LED模组及TCONppt课件

1、液晶模组工作原理介绍,背光板,螺丝,Source IC,铁框,液晶面板,Source PWB,模組材料分解圖,LCD面板构造图,液 晶,我们一般都认为物质像水一样都有三态, 分别是固态液态跟气态. 其实物质的三态是针对水而言, 对于不同的物质, 可能有其它不同的状态存在. 以我们要谈到的液晶态而言, 它是介于固体跟液体之间的一种状态, 其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程, 只要材料具有上述的过程, 即在固态及液态间有此一状态存在, 物理学家便称之为液态晶体.,介电系数(dielectric permittivity) 折射系数(refractive index) 弹性常数(elastic

2、constant :11 , 22 , 33 ) 黏性系数(viscosity coefficients , ) 液晶特性中,最重要的就是液晶的介电系数与折射系数. 介电系数是液晶受电场的影响决定液晶分子转向的特性, 而 折射系数则是光线穿透液晶时影响光线行进路线的重要参数. 而液晶显示器就是利用液晶本身的这些特性, 适当的利用电 压, 来控制液晶分子的转动, 进而影响光线的行进方向, 来 形成不同的灰阶, 作为显示影像的工具.,液晶材料参数,如果你有机会, 拿着放大镜, 靠近液晶显示器的话. 你会发现彩色滤光片的样子. 我们知道红色, 蓝色以及绿色, 是所谓的三原色. 也就是说利用这三种颜色

3、, 便可以混合出各种不同的颜色. 很多平面显示器就是利用这个原理来显示出色彩. 我们把RGB三种颜色, 分成独立的三个点, 各自拥有不同的灰阶变化, 然后把邻近的三个RGB显示的点, 当作一个显示的基本单位, 也就是pixel. 那这一个pixel,就可以拥有不同的色彩变化了. 然后对于一个需要分辨率为1024*768的显示画面, 我们只要让这个平面显示器的组成有1024*768个pixel, 便可以正确的显示这一个画面. 在图中,每一个RGB的点之间的黑色部分, 就叫做Black matrix. 我们可以发现, black matrix主要是用来遮住不打算透光的部分. 比如像是一些ITO的走

4、线, 或是Cr/Al的走线, 或者是TFT的部分. 这也就是为什么每一个RGB的亮点看起来, 并不是矩形, 在其左上角也有一块被black matrix遮住的部分, 这一块黑色缺角的部份就是TFT的所在位置.,彩色滤光片(color filter, CF),C/F Introduce and Process,彩色滤光片基本结构是由玻璃基板（Glass Substrate），黑色矩阵（Black Matrix），彩色层（Color Layer），保护层（Over Coat），ITO导电膜组成。一般穿透式TFT用彩色光片结构如下图。,C/F 的结构,C/F Pixel Array,马赛克式:：显示

5、AV动态画面 直条式：较常显示文字画面,(Note Book)。,在一般的CRT屏幕, 是利用高速的电子枪发射出电子, 打击在银光幕上的荧光粉, 藉以产生亮光, 来显示出画面. 然而液晶显示器本身, 仅能控制光线通过的亮度, 本身并无发光的功能. 因此,液晶显示器就必须加上一个背光板, 来提供一个高亮度,而且亮度分布均匀的光源. 组成背光板的主要零件有灯管(冷阴极管or led), 反射板, 导光板, prism sheet, 扩散板等等. 灯管是主要的发光零件, 藉由导光板, 将光线分布到各处. 而反射板则将光线限制住都只往TFT LCD的方向前进. 最后藉由prism sheet及扩散板的

6、帮忙, 将光线均匀的分布到各个区域去, 提供给TFT LCD一个明亮的光源. 而TFT LCD则藉由电压控制液晶的转动, 控制通过光线的亮度, 藉以形成不同的灰阶.,背光板工作原理,背光源的分类与构造,Backlight,Side Light,Direct Light,楔形板,(WEDGE PLATE),平板,(FLAT PLATE),NB,MT,TV,TV,MT,背光源的分类与构造,背光源的构造 侧入光式,背光源的分类与构造,背光源的构造 直下式,反射片(Reflector),功能：反射CCFL之光线,使其进入导光板或扩散片,灯管反射膜的种类 金属反射 金属的导电系数愈高，穿透深度愈浅，反射

7、率(Reflectivity)愈高。因此金属反射膜材料大都使用高导电度的金(Gold, Au)、银(Silver,Ag)、铝(Aluminum, Al)与铜(Copper, Cu)等 白色塑料材料反射 一般为PET+TiO2(折射率2.71),导光板（LGP）,功能：将CCFL所发出的线光源转化成面光源 原理：利用全反射的原理将光源光线传导到导光板的远端，再导光板的底面印刷图案破坏全反射(形成漫反射)， 将光线引至导光板正面。 全反射:光线由光密介质入射到光疏介质，对导光板折射率有一定要求,如n(PMMA)=1.49, 当入射角大于 42.2 就会发生全反射)。,网点的材质是由UV胶、二氧化钛

8、、硫化钡混合黏稠液所构成,利用导光板低面Pattern（网点设计）控制光量分布，使导光板均匀发光。,42.2,47.8,印刷网点面积与出射光强度成正比关故可调制网点面积和分布调节亮度分布。 一般网点排列方式（一端CCFL)：呈由疏而密由小到大排列。,扩散板(Diffuser),扩散片功能： 将光线均勻化（会使光辐射面积增大，但是降低了单位面积的光强度） 掩饰导光板的不良与Pattern 保护作用,分类: 上扩散片与下扩散片 上扩: 以保护为主要功能, 穿透度高,Haze值比下扩低。 下扩: Haze值高(光源扩散性),主要功能是将LGP出射光线均勻化。,原理：,扩散片,平行光,扩散透过率(%)

9、 (以Haze测定器测定）,平行透过滤率(%),全光透过率(%)=平行透过率+扩散透过率 Haze(%)扩散透过率/全光透过率,Haze选择： 高Haze：要求视野角大, 亮度要求不高时，可选用Haze较高之扩散片, 以提升亮度均匀性。 低Haze：要求视野角窄，亮度要求高时, 用Haze较低之扩散片。,小的透明PMMA顆粒,棱镜片(BEF Sheet),BEF (Brightness Enhancement Film )，将光线往中央视角集中达到增光作用 主要为3M的专利,其系列有BEFII, BEFIII, R-BEF, N-BEF,DBEF等等,偏光板的作用就像是栅栏一般，会阻隔掉与栅栏

10、垂直的分量，只准许与栅栏平行的分量通过。所以如果我们拿起一片偏光板对着光源看，会感觉像是戴了太阳眼睛一般，光线变的较暗，如果把两片偏光板迭在一起，那就不一样了，当你旋转两片平行的偏光板的相对角度，会发现随着相对角度的不同，光线的亮度就会越来越暗，当两片偏光板的栅栏角度互相垂直时，光线就完全无法通过了。而液晶电视就是利用这个特性完成的。利用上下两片栅栏互相垂直的偏光板之间，充满液晶，再利用电场控制液晶的转动，来改变光的行进方向，这样就形成了不同的灰阶亮度。,偏光板工作原理,将不具偏极性的自然光产生偏极化，使进入液晶显示器的光为偏极光(Polarized Light),偏光板的光透过图,偏光板的工

11、作原理,偏光板(一),偏光板(二),液晶,光行进方向,X,Y,Z,暗,*施加电场，液晶 Tilt,光线直进不偏转,光行进方向,X,Y,Z,亮,液晶,*不施加电场，液晶 Twist,偏光板(一),偏光板(二),光线沿液晶光轴偏转,液晶显示原理,TN（Twist Nematic）型LCD的工作原理,开口率(Aperture ratio) 液晶显示器中有一个很重要的规格就是亮度, 而决定亮度最重要的因素就是开口率. 开口率是什么呢? 简单的来说就是光线能透过的有效区域比例. 我们来看看图17, 图17的左边是一个液晶显示器从正上方或是正下方看过去的结构图. 当光线经由背光板发射出来时, 并不是所有的

12、光线都能穿过面板, 像是给LCD source驱动芯片及gate驱动芯片用的信号走线, 以及TFT本身, 还有储存电压用的储存电容等等. 这些地方除了不完全透光外, 也由于经过这些地方的光线 并不受到电压的控制,而无法显示正确的灰阶, 所以都需利用black matrix加以遮蔽, 以免干扰到其它透光区域的正确亮度. 所以有效的透光区域, 就只剩下如同图17右边所显示的区域而已. 这一块有效的透光区域, 与全部面积的比例就称之为开口率. 当光线从背光板发射出来, 会依序穿过偏光板, 玻璃, 液晶, 彩色滤光片等等. 假设各个零件的穿透率如以下所示: 偏光板: 50%(因为其只准许单方向的极化光

13、波通过) 玻璃:95%(需要计算上下两片) 液晶:95% 开口率:50%(有效透光区域只有一半) 彩色滤光片:27%(假设材质本身的穿透率为80%,但由于滤光片本身涂有色彩, 只能容许该色彩的光波通过. 以RGB三原色来说, 只能容许三种其中一种通过. 所以仅剩下三分之一的亮度. 所以总共只能通过80%*33%=27%.) 以上述的穿透率来计算, 从背光板出发的光线只会剩下6%, 实在是少的可怜. 这也是为什么在TFT LCD的设计中, 要尽量提高开口率的原因. 只要提高开口率, 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(Thin film tr

14、ansistor liquid crystal display) TFT LCD的中文翻译名称就叫做薄膜晶体管液晶显示器, 我们从一开始就提到 液晶显示器需要电压控制来产生灰阶. 而利用薄膜晶体管来产生电压,以控制液晶转向的显示器, 就叫做TFT LCD. 在上下两层玻璃间, 夹着液晶, 便会形成平行板电容器, 我们称之为CLC(capacitor of liquid crystal). 它的大小约为0.1pF, 但是实际应用上, 这个电容并无法将电压保持到下一次再更新画面数据的时候. 也就是说当TFT对这个电容充好电时, 它并无法将电压保持住, 直到下一次TFT再对此点充电的时候.(以一般6

15、0Hz的画面更新频率, 需要保持约16ms的时间.) 这样一来, 电压有了变化, 所显示的灰阶就会不正确. 因此一般在面板的设计上, 会再加一个储存电容CS(storage capacitor 大约为0.5pF), 以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的时候. 不过正确的来说, 长在玻璃上的TFT本身,只是一个使用晶体管制作的开关. 它主要的工作是决定LCD source driver上的电压是不是要充到这个点来. 至于这个点要充到多高的电压, 以便显示出怎样的灰阶. 都是由外面的LCD source driver来决定的.,从TFT面板的正上方看下去，我們可以看到数百万个排列整齐的小元件

16、 （TFT device）以及控制液晶的ITO区域，其TFT device排列简图如下：,ITO,Array Matrix,ITO透明导电层的作用,ITO透明导电层 ： 提供透明的导电通路,Array面板讯号传输说明,1.因TFT元件的动作类似一个开关(Switch)，液晶元件的 作用类似一个电容，藉Switch的ON/OFF对电容储存 的电压值进行更新/保持。 2.SW ON时信号写入(加入、记录)在液晶电容上，在以外 时间 SW OFF，可防止信号从液晶电容泄漏。 3.保持电容与液晶电容并联，以改善其保持特性。,TFT运作原理,1.上图为TFT一个画素的等效电路图，扫描线连接同一列 所有T

17、FT闸极电极，而信号线连接同一行所有TFT源极 电极。 2.当ON时信号线的资料写入液晶电容，此時，TFT元件 成低阻抗(RON)，当OFF时TFT元件成高阻抗(ROFF)，可 防止信号线资料的泄漏。 3.一般RON与ROFF电阻比至少约为105以上。,TFT运作原理,G,D,S,1. TFT为一三端子元件。 2.在LCD的应用上可将其视为一个开关。,TFT结构,面板信號流程簡介,TFT-LCD 面板與驅動電路結構,TCON作用： 将外部输入的电源或者信号转换为IC所需要的工作电压，信号及时序。 (1)形成Power：DVDD、VGL、VGH、AVDD、VCOM DVDD：SOURCE，GAT

18、E IC 数字部分工作电压 VGL：液晶的关闭电压，提供G-IC电源 VGH：液晶的开启电压，提供G-IC电源 Vcom：液晶的基准电压，提供S-IC。 AVDDA：供Source driver analog部分工作电压 (2)通过Tcon ic将输入的LVDS信号转换为Minilvds信号，并且根据输入的时钟信号生成IC所需要的各种时序控制信号。 (3)形成Gamma电压,TCON介紹,极性反转驱动,如果连续使用相同极性电压來驱动液晶，长久之下会使液晶产生星变惯性，使得显示品质变差，因此驱动电压必须以某种顺序改变极性。如图所示，一般而言有四种方法： Frame Inversion：扫描完整个

19、画面之后，变换一次驱动电压极性。 Row Inversion：每扫描一行，变换一次驱动电压极性。 Column Inversion：同一列采用相同的驱动电压极性，隔壁列则采用另一极性。 Dot Inversion：每一相邻象素采用不同的驱动电压极性。 大尺寸常用Column Inversion与Dot Inversion，因为可以避免若干Crosstalk之干扰，画质比较好。其中Column Inversion比较省电，常用在笔记本电脑面板上。,极性反转驱动方法,註：(A)Frame Inversion (B)Row Inversion (C)Column Inversion (D)Dot I

20、nversion。,Panel的电源系统：（屏体需要的电源包括VCOM，VGH，VGL，DVDD，AVDD）,Block Diagram of LCD Module,1、模组方框图,上图中左半部分为主板部分，通过Connector将数 据信号和电源（Power）输入液晶模组。 上 图中右半部分为模组部分。TCON接收到的数据信号（信号格式 为：TTL/LVDS）进入ASIC，产生模组所需的控制信号和Data （RGB)信号（信号格式为：MiniLVDS/RSDS/TTL），电源 进入DC/DC回路，产生五大电压，产生的AVDD电压进入Gamma电路 通过分压产生14组阶调gamma电压。,Bl

21、ock Diagram of LCD Module,2、电路结构,Circuit structure,2.1 五大电压的功能,Circuit structure,Circuit structure,2.2 五大电压的产生,电路核心为PWM芯片，通过反馈电压调节占空比，来达到升压的目的,2.3 LED驱动回路,Circuit structure,依据102系列为例：LED采用3串10并对灯管，主升压回路也是通过调节PWM芯片的占空比来达到升压的目的。,2.4 14组阶调电压,Circuit structure,主要通过电阻对VDDA进行分压，产生14组Vgamma,2.4 14组阶调电压波形,C

22、ircuit structure,2.4 ASIC时序电路,Circuit structure,Source Driver IC and Gate Driver 数量,以SXGA為例，解析度為1,280 x 1,024，意思為有效顯示區間之畫素矩陣共有1,280行與1,024列，由於單一畫素要呈現彩色則必須包括R、G、B三原色，因此SXGA必須要有1,280 x 3 = 3,072 個Column data。 如果Gate Driver IC腳數為256 pin，Source Driver IC腳數為384 pin，要驅動SXGA的液晶顯示面板則需要 1,024/256 = 4顆Gate Dr

23、iver IC 1,280 x 3 / 384 = 10顆Source Driver IC。 以相同腳數之驅動IC來驅動XGA(1,024 x 768)，則需要3顆Gate Driver IC與8顆Source Driver IC。,Gate Driver Introduction,4、Gate Driver（G-IC）介绍,Shift registers,Output Buffer,STV1,STV2,CPV,L/R,VGL,XAO,VGH,OE,Level Shifter,OUT1,OUT300,OUT2,VSS,VDD,CPV -Vertical Shift Clock OE -Outp

24、ut Enable control STV -Start Pulse input/Output XAO -Output ALL-ON Control VGH -Driver Output High VGL -Driver Output Low VDD -Logic Power VSS -Logic Ground U/D -Shift Direction Control Output -Output of Gate Pulse,CPV -Vertical Shift Clock（纵向移位时钟） OE -Output Enable control（输出使能控制信号，当此信号为高电平时，所有信号强制

25、拉低）有效的避免两行信号之间的串扰，防止在写入发生。 STV -Start Pulse input/Output（当此信号为高电平时，对应的G-IC开始动作） XAO -Output ALL-ON Control（即XDON或XON，当此信号为低时，所有信号强制拉高），减少关机杂讯，潮汐现象。 VGH -Driver Output High（TFT开启电平） VGL -Driver Output Low（TFT关闭电平） VDD -Logic Power（逻辑高电平） VSS -Logic Ground（逻辑低电平） U/D -Shift Direction Control（移位寄存器移位方向

26、控制） Out put -Output of Gate Pulse （G-IC输出）,Gate Driver Introduction,4.1 Gate Driver主要参数：,G-IC动作方式为： (1)SR1(Shift register1)接收CPV(H)与STV(H)后，输出O1(3.3V)给level shifter与SR2。 (2)Level shifter将digital电压转换为analog电压。 (3)SR2接收CPV(H)与O1(H)后，输出O2 (3.3V)给level shifter与SR3。 (4)重复上述动作直至最后一个SR。 (5)G-IC1接收CPV(L)与O3

27、00(H)，输出STV2给G-IC2，依序完成所有G-IC动作。,Gate Driver Introduction,4.2 Gate Driver IC动作方式：,Vin(H)N1(on),N2(off) P2(on),P4(on) P1(off)、P3(off) ,N3(on)、 N4(off) Vout = VDD_H。 (2)反之，Vin(L)Vout = VSS_L 通过上述电路即可将逻辑高/低电平（3.3V/0V）转换为TFT开启/关闭电平（24V/-6V，对于不同机种，此电平值可能不同）。,Gate Driver Introduction,4.2 Gate Driver IC动作方

28、式：,Gate Driver Introduction,4.3 时序图,上图为G-IC的时序图，在STV1为高电平后，G-IC开始动作，之后在CPV的每一个上升沿依次有一个OUT端输出宽度为一个CLK的高电平，在下一个OUT为高电平时前一个OUT降为低电平，直到CPV（300）的下降沿输出一个STV2给下一颗G-IC。同时由上图可以看出当OE为高电平时所有输出被强制拉到低电平，当XAO（即XDON或XON）为低电平时所有输出被强制拉高。,Gate Driver Introduction,4.3 时序图介绍,1.G-line上的每一個畫素可等效成一組R、C的低通濾波器。 2.時域：因電容效應將造

29、成信號延遲，因此形成右側的波形失真。 3.頻域：因方波經過多個低通濾波器，造成到達右側的波形高頻部份被濾 除。离G-IC端子部越远，失真越严重，导致如下图所示现象的产生：,Gate Driver Introduction,4.4 OE的应用,在S-Output输入时，本应GN-Output为高电平，使第N行的所有TFT打开，S-Output对第N行的所有液晶电容进行充电，GN-1-Output为低电平，对已更新的状态进行保持。而由于波形失真的存在，导致S-Output输入时，本应为高电平的GN-Output没有及时升至高电平，以致第N行的所有TFT没有及时开启，而本应为低电平的GN-1-Out

30、put没有及时的降至低电平，第N-1行的TFT开关没有及时关闭，从而造成了S-Output对本应处于保持状态的N-1行进行了短暂的充电，即为再写入现象。再写入现象的存在使各行的灰阶不能够保持，造成不良。 通过OE信号的引入可以解决此问题，如下图：,4.4 OE的应用,Gate Driver Introduction,但是OE不能太大，以避免充电不足现象。,Gate Driver Introduction,4.4 OE的应用,XON作用：使所有的G-IC output為high，即將所有的TFT turn on。 用途：减少关机杂讯、解决潮汐現象。,Gate Driver Introductio

31、n,4.5 XON的应用,Operation of Source IC,Shift register,Data Register,Data Latch,DAC,Output Buffer,STH1,STH2,CLK,R00P,R00N,B03P,B03N,LD,POL,V1V7 V8V14,OUT1,OUT642,OUT2,Data POL,CLK RSDS clock STH(DIO) shift start pulse input/output R00PB03N Minilvds Data LD(LP、TP) Latch input DataPOL Data inversion input

32、 POL Polarity inverting input V1V14 correction reference voltage Output Data Output to Data line,5、Block Diagram of Source IC,Operation of Source IC,CLK Minilvds clock（时钟） STH(DIO) shift start pulse input/output（当此信号为高电平 时，对应的S-IC开始动作） R00PB03N Minilvds Data（Minilvds数据信号） LD(LP、TP) Latch input（锁存控制信

33、号） DataPOL Data inversion input（数据反转，只在MVA液晶模式中 会用到） POL Polarity inverting input（极性反转控制） V1V14 correction reference voltage（Gamma电压） Output Data Output to Data line（S-IC输出）,5.1 各个信号的定义,下图为S-IC的时序图，S-IC的数据传输模式为Minilvds模式，在每个时钟的上升沿和下降沿分别抓取1 bit数据。,S-IC的具体动作方式为： （1）由STH决定Data register开始储存Minilvds上的dat

34、a(所储存数据为逐笔储存)。 （2）于LP上升缘将Data register上所储存的data往前送至data latch中储存(为一条gate line上数据同时往前送)。 （3）Data由data latch往前送至DAC转换为analog电压。 （4）Analog电压再经过buffer增强推力。 （5）于LP下降缘将analog电压送至panel侧对画素充电。,Operation of Source IC,5.2 S-IC动作方式,Operation of Source IC,Operation of Source IC,由Gamma电路产生14组Gamma电压进入S-IC后再由R-St

35、ring进行分压产生64/256组电压（包含正负两种极性），通过DAC即可将输入的RSDS数据转换为相应的模拟电压，通过Outbuffer加大带负载能力即可对各dot的Clc和Cs进行充电。 正负R-String如下图所示：,a 图,b 图,5.3 R-String和DAC,CF玻璃基板,TFT玻璃基板,光源,上偏光板 polarizer,下偏光板 polarizer,thin film transistor,Black Matrix,color filter,ITO,LC,spacer,ITO,5um,0.8um,TFT 輸入不同電壓，控制亮暗。 CF 控制顏色(R,G,B)；並輸入VCOM電壓，作為TFT側的基準,alignment layer polyimide(PI) 0.1um,TFT-LCD Structure,TFT,G,D,S,Data line,Sca