LCM的驱动原理学习报告20130122.docx

学习报告LCM的驱动原理： 1液晶显示器件LCD的显示原理： 具有偶极矩的液晶棒状分子在外加电场的作用下其排列状态发生变化，使得通过液晶显示器件的光被调制，从而呈现明与暗或透光与不透光的显示效果。液晶显示器件中的每个显像素都单独被电场控制，不同的显示像素按照控制信号的“指挥”便可以在显示屏上组成不同的字符、数字及图形。因此建立显示所需的电场以及控制显示像素的组合就成为液晶显示驱动器和液晶显示控制器的功能。2LCD的驱动方式： 液晶的显示是由于在显示像素上施加了电场的缘故，而这个电场则由显示像素前后两个电极上的电位信号合成产生，在显示像素上建立直流电场是非常容易的事，但直流电场将导致液晶材料的化学反应和电极老化，从而迅速降低液晶的显示寿命，因此必须建立交流驱动电场，并且要求这个交流电场中的直流分量越小越好，通常要求直流分量小于50mV。在实际应用中，由于采用了数字电路驱动，所以这种交流电场是通过脉冲电压信号来建立的。显示像素上交流电场的强弱用交流电压的有效值表示，当有效值大于液晶的阀值电压时，像素呈显示态；当有效值小于阀值电压时，像素不产生电光效应；当有效值在阀值电压附近时，液晶将呈现较弱的电光效应，此时将会影响液晶显示器的对比度。液晶显示的驱动就是用来调整施加在液晶器件电极上的电位信号的相位、峰值、频率等，建立驱动电场，以实现液晶显示器件的显示效果。液晶显示的驱动方式有许多种，常用的驱动方法有静态驱动法和动态驱动法。A静态驱动法：静态驱动法是获得最佳显示质量的最基本的方法，它适用于笔段型液晶显示器件驱动。这类液晶显示器件的电极结构，当多位数字组合时，各位的背电极BP是连在一起的。静态驱动法的电路中，振荡器的脉冲信号经分频后直接施加在液晶显示器件的背电极BP上；而段电极的脉冲信号是由显示选择信号与时序脉冲通过合成产生。当某位显示像素被显示选择时，该显示像素上两电极的脉冲电压相位差180，在显示像素上产生2V的电压脉冲序列，使该显示像素呈现显示特性；当某位显示像素为非显示选择时，该显示像素上两电极的脉冲电压相位相等，在显示像素上合成电压脉冲为0V，从而实现显示的效果。这就是静态驱动法。为了提高对比度，适当地调整脉冲的电压即可。 B动态驱动法： 当液晶显示器件上显示像素众多时（如点阵型液晶显示器件），为了节省庞大的硬件驱动电路，在液晶显示器件电极的制作与排列上作了加工，实施了矩阵型的结构，即把水平一组显示像素的背电极都连在一起引出，称之为行电极；把纵向一组显示像素的段电极都连起来一起引出，称之为列电极。在液晶显示器件上每一个显示像素都由其所在的列与行的位置唯一确定。在驱动方式上相应地采用了类同于CRT的光栅扫描方法。液晶显示的动态驱动法是循环地给行电极施加选择脉冲，同时所有显示数据的列电极给出相应的选择或非选择的驱动脉冲，从而实现某行所有显示像素的显示功能，这种行扫描是逐行顺序进行的，循环周期很短，使得液晶显示屏上呈现出稳定的显示，人们把液晶显示扫描驱动方式称之为动态驱动方式。 在一帧中每一行的选择时间是均等的。假设一帧的扫描行数为N，扫描时间为1，那么一行所占有的选择时间为一帧时间的1/N。在液晶显示的驱动方法中把这个值，即一帧行扫描数的倒数称为液晶显示驱动的占空比（duty），用d表示。在同等电压下，扫描行数的增多将使液晶显示的占空比下降，从而导致了变电场电压有效值的下降，降低显示质量。因此随着显示屏的增大，显示行的增多，为了保证显示的质量，就需适度地提高驱动电压或采用双屏电极排布结构以提高电场的电压有效值或提高占空比。 在动态驱动方式下，液晶显示器件某一位置上的显示像素的显示机理是由行选择电压与列显示数据电压合成实现的即要使一位置如（I，J）点显示，就需要在第I列和第J行上同时施加选择电压，以使该点变电场达到最大。但是此时除（I，J）点外第I列和第J 行上的其余各点也都承受了一定的电压，把这些点称为半选择点，若半选择点上的有效电压大于阀值电压时在屏上出现不应有的显示，使对比度下降，这种现象叫“交叉效应”。 在动态驱动法中解决“交叉效应”的方法是平均电压法，即把半选择点和非选择的电压 平均化，适度提高非选择点电压来抵消半选择点上的一部分电压，使得半选择点上电压下降，提高显示的对比度。由于电压平均出现一个量叫偏压比（bias），用b表示。3LCD驱动电路的原理： A驱动电路原理： 动态驱动法采用的是等频脉冲序列驱动波形，所以在电路上比较容易实现。在驱动器电路的结构上可分成逻辑电路侧和液晶驱动电路侧。逻辑电路侧电源与MPU系统的逻辑电源一致，保证了驱动器数据信道和受控信号与控制电路的接口。逻辑电路侧将完成显示数据的传送及到位后的锁存等，其接口信号有：显示数据输入口（DI）和输出口（DO）、数据移位元元元元脉冲（CP）、数据锁存脉冲（LP）等数据与控制信号。液晶驱动侧是动态法的具体实现，当显示数据被锁存进锁存器后，锁存器的输出实现了工作电源的转换。这些数据进入液晶驱动电路作为选择、非选择信号控制着输出的驱动波形的峰值电压。而峰值电压将由偏压输入端的电压确定，驱动的波形由交流波形信号输入端调整。驱动侧具有若干路驱动输出。该输出量决定了该驱动器的带载能力，所以输出量总是出现在驱动器的名称内。XX路液晶驱动器。液晶显示驱动器按用途分为行驱动器和列驱动器。这两类驱动器的工作原理和基本结构是相同的，不同的是： 输入数据的性质不同。 列驱动器的数据为列选择信号。列驱动器的数据输入方式有如下三种：1位串行输入方式，2位或4位并行输入方式。并行输入方式适应大屏幕的列数据传输。行驱动器只有1位数据即帧信号，用于扫描的选择。 移位元元元元时钟的不同。 列驱动器移位元元元元时钟的作用是把数据送入相应的位置上，行驱动器的移位元元元元时钟作用是为了实现扫描行的更换。这种更换必须在新的扫描行上所有的数据就位后锁存时进行，也就是说列驱动器的锁存脉冲正是行驱动器的移位脉冲。 非选择偏置电压的设置不同。 输出波形相位的不同。 B驱动电路组成形式： 无论是行驱动器还是列驱动器，其驱动能力，即负载能力都是有限的。一般所见的驱动器没有超过80路输出的，所以在大规模点阵液晶显示器件的驱动电路中需要多片驱动器的组合。这种组合的控制时序信号基本是不变的，但数据的传输方式将根据驱动器组之间的数据传输方式而定。这种数据的传输主要是针对列显示数据而言，常见到的有两种数据传输方式：串行数据传输方式和并行数据传输方式。1 串行数据传输方式： 此方式常见于1位串行数据接口的列驱动器的连接方式中。该方式下各驱动器的移位寄存器以串联形式连接，显示数据将通过该组串联移位寄存器在移位脉冲的作用下传输就位。 2 并行数据传输方式： 并行数据传输方式有2位并行传输、4位并行传输，也有10位并行传输，其驱动器必须具有并行接口，在此方式下各驱动器的数据口并联。每个驱动器都有两个信号，一个是在输入端，一个是在输出端。上一列驱动器的使能输出接至下一列驱动器的使能输入端。这两个使能信号的作用是使输入信号有效，启动本驱动器开始接收数据，当驱动器数据接收满额时，驱动停止接收数据并向外部发出一个数据已满的信号，启动下一个列驱动器，使其招收数据。在第一个列驱动器的输入信号端上将根据驱动器的要求接至高电位或低电位，自动启动或由控制电路提供。这种方式的原理娄同于多I/O设备的菊花链式优先权排队电路，所以并行数据传输方式也被称为菊花链数据传输方式。 C分压电路： 在动态驱动方式中，偏置电压的设置是非常重要的。根据所需的偏置电压系数I/b，把液晶驱动电压ULCD均分为不同的电压档次，这就是偏置电路的生成电路（分压电路）的功能。分压电路归纳起来有两种常用的电路形式：电阻分压电路和运算放大器分压电路。 1 电阻分压电路： 各驱动器的偏置电压由电阻分压电路提供。电阻值的选择取决于液晶显示器件的工作电压范围及其功耗的要求。由于液晶显示器件可等效为一个电容，所以由分压电路提供的驱动输出波形将随负载电容的充、放电特性而变形。为了减小这种变形，就需要减小负载的充、放电时间常数。减小分压电路的电阻值可实现这个目的，但是功耗将随之上升。有时为了减小输出驱动波形的变形，不得已只好牺牲功耗要求了。为了沽小驱动波形变形，还可以在电阻两端并入电容，但效果是有限的。如果用电阻以减小功耗，大电容改进波形，则会引起驱动器输出电压的下降，这是液晶显示驱动所不允许的。点阵型液晶显示器件驱动器的负载是复杂的，它随显示状态的变化而变，因此分压电阻必须结合所用的液晶显示器件的特性及其对功耗的要求而确定。一般电阻值在几百至几千奥姆范围内选择，电容则要求小于或等于0.1Uf。 2 运算放大器分压电路： 随着液晶显示器件的规模增大，驱动器的负载随显示状态的变化而大幅度地变化，这就把偏置电压生成电路的稳定性放在了重要的位置上，而电阻分压电路难以满足这个要求。运算放大器组成电路的稳定性较为理想。运算放大器电路应用了运算放大器高输入阻抗、低输出阻抗的特性，组成了阻抗变换形式的跟随器电路。液晶显示所需要的偏压仍由运算放大器输入部分的电阻分压产生，但阻值可采用高阻值，如R=10K，VR=20K。驱动器的偏压输入则由运算放大器低阻抗输出提供，从而使电阻值大大减小，保证了输出驱动波形的质量。在分压电路中可调电阻VR是用来调整液晶显示器件的显示对比度的。在初次调试液晶显示控制电路及驱动程序之前，首先要做的就是调节VR，使得显示屏底色（或称背景光）对于未通电时有较明显的变化。底色不宜过深，过深容易把显示的内容覆盖掉；但也不宜过浅，以至连字符都因显示过浅而看不出来。D温度补偿电路： 液晶材料对温度是比较敏感的，不容忽视的是温度对液晶阀值电压的影响，它直接影响着显示对比度。一般液晶材料都具有负温度系数。温度的升高将导致阀值电压的下降，使得不显示的位置也变