lcd tft顯示原理及驅(qū)動介紹

1、TFT LCD,簡介,TFT-LCD,面板介紹,TFT-LCD,顯示原理,TFT-LCD,基本驅(qū)動方式及應用,TFT-LCD,驅(qū)動電路架構(gòu),補充,MVA,顯示原理介紹,主要內(nèi)容,TFT LCD,簡介,15 LCD,15 CRT,體積,416377175 mm,365368394 mm,重量,5.6 kg,14.3 kg,耗電,25 W,75 W,TFT LCD,的相關(guān)知識,TFT LCD,Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,超薄膜晶體管液晶顯示器,1,優(yōu)點,2,缺點,觀賞視角的限制,響應速度較慢（液晶轉(zhuǎn)動速度決定,播放劇烈運動的圖像會出現(xiàn)圖像

2、模糊,操作溫度範圍有限制,LC,Liquid Crystal,液態(tài)晶體,CF,Color Filter,彩色濾光片。分,R,G,B,三種顏,色的濾光片,B/L,Back light,背光,L/G,Light Guide,導光板,data line,數(shù)據(jù)線，進行資料的傳輸,scan line,掃描線，控制,TFT,的開關(guān),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,TFT LCD,相關(guān)名詞,TFT-LCD,面板介紹,TFT,Polarizer,偏光板,CF,Polarizer,偏光板,PCBA,Light Guide,燈管,L

3、C cell,TFT LCD,顯示器面板,生產(chǎn)流程,液晶分子可改變光的極化狀態(tài),穿過扭曲液晶時,光線被液晶分子扭轉(zhuǎn),90,度,通過,TFT,電壓控制開關(guān)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,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(guān)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(chǎn)生,RGB,三原光,再將三原光以不同的強弱比例混合而呈,現(xiàn)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,註解

4、,最基本的彩色濾光片其結(jié)構(gòu)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(qū)域,以免看到漏光導致對比下降,Black Matrix,材料,Cr, CrO,2,resin,1,液晶可以被光穿透，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(zhuǎn)程,度不同，根據(jù)液晶角度的不同透過光的偏振性也不同,開,関,打,開,開,関,閉,合,

5、液晶,液晶層,液晶互相牽引,做個轉(zhuǎn)向的動作,加電壓后轉(zhuǎn)向改變,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,G,D,S,Scan,Data,液晶亮度的控制原理,液晶極性反轉(zhuǎn)驅(qū)動,液晶必須以交流信號驅(qū)動,長時間維持某一極性,液晶分子可能受到破壞,VCOM (CF,側(cè)電極,Vpixel (TFT,側(cè)電極,VCOM,Vpixel,正極性驅(qū)動,Vpixel Vcom,負極性驅(qū)動,Vpixel Vcom,Frame Inversion,row Inversion,column Inversion,dot Inversion,2-line Inversion,Inversio

6、n type,Power Comsumpiton,Flicker,Frame inversion,Row inversion,Column inversion,Dot inversion,2-line inversion,bad,Normal,Good,TFT,結(jié)構(gòu),G1,G2,G3,Gm,Gm-1,S1,S2,S3,Sn-1,Sn,Source,線,儲存電容,Gate,線,液晶電容,TFT,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(fā)光性，因此須利用外加光源如,發(fā)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?shù)?輝度、色度、

7、均齊度、視角等,TFT-LCD,顯示原理,電腦顯示之圖像均是由一個個的像素,pixel,構(gòu)成,圖像顯示原理,Pixel,dot,每個像素均由三種,顏色紅,R,綠,G,藍,B,的小光點,dot,構(gòu)成,混色效果,分別控制,RGB dot,亮度,自由組成各種圖案,三角形越大,所能顯示的顏色越豐富,先開啟第一行，其餘關(guān)閉,TFT,玻璃電,極,Data Line,Scan Line,ON,OFF,OFF,OFF,TFT LCD,的顯示方式,接著關(guān)閉第一列，電壓已經(jīng)固定，所以顯示顏色也已,固定。開啟第二列，其餘仍保持關(guān)閉。依此類推，可,完成整個畫面之顯,示,ON,OFF,OFF,OFF,解析度,Resol

8、ution,解析度越高，畫面越清晰,Resolution Horizontal Vertical,比例,VGA 640 480 4/3,SVGA 800 600 4/3,XGA 1024 768 4/3,SXGA 1280 1024 5/4,SVGA+ 1400 1050 4/3,UXGA 1600 1200 4/3,TFT LCD,的指標,SXGA,1024,1280,3,480 bits source,10 p,SVGA,600,800,3,XGA,768,1024,3,300 bits Source,8 p,1,5,0,b,i,t,s,G,a,t,e,4,p,2,5,6,b,i,t,s,

9、G,a,t,e,4,p,384 bits source,10 p,384 bits source,8 p,2,5,6,b,i,t,s,G,a,t,e,3,p,UXGA,1200,1600,3,3,0,0,b,i,t,s,G,a,t,e,4,p,解析度和驅(qū)動,IC,的關(guān)係,顏色深度,Color depth,LCD,可顯示的顏色數(shù)目,對,6 bit,顯示器而言,共可以顯示,2,6,x,2,6,x,2,6,262,144,對,8 bit,顯示器而言,共可以顯示,2,8,x,2,8,x,2,8,16,777,216,Red,Green,Blue,White,Gray Scale,0,8,16,24,3

10、2,40,48,56,63,256 Color,8,R,8,G,4,B,256 Color,High Color,32,R,64,G,32,B,65536 Color,Full Color,64,R,64,G,64,B,262144 Color,True Color,256,R,256,G,256,B,16777216 Color,True color,256 color,Dithering,To emulate higher color depth with lower color depth data driver,F1,F2,F3,F4,Super frame,Dithering,Emu

11、lation of 8 bit color depth with 6 bit data driver,6 bit color depth : g0 g63,Emulated 8 bit color,bf1,bf2,bf3,bf4,Gray 0,g0,g0,g0,g0,Gray 1,g1,g0,g0,g0,Gray 2,g1,g0,g1,g0,Gray 3,g1,g1,g1,g0,Gray 251,g63,g63,g63,g62,Gray 252,g63,g63,g63,g63,Gray 253,g63,g63,g63,g63,Gray 254,g63,g63,g63,g63,Gray 255,

12、g63,g63,g63,g63,Total color space = 253,3,253,3,256,3,100% = 96.5,3.5% color space loss,Dithering Color Loss,TFT-LCD,的穿透率,TFT-LCD,面板的宿命：光學穿透率不佳,開口率：液晶分子中光線能透過的有效區(qū)域的比例。即液晶,分子中有效的透光區(qū)域與全部面積的比例，就稱之爲,開口率,100,開口率,B/A*100,A,B,光學穿透率不佳原因,1,TFT,的開口率：約,60,以上,2,CF,的濾光效率：約,1/3,以下,3,偏光板的極化效率（含兩片吸收）：約,40,上下,三項相乘,6

13、0,1/3,40,約為,8,所以，在,TFT LCD,的設(shè)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,用那麼高，可以節(jié)省耗電及花費,TFT-LCD,基本驅(qū)動方式及應用,TFT,功能示意圖,Feed Through,G,D,S,Data line,Scan line,Vst,Vcom,Clc,Cst,Cgs,Vg,Vd,Vs,V = (Vgh-Vgl,Cgs,Cst +Clc,Cgs,Vgh-Vgl,根據(jù)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-Vg

14、l)Cgs+(Vs-Vst)Cst+(Vs,Vcom)Clc,V =Vd-Vs,Vcom,Vg,Vd,Vs,V,Vgh,Vgl,1 line,1 frame,V,feed through,電壓,它的成因主要是因為面板上其它電壓的,變化,經(jīng)由寄生電容或是儲存電容,影響到顯示電極電壓,的正確性,在,LCD,面板上主要的電壓變化來源有,3,個,分別,是,gate driver,電壓變化,source driver,電壓變化,以及,common,電壓變化,而這其中影響最大的就是,gate driver,電,壓變化,經(jīng)由,Cgs,或是,Cs,G,D,S,Data line,Vcom,Clc,Cst,Cg

15、s,Vd,Vs,V,Voltage,Voltage,Transmittance,Vd,Vs,Vcom,Optimized Vcom for each gray,VCOM,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 V,oltage,組成。所以當正負周期,的壓差不一樣時，就會產(chǎn)生,Flicker,的現(xiàn),象,VCOM,VCOM,這兩種不同的,Common,驅(qū)動方式影響最大的就是,source,driver,的使用,以不同,Common,電壓驅(qū)動方式的穿透率來說,我們,可以看到,當,common,電極的電壓是固定不變

16、的時候,顯示電極的,最高電壓,需要到達,common,電極電壓的兩倍以上,而顯示電極電,壓的提供,則是來自于,source driver,以圖中,common,電極電壓若,是固定于,5,伏特的話,則,source driver,所能提供的工作電壓范圍就,要到,10,伏特以上,但是如果,common,電極的電壓是變動的話,假使,common,電極電壓最大為,5,伏特,則,source driver,的最大工作電壓,也只要為,5,伏特就可以了,就,source driver,的設(shè)計制造來說,需要,越高電壓的工作范圍,制程與電路的復雜度相對會提高,成本也,會因此而加高,TFT-LCD,驅(qū)動系統(tǒng)架構(gòu)及

17、組成,GAMMA,TCON,DC/DC,Input Signal (LVDS,驅(qū)動電路三大區(qū)塊,Timing,Controller,Data Driver,TFT-LCD Panel,S,c,a,n,D,r,i,v,e,r,RGB pixel,STH,STV,DC/DC,Converter,Gamma,Correction,Vcc,TTL,RSDS,LVDS,驅(qū)動電路三大區(qū)塊,1. Timing Controller(TCON,2. Gamma Correction,3. DC/DC Converter,驅(qū)動系統(tǒng)架構(gòu),1,TFT-LCD Panel,TCON,RGB data,STH,STV,

18、DC/DC,Gamma,Data Driver,S,c,a,n,D,r,i,v,e,r,One PATH,架構(gòu),Two PATH,架構(gòu),TFT-LCD Panel,TCON,Data Driver,RGB data,ASTH,DC/DC,Gamma,BSTH,S,c,a,n,D,r,i,v,e,r,STV,驅(qū)動系統(tǒng)架構(gòu),2,目的,lower clock rate for EMI,TCON,架構(gòu),Data Driver,架構(gòu),Scan Driver,架構(gòu),Power DC,架構(gòu),GAMMA,電壓的產(chǎn)生,Gamma1,Gamma2,Gamma3,Gamma4,Gamma10,V,REF,V5V,VCC: Regular IC,1Pin,接地,2Pin&4Pin,輸出,VCC:3.3V,3Pin,輸入,V5V:5V,1,2,3,4,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,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,為液晶開關(guān)電壓。當,Gate,端為,VGL