TFT_LCD_驱动原理.ppt

1、TFT LCD 驅動系統,Content,TFT LCD 驅動系統概觀示意圖,TFT LCD 驅動系統概觀示意圖,TFT LCD 驅動系統概觀示意圖,TFT LCD 驅動系統概觀示意圖,TFT LCD 驅動系統概觀示意圖說明,1.基本電路功能區塊: 移位暫存器(Shift Register).電位移轉器(Level Shifter).運算放大器(Operation Amplifier) 2.時序控制電路(Timing Control): 顯示器動作時序控制中心 (1)設定水平掃描起動時間 (2)視訊資料轉換成資料驅動電路資料信號型式.傳送到資料驅動電路記憶體 配合水平掃描控制資料驅動時間 3.

2、掃描驅動電路(Scan Driver): 接受時序控制電路控制.依序對掃描線輸出開(VGH)關電壓(VGL) 4.資料驅動電路(Data Driver): 接受時序控制電路控制.將高頻數位視訊信號儲存在記憶體.配合掃描線開啟.將數位視訊信號 轉換成畫素電極電壓 5.共電極參考電源: TFT LCD共電極電壓軸(直流電壓/可調整電壓源) 6.電壓源轉換電路(DC-DC): 各功能區塊所須電壓範圍不同.利用DC-DC將系統單一電壓值轉換.提供不同電壓值電壓源 7.Gamma校正參考電壓: Gamma可能源於CRT（顯示器/電視機）的回應曲線，即其亮度與輸入電壓的非線性關係,掃描驅動電路(Scan)

3、子系統概觀示意圖,掃描驅動電路(Scan)子系統概觀示意圖說明,1.掃描驅動電路子系統:掃描驅動IC/電源/控制信號 2.IC通用性可降低成本.除上下皆可掃描.另選用考慮項目: (1)驅動掃描線數目:IC腳位數目限制.依顯示解析度換算IC使用數量(XGA*3顆/SXGA*4顆) (2)時序控制子系統外部設定:不同解析度與圖框操作頻率而有不同時序控制.以V clock(垂直時脈信號) /V sync(垂直掃描同步信號)控制動作時間 (3)驅動IC間串接性:1st IC掃描啟動由時序控制電路控制.2nd IC之後掃描由上顆IC最後一級移位暫存器 輸出脈衝啟動 (4)TFT開關電壓子系統外部設定:

4、各TFT LCD面板所需TFT開關電壓值不同.由外部電壓源轉換電路 (DC-DC)提供 (5)Output Enable時間長短子系統外部設定:各TFT LCD面板設計掃描線延遲效應不同.由外部設定OE 時間長短,掃描驅動電路(Scan)子系統概觀示意圖,掃描驅動電路(Scan)子系統概觀示意圖,雙向移位暫存器(Shift Register)輸出入 波形示意圖,1.D型正反器(D-type flip flop):每一 個時脈(clock)週期,輸入級邏輯狀態 傳送輸出級週而復始開/關掃描線. 2.將V sync(垂直掃描同步信號)傳至 1st 移位暫存器與V clock(垂直時脈 信號).控制

5、每一移位暫存器輸出時間 3.移位暫存器上下方向皆可掃描 4.只決定開關邏輯狀態.(不提高電壓),D型正反器(D Type Flip Flop),1.D=0 CK負緣 = Q=0 2.D=1 CK負緣 = Q=1 3.構造簡單容易儲存暫時性資料 4.正反器(雙穩態多諧振盪器):儲存資料記憶元件,CK,D,Q,1,0,1,0,1,0,0,1,Qn,D,0,1,(a)符號,(b)真值表,(a)時序圖,邏輯運算電路(Logic)波形示意圖,雙脈衝掃描(Two-Pulse Scanning)示意圖,1.TFT LCD操作是資料線與 畫素電極正負極不斷轉換.在 圖框與列轉換的空白時間做 預充放電.提早達到

6、電壓設定 2.雙脈衝掃描:每條掃描線打 開兩次.第一次作預充電(相同 極性其他畫素電壓).第二次為 實際畫素電壓.同時兩條掃描 線是打開 3.圖框與欄反轉畫素電壓與前 一條相同(同時作預充電).列與 點反轉畫素電壓相反(再前一條 作預充電),(a)圖框與欄反轉,(b)列與點反轉,雙脈衝掃描(Two-Pulse Scanning)示意圖,1.為保證所有畫素在資料線切 換前.掃描線信號以將TFT關閉. 避免不正確的電壓寫入.需對信 號延遲補償. 2.延後資料線信號切換時間. 3.提前將掃描線關閉時間.在下 一條掃描線畫素電壓前定關閉. 但畫素充電時間也變短 4.將掃描線與OE信號作AND邏 輯處理

7、,掃描線信號,資料線信號,掃描線信號,資料線信號,(a)延後資料線信號切換,(a)提前掃描線關避,電位移轉器(Level Shifter)輸出入波形 示意圖,1.將3/0V or 5/0V低電壓邏輯 準位轉成開關TFT 電壓 (VGH高開電壓/VGL低關電壓) 2.GOP Process 製作在Array,數位緩衝放大器(Digital Buffer)電路,1.掃描線負載:以電位移轉器輸出直接驅動掃描線驅動能力不足,增加緩衝放大器增加驅動能力 2.為數位型信號放大,利用偶數級數位反相器(Inverter),數位緩衝放大器(Digital Buffer)電路,數位緩衝放大器(Digital Bu

8、ffer)電路,資料(Data)驅動電路Block Diagram,資料驅動電路(Data Driver) 基本功能區塊示意圖,資料驅動電路(Data Driver)動作示意圖,資料(Data)驅動電路部份Pin Assignment,資料驅動電路(Data Driver) 基本功能區塊說明,1.動作方式: (1)由移位暫存器(S/R)控制.水平時脈信號(H clock)與水平掃描同步信號(H sync)控制動作時間. 逐一開啟閂鎖方式1st 資料暫存器(Latch1).先儲存n-1條掃描線畫素顯示的數位化視訊資料(Video Data) . (2)配合水平掃描同步訊號(H sync)將資料轉

9、存於2nd 資料暫存器(Latch2) (3)類比/數位轉換器(Digital Analog Converter. DAC)將數位訊號轉換成對應的畫素電壓 (4)類比緩衝放大器(Analog Buffer) 放大驅動能力.推動面板畫素陣列的資料線負載.將電壓寫在畫素 電極 (5)在寫入電壓的同時.移位暫存器已在下一個H sync啟動下.進行第n條掃描線畫素視訊資料儲存. 儲存在不同資料暫存器.所以可同時動作.(n=Latch 1 .n-1=Latch 2) 2.移位暫存器(Shift Register): 與掃描驅動電路相同功能.但頻率數百倍(與資料信號介面通道數和傳送 資料類型相關. (1)

10、EX:6bit LVDS 1024*768 XGA .5組(10條)信號線 頻率:60Hz #1掃描線Open Time:1/60/768sec=21.7us=46.1KHz #2資料量:1024*RGB*6bit=18432bit 18432/5=3686.4bit #3資料驅動電路移位暫存器操作頻率:3686.4bit/21.7us=170MHz (2)時序控制電路提供H clock 與H sync控制操作頻率 (3)移位暫存器為雙向控制.增加驅動IC通用性 (4)資料線間距為掃描線的1/3. IC封裝與TFT基板連接墊接合製程最小間距限制(約45um),資料驅動電路(Data Drive

11、r) 基本功能區塊說明,3.資料暫存器(Latch): (1)儲存資料類型:數位資料 (2)使用兩個反相器(Inverter)將輸入/輸出互接形成閂鎖(Latch)記憶 (3)Latch數量:6 bit 1024*768 XGA 面板6*1024*RGB*2=36864個 4.電位移轉器(Level Shifter): (1)只決定邏輯狀態 (2)將移位暫存器與資料暫存器低電壓(5V)提昇 (3)類比/數位轉換器將數位信號電壓放大.作為參考電壓開關.參考電壓範圍含驅動液晶正負極約10V,電壓選擇器型DAC(類比/數位轉換器)架構,Vout,D5 (MSB),D4,D3,D2,D1,D0 (LS

12、B),N型電晶體 與 P型電晶體 6bit電壓選擇器,電壓選擇器型DAC(類比/數位轉換器)架構,電壓選擇器型DAC(類比/數位轉換器)架構,(a)改變參考電壓源,(b)兩組參考電壓源與電壓選擇器,電壓選擇器型DAC(類比/數位轉換器)架構,電壓選擇器型DAC(類比/數位轉換器)說明,(1)DAC2 /電壓選擇器(Voltage Selector) / 多工器(Multiplexer) (2)數位資料轉換:100110 (32.16.8.4.2.1) Vout=32+4+2=38V (連接V38) 010011(32.16.8.4.2.1) Vout=16+2+1=19V (連接V19) (3

13、)驅動液晶需極性反轉.須提供正負兩個極性電壓: #1.當極性反轉為圖框/列反轉(同時間驅動電壓同極性).改變V0V63電壓極性產生Vout+ / Vout- #2.當極性反轉為欄/點反轉(同時間驅動電壓不同極性).須兩組電壓選擇器V0+V63+和 V0-V63-產生Vout+ / Vout-.利用1對2多工器選擇適當極性電壓輸出 (4)D0D5為數位信號.電位移轉器將電壓提昇. (5)電壓選擇器將數位視訊資料轉成驅動畫素類比電壓.LCD電壓-穿透度隨液晶模式不同改變. (6)讓驅動IC適用不同液晶模式.大範圍參考電壓由外部設定.細部電壓由驅動IC內部產生 (7)線性類比/數位轉換搭配電阻分壓性

14、DAC.由高位元(Most Significant Bit. MSB)數位資料決定選擇的 參考電壓.再由線性DAC依低位元(Least Significant Bit. LSB)數位資料微調輸出電壓.利用小區域線 性(Piece-wise linear)顯示視訊資料,類比緩衝放大器 (Analog Buffer),(a)類比緩衝放大器電路圖,(b)類比緩衝放大器符號圖,類比緩衝放大器 (Analog Buffer),極性反轉DAC與緩衝放大器連接方式,(a)切換參考電壓,(b)切換驅動資料線,極性反轉DAC與緩衝放大器連接方式說明,(1)利用低負載輸入端接信號源.放大輸出能力驅動大負載畫素陣列

15、 (2)使用運算放大器得到與輸入電壓相同的輸出電壓.且驅動能力更大 (3)電阻分壓:非電阻絕對值.電阻比例決定電壓.溫度/IC製程改變不影響電壓分壓 (4)電阻絕對值影響功率消耗與驅動能力.電阻絕對值大消耗功率小.但易受負載影響改變參考電壓. 使用類比緩衝放大器 (5)驅動液晶需極性反轉.須提供正負兩個極性電壓: #1當極性反轉為圖框/列反轉(同時間參考電壓同極性).改變V0V63電壓極性產生Vout+ / Vout- #2當極性反轉為欄/點反轉(同時間參考電壓不同極性).須兩組電壓選擇器V0+V63+和V0-V63- 產生Vout+ / Vout-.利用1對2多工器選擇適當極性電壓輸出,Ga

16、mma校正參考電壓,1.利用電壓分阻配合緩衝放大器.於r校正 後的參考電壓作資料線驅動 2.人眼在黑暗環境對亮度敏感度較光亮 環境高 3.大腦感覺(X)與亮度(Y)關係式: Y=A*Xr X=(Y/A)1/r r=2.22.5 1/r=0.40.45 4.視訊資料傳達大腦感覺非亮度 5.暗狀態少量漏光.對比不足.影響Gamma,Gamma校正參考電壓,視訊資料到大腦感覺顯示信號轉換過程:,Gamma校正參考電壓,1.顯示器呈現與亮度表現有關.與顯示技術無關 2.TFT LCD背光源是固定.調整Gamma符合大腦感覺.(配合液晶特性調整DAC參考電壓的設定. 使視訊資料符合大腦感覺需求) 3.

17、Gamma曲線設定:視訊資料/大腦感覺設定.=顯示系統設定 4.顯示器本身亮度與周圍環境亮度影響Gamma值.環境暗態時.Gamma值:2.2. (亮度=大腦感覺2.2).環境亮態時.Gamma值:2.5 5.視訊資料先作數位信號處理Gamma校正值設定”1”(亮度=大腦感覺) 6.轉換組合: 7.不同液晶模式.不改變資料驅動IC.只設定外部參考電壓源分壓電阻.Gamma曲線效應利用參考 電壓中作校正,視訊資料,畫素電壓,DAC,穿透度,液晶,背光源,亮度,大腦感覺,人眼,Gamma校正參考電壓,Gamma校正參考電壓,Gamma校正參考電壓,亮度,大腦感覺,畫素電壓,視訊資料,亮度,穿透度,穿透度,