LCD-TFT显示原理及驱动介绍

1、 TFT-LCD 基本驅動方式及应用 主要内容TFT LCD的相關知識TFT LCD：Thin Film Transistor Liquid Crystal Display。 超薄膜晶体管液晶显示器1、優點：2、缺點：观赏视角的限制響應速度較慢（液晶转动速度决定）播放剧烈运动的图像会出现图像模糊操作溫度範圍有限制LC： Liquid Crystal 液态晶体。CF：Color Filter彩色濾光片。分R、G、B 三种颜 色的滤光片。B/L： Back light背光。 L/G： Light Guide导光板。data line:數據线，進行資料的傳輸。 scan line :扫描线，控制TF

2、T的開關。 控制TFT上的电晶体是on/off。 On时，资料可以传 输；off时，资料不能传输。12801024TFT LCD相關名詞TFTPolarizer 偏光板 CFPolarizer 偏光板 PCBALight Guide燈管LC cell 生產流程 液晶分子可改變光的極化狀態，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。偏光板Polarizer 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

3、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.ITO sputter B R G 黑色矩陣TFT-LCD用無鹼玻璃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).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, resin1.液晶可以被光穿

4、透，並影響光的偏振性； 2.在液晶分子兩端所加電壓的不同，液晶分子的翻轉程 度不同，根據液晶角度的不同透過光的偏振性也不同；開開関関打打開開開開関関閉閉合合液晶液晶液晶層液晶互相牽引液晶互相牽引 做個轉向的動作做個轉向的動作 加電壓后轉向改變加電壓后轉向改變通過它改變光的強弱通過它改變光的強弱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液晶極性反轉驅動液晶必須以交流信號驅動 長時間維持某一極性,液晶分子可能受到破壞VCOM (CF側電極側電極)- - - -+- - - -Vpixel (TFT側電極側電極)VCOM+- - - -+- - - -V

5、pixel正極性驅動正極性驅動Vpixel Vcom負極性驅動負極性驅動Vpixel 3.5% color space lossDithering Color LossTFT-LCD的穿透率：TFT-LCD面板的宿命：光学穿透率不佳。開口率：液晶分子中光線能透過的有效區域的比例。即液晶 分子中有效的透光區域與全部面積的比例，就稱之爲 開口率。100%100%開口率開口率=B/A=B/A* *100%100%A AB 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。 三項相乘60%1/3 40%約為

6、8% 所以，在TFT LCD的設計中，要盡量提高開口率，因爲只有提高開口率，便可以增加亮度，而同時背光板的亮度也不用那麽高，可以節省耗電及花費。TFT-LCD 基本驅動方式及应用TFT功能示意圖Feed ThroughGDSData lineScan lineVstVcomClcCstCgsVgVdVs V = (Vgh-Vgl) Cgs+Cst +ClcCgsVgh-Vgl根據公式Q=CU由電荷不滅定律,可求得 feed through V (Vd-Vgh)Cgs+(Vd-Vst)Cst+(Vd-Vcom)Clc=(Vs-Vgl)Cgs+(Vs-Vst)Cst+(Vs-Vcom)Clc V

7、=Vd-VsVcomVgVdVsVVghVgl1 line1 frameVfeed through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gate driver电压变化,source driver电压变化,以及common电压变化.而这其中影响最大的就是gate driver电压变化(经由Cgs或是Cs)。GDSData lineVcomClcCstCgsVdVsV+Voltage-VoltageTransmittanceVdVsVcomOptimized Vcom for each gr

8、ay 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。 这两种不同的Common驱动方式影响最大的就是source driver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source driver. 以图中common电极电压若是固定于5伏特的话, 则source driver所能

9、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source driver的最大工作电压也只要为5伏特就可以了. 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. 驅動系統架構及組成GAMMATCONDC/DCInput Signal (LVDS)驅動電路三大區塊TimingControllerData DriverTFT-LCD PanelScan DriverRGB pixelSTHSTVDC/DCConverterGammaCorrec

10、tionVccTTLRSDS LVDS驅動電路三大區塊1. Timing Controller(TCON)2. Gamma Correction3. DC/DC Converter驅動系統架構-1TFT-LCD PanelTCONRGB dataSTHSTVDC/DCGammaData DriverScan DriverOne PATH架構:Two PATH架構:TFT-LCD PanelTCONData DriverRGB dataASTHDC/DCGammaBSTHScan DriverSTV驅動系統架構-2目的: lower clock rate for EMITCON 架構 Data

11、Driver架構Scan Driver架構Power DC架构GAMMA电压的产生：Gamma1Gamma2Gamma3Gamma4Gamma10VREFV5VVCC: Regular IC 1Pin:接地2Pin&4Pin:輸出VCC:3.3V3Pin:輸入V5V:5V1234VAA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Charge Pump得到VGH、VGL。2.VAA通過分壓得到10組GAMMA值和VCOM值來控制64灰階。 VGL、VGH为液晶开关电压。当Gate端为VGL时，液晶关闭

12、；当Gate端为VGH时，液晶开启。VGL为-6.8V,VGH为23V。但事实上供Panel端的VGH不为直流，而是幅值为23V的脉宽波形。VCOMVREF 10V VCOM 4VVR1R161C79R1667.87K2.2K4.75KMVAMVA显示原理介绍显示原理介绍MVAMVA显示原理介绍显示原理介绍上图表示了液晶分子依靠一个叫做Protrusion的屋脊状凸起物来使液晶本身产生一个预倾斜角（pre-tilt Angle）。这个凸起物顶角的角度越大，则分子长轴的倾斜度就越小。 在未加电的时候，液晶分子长轴垂直屏幕，只有在靠近凸起物电极的液晶分子才略有倾斜，光线此时无法穿过。当加电后，由于分子间的牵引力作用，凸起物附近的液晶分子迅速带动其它液晶分子转动到垂直于凸起物表面状态，也就是液晶分子的长轴倾斜于这个屏幕，这样相对以前的模式，屏幕的透射程度就上升了，从而实现调制光线的作用。 补偿