(2021年整理)TFTLCD液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)原理(二).simple

1、tftlcd液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)原理(二).simpletftlcd液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)原理(二).simple 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對(duì)文中內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)校對(duì)，但是難免會(huì)有疏漏的地方，但是任然希望（tftlcd液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)原理(二).simple）的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來(lái)便利。同時(shí)也真誠(chéng)的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進(jìn)步的源泉，前進(jìn)的動(dòng)力。本文可編輯可修改，如果覺得對(duì)您有幫助請(qǐng)收藏以便隨時(shí)查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績(jī)進(jìn)步，以下為tftlcd液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)原理(二).simple的全部?jī)?nèi)容。tft

2、 lcd液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)原理（二)謝崇凱 上次跟大家介紹液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)原理中有關(guān)儲(chǔ)存電容架構(gòu),面板極性變換方式，以及common電壓的驅(qū)動(dòng)方式.這次我們延續(xù)上次的內(nèi)容，繼續(xù)針對(duì)feed through電壓,以及二階驅(qū)動(dòng)的原理來(lái)做介紹。簡(jiǎn)單來(lái)說feed through電壓主要是由于面板上的寄生電容而產(chǎn)生的，而所謂三階驅(qū)動(dòng)的原理就是為了解決此一問題而發(fā)展出來(lái)的解決方式,不過我們這次只介紹二階驅(qū)動(dòng)，至于三階驅(qū)動(dòng)甚至是四階驅(qū)動(dòng)則留到下一次再介紹.在介紹feed through電壓之前，我們先解釋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中g(shù)ate driver所送出波形的timing圖.svga分辨率的二階驅(qū)動(dòng)波形 我們常見的102

3、4*768分辨率的屏幕,就是我們通常稱之為svga分辨率的屏幕.它的組成顧名思義就是以1024768=786432個(gè)pixel來(lái)組成一個(gè)畫面的數(shù)據(jù)。以液晶顯示器來(lái)說，共需要1024*768*3個(gè)點(diǎn)(乘3是因?yàn)橐粋€(gè)pixel需要藍(lán)色,綠色，紅色三個(gè)點(diǎn)來(lái)組成。)來(lái)顯示一個(gè)畫面。通常在面板的規(guī)劃,把一個(gè)平面分成xy軸來(lái)說，在x軸上會(huì)有10243=3072列。這3072列就由8顆384輸出channel的source driver來(lái)負(fù)責(zé)推動(dòng).而在y軸上，會(huì)有768行。這768行,就由3顆256輸出channel的gate driver來(lái)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng).圖1就是svga分辨率的gate driver輸出波形的

4、timing圖.圖中g(shù)ate 1 768分別代表著768個(gè)gate driver的輸出.以svga的分辨率,60hz的畫面更新頻率來(lái)計(jì)算，一個(gè)frame的周期約為16.67 ms.對(duì)gate 1來(lái)說，它的啟動(dòng)時(shí)間周期一樣為16。67ms。而在這16.67 ms之間,分別需要讓gate 1 768共768條輸出線，依序打開再關(guān)閉.所以分配到每條線打開的時(shí)間僅有16。67ms/768=21。7us而已.所以每一條gate driver打開的時(shí)間相對(duì)于整個(gè)frame是很短的,而在這短短的打開時(shí)間之內(nèi),source driver再將相對(duì)應(yīng)的顯示電極充電到所需的電壓。而所謂的二階驅(qū)動(dòng)就是指gate dr

5、iver的輸出電壓僅有兩種數(shù)值，一為打開電壓，一為關(guān)閉電壓.而對(duì)于common電壓不變的驅(qū)動(dòng)方式，不管何時(shí)何地，電壓都是固定不動(dòng)的.但是對(duì)于common電壓變動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式,在每一個(gè)frame開始的第一條gate 1打開之前，就必須把電壓改變一次。為什么要將這些輸出電壓的timing介紹過一次呢？因?yàn)槲覀兘酉聛?lái)要討論的feed through電壓,它的成因主要是因?yàn)槊姘迳掀渌妷旱淖兓?經(jīng)由寄生電容或是儲(chǔ)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(lái)源有3個(gè),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

6、就是gate driver電壓變化（經(jīng)由cgd或是cs），以及common電壓變化(經(jīng)由clc或是cs+clc）.cs on common架構(gòu)且common電壓固定不動(dòng)的feed through電壓 我們剛才提到，造成有feed through電壓的主因有兩個(gè)。而在common電壓固定不動(dòng)的架構(gòu)下,造成feed through電壓的主因就只有g(shù)ate driver的電壓變化了.在圖2中，就是顯示電極電壓因?yàn)閒eed through電壓影響,而造成電壓變化的波形圖。在圖中,請(qǐng)注意到gate driver打開的時(shí)間，相對(duì)于每個(gè)frame的時(shí)間比例是不正確的。在此我們是為了能仔細(xì)解釋每個(gè)frame的

7、動(dòng)作,所以將gate driver打開的時(shí)間畫的比較大。請(qǐng)記住,正確的gate driver打開時(shí)間是如同圖1所示，需要在一個(gè)frame的時(shí)間內(nèi)，依序?qū)?68個(gè)gate driver走線打開的.所以每個(gè)gate走線打開的時(shí)間，相對(duì)于一個(gè)frame的時(shí)間,是很短的。 當(dāng)gate走線打開或關(guān)閉的那一瞬間，電壓的變化是最激烈的，大約會(huì)有3040伏特,再經(jīng)由cgd的寄生電容,影響到顯示電極的電壓。在圖3中,我們可以看到cgd寄生電容的存在位置。其實(shí)cgd的發(fā)生，跟一般的cmos電路一樣,是位于mos的gate與drain端的寄生電容。但是由于在tft lcd面板上gate端是接到gate driver

8、輸出的走線,因此一但在gate driver輸出走在線的電壓有了激烈變化,便會(huì)影響到顯示電極上的電壓.在圖2之中，當(dāng)frame n的gate走線打開時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上的feed through電壓到顯示電極之上。不過此時(shí)由于gate走線打開的緣故,source driver會(huì)對(duì)顯示電極開始充電，因此即便一開始的電壓不對(duì)(因?yàn)閒eed through電壓的影響）,source driver仍會(huì)將顯示電極充電到正確的電壓，影響便不會(huì)太大.但是如果當(dāng)gate走線關(guān)閉的時(shí)候,由于source driver已經(jīng)不再對(duì)顯示電極充電，所以gate driver關(guān)閉時(shí)的電壓壓降(3040伏特)，便會(huì)經(jīng)由cgd

9、寄生電容feed through到顯示電極之上，造成顯示電極電壓有一個(gè)feed through的電壓壓降,而影響到灰階顯示的正確性。而且這個(gè)feed through電壓不像gate走線打開時(shí)的feed through電壓一樣，只影響一下子，由于此時(shí)source driver已經(jīng)不再對(duì)顯示電極充放電，feed through電壓壓降會(huì)一值影響顯示電極的電壓，直到下一次gate driver走在線的電壓再打開的時(shí)后。所以這個(gè)feed through電壓對(duì)于顯示畫面的灰階的影響，人眼是可以明確的感覺到它的存在的。而在frame n+1的時(shí)候,剛開始當(dāng)gate driver走線打開的那一瞬間,也會(huì)對(duì)顯

10、示電極產(chǎn)生一個(gè)向上的feed through電壓,不過這時(shí)候由于gate已經(jīng)打開的緣故，source driver會(huì)開始對(duì)顯示電極充電，因此這個(gè)向上的feed through電壓影響的時(shí)間便不會(huì)太長(zhǎng).但是當(dāng)gate走線再度關(guān)閉的時(shí)候,向下的feed through電壓便會(huì)讓處在負(fù)極性的顯示電極電壓再往下降,而且受到影響的負(fù)極性顯示電壓會(huì)一直維持到下一次gate走線再打開的時(shí)候.所以整體來(lái)說,顯示電極上的有效電壓,會(huì)比source driver的輸出電壓要低.而減少的電壓大小剛好為gate走線電壓變化經(jīng)由cgd的feed through電壓.這個(gè)電壓有多大呢？在圖4中，我們以電荷不滅定律，可以推

11、導(dǎo)出feed through電壓為 （vg2 vg1） cgd / (cgd + clc + cs） 。假設(shè)cgd=0。05pf，而clc=0.1pf, cs=0。5pf且gate走線從打開到關(guān)閉的電壓為 35伏特的話。 則feed through電壓為 350。05 / (0。05+0.1+0。5） = 2。69伏特。 一般一個(gè)灰階與另一個(gè)灰階的電壓差約僅有30到50 mv而已(這是以6 bit的分辨率而言,若是8 bit分辨率則僅有3到5 mv而已)。因此feed through電壓影響灰階是很嚴(yán)重的.以normal white的偏光板配置來(lái)說,會(huì)造成正極性的灰階會(huì)比原先預(yù)期的來(lái)得更亮，而

12、負(fù)極型的灰階會(huì)比原先預(yù)期的來(lái)得更暗.不過恰好feed through電壓的方向有一致性，所以我們只要將common電壓向下調(diào)整即可.從圖2中我們可以看到，修正后的common電壓與原先的common電壓的壓差恰好等于feed through電壓。cs on common架構(gòu)且common電壓變動(dòng)的feed through電壓 圖5為cs on common且common電壓變動(dòng)的電壓波形,由于其common電壓是隨著每一個(gè)frame而變動(dòng)的，因此跟common電壓固定的波形比較起來(lái).其產(chǎn)生的feed through電壓來(lái)源會(huì)再多增加一個(gè),那就是common電壓的變化。這個(gè)common電壓的變化

13、，經(jīng)由clc+cs的電容，便會(huì)影響到顯示電極的電壓。且由于整個(gè)lcd面板上所有顯示點(diǎn)的clc與cs都是接到common電壓，所以一但common電壓有了變化,受影響的就是整個(gè)面板的所有點(diǎn).跟前面gate電壓變化不一樣的是,gate電壓變化影響到的只是一整行的顯示點(diǎn)而已.不過common電壓變化雖然對(duì)顯示電極的電壓有影響,但是對(duì)于灰階的影響卻沒有像gate電壓變化來(lái)的大。怎么說呢?如果我們使用跟前面一樣的電容參數(shù)值,再套用圖6所推導(dǎo)出來(lái)的公式，再假設(shè)common電壓由0伏特變到5伏特,則common電壓變化所產(chǎn)生的feed through電壓為（5 -0）（0.1pf+ 0.5pf) / （0.

14、05pf + 0.1pf +0.5pf） = 5 0.6/0。65=4.62伏特。雖然顯示電極增加這么多電壓，但是common電極也增加了5伏特.因此在clc兩端,也就是液晶的兩端，所看到的壓差變化,就只有4。62-5=0。38伏特而已.跟之前gate走線電壓變化所產(chǎn)生的feed through電壓2.69伏特比較起來(lái)要小的多了,所以對(duì)灰階的影響也小多了.且由于它所產(chǎn)生的feed through電壓有對(duì)稱性，不像gate走線所產(chǎn)生的feed through電壓是一律往下，所以就同一個(gè)顯示點(diǎn)來(lái)說,在視覺對(duì)灰階的表現(xiàn)影響會(huì)比較小.當(dāng)然啦，雖然比較小,但是由于對(duì)整個(gè)lcd面板的橫向的768行來(lái)說，

15、common電壓變化所發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)，跟gate走線打開的時(shí)間間隔并不一致，所以對(duì)整個(gè)畫面的灰階影響是不一樣的.這樣一來(lái)，就很難做調(diào)整以便改進(jìn)畫面品質(zhì)，這也是為什么common電壓變動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式,越來(lái)越少人使用的緣故.cs on gate架構(gòu)且common電壓固定不動(dòng)的feed through電壓 圖7是cs on gate且common電壓固定不動(dòng)的電壓波形圖。它并沒有common電壓變化所造成的feed through電壓,它只有由于gate電壓變化所造成的feed through電壓.不過它跟cs on common不一樣的是,由gate電壓變化所造成的feed through電壓來(lái)源有兩

16、個(gè)地方,一個(gè)是自己這一條gate走線打開經(jīng)由cgd產(chǎn)生的feed through電壓,另一個(gè)則是上一條gate走線打開時(shí),經(jīng)由cs所產(chǎn)生的feed through電壓.經(jīng)由cgd的feed through電壓跟前面所討論過的狀況是一樣的，在這邊就不再提了.但是經(jīng)由cs的feed through電壓,是因?yàn)閏s on gate的關(guān)系,如圖3所示。cs on gate的架構(gòu),它的儲(chǔ)存電容另一端并不是接到common電壓，而是接到前一條gate走線,因此在我們這一條gate走線打開之前,也就是前一條gate走線打開時(shí)，在前一條gate走線的電壓變化,便會(huì)經(jīng)由cs對(duì)我們的顯示電極造成feed thro

17、ugh電壓。依照?qǐng)D8的公式，同時(shí)套用前面的電容參數(shù)與gate電壓變化值，我們可得到此一feed through電壓約為 350。5pf/（0。5pf+0.1pf+0.05pf）=26.92伏特.這樣的feed through電壓是很大的，不過當(dāng)前一條gate走線關(guān)閉時(shí)，這個(gè)feed through電壓也會(huì)隨之消失.而且前一條gate走線從打開到關(guān)閉,以svga分辨率的屏幕來(lái)說,約只有21.7us的時(shí)間而已.相對(duì)于一個(gè)frame的時(shí)間16。67ms是很短的.再者當(dāng)前一條gate走線的feed through電壓影響顯示電極后，我們這一條的gate走線也隨之打開,source driver立刻將顯

18、示電極的電壓充放電到所要的目標(biāo)值。從這種種的結(jié)果看來(lái),前一條gate走線的電壓變化，對(duì)于我們的顯示電極所表現(xiàn)的灰階，幾乎是沒有影響的.因此對(duì)于cs on gate且common電壓固定不動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式來(lái)說,影響最大的仍然是gate走在線電壓變化經(jīng)由cgd產(chǎn)生的feed through電壓,而其解決方式跟前面幾個(gè)一樣，只需將common電壓往下調(diào)整即可。cs on gate架構(gòu)且common電壓變動(dòng)的feed through電壓 圖9是cs on gate架構(gòu)且common電壓變動(dòng)的feed through電壓波形圖.這樣子的架構(gòu)，剛好有了前面3種架構(gòu)的所有缺點(diǎn),那就是 gate走線經(jīng)由cgd的feed through電壓,和前一條gate走線經(jīng)由cs的feed through電壓,以及common電壓變化經(jīng)由clc的feed through電壓.可想而知,在實(shí)際的面板設(shè)計(jì)上幾乎是沒有人使用這種架構(gòu)的.而這4種架構(gòu)中最常用的就是 cs on gate架構(gòu)且common電壓固定不動(dòng)的架構(gòu).因?yàn)樗恍枰紤]經(jīng)由cgd的feed through電壓,而cs on gate的架構(gòu)可得到較大的開口率的緣故.二階驅(qū)動(dòng)(two level addressing）的效應(yīng) 前面四種架構(gòu)討論的其實(shí)都是針對(duì)二階驅(qū)動(dòng)方式所產(chǎn)生的影響.所謂的二階驅(qū)動(dòng)方式,是指gate driver的輸出