mvR(0)R(1)R(0)R(1)R(0)R(1)R(0)R(1)第00對線第01對線第02對線第10對線第11對線第12對線第21對線第20對線第22對線第1筆視訊資料第2筆視訊資料第3筆視訊資料R(2)R(3)R(4)R(5)R(2)R(3)R(4)R(5)R(2)R(3)R(4)R(5)R(2)R(3)R(4)R(5)G(0)G(1)G(2)G(3)G(4)G(5)B(0)B(1)B(2)B(3)B(4)B(5)G(0)G(1)G(2)G(3)G(4)G(5)B(0)B(1)B(2)B(3)B(4)B(5)G(0)G(1)G(2)G(3)G(4)G(5)B(0)B(1)B(2)B(3)B(4)B(5)G(0)G(1)G(2)G(3)G(4)G(5)B(0)B(1)B(2)B(3)B(4)B(5)第4筆視訊資料6位元RSDSTM資料傳輸格式資料傳輸介面時脈訊號200mv200mv起始脈衝200mv245資料傳輸介面時序控制電路時序控制電路高頻差動資料信號終端電阻高頻差動資料信號終端電阻高頻差動資料信號終端電阻(a)單端式高頻差動資料信號傳輸線架構(gòu)

資料傳輸介面時序控時序控高頻差動資料信號終端電阻高頻差動資料46資料驅(qū)動電路子系統(tǒng)概觀示意圖類比緩衝放大器數(shù)位類此轉(zhuǎn)換器電位移轉(zhuǎn)器數(shù)位資料儲存II數(shù)位資料儲存I雙向移位暫存器r校正參考電壓源TFTLCD面板VideoDataHclockLeft/RightHsync單顆掃描驅(qū)動IC比較器終端電阻資料驅(qū)動電路子系統(tǒng)概觀示意圖類比緩衝數(shù)位類此電位數(shù)位資料數(shù)位47TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)48驅(qū)動系統(tǒng)概觀掃描(Scan)驅(qū)動電路資料(Data)驅(qū)動電路時序控制(TimingControl)電路Content驅(qū)動系統(tǒng)概觀掃描(Scan)驅(qū)動電路資料(Data)驅(qū)動49Gamma校正參考電壓背光源驅(qū)動電路共電極參考電壓電壓源轉(zhuǎn)換電路時序控制電路TimingControlBackLightUnitTFTLCD面板資料驅(qū)動電路掃描驅(qū)動電路電源SourceICSourceICSourceICSourceICSourceICGateICGateICGateICGateIC介面信號HsyncHClockVClockVsyncVGHVGLVCCLVDS/RSDS/mini-LVDS………DataTFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖Gamma背共電時序控制TFTLCD面板資料驅(qū)動電路掃電50TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖51TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖外部訊號(TV/PC/Phone)Video訊號解/編碼TTL/LVDSTimingControl解碼(RSDS)SourceDriverIC電壓轉(zhuǎn)換Panel(TFTDevice)ModuleTFT/CF/CellTFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖外部VideoTimi52TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖53TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖說明1.基本電路功能區(qū)塊:移位暫存器(ShiftRegister).電位移轉(zhuǎn)器(LevelShifter).運(yùn)算放大器(OperationAmplifier)2.時序控制電路(TimingControl):

顯示器動作時序控制中心(1)設(shè)定水平掃描起動時間(2)視訊資料轉(zhuǎn)換成資料驅(qū)動電路資料信號型式.傳送到資料驅(qū)動電路記憶體配合水平掃描控制資料驅(qū)動時間3.掃描驅(qū)動電路(ScanDriver):接受時序控制電路控制.依序?qū)呙杈€輸出開(VGH)關(guān)電壓(VGL)4.資料驅(qū)動電路(DataDriver):接受時序控制電路控制.將高頻數(shù)位視訊信號儲存在記憶體.配合掃描線開啟.將數(shù)位視訊信號轉(zhuǎn)換成畫素電極電壓5.共電極參考電源:TFTLCD共電極電壓軸(直流電壓/可調(diào)整電壓源)6.電壓源轉(zhuǎn)換電路(DC-DC):各功能區(qū)塊所須電壓範(fàn)圍不同.利用DC-DC將系統(tǒng)單一電壓值轉(zhuǎn)換.提供不同電壓值電壓源7.Gamma校正參考電壓:Gamma可能源於CRT（顯示器/電視機(jī)）的回應(yīng)曲線，即其亮度與輸入電壓的非線性關(guān)係TFTLCD驅(qū)動系統(tǒng)概觀示意圖說明1.基本電路功能區(qū)54掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖

TFTLCD面板VsyncVGLVGHOutputEnableVclockUp/Down單顆掃描驅(qū)動IC雙向移位暫存器邏輯運(yùn)算電位移轉(zhuǎn)器數(shù)位緩衝放大器掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖TFTVsyn55掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖說明

1.掃描驅(qū)動電路子系統(tǒng):掃描驅(qū)動IC/電源/控制信號2.IC通用性可降低成本.除上下皆可掃描.另選用考慮項(xiàng)目:

(1)驅(qū)動掃描線數(shù)目:IC腳位數(shù)目限制.依顯示解析度換算IC使用數(shù)量(XGA*3顆/SXGA*4顆)

(2)時序控制子系統(tǒng)外部設(shè)定:不同解析度與圖框操作頻率而有不同時序控制.以Vclock(垂直時脈信號)/Vsync(垂直掃描同步信號)控制動作時間

(3)驅(qū)動IC間串接性:1stIC掃描啟動由時序控制電路控制.2ndIC之後掃描由上顆IC最後一級移位暫存器輸出脈衝啟動

(4)TFT開關(guān)電壓子系統(tǒng)外部設(shè)定:

各TFTLCD面板所需TFT開關(guān)電壓值不同.由外部電壓源轉(zhuǎn)換電路(DC-DC)提供

(5)OutputEnable時間長短子系統(tǒng)外部設(shè)定:各TFTLCD面板設(shè)計掃描線延遲效應(yīng)不同.由外部設(shè)定OE時間長短掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖說明1.掃描驅(qū)動56掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖

掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖57ShiftRegisterShiftRegisterLogicLevelShifterOEVGHVGLESDVClockShiftRegister連接端子DigitalBuffer玻璃基板VSyncinESD連接端子ShiftRegisterShiftRegisterESD連接端子ESD連接端子1.決定掃描線開/關(guān)狀態(tài)2.數(shù)位型電路LevelShifterLevelShifterLevelShifterDigitalBufferDigitalBufferDigitalBufferLogicLogicLogic掃描驅(qū)動電路(Scan)子系統(tǒng)概觀示意圖

ShiftShiftLogicLevelOEVGHVGLES58雙向移位暫存器(ShiftRegister)輸出入波形示意圖1.D型正反器(D-typeflipflop):每一個時脈(clock)週期,輸入級邏輯狀態(tài)傳送輸出級週而復(fù)始開/關(guān)掃描線.2.將Vsync(垂直掃描同步信號)傳至1st移位暫存器與Vclock(垂直時脈信號).控制每一移位暫存器輸出時間3.移位暫存器上下方向皆可掃描4.只決定開關(guān)邏輯狀態(tài).(不提高電壓)CK2CK1CK1CK2CK1CK2CK2CK1UpDownVClockShiftRegisterVSyncinShiftRegisterShiftRegisterShiftRegister雙向移位暫存器(ShiftRegister)輸出入1.D型59D型正反器(DTypeFlipFlop)

1.D=0CK負(fù)緣=>Q=02.D=1CK負(fù)緣=>Q=13.構(gòu)造簡單容易儲存暫時性資料4.正反器(雙穩(wěn)態(tài)多諧振盪器):儲存資料記憶元件輸入輸出PRCLRCKDQn+100XXX01XX110XX011001111PRDQCKQCLRCKDQ101010DQnQn+10000101011111101QnD01(a)符號(b)真值表(a)時序圖D型正反器(DTypeFlipFlop)1.D=060邏輯運(yùn)算電路(Logic)波形示意圖

1.邏輯狀態(tài)運(yùn)算.3~5V電壓2.雙脈衝掃描預(yù)充電方式3.OE(OutputEnable)縮短掃描線充電時間,避免信號延遲VClockOEVsyncShiftRegister2ShiftRegister3ShiftRegister4ShiftRegister2邏輯運(yùn)算電路(Logic)波形示意圖1.邏輯狀態(tài)運(yùn)算.361雙脈衝掃描(Two-PulseScanning)示意圖第一條掃描線第二條掃描線第三條掃描線第N-1條掃描線第N條掃描線………第一條掃描線第二條掃描線第三條掃描線第N-1條掃描線第N條掃描線………1.TFTLCD操作是資料線與畫素電極正負(fù)極不斷轉(zhuǎn)換.在圖框與列轉(zhuǎn)換的空白時間做預(yù)充放電.提早達(dá)到電壓設(shè)定2.雙脈衝掃描:每條掃描線打開兩次.第一次作預(yù)充電(相同極性其他畫素電壓).第二次為實(shí)際畫素電壓.同時兩條掃描線是打開3.圖框與欄反轉(zhuǎn)畫素電壓與前一條相同(同時作預(yù)充電).列與點(diǎn)反轉(zhuǎn)畫素電壓相反(再前一條作預(yù)充電)(a)圖框與欄反轉(zhuǎn)(b)列與點(diǎn)反轉(zhuǎn)雙脈衝掃描(Two-PulseScanning)示意圖第一62雙脈衝掃描(Two-PulseScanning)示意圖

1.為保證所有畫素在資料線切換前.掃描線信號以將TFT關(guān)閉.避免不正確的電壓寫入.需對信號延遲補(bǔ)償.2.延後資料線信號切換時間.3.提前將掃描線關(guān)閉時間.在下一條掃描線畫素電壓前定關(guān)閉.但畫素充電時間也變短4.將掃描線與OE信號作AND邏輯處理掃描線信號資料線信號掃描線信號資料線信號(a)延後資料線信號切換(a)提前掃描線關(guān)避雙脈衝掃描(Two-PulseScanning)示意圖63電位移轉(zhuǎn)器(LevelShifter)輸出入波形示意圖VinVinVDD_HVDD_HVSSVSS_LVout1.將3/0Vor5/0V低電壓邏輯準(zhǔn)位轉(zhuǎn)成開關(guān)TFT電壓(VGH高開電壓/VGL低關(guān)電壓)2.GOPProcess製作在Array3VShiftRegister1VClockOEVsyncLevelShifterVGL:-5VVGH:20V0V20V-5V電位移轉(zhuǎn)器(LevelShifter)輸出入波形VinVi64數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路1.掃描線負(fù)載:以電位移轉(zhuǎn)器輸出直接驅(qū)動掃描線驅(qū)動能力不足,增加緩衝放大器增加驅(qū)動能力2.為數(shù)位型信號放大,利用偶數(shù)級數(shù)位反相器(Inverter)VGHLevelShifterVGLESD連接端子玻璃基板..................數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路1.掃描線65數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路66數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路數(shù)位緩衝放大器(DigitalBuffer)電路67資料(Data)驅(qū)動電路BlockDiagram資料(Data)驅(qū)動電路BlockDiagram68資料驅(qū)動電路(DataDriver)基本功能區(qū)塊示意圖雙向移位暫存器電位移轉(zhuǎn)器資料暫存器左右掃描控制閂鎖信號極性反轉(zhuǎn)控制資料接受器視訊信號輸入RGB水平方向時脈控制8888888888數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器類比緩衝放大器Y1Y2Y3Y383Y384………...……...…….1128……..…….數(shù)位部份類比部份雙向移位暫存器電位移轉(zhuǎn)器資料暫存器8888888888數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器類比緩衝放大器Y1Y2Y3Y383Y384………...……...…….1128……..…….TFTLCD面板資料驅(qū)動電路(DataDriver)雙向移位暫存器電位移轉(zhuǎn)69資料驅(qū)動電路(DataDriver)動作示意圖

S/RLatch1

ENBLatch2L/SDACBufferS/RLatch1

ENBLatch2L/SDACBufferS/RLatch1

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ENBLatch2L/SDACBufferPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelPixelHclockHsyncVideoDataGammaVoltages第n-1條掃描線第n條掃描線逐一寫入第n條掃描線的Videodata儲存第n-1條掃描線的Videodata資料驅(qū)動電路(DataDriver)動作示意圖S/RL70資料(Data)驅(qū)動電路部份PinAssignment資料(Data)驅(qū)動電路部份PinAssignment71資料驅(qū)動電路(DataDriver)基本功能區(qū)塊說明1.動作方式:(1)由移位暫存器(S/R)控制.水平時脈信號(Hclock)與水平掃描同步信號(Hsync)控制動作時間.逐一開啟閂鎖方式1st資料暫存器(Latch1).先儲存n-1條掃描線畫素顯示的數(shù)位化視訊資料(VideoData).(2)配合水平掃描同步訊號(Hsync)將資料轉(zhuǎn)存於2nd資料暫存器(Latch2)(3)類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器(DigitalAnalogConverter.DAC)將數(shù)位訊號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的畫素電壓(4)類比緩衝放大器(AnalogBuffer)放大驅(qū)動能力.推動面板畫素陣列的資料線負(fù)載.將電壓寫在畫素電極(5)在寫入電壓的同時.移位暫存器已在下一個Hsync啟動下.進(jìn)行第n條掃描線畫素視訊資料儲存.儲存在不同資料暫存器.所以可同時動作.(n=>Latch1.n-1=>Latch2)2.移位暫存器(ShiftRegister):

與掃描驅(qū)動電路相同功能.但頻率數(shù)百倍(與資料信號介面通道數(shù)和傳送資料類型相關(guān).(1)EX:6bitLVDS1024*768XGA.5組(10條)信號線頻率:60Hz#1掃描線OpenTime:1/60/768sec=21.7us=46.1KHz#2資料量:1024*RGB*6bit=18432bit18432/5=3686.4bit#3資料驅(qū)動電路移位暫存器操作頻率:3686.4bit/21.7us=170MHz(2)時序控制電路提供Hclock與Hsync控制操作頻率(3)移位暫存器為雙向控制.增加驅(qū)動IC通用性(4)資料線間距為掃描線的1/3.IC封裝與TFT基板連接墊接合製程最小間距限制(約45um)資料驅(qū)動電路(DataDriver)1.動作方式:72資料驅(qū)動電路(DataDriver)基本功能區(qū)塊說明3.資料暫存器(Latch):(1)儲存資料類型:數(shù)位資料(2)使用兩個反相器(Inverter)將輸入/輸出互接形成閂鎖(Latch)記憶(3)Latch數(shù)量:6bit1024*768XGA面板6*1024*RGB*2=36864個4.電位移轉(zhuǎn)器(LevelShifter):(1)只決定邏輯狀態(tài)(2)將移位暫存器與資料暫存器低電壓(5V)提昇(3)類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器將數(shù)位信號電壓放大.作為參考電壓開關(guān).參考電壓範(fàn)圍含驅(qū)動液晶正負(fù)極約10V資料驅(qū)動電路(DataDriver)3.資料暫存器(Lat73電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)

VoutD5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)N型電晶體與P型電晶體6bit電壓選擇器電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)VoutD5D74電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)75電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)

V63+V62+V0+V0-V1-V63---------D5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)VoutPolarityPolarityD5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)V63+V62+V0+V0-V1-V63-Vout--------(a)改變參考電壓源(b)兩組參考電壓源與電壓選擇器電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)V63+V6276電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)利用電阻分壓產(chǎn)生128組參考電壓架構(gòu)r校正參考電壓源V+V+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+………………..資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+….….….….資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+….….資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+….….電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)架構(gòu)利用電阻分壓產(chǎn)生177電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)說明(1)DAC2/電壓選擇器(VoltageSelector)/多工器(Multiplexer)(2)數(shù)位資料轉(zhuǎn)換:100110(32.16.8.4.2.1)Vout=32+4+2=38V(連接V38)010011(32.16.8.4.2.1)Vout=16+2+1=19V(連接V19)(3)驅(qū)動液晶需極性反轉(zhuǎn).須提供正負(fù)兩個極性電壓:

#1.當(dāng)極性反轉(zhuǎn)為圖框/列反轉(zhuǎn)(同時間驅(qū)動電壓同極性).改變V0~V63電壓極性產(chǎn)生Vout+/Vout-#2.當(dāng)極性反轉(zhuǎn)為欄/點(diǎn)反轉(zhuǎn)(同時間驅(qū)動電壓不同極性).須兩組電壓選擇器V0+~V63+和V0-~V63-產(chǎn)生Vout+/Vout-.利用1對2多工器選擇適當(dāng)極性電壓輸出(4)D0~D5為數(shù)位信號.電位移轉(zhuǎn)器將電壓提昇.(5)電壓選擇器將數(shù)位視訊資料轉(zhuǎn)成驅(qū)動畫素類比電壓.LCD電壓-穿透度隨液晶模式不同改變.(6)讓驅(qū)動IC適用不同液晶模式.大範(fàn)圍參考電壓由外部設(shè)定.細(xì)部電壓由驅(qū)動IC內(nèi)部產(chǎn)生(7)線性類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換搭配電阻分壓性DAC.由高位元(MostSignificantBit.MSB)數(shù)位資料決定選擇的參考電壓.再由線性DAC依低位元(LeastSignificantBit.LSB)數(shù)位資料微調(diào)輸出電壓.利用小區(qū)域線性(Piece-wiselinear)顯示視訊資料電壓選擇器型DAC(類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器)說明(1)DAC2/78類比緩衝放大器(AnalogBuffer)

VssVinVinVddVoutCloadVbias+-CloadVoutVinVddVss(a)類比緩衝放大器電路圖(b)類比緩衝放大器符號圖類比緩衝放大器(AnalogBuffer)VssVin79類比緩衝放大器(AnalogBuffer)

類比緩衝放大器參考電路r校正參考電壓源V+V+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+VA+…………資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+資料驅(qū)動ICV63+V0+V63+V0+….….….….….….類比緩衝放大器類比緩衝放大器(AnalogBuffer)類比緩衝放大80極性反轉(zhuǎn)DAC與緩衝放大器連接方式

(a)切換參考電壓(b)切換驅(qū)動資料線D5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)奇數(shù)資料線V63+V62+V0+V0-V1-V63-….….D5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)偶數(shù)資料線PolarityD5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)奇數(shù)資料線V63+V62+V0+V0-V1-V63-……D5(MSB)D4D3D2D1D0(LSB)偶數(shù)資料線Polarity_+奇數(shù)資料線極性反轉(zhuǎn)DAC與緩衝放大器連接方式(a)切換參考電壓(b81極性反轉(zhuǎn)DAC與緩衝放大器連接方式說明

(1)利用低負(fù)載輸入端接信號源.放大輸出能力驅(qū)動大負(fù)載畫素陣列(2)使用運(yùn)算放大器得到與輸入電壓相同的輸出電壓.且驅(qū)動能力更大(3)電阻分壓:非電阻絕對值.電阻比例決定電壓.溫度/IC製程改變不影響電壓分壓(4)電阻絕對值影響功率消耗與驅(qū)動能力.電阻絕對值大消耗功率小.但易受負(fù)載影響改變參考電壓.使用類比緩衝放大器(5)驅(qū)動液晶需極性反轉(zhuǎn).須提供正負(fù)兩個極性電壓:

#1當(dāng)極性反轉(zhuǎn)為圖框/列反轉(zhuǎn)(同時間參考電壓同極性).改變V0~V63電壓極性產(chǎn)生Vout+/Vout-#2當(dāng)極性反轉(zhuǎn)為欄/點(diǎn)反轉(zhuǎn)(同時間參考電壓不同極性).須兩組電壓選擇器V0+~V63+和V0-~V63-產(chǎn)生Vout+/Vout-.利用1對2多工器選擇適當(dāng)極性電壓輸出極性反轉(zhuǎn)DAC與緩衝放大器連接方式說明(1)利用低負(fù)載輸82Gamma校正參考電壓

亮度視訊資料大腦感覺視訊資料亮度大腦感覺視訊資料/