TFT液晶驱动原理20130611Ligh.pptx

TFT液晶驅動原理,系統開發二部 胡亮平 20130611,1,Agenda,1. 液晶面板的架構 2. 液晶驅動原理 3. 液晶面板常見問題解析 4. 案例分析,2,预备知识,1. 什么叫TFT？ Thin-Film Transistor,薄膜电晶体, 是在玻璃或者塑料基板等非单晶片上制作大规模的集成电路，通过溅射、化沉积工艺形成制造电路必虚的各种膜，通过对膜的加工制造集成电路。 2. 掃描方式 a.隔行掃描（兩場一幀） b.逐行掃描（一場一幀） 隔行掃描的奇數行和偶數行在時間上相差1/60秒，掃描后合併的時候所產生的偏差會造成畫面不夠清晰 3. 什麽叫RSDS Reduced Swing Differential Signaling 低抖動差分信號，LVDS經T-CON處理后由Source Driver處理提供給panel接收的信號。,3,TFT,Polarizer 偏光板,CF,Polarizer 偏光板,PCBA,Light Guide,燈管（只产生白色光）,LC cell,TFT 液晶面板架構,1. 整體架構,LC：Liquid Crystal 液態晶體。 CF：Color Filter彩色濾光片。分R、G、B 三種顏色的濾光片。 BM ：Black Matrix目的:遮蔽漏光區域,以免看到漏光導致對比下降(Black Matrix材料:Cr, CrO2, resin) ITO: Indium Tin Oxide 氧化铟锡，提供透明導電通,為液晶電容的极 B/L： Back light背光。 L/G： Light Guide導光板。 data line:數據線，進行資料的傳輸。 scan line :掃描線，控制TFT的開關。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。,1280,1024,4,TFT 液晶面板架構,5,結構舉例,TFT 液晶面板架構,2. 制造流程,6,液晶分子可改變光的極化狀態,穿過扭曲(TN)液晶時,光線被液晶分子扭轉90度. 通過TFT開關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 改變，從而達到控制光線的強弱的目的。,3.偏光板 Polarizer,TFT 液晶面板架構,7,4.彩色濾光片,彩色濾光片為液晶顯示器彩色化的關鍵元件,透過彩色濾光片才能使高灰階的液晶顯示器達到全彩色化,所以彩色濾光片之作用在於利用濾光的方式產生RGB三原光,再將三原光以不同的強弱比例混合而呈現各種色彩,使LCD顯示出全彩.,TFT 液晶面板架構,8,ITO sputter B R G 黑色矩陣,TFT-LCD用無鹼玻璃,註解: 最基本的彩色濾光片其結構為玻璃基板(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),最後濺鍍上透明導電膜(ITO Indium Tin Oxide).,TFT 液晶面板架構,9,1.液晶可以被光穿透，並影響光的偏振性； 2.液晶的定向：在不加外界電壓的情況下，不同型態之LCD有不同的扭轉角，見下表。,5.液晶層,TFT 液晶面板架構,10,TFT 液晶面板架構,3. 在液晶分子兩端加上電壓,液晶的排列會變得有規律,所加電壓的不同,液晶分 子的翻轉程度不同,根據液晶角度的不同,透過光的偏振性也不同； 4. 液晶工作需要的電壓是交變的,因為長期讓液晶固定于一個偏轉角度容易使液晶电解，失去透光特性，造成液晶损坏。,11,TFT 液晶面板架構,未加电压：当光线通过上层偏光片，平行偏光片栅栏方向的光进入LCD后，籍由液晶的扭转将光路径旋转90角而与下层的偏光片的栅栏平行，而得以透过轴向穿透下层偏光片的 施加电压：原有液晶分子排列的状态经过施加电压后，由于液晶的介电因素使得液晶平行于电场而失去了旋转光路径的功能，因此光线无法透过直交的偏光片,12,TFT 液晶面板架構,6.TFT 結構,13,TFT 液晶面板架構,7.背光模組： 背光模組主要是用來提供液晶面板均勻、高亮度的光源，由於 TFT-LCD之非自發光性，因此須利用外加光源如：發光二極體、冷陰極 射線管等。 主要功能：提供液晶面板平面光源，提供適當的輝度、色度、均齊度、視角等. LED优于CCFL： 1、均匀调光：对画面可以进行点控制调节，而不是整个画面或者整条线的调节。 2、寿命长:CCFL开关速度比较慢，强制驱动开关速度的话，会减少寿命，LED则相反 3、节能：其它背光实际亮度并没有变，调光模式是通过改变液晶的透光率，而LED则是直接调整LED的亮度。 4、环保：其它背光模组都含有“Hg”,LED不含。 5、色域广：能将画面上的不同色彩真实的显现出来,14,1.TFT LCD 的顯示原理：由薄膜電晶體【TFT】來控制液晶【LC】旋轉的角度，光源【B/L】透過不同角度排列的液晶所穿透之光源透過彩色濾光片【CF】顯示出不同的顏色組合。每个像素都由三个单元构成，分别负责红、绿和蓝色的显示能在高分辨率环境下创造色彩斑澜的画面，屏幕本身的像素点并不能主动发光，它只能作为光的开关，控制通过光通量的大小.,TFT 液晶显示原理,15,2.颜色的显示 R,G,B三基色组合形成各种颜色。 能显示的颜色数由RGB的数字信号的位数来决定。,N = 2n(R) * 2n(G) * 2n(B) = 23n N: 能显示的颜色数 n ：数字数据的位数。,16,TFT 液晶显示原理,TFT 液晶显示原理,17,如此依序下去, 当充好了最后一行的显示点(从第一行扫描到最后一行所需的时间称为一个frame), 便又回过来从头从第一行再开始充电. 以一个1920*1080分辨率的液晶显示器来说, 总共会有1080行的gate走线, 而source走线则共需要1920*3=5760条. 以一般的液晶显示器更新频率为60Hz的来说, 每一个画面的显示时间约为1/60=16.67ms. 由于画面的组成为768行的gate走线, 所以分配给每一条gate走线的开关时间约16.67ms/768=21.7us. 所以在图2-15 gate driver送出的波形中, 我们就可以看到, 这些波形为一个接着一个宽度为21.7us的脉波, 依序打开每一行的TFT. 而source driver则在这21.7us的时间内, 经由source走线, 将显示电极充放电到所需的电压, 好显示出相对应的灰阶.,从图中我们可以看到整片面板的等效电路, 其中每一个TFT与Clc跟Cs所并联的电容, 代表一个显示的点. 而一个基本的显示单元pixel,则需要三个这样显示的点,分别来代表RGB三原色. 以一个1920*1080分辨率的TFT LCD来说, 共需要1920*1080*3个这样的点组合而成整片面板的大致结构就是这样, 然后由gate driver所送出的波形, 依序将每一行的TFT打开,好让整排的source driver同时将一整行的显示点, 充电到各自所需的电压,显示不同的灰阶.当这一行充好电时, gate driver便将电压关闭, 然后下一行的gate driver便将电压打开, 再由相同的一排source driver对下一行的显示点进行充放电.,3、工作方式,Gate Scan,. . G1080,. . G1080,. . G1080,S1 S2 S3 S5760,S1 S2 S3 S5760,S1 S2 S3 S5760,Time1,Time3,Time2,TFT 液晶显示原理,18,先開啟第一行，其餘關閉。接著關閉第一列，電壓已經固定，所以顯示顏色也已固定。開啟第二列，其餘仍保持關閉。依此類推，可完成整個畫面之顯示。,7、Source Driver IC,a)Input/output Signal,TFT 液晶显示原理,20,TFT 液晶显示原理,b.)功能與作用,21,所以液晶屏的列驱动电路；加到列电极线上面的像素电信号是一个电压幅度跟随图像的内容是不断变化的模拟信号，这个不断变化的电压也不断的改变电容器C上面的充电电压；也不断的改变电极板之间的电场大小；也不断的改变液晶分子扭曲的角度；也不断的改变通过光线的大小；也不断的改变了液晶屏上像素点亮度的大小（这个改变周期是：每一场图像时间改变一次）。,TFT 液晶显示原理,8、Gate Driver IC,a、Input/output Signal,TFT 液晶显示原理,23,TFT 液晶显示原理,b、作用與動作,e) Gamma电压: 是指决定LCD Panel的Gray级的信号；根据一串分壓电阻不同點的電壓差異，從而使液晶偏轉不同的角度而形成的灰度色标电压.,TFT 液晶显示原理,Gamma电压与液晶所感受的电压之间的关系 我们以显示位数为8位的液晶屏为例, 每个象素用一个8位二进制编码表示，8位二进制编码只有256个量级，从0到255。就是说，一幅图片，最亮的地方用255表示，最暗的地方用0表示。这里有一个问题需要我们思考一下：比最亮处（编码255）暗一级的象素的编码值是多少？ 答案是128，因为人眼感觉暗一级，光强将减小一半，这样感光元件的输出电压值将减小一半，从而模数转换器件得到的数字值也是255的一半，即128。 依此类推，比最亮的象素（编码255）暗两级的象素的编码值是64，暗三级是32，暗四级是16，暗五级是8，暗六级是4，暗七级是2，暗八级是1。于是矛盾就出现了，第一问题是，亚当斯将曝光区分为11个等级，这种8位二进制编码方法无法表示11个分区，只表示了9个分区，分别对应的二进制编码值是01，12，24，48，816，1632，3264，64128，128255。更严重的是第二个问题，最亮的分区（128255）占有8位二进制编码256个量级的一半量级资源，即占有128个量级，分别是128，129，130，253,254,255。而最暗的分区只占有8位二进制编码256个量级中的两个量级，分别是0和1，比最亮分区暗四级的分区只占有8位二进制编码256个量级中的8个量级，分别是8，9，15，16。这表明这种编码方法在最亮的分区中，表达的亮度细节非常的丰富，超过人眼的识别能力,25,TFT 液晶显示原理,d) Gamma电压分配编码,27,前面我们有提到施加给液晶分子的电压必须为变化的，才能保证液晶分子的特性不被破坏, 并且只有提供这样的变化的电压，才能显示出不同的灰阶。但是如果画面一直不动, 也就是说画面一直显示同一个灰阶的时候怎么办? 所以液晶显示器内的显示电压就分成了两种极性, 当显示电极的电压高于common电极电压时, 就称之为正极性. 而当显示电极的电压低于common电极的电压时, 就称之为负极性. 不管是正极性或是负极性, 都会有一组相同亮度的灰阶. 所以pixel的电压绝对值是固定时, 不管是显示电极的电压高, 或是common电极的电压高, 所表现出来的灰阶是一模一样的. 不过这两种情况下, 液晶分子的转向却是完全相反, 也就可以避免掉上述当液晶分子转向一直固定在一个方向时, 所造成的特性破坏. 也就是说, 当显示画面一直不动时, 我们仍然可以藉由正负极性不停的交替, 达到显示画面不动, 同时液晶分子的特性也不会被破坏. 所以当我们看到的液晶显示器画面虽然静止不动, 其实里面的电压正在不停的作更换, 而其中的液晶分子正不停的一次往这边转, 另一次往反方向转!即在这个frame液晶分子往这边偏转，下一frame往另一个方向偏转了。,TFT 液晶显示原理,液晶的翻转模式： a. frame inversion： b. row inversion frame N frame N +1 c. column inversion d. dot inversion,TFT 液晶显示原理,28,e. Delta inversion,Q：最可能产生Flicker现象的是哪一种？,29,TFT 液晶显示原理,液晶本身感受到的電壓是Vcom與Gamma電壓之間的壓差。但實際上，每一灰階是由Vcom與兩正負周期的Gamma Voltage組成。所以當正負周期的壓差不一樣時，就會產生Flicker的現象。,TFT 液晶显示原理,30,common电极(Vcom)的驱动方式,a. Common电极的电压是一直固定不动的电压驱动方式,Q:如果V-com的电压有误差会出现什么状况？,31,b. 另一种是Common电极的电压是变动的电压驱动方式,TFT 液晶显示原理,这个方法只是将common电压 一次很大, 一次很小的变化, 它一定要比灰阶中最大的电压还大, 而电压小的时候则要比灰阶中最小的电压还要小才行.,TFT 液晶显示原理,32,同样是高电平为5V的Common电压，当common电极的电压是固定不变的时候,显示电极的最高电压需要到达common电极电压的两倍以上.当common电极的电压是固定变化的时候显示电极的电压只要5V，而显示电极电压的提供则是来自于source driver. 就source driver的设计制造来说,需要越高电压的工作范围, 制程与电路的复杂度相对会提高, 成本也会因此而加高.,2.驱动原理框图 时序控制信号部分,Gate 信号到来,打开此行的TFT,此行接收信号,控制信號,CPV门驱动转换时钟,STV門驱动开始脉冲,G-Oupt 1st,G-Oupt 2nd,OE驱动输出使能,TFT 液晶显示原理,34,TP/POL極性翻轉,TP信号的下降沿,一行Data信号输出,一般解析流程,TFT 面板常见问题及解析流程,35,1、辉(暗)点 现象：Panel有亮點或暗點，有時是2個合併的點。 产生原因为CELL内有异物或者是TFT功能不全。导致液晶不能正常翻转。另外一种可能就是液晶已经损坏。,TFT 面板常见问题及解析流程,36,2、畫面常（ Fliker，Noise）,現象描述：Fliker是指畫面的明暗變化一起的閃爍。Noise一般是畫面受到的雜訊干擾,水波紋等 重點原因：Vcom、Vref、VDA、Vcc等電壓Ripple 解析程： Fliker-確認Vcom電壓是否正確、可調-確認Vcom電壓是否有正常送到panel端-如果以上都OK，一般應為Panel問題 Noise issue-確定各DC Voltage是否正常-各DC Voltage Ripple 是否正常-Data訊號是否正常-針對常部分做進一步分析,TFT面板常见问题及解析流程,37,何谓mura：在同一光源且相同底色之畫面下，因視覺感受到同程之顏色差稱之為Mura. Mura root cause CF制程:光阻於coating時噴嘴有阻的情況, 即會造成膜厚的Coating均, 導致產生色均之現象. TFT制程：TFT的主要構成為層與層之間的關關相, 某一層當中有shift的情況產生就會產生常, 可能影響TFT的特性而造成Mura. LCD制程：1.Cell gap的不均, 偏高或偏低階會造成mura的現象. 2.Spacer散佈的均勻性及spacer本身原材料的均勻性都有可能影 響mura的產生.,TFT面板常见问题及解析流程,3.mura,38,TFT 面板常见问题及解析流程,39,光原因-TFT & CF TFT & CF 錯位造成,3. Roller因機台roller的壓力過大或是roller上沾附異物，造成Panel經過roller 後而產生丸狀或條狀mura. 4. Stage因機台stage吸力過大而造成吸附後形成stage mura，或stage的平整度不 佳當經過製程機台後, 亦有可能產生相關性的mura. LCM制程：鐵框與panel合, 壓在panel上也會產生mura. BL材常也會產生mura.,Case 1： BTV T-CON CVT Stage CBA NG issues（first 3 PCS all） 1、55 display abnormal 2、T-CON LED blanking normal 3、Stby LED is normal Condition：TV Set - AZ2 Y1_55 CN Input-Chroma 22291 Source-HDMI Patten-256 gray scale,256灰階,64灰階,案例分析,40,Analysis 1、換上確認是正常的PYL2 board,驗證是不是PYL2發生問題. 2、Check SMT issue 目檢T-con板缺件，空焊，偏位，連錫現象。 無發現此類現象。 3、根據Trouble shooting量測各點電壓 4、Check SW issue 將BTV1的SW燒錄在Core的T-con上，在Core CVT 55吋整機上進行測試，顯示正常。 確認不是SW問題。 5、 Check design issue 將BTV1在Core的基礎上根據DIB修正過的全部改回來(含sw）,結果依然顯示異常， 將Core的板子根據DIB修改為BTV1的板子，顯示正常。 確認DIB的修正是沒有問題的,排除設計問題。 6、Check parts issue 讓產線再三確認