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tft lcd显示原理及驱动介绍 tsinghuatongfangco ltd 目录 tft lcd简介tft lcd面板介绍tft lcd显示原理tft lcd基本驱动方式及应用tft lcd驱动电路架构mva显示原理介绍 tft lcd显示原理及驱动介绍 tft lcd简介tft lcd面板介绍tft lcd显示原理tft lcd基本驱动方式及应用tft lcd驱动电路架构mva显示原理介绍 何为液晶 液晶是处于结晶与液态的中间状态 同时具有光学异方性结晶所持有的复折射性 其分子与原子像液体一样是零散分布 缺又像结晶一样 往某一方向对齐 液晶的形态 层列性 为棒状的分子成层状构造 各分子成垂直或某一倾斜角度 向列性 亦为棒状的分子作平行排列 其分子轴方向保持平行 胆固醇性 具有层状构造及分子于层内平行排列 具有旋光性 层列性smectic 向列性nematic 胆固醇性cholesteric tftlcd的相关知识 thinfilmtransistor 薄膜场效应晶体管 是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动 从而可以做到高速度高亮度高对比度显示屏幕信息 tft属于有源矩阵液晶显示器 tft thinfilmtransistor 是指薄膜晶体管 意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动 从而可以做到高速度 高亮度 高对比度显示屏幕信息 是目前最好的lcd彩色显示设备之一 其效果接近crt显示器 是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备 tft thinfilmtransistor 薄膜晶体管 屏幕 它也是目前中高端彩屏手机中普遍采用的屏幕 分65536色及26万色 1600万色三种 其显示效果非常出色 tft工作原理 显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的象素组成 只要控制各个象素显示相应的颜色就能达到目的了 在tftlcd中一般采用背光技术 为了能精确地控制每一个象素的颜色和亮度就需要在每一个象素之后安装一个类似百叶窗的开关 当 百叶窗 打开时光线可以透过来 而 百叶窗 关上后光线就无法透过来 lcd liquidcrystaldisplay 就是利用了液晶的特性 当加热时为液态 冷却时就结晶为固态 一般液晶有三种形态 tft lcd的主要特点 使用特性好 低压应用 低驱动电压 固体化使用安全性和可靠性提高 平板化 又轻薄 节省了大量原材料和使用空间 低功耗 它的功耗约为crt显示器的十分之一 环保特性好 无辐射 无闪烁 对使用者的健康无损害 适用范围宽 从 20 到 50 的温度范围内都可以正常使用 经过温度加固处理的tft lcd低温工作温度可达到零下80 制造技术的自动化程度高 大规模工业化生产特性好 tft lcd产业技术成熟 大规模生产的成品率达到90 以上 tft lcd易于集成化和更新换代 是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合 继续发展潜力很大 tft lcd显示原理及驱动介绍 tft lcd简介tft lcd面板介绍tft lcd显示原理tft lcd基本驱动方式及应用tft lcd驱动电路架构mva显示原理介绍 tftlcd显示器面板 tft polarizer偏光板 cf polarizer偏光板 pcba lightguide 灯管 lccell 面板生产流程 基板厂 tft制造厂 lcd厂 lcm模组厂 cf厂 配向处理 将两面基板组装后进行液晶注入与封装并贴上偏光片 将背光板 驱动ic与液晶cell组合成面板 backlight背光板 驱动ic 成长薄膜及电晶体 偏光板polarizer 液晶分子可改变光的极化状态 穿过扭曲液晶时 光线被液晶分子扭转90度 通过tft电压控制开关来控制液晶分子两端的电压 不同压差下有不同穿透率 极化程度也相应改变 从而达到控制光线的强弱的目的 彩色滤光片 彩色滤光片为液晶显示器彩色化的关键组件 透过彩色滤光片才能使高灰阶的液晶显示器达到全彩色化 所以彩色滤光片之作用在于利用滤光的方式产生rgb三原光 再将三原光以不同的强弱比例混合而呈现各种色彩 使lcd显示出全彩 批注 最基本的彩色滤光片其结构为玻璃基板 glasssubstrate 上制作防反射之黑色遮光层 即为bm层 再依序制作上具有透光性红 绿 蓝三原色之彩色滤光膜层 滤光层之形状 尺寸 色泽配列依不同用途之液晶显示器而异 最后溅镀上透明导电膜 itoindiumtinoxide itosputterbrg黑色矩阵 tft lcd用无碱玻璃 blackmatrix目的 遮蔽漏光区域 以免看到漏光导致对比下降blackmatrix材料 cr cro2 resin 液晶层 1 液晶可以被光穿透 并影响光的偏振性 2 在液晶分子两端所加电压的不同 液晶分子的翻转程度不同 根据液晶角度的不同透过光的偏振性也不同 开关打开 开关闭合 液晶 液晶互相牵引做个转向的动作加电压后转向改变 通过它改变光的强弱 液晶亮度的控制原理 光源 垂直偏光板 玻璃電極 玻璃電極 液晶 水平偏光板 scan data 液晶极性反转驱动 液晶必须以交流信号驱动长时间维持某一极性 液晶分子可能受到破坏 正极性驱动vpixel vcom 负极性驱动vpixel vcom vpixel tft结构 背光模组 背光模块主要是用来提供液晶面板均匀 高亮度的光源 由于tft lcd之非自发光性 因此须利用外加光源如 发光二极管 冷阴极射线管等 主要功能 提供液晶面板平面光源 提供适当的辉度 色度 均齐度 视角等 tn twistednematic 扭曲向列型 价格低廉 主要用于入门级和中端的液晶显示器液晶分子偏转速度快 因此在响应时间上容易提高不过它在色彩的表现上不如ips型和va型面板属于软屏 用手轻轻划会出现类似的水纹可视角度的不足目前这样类型的面板显示器正在逐渐退出主流市场 tn面板优点 由于输出灰阶级数较少 液晶分子偏转速度快 响应时间容易提高 目前市场上6ms以下液晶产品基本采用的是tn面板 随着tn面板的不断改良 最新的tn面板显示器不再因为高速响应而牺牲画质 画面质量已经与简化版的广视角面板显示器相接近了 价格方面相比广视角面板低很多 tn面板缺点 作为原生6bit的面板 tn面板只能显示红 绿 蓝各64色 最大实际色彩仅有262 144种 通过抖动算法之后 可以让其达到16 7m色 8bit色彩 但是毕竟通过ic电路计算出来的色彩在准确性和自然性方面都无法和原生相比 tn面板提高对比度的难度较大 直接暴露出来的问题就是色彩单薄 还原能力差 va面板特点 目前市场上最多采用的类型 在高端液晶应用较多的面板类型 属于广视角面板 8bit的面板可以提供16 7m色彩和大可视角度是该类面板定位高端的资本 富士通的mva技术 multi domainverticalalignment 多象限垂直配向技术 可以说是最早出现的广视角液晶面板技术 我国台湾省的奇美电子 奇晶光电 友达光电等面板企业均采用了这项面板技术 三星samsung电子的pva patternedverticalalignment 技术同样属于va技术的范畴 是一种图像垂直调整技术 该技术直接改变液晶单元结构 让显示效能大幅提升 可以获得优于mva的亮度输出和对比度 va面板优缺点 va面板的正面 正视 对比度最高 但是屏幕的均匀度不够好 往往会发生颜色漂移 锐利的文本是它的杀手锏 黑白对比度相当高 属于软屏 只要用手指轻触面板 显现梅花纹的是va面板 广视角和非广视角对比明显 ips in planeswitching 平面转换型 ips面板最大的特点就是它的两极都在同一个面上 而不象其它液晶模式的电极是在上下两面 立体排列 由于电极在同一平面上 不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行 会使开口率降低 减少透光率 所以ips应用在lcdtv上会需要更多的背光灯 ips面板的优势 可视角度大 响应速度快 相比于va面板显示器 色彩还原准确 ips面板的屏幕较为 硬 用手轻轻划一下不容易出现水纹样变形 因此又有硬屏之称 ips面板的缺点 漏光问题比较严重 黑色纯度不够 要比pva稍差 因此需要依靠光学膜的补偿来实现更好的黑色 由于透光率相比tn屏显示器较低 所以需要更多的灯管或者更好的背光源 这样功耗也更高一点 tft lcd显示原理及驱动介绍 tft lcd简介tft lcd面板介绍tft lcd显示原理tft lcd基本驱动方式及应用tft lcd驱动电路架构mva显示原理介绍 面板生产流程 计算机显示之图像均是由一个个的像素 pixel 构成 pixel dot 每个像素均由三种颜色红 r 綠 g 蓝 b 的小光点 dot 构成 混色效果 分别控制rgbdot亮度 自由组成各种图案 三角形越大 所能显示的颜色越丰富 tftlcd的显示方式 先开启第一行 其余关闭 tft 玻璃电极 dataline scanline on off off off 接着关闭第一列 电压已经固定 所以显示颜色也已固定 开启第二列 其余仍保持关闭 依此类推 可完成整个画面之显示 on off off off sxga1024 1280 3 480bitssource 10p svga600 800 3 xga768 1024 3 300bitssource 8p 150bitsgate 4p 256bitsgate 4p 384bitssource 10p 384bitssource 8p 256bitsgate 3p uxga1200 1600 3 300bitsgate 4p 分辨率和驱动ic的关系 颜色深度 颜色深度 colordepth lcd可显示的颜色数目 对6bit显示器而言 共可以显示26x26x26 262 144对8bit显示器而言 共可以显示28x28x28 16 777 216 truecolor 256color 抖动dithering 抖动dithering 模拟更高的颜色 较低的颜色深度 使用数据驱动器 抖动颜色失真 8位色深与6位数据驱动的仿真6位色彩深度 g0 g63模拟8位色 totalcolorspace 25332533 2563 100 96 5 3 5 colorspaceloss tftlcd的穿透率 tft lcd面板的宿命 光学穿透率不佳 开口率 液晶分子中光线能透过的有效区域的比例 即液晶分子中有效的透光区域与全部面积的比例 就称之为开口率 开口率 b a 100 a b 光学穿透率不佳原因 1 tft的开口率 约60 以上 2 cf的滤光效率 约1 3以下 3 偏光板的极化效率 含两片吸收 约40 上下 三项相乘60 1 3 40 约为8 所以 在tftlcd的设计中 要尽量提高开口率 因为只有提高开口率 便可以增加亮度 而同时背光板的亮度也不用那么高 可以节省耗电及花费 tft lcd显示原理及驱动介绍 tft lcd简介tft lcd面板介绍tft lcd显示原理tft lcd基本驱动方式及应用tft lcd驱动电路架构mva显示原理介绍 tft功能示意图 传导feedthrough g d s dataline scanline vst vcom clc cst cgs vg vd vs v vgh vgl cgs cst clc cgs vgh vgl 根据公式q cu由电荷不灭定律 可求得feedthrough v vd vgh cgs vd vst cst vd vcom clc vs vgl cgs vs vst cst vs vcom clc v vd vs feedthrough电压 它的成因主要是因为面板上其它电压的变化 经由寄生电容或是储存电容 影响到显示电极电压的正确性 在lcd面板上主要的电压变化来源有3个 分别是gatedriver电压变化 sourcedriver电压变化 以及common电压变化 而这其中影响最大的就是gatedriver电压变化 经由cgs或是cs 共模信号电压vcom 液晶本身感受到的电压是vcom与gamma电压之间的压差 但实际上 每一灰阶是由vcom与两正负周期的gammavoltage组成 所以当正负周期的压差不一样时 就会产生flicker的现象 共模信号电压vcom 这两种不同的common驱动方式影响最大的就是sourcedriver的使用 以不同common电压驱动方式的穿透率来说 我们可以看到 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 而显示电极电压的提供 则是来自于sourcedriver 以图中common电极电压若是固定于5伏特的话 则sourcedriver所能提供的工作电压范围就要到10伏特以上 但是如果common电极的电压是变动的话 假使common电极电压最大为5伏特 则sourcedriver的最大工作电压也只要为5伏特就可以了 就sourcedriver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 tft lcd显示原理及驱动介绍 tft lcd简介tft lcd面板介绍tft lcd显示原理tft lcd基本驱动方式及应用tft lcd驱动电路架构mva显示原理介绍 驱动电路三大区域 驱动电路三大区域 1 timingcontroller tcon 2 gammacorrection 3 dc dcconverter 驱动系统架构 1 onepath架構 驱动系统架构 2 twopath架構 目的 lowerclockrateforemi tcon架构 datadriver架构 scandriver架构 powerdc架构 v5v vcc regularic1pin 接地2pin 4pin 輸出vcc 3 3v3pin 輸入v5v 5v gamma电压的产生 面板生产流程 vaa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chargepump得到vgh vgl 2 vaa通過分壓得到