TFTLCD驅(qū)動控制電路PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1TFTLCD驅(qū)動控制電路驅(qū)動控制電路目的了解TFT-LCD驅(qū)動電路相關(guān)基礎(chǔ)知識，增強對液晶顯示原理的理解主要內(nèi)容u液晶模組概述u輸入/輸出信號u驅(qū)動電路系統(tǒng)u電源電路u灰階u極性反轉(zhuǎn)uVcom調(diào)節(jié)uGamma 調(diào)試方法第1頁/共45頁TFT-LCDCellPCBAX-COF & Y-COFModule Process bondingPanel/PCBA Assy.Backlight unitModule Process Assy.TFT-LCDModuleBezelShield cover液晶模組概述1第2頁/共45頁透光 (TFT Off)不透光 (TFT On)- - -

2、- -VEGlassGlass上偏振片上玻璃基板彩膜液晶TFT下玻璃基板下偏振片透明電極背光源常白模式1.2 TFT-LCD顯示實現(xiàn)面板上的象素就像一個“窗戶”，可改變施加在象素上的電壓大小來控制“窗戶”的開關(guān)程度，從而實現(xiàn)發(fā)光的分級灰階功能常白模式： TFT Off：透光 TFT On:不透光 通過增加電壓使液晶分子排列最大程度地接近垂直于基板，從而實現(xiàn)漏光較小的黑態(tài)第3頁/共45頁1.3 面板驅(qū)動電路組成LVDS連接器第4頁/共45頁TMDSTTLTTLA/D boardLVDS TxLVDS TxDVIVGALVDSTMDS :最小化傳輸差分信號 TTL :晶體管-晶體管邏輯電平 LVD

3、S : 低壓差分信號PCBACOFXGA(1024 x 768)LCD PanelS-IC(COF)Gate D-ICLVDS inT/CON圖象數(shù)據(jù)產(chǎn)生信號格式轉(zhuǎn)換變換成面板顯示的控制和數(shù)據(jù)信號圖象顯示1.4 圖像數(shù)據(jù)信號流程第5頁/共45頁 Source Driver IC : 源極驅(qū)動IC ( = Data Driver IC = X COF= Column Driver IC ) Gate Driver IC :柵極驅(qū)動IC ( = Y Driver IC =Y COF = Row Driver IC )1.5 常用名稱 Source PCB :柵極驅(qū)動IC ( = X-PCB = P

4、CBA = TCON board )第6頁/共45頁2輸入/輸出信號2.1 模塊輸入信號3.3V0V3.3V0VClockData01rTTL（ Transistor-to-Transistor Logic）信號線上代表數(shù)據(jù)“1”, 0V代表數(shù)據(jù)“ 0”信號的每一位都使用一條單獨的數(shù)據(jù)線進行傳輸特點：工作頻率低、電磁干擾大，傳輸距離短r低壓差分信號（LVDS, Low Voltage Differential Signaling ）噪聲以共模的方式在一對差分線上耦合出現(xiàn)，并在接收器中相減從而可消除噪聲 利用+Pair和-Pair之間的電壓差來表示數(shù)據(jù)，當(dāng)電壓差為正代表“1”，相反就是數(shù)據(jù)“0”

5、。特點：高速、低噪聲、低功耗和傳輸距離較長Differential Signal = (+ Pair) - (- Pair)(1.2V)+-第7頁/共45頁ClockSPD0D1RGBD5D0D1D5D0D1D5RGB三路基色信號的每一位都使用一條單獨的數(shù)據(jù)線進行傳輸。如6bit TTL，需要3618 根信號線，R信號6根（R0R5），G信號6根（G0C5），B信號6根（B0B5）TTL Data Mapping第8頁/共45頁LVDS Data Mapping特點：在一個時鐘周期內(nèi)連續(xù)傳送7個數(shù)據(jù)。如8bit 信號僅需要4pairs8根信號線，與TTL相比，信號線的引線數(shù)變少，TCON的尺寸

6、大小就可以變小。信號的振幅變小，減少EMI. 通道 0 通道 1 通道 2 通通道道 3 3 1 個周期 時鐘通道 前 1個周期 后 1個周期 R0 R1 R2 R3 R4 R5 G0 R0 G1 B1 B0 G5 G4 G3 G2 G1 B2 B3 B4 B5 行同步 幀同步 使能 G0 R5 B1 B0 使能 幀同步 G2 R1 B2 B3 R6 R7 G6 G7 B6 B7 R7 R6 T/7 B7 第9頁/共45頁2.1 TCON & Source IC接口信號rTTL信號rMini-LVDS信號和LVDS一樣有正、負信號對構(gòu)成差分對，主要用于TCON和源極驅(qū)動器之間的接口。一

7、對信號線連續(xù)傳輸6或8個數(shù)據(jù)；一個時鐘同時傳輸左、右兩個象素的數(shù)據(jù)與TTL信號相比，T/CON的Pin數(shù)顯然減少T/CON（1280 x800）左輸出口右輸出口mini-LVDSmini-LVDSLVDS1,2,3639640,641,642.1280rRSDS信號(Reduced Swing Differential Signal ）與LVDS（低壓差分信號）類似，主要用于TCON和源驅(qū)動器之間的接口。第10頁/共45頁Clock P/ND0P/ND1P/ND0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2P/ND0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D3P

8、/ND0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D4P/ND0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D5P/ND0D1D2D3D4D5D6D7D0D1RGBRGB 50nS and 3 cycleMini-LVDS Data Mapping第11頁/共45頁CLK P/NSPD0D1D0D1D2D3D2D3D00P/ND01P/ND4D5D4D5D02P/ND6D7D6D7D03P/ND0D1D0D1D10P/ND6D7D6D7D13P/ND0D1D0D1D20P/ND6D7D6D7D23P/NRGBRSDS Data Mapping第12頁/共45頁Interface Method ITEMTTL

9、DifferentialI/F MethodCMOSRSDSMini-LVDSPPMLFP-LVDSTransfer Method3.3VDifferential / 0.2VDifferential / 0.4VDifferential / 0.4VI/F SystemMulti DropMulti DropMulti DropPoint to PointUseNotebook, MobileNotebook, Monitor,TVMonitor, TVLarge Full HDTV,High-end MonitorMaximum Frequency70Mhz100Mhz180Mhz ove

10、r 300MhzResolutionColor DepthLow Resolution,6bitsHigh Resolution,8/10bitsHigh Resolution,8/10bitsHigh Resolution, over10bitsCompanyNational SemiconductorTexas InstrumentsNECOKIrTCON輸出數(shù)據(jù)信號比較第13頁/共45頁rT/CON的定義：T/CON : Timing Controller的縮寫它將AD board供給的圖像數(shù)據(jù)信號、控制信號以及時鐘信號分別轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)據(jù)和柵極驅(qū)動 IC的數(shù)據(jù)信號、控制信號、時鐘信號。

11、它的功能是色度控制和時序控制，內(nèi)含RAM。具有數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)，像素極性反轉(zhuǎn)功能，并具有自動刷新模式和老化用的圖形。3驅(qū)動電路系統(tǒng)3.1 時序控制器（TCON）rTCON輸出控制信號：源驅(qū)動器的控制信號STH : 行數(shù)據(jù)的開始信號CPH: 源驅(qū)動器的時鐘信號（數(shù)據(jù)的同步信號）TP or Load: 數(shù)據(jù)從源驅(qū)動器到顯示屏的輸出信號MPOL（POL） :(數(shù)據(jù)即行反轉(zhuǎn)信號）: 為了防止液晶老化，而在液晶上的電壓要求極性反轉(zhuǎn)。柵極驅(qū)動器的控制信號STV (Start Vertical) : 柵的啟動信號，也是一幀圖像的開始CPV (Clock Pulse Vertical) : 柵的移動信號OE1 (Ou

12、tput Enable) : 柵的輸出控制信號OE2 (Multi Level Gate) : 多灰度等級用的信號第14頁/共45頁3.2 柵極驅(qū)動器 (Gate driver) 接受TCON輸出的控制信號，循序地對柵極線輸出適當(dāng)?shù)拈_電壓和關(guān)電壓，以驅(qū)動TFT LCD的柵極線（Gate line）。當(dāng)移位寄存器為邏輯1時，輸出高電位VGH；當(dāng)移位寄存器為邏輯0時，輸出低電位VGLGate signal Timing STVCPVOE2Gate 1Gate 2第15頁/共45頁256 bit 移位寄存器電平轉(zhuǎn)換器 (256EA)緩沖放大輸出 (256EA)OUT1OUT2OUT3OUT4OUT5

13、OUT255OUT256CPVSTVOEDVDDGNDVGHVGLr柵極驅(qū)動器結(jié)構(gòu)（Gate driver ）第16頁/共45頁3.3 源極驅(qū)動器 (Source driver) 接受TCON控制，將高頻輸入的數(shù)字視頻信號存儲在緩存中，配合柵極掃描信號的開啟，將數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換成要輸出至象素電極的灰度電壓，以驅(qū)動TFT LCD面板的數(shù)據(jù)線。源極驅(qū)動器由多個數(shù)據(jù)驅(qū)動IC串聯(lián)而組成，并要求提供給液晶盒的電壓值必須在時間平均上接近零,盡量減少直流成分，以防液晶老化變壞。第17頁/共45頁LVCKP/N Tx+- Rx (LVDS)LVR1P/NLVG1P/NLVB1P/NLVR2P/NLVG2P/N

14、LVB2P/NRGB DataTPSCLKTx (Mini_LVDS,RSDS)POLShift RegistersFirst Line LatchesSecond Line LatchesDACOutput BuffersGMA1GMA2 . . .GM-CONSource driver IC例：6bits，灰度64r源極驅(qū)動器結(jié)構(gòu)（Source driver ）以取樣時鐘SCLK的上升沿接收TCON輸出的一個象素數(shù)據(jù)（RGB Data）到源極驅(qū)動器寄存器，當(dāng)一行全部象素數(shù)據(jù)被讀取后，以輸出脈沖TP將全部數(shù)據(jù)同時移到保持存儲器，移到保持寄存器的數(shù)據(jù)在DAC處轉(zhuǎn)換為輸

15、出至象素電極的灰度電壓。第18頁/共45頁DE(Data Enable)STHTPMPOLActive AreaHorizontal Blanking AreaDataOutputClkr源極控制信號時序Data signal Timing 第19頁/共45頁CPVGate nGate n+1TPDataDataOE2Gate&Source signal Timing 3.4 柵、源極信號關(guān)系第20頁/共45頁圖象數(shù)據(jù)輸出實例STHTPPanel1st2ndPanel3rdCPVCPVSTVPanelDataLine 1st first dataLine 1st last dataDo

16、nt care第21頁/共45頁4電源電路 電源電路將接口輸入的電源電壓（）變換成數(shù)據(jù)驅(qū)動和Gamma電路所需要的各種直流電壓(AVDD,DVDD,VGH,VGL)。第22頁/共45頁Black(L0)White(L255)D2D1D0V1V2V3V4V5V6V7V8101010101111000011110000Digital Data(0 0 0)(1 0 0)(1 1 1)LCD Brightness(8 Gray-level)Gray Scale VoltageBitsBitsGray ScaleGray Scale36810125灰階（Gray Level）5.1 灰階對于自然影像，

17、我們需要顯示出不同的明亮程度，即灰階?；叶入A數(shù)由數(shù)據(jù)驅(qū)動IC內(nèi)部D/A的位數(shù)決定，一般區(qū)分灰階的數(shù)目是2N。例如： 3-bit源極驅(qū)動IC 能顯示的灰階數(shù)為23=8常白模式第23頁/共45頁GMA1GMA2GMA6GMA7GMA6GMA7GMA13GMA14R1R2R3R4R5-1R6R7R8R9R11R22R33R44VDDVDDR5-2R0R105.2 Gamma電壓電路運算放大器用途：便于Gamma校正電壓跟隨器輸出電壓近似輸入電壓幅度(Uo=Ui)，并對前級電路呈高阻狀態(tài)，對后級電路呈低阻狀態(tài)，因而對前后級電路起到“隔離”作用。 第24頁/共45頁5.3 Gamma電壓、IC輸入數(shù)據(jù)

18、、輸出電壓和輸出灰度關(guān)系IC內(nèi)部電路輸入數(shù)據(jù)灰度輸出電壓輸入數(shù)據(jù)灰度輸出電壓表1-1表1-2第25頁/共45頁N = 2n(R) X 2n(G) X 2n(B) = 23nn : 數(shù)字數(shù)據(jù)的位數(shù)(bit)N : 能顯示的顏色數(shù)R,G,B三基色組合形成各種顏色。能顯示的顏色數(shù)是由RGB的數(shù)字信號的位數(shù)來決定的。 BitsBitsGray ScaleGray ScaleColorColor3851251266426214426214482561677721616777216101024107374182410737418245.4 Color第26頁/共45頁說明Pixel Inversion M

19、ethods上一幀 (+)下一幀 (-)+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-反轉(zhuǎn)類型+ + + + + + +-幀反轉(zhuǎn)行反轉(zhuǎn)列反轉(zhuǎn)點反轉(zhuǎn)6極性反轉(zhuǎn)（Polarity inversion）常見像素陣列極性反轉(zhuǎn)方式：幀反轉(zhuǎn)，列反轉(zhuǎn)，行反轉(zhuǎn)和點反轉(zhuǎn)在一個幀寫入結(jié)束，下一個幀寫入開始前，整幀上象素所存儲的電壓極性都是相同的 每個象素所存儲的電壓極性，都與其上下左右相鄰元素的極性相反同一行上象素所存儲的電壓極性都是相同的同一列上象素所存儲的電壓極性都是相同的第27頁/共45頁G1G2G3S1S2S3S4(+) Field Frame(-

20、) Field Frame(+) Field Frame222222222123123123321321321202202202幀反轉(zhuǎn) 在一個幀寫入結(jié)束，下一個幀寫入開始前，整幀上象素所存儲的電壓極性都是相同的Frame Inversion 第28頁/共45頁G1G2G3S1S2S3S4(+) Field Frame(-) Field Frame(+) Field Frame222222222123123123321321321202202202Dot Inversion 點反轉(zhuǎn) 每個象素所存儲的電壓極性，都與其上下左右相鄰元素的極性相反第29頁/共45頁6Vcom調(diào)節(jié)由于Vp，引起理論性的

21、Vcom電壓與實際適用的 Vcom電壓的電壓差，因此需要調(diào)節(jié)Vcom使Flicker最小.Flicker最小標(biāo)準(zhǔn)：人眼判斷u調(diào)節(jié)VCOM的原因第30頁/共45頁u調(diào)節(jié)VCOM的方法（2）控制盒方法（1）Resistor方法AVDDRRRRRVcomcbacdownb)()(2012811212RsetRSettingAVDDRRRVcom第31頁/共45頁Ap. Gamma 調(diào)試方法第32頁/共45頁Gamma 調(diào)試總體流程Step 1:測量VT曲線:確定Gamma電壓與光強的對應(yīng)關(guān)系(by PE or Auto V-T mea. System)Step 2:可編程Gamma系統(tǒng)安裝 (Buf

22、20820 Eva. Board)Step 3:確定L255和 L0所對應(yīng)Gamma電壓： CA210Step 4:根據(jù)Source Driver IC的Spec，可以知道各參考Gamma通道所對應(yīng)的灰階Step 5:根據(jù)曲線可以具體算出各個 關(guān)鍵點需要的透過率，按照step 3測得的L255亮度，可計算出個主要灰階對應(yīng)的亮度值Step 6:通過可編程Gamma軟件接口調(diào)節(jié)各個關(guān)鍵GAMMA值，使各關(guān)鍵灰階的測得亮度與step 5的計算值相等(CA210, Buf20820 Eva. Board)Step 7:用CA210測量Gamma曲線：CA210Step 8:測試亮度均勻性和Flicke

23、rL127：CA210Step 9:計算Gamma電阻阻值，記錄Gamma電壓：CA210和萬用表Step 10:用示波器測量上電順序和驅(qū)動時序： Lecroy oscilloscope第33頁/共45頁Gamma調(diào)試流程示例Step 1:測量VT曲線:確定Gamma電壓與光強的對應(yīng)關(guān)系(by PE or Auto V-T mea. System)V-T Characteristics of Panel (Normally Black）p初步估計Vcom:Panel DC V-T CurveModule V-T Curve2/ )(181180VVVVVcomV1V9V10V180235791

24、112提示: V0 值取決于源極驅(qū)動IC的Gamma特性，在32inch中源極驅(qū)動器要求滿足系列等式，因此在32inch的Gamma調(diào)試中取 V0 0.2V :AVDD 0.2 V V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 0.5 *AVDD0.5* AVDD V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 VSS + 0.2 VModel: 32” FFS HDTV Resolution: 1366x768Gamma 調(diào)試條件第34頁/共45頁Step 2: 可編程Gamma系統(tǒng)安裝 (Buf20820 Eva. Board)The BUF20820 Ev

25、a. software interfaceNote:需在評估板上測試PGamma所需的參考電壓（ Vref_high,Vref_low) ，并填入右圖所示對話框.該系統(tǒng)可將Gamma電壓實時變更.BUF20820 的存儲器只能進行一次寫操作，BUF20821可進行20次寫操作RS232V18V1V2V3RS232n用于Analog Gamma的Gamma調(diào)試系統(tǒng) n用于可編程 Gamma的Gamma調(diào)試系統(tǒng)第35頁/共45頁Step 3: 確定L255和 L0所對應(yīng)Gamma電壓： CA210p確定V1 1) 預(yù)設(shè) V1灰階L255的測量值上升 3) 當(dāng)L255的測量值最大時，V1即為V1，如

26、右表所示p確定V18 1) 預(yù)設(shè) V18灰階L255的測量值上升 3) 當(dāng)L255的測量值最大時，V18即為V18確定V9 1) 預(yù)設(shè) V9V9 ，用CA210測量灰階L0的亮度 2) V9 -灰階L0的測量值上升 3) 當(dāng)L0的測量值最小時，V9即為V9確定V10 1) 預(yù)設(shè) V10灰階L0的測量值上升 3) 當(dāng)L0的測量值最小時，V10即為V10V1V1V9V10V180235791112VcenterGray LevelGray LevelBrightnessBrightnessL255L255615.8615.8L254L254615.8615.8L253L253609.4609.4L

27、252L252608.4608.4L251L251607.4607.4L250L250606.4606.4L249L249605.3605.3L248L248604.2604.2L247L24760603 3.2.2L246L24660601 1. .4 4L245L24560600 0.2.2最大亮度確定最大亮度第36頁/共45頁Gray LevelGray LevelGamma VoltageGamma VoltageL255L255V1V18L254L254V2V17L224L224V3V16L192L192V4V15L12L128 8V5V14L64L64V6V13L32L32V7V1

28、2L1L1V8V11L0L0V9V10Relationship between gray level and Gamma voltageStep 4: 根據(jù)Source Driver IC的Spec，可以知道各參考Gamma通道所對應(yīng)的灰階(32” HDTV 8bit source driver)NOTE：考慮CA210測量范圍限制，選用表中橙色部分進行Tuning。第37頁/共45頁Gamma=2.2Gamma=2.2GrayGray level levelTransTrans. .0 00 016160.0022 0.0022 32320.0103 0.0103 48480.0252 0.

29、0252 64640.0474 0.0474 80800.0774 0.0774 96960.1156 0.1156 1121120.1622 0.1622 1281280.2176 0.2176 1441440.2820 0.2820 1601600.3556 0.3556 1761760.4385 0.4385 1921920.5310 0.5310 2082080.6333 0.6333 2242240.7454 0.7454 2402400.8676 0.8676 2562561.0000 1.0000 Step 5: 根據(jù)曲線可以具體算出各個 關(guān)鍵點需要的透過率，按照step 3測得

30、的L255亮度，可計算出個主要灰階對應(yīng)的亮度值（如下表所示）Gamma=2.2Gamma=2.2Gray LevGray LevelelTransTrans. .BrighBright tnessness0 00 00.00 0.00 16160.0022 0.0022 1.38 1.38 32320.0103 0.0103 6.35 6.35 48480.0252 0.0252 15.49 15.49 64640.0474 0.0474 29.17 29.17 80800.0774 0.0774 47.66 47.66 96960.1156 0.1156 71.17 71.17 112112

31、0.1622 0.1622 99.91 99.91 1281280.2176 0.2176 134.02 134.02 1441440.2820 0.2820 173.66 173.66 1601600.3556 0.3556 218.97 218.97 1761760.4385 0.4385 270.05 270.05 1921920.5310 0.5310 327.02 327.02 2082080.6333 0.6333 389.99 389.99 2242240.7454 0.7454 459.05 459.05 2402400.8676 0.8676 534.29 534.29 25

32、62561.0000 1.0000 615.8615.8計算各個灰階亮度Note: 表中亮度為計算值第38頁/共45頁Step 6: 通過可編程Gamma軟件接口調(diào)節(jié)各個關(guān)鍵GAMMA值，使各關(guān)鍵灰階的測得亮度與step 5的計算值相等(CA210, Buf20820 Eva. Board)Gamma=2.2Gray LevelTrans.Brightness000.00 160.0022 1.38 320.0103 6.35 480.0252 15.49 640.0474 29.17 800.0774 47.66 960.1156 71.17 1120.1622 99.91 1280.217

33、6 134.02 1440.2820 173.66 1600.3556 218.97 1760.4385 270.05 1920.5310 327.02 2080.6333 389.99 2240.7454 459.05 2400.8676 534.29 2561.0000 615.8L224L192L128L64L32 利用FFS對稱性,在Gamma調(diào)節(jié)過程中,以Vcom為對稱中心，同時調(diào)節(jié)正極性和負極性灰階電壓，如上 圖所示同時調(diào)整對應(yīng)的兩個滑塊。 調(diào)整對應(yīng)的兩個滑塊過程中，對照CA-210的亮度測量數(shù)據(jù)，使各關(guān)鍵灰階的測得亮度與setp 5的計算值 相等，所得實際測量值如右表所示。 調(diào)整

34、對應(yīng)的兩個滑塊，對照CA-210的Flicker測量數(shù)據(jù)，使得各灰階Flicker值最小，此時stress最小。主要步驟：Note: 表中亮度為實際測量值第39頁/共45頁Step 7: 用CA210測量Gamma曲線：CA210Gray LevelGray LevelGamma(Reference)Gamma(Reference)originoriginGAMMA 2.2GAMMA 2.2Brightn.Brightn.Trans.(%)Trans.(%)L00.00 0.00 0.69 0.11%L421.11 0.00 1.300.21%L897.01 0.01 4.150.68%L12236.70 0.03 11.73 1.91%L16445.72 0.05 26.294.28%L20728.23 0.08 43.057.01%L241087.59 0.12 65.9310.74%L281526.68 0.17 9815.96%L322048.00 0.23 133.621.76%L362653.78 0.29 178.3 29.53%L403346.05 0.3