LCD-驱动电路分析课件

TFT LCD TFT LCD 驱动电路分析驱动电路分析TFT LCD 驱动电路分析内容概要一 自制TCON 板简介二 TFT-LCD 基础知识三 TFT 显示原理四 自制TCON 板电路分析内容概要一 自制TCON 板简介自制TCON 简介（一）PMUP GAMMAT CON ICLVDS INPUTM_LVDS OUTPUTM_LVDS OUTPUT传统T CON板 架构自制TCON 简介（一）PMUP GAMMAT CON IC现在我们量产的架构现在我们量产的架构-Samsung 46寸寸MAINBOARD（T-CON IC)转接板PGAMMAPMU64 PIN FFC80 PIN FFC X 2BL DriverDIM1.T-CON与主IC集成在一块,省一颗T-CON的钱(主IC的价格略有上升)2.主板与Source板的连接线用FFC线(比LVDS便宜)缺点:1.由于用FFC线,主板灵活性不够.VCOM OP现在我们量产的架构-Samsung 46寸MAINBOA自制自制TCON 板简介（三）板简介（三）-Samsung 46寸自制寸自制TCONP-Gamma PMU（集成Level Shift)VCOM OP 接收来自机芯集成的TCON信号信号输出到Open-Cell 上的X-Board，驱动Panel信号输出到Open-Cell 上的X-Board,驱动PanelVCOM Push-Pull 电路自制TCON 板简介（三）-Samsung 46寸自制TCO二二 TFT-LCD 基础知识基础知识二 TFT-LCD 基础知识TFT LCD 的相关知识的相关知识TFT LCD：Thin Film Transistor Liquid Crystal Display 超薄膜晶体管液晶显示器和传统的CRT比较，优点如下：1.体积小，重量轻，耗电量小；缺点：1.响应速度慢，运动图像拖尾；2.操作温度范围有限制；3.需要背光源。TFT LCD 的相关知识TFT LCD：Thin FilTFTPolarizer 偏光板 CFPolarizer 偏光板 PCBALight Guide（导光板）Led Light BarLC cellTFT LCD显示器面板显示器面板TFTPolarizer 偏光板 CFPolarizer 偏TFT LCD相关名词相关名词LC：Liquid Crystal液态晶体。CF：Color Filter彩色滤光片。分R、G、B三种颜 色的滤光片。B/L：Back light背光。L/G：Light Guide导光板。data line:数据线，进行数据的传输。scan line:扫描线，控制TFT的开关。控制TFT上的电晶体是on/off。On时，资料可以传 输；off时，资料不能传输。19201080TFT LCD相关名词19201080 液晶分子可改变光的极化状态，穿过扭曲液晶时，光线被液晶分子扭转90度。通过TFT电压控制开关来控制液晶分子两端的电压，不同压差下有不同穿透率，极化程度也相应改变，从而达到控制光线的强弱的目的。偏光板Polarizer 液晶分子可改变光的极化状态，穿过扭曲液晶时，彩色滤光片彩色滤光片 彩色滤光片为液晶显示器彩色化的关键组件,透过彩色滤光片才能使高灰阶的液晶显示器达到全彩色化,所以彩色滤光片之作用在于利用滤光的方式产生RGB三原光,再将三原光以不同的强弱比例混合而呈现各种色彩,使LCD显示出全彩.彩色滤光片 彩色滤光片为液晶显示器彩色化Black Matrix目的:遮蔽漏光区域，以免看到漏光导致对比度下降Black Matrix(黑色矩阵）黑色矩阵）Black Matrix目的:Black Matrix(黑色 1.液晶可以被光穿透，并影响光的偏振性；2.在液晶分子两端所加电压的不同，液晶分子的翻转程 度不同，根据液晶角度的不同透过光的偏振性也不同；开开关关打打开开开开关关闭闭合合液晶液晶液晶层液晶互相牵引液晶互相牵引 做个转向的动作做个转向的动作 加电压后转向改变加电压后转向改变通过它改变光的强弱通过它改变光的强弱 1.液晶可以被光穿透，并影响光的偏振性；开关打开开关闭合液光源垂直偏光板玻璃电极玻璃电极液晶水平偏光板GDSScan Data 液晶液晶亮度的控制原理亮度的控制原理光源垂直偏光板玻璃电极玻璃电极液晶水平偏光板GDSScan 三三.TFT-LCD 显示原理显示原理三.TFT-LCD 显示原理TFTTFT结构结构G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1 SnSource 线储存电容Gate线液晶电容TFTTFT结构G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1SnSPixelPixeldot每个像素均由三种颜色红(R)绿(G)蓝(B)的小光点(dot)构成Pixeldot每个像素均由三种颜色红(R)绿(G)蓝(B)電腦顯示之圖像均是由一個個的像素(pixel)構成圖像顯示原理電腦顯示之圖像均是由一個個的像素(pixel)構成圖像顯示原混色效果混色效果分别控制RGB dot亮度，自由组成各种图案三角形越大所能显示的颜色越丰富混色效果三角形越大所能显示的颜色越丰富先开启第一行，其余关闭。TFTTFT玻璃电极Data LineScan LineONOFFOFFOFFTFT LCD的显示方式先开启第一行，其余关闭。TFT玻璃电极Data LineSc接着关闭第一行，电压已经固定，所以显示颜色也已固定。开启第二行，其余仍保持关闭。依此类推，可完成整个画面之显示。ONOFFOFFOFF接着关闭第一行，电压已经固定，所以显示颜色也已固定。开启第二颜色深度(Color depth)：LCD可显示的颜色数目对6 bit显示器而言,共可以显示26x 26x 26=262,144对8bit显示器而言,共可以显示28x 28x 28=16,777,216RedGreenBlueWhiteGray Scale0816243240485663颜色深度(Color depth)：LCD可显示的颜色数目对True color256 colorTrue color256 color整块面板的等效电路整块面板的等效电路16.67ms/Vtt(1125)=14.8 us整块面板的等效电路16.67ms/Vtt(1125)=14.Cs(storage capacitor)储存电容的架构储存电容的架构 Cs(storage capacitor)储存电容的架构 液晶极性反转驱动液晶必须以交流信号驱动 长时间维持某一极性,液晶分子可能受到破坏VCOM(CF側電極側電極)-+-Vpixel(TFT侧电极侧电极)VCOM+-+-Vpixel正极性驱动正极性驱动Vpixel Vcom负极性驱动负极性驱动Vpixel Vcom液晶极性反转驱动液晶必须以交流信号驱动 VCOM(CF側電面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式 1.为什么需要极性变换为什么需要极性变换 由于液晶分子还有一种特性,就是不能够一直固定在某一个电压不变,不然时间久了,你即使将电压取消掉,液晶分子会因为特性的破坏,而无法再因应电场的变化来转动,以形成不同的灰阶.所以每隔一段时间,就必须将电压恢复原状,以避免液晶分子的特性遭到破坏.2.怎么进行极性变换怎么进行极性变换 显示电压就分成了两种极性,一个是正极性,而另一个是负极性.当显示电极的电压高于common电极电压时,就称之为正极性.而当显示电极的电压低于common电极的电压时,就称之为负极性面板的各种极性变换方式 1.为什么需要极性变换 面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式 对于同一点而言，它的极性是不停的按帧变换的。而相邻的点是否拥有相同的极性，那可就依照不同的极性转换方式来决定了。首先是frame inversion，其整个画面所有相邻的点，都是拥有相同的极性；而row inversion与column inversion则各自在相邻的行与列上拥有相同的极性；另外在dot inversion上，则是每个点与自己相邻的上下左右四个点，是不一样的极性 面板的各种极性变换方式 对于同一点而言，它的极性是不停的按帧面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式 Common电极的电压是一直固定不动的,而显示电极的电压却是依照其灰阶的不同,不停的上下变动Common电极的电压是一直固定不变驱动方式电极的电压是一直固定不变驱动方式面板的各种极性变换方式 Common电极的电压是一直固定不动面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式 为了达到极性不停变换这个目的,我们也可以让common电压不停的变动,同样也可以达到让Clc两端的压差绝对值固定不变,而灰阶也不会变化的效果,而这种方法,就是图6所显示的波形变化.这个方法只是将common电压 一次很大,一次很小的变化.当然啦,它一定要比灰阶中最大的电压还大,而电压小的时候则要比灰阶中最小的电压还要小才行.而各灰阶的电压与图5中的一样,仍然要一次大一次小的变化.面板的各种极性变换方式 为了达到极性不停变换这个目的,我们面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式 比较高的比较高的SOURCE 驱驱动电压动电压比较低的比较低的SOURCE 驱驱动电压动电压面板的各种极性变换方式 比较高的SOURCE 驱动电压比较低面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式 CsClcCgdGateVcom由此可见V与Vp-p是成正比关系的,如果要想V最少,那么我们可以减少Vp-p面板的各种极性变换方式 CsClcCgdGateVcom由此Gate 驱动与削角驱动驱动与削角驱动 单个TFT的等效电路图Gate 驱动与削角驱动 单个TFT的等效电路图LCD-驱动电路分析课件GPM(Gate Pulse Modulation)(削角功能削角功能)为了解决由于为了解决由于VCOM而引起的而引起的闪烁的问题闪烁的问题GPM(Gate Pulse Modulation)(削角OD(Over drive)OD(Over drive)OD(Over drive)OD(Over drive)OD(Over drive)OD(Over drive)面板驱动面板驱动面板驱动面板驱动面板驱动面板驱动Source IC 驱动Source IC 驱动Source driver-Half AVDD半压电路，其实就是在AVDD to GND之间再建立一个电压准位置，同时降低压差，减少电流，从而降低Source driver温度。这个电压准位的选择一般是介于组成白电压的两个电压之间。这个电压可以用电阻分压的方式取得，但是必须经过OP将电流放大，才能满足driver需求；或是通过Buck电路来得到此值。Source driver-Half AVDD半压电Gate IC 驱动電壓波形圖第N-1個畫面第N個畫面第N+1個畫面畫面更新頻率約為60Hz(16.67 ms)電壓Gate1Gate2Gate599Gate600BlankingGate IC 驱动電壓波形圖第N-1個畫面第N個畫面第N+Gate IC 相關訊號與訊號CPV:Gate内部移位寄存器所需之clock.STV:使Gate输出的触发讯号OE:为High时,所有Gate output为Low.(避免同时开启两条Gate line)XON:为Low时,所有Gate output为High.(关机时清除所有source data)VGH:TFT-LCD turn on voltageVGL:TFT-LCD turn off voltageVDD:Digital powerGate IC 相關訊號與訊號CPV:Gate内部移位寄存Gate driver輸出波形圖Gate driver輸出波形圖Gate Drive 硬體架構Gate Drive 硬體架構Gate IC驱动驱动GateCircuitGateCircuitGate LineData Line考虑到,GOA方式的gate circuit的driving能力有限,因此panel采用双双边边gate circuit驱动,可以改善gate line delay之问题.一、GOA Circuit(1)Gate IC驱动GateGateGate LineDatArchitecture of GOP1 stage GOPArchitecture of GOP1 stage GOP四，自制TCON 板电路分析四，自制TCON 板电路分析TFT-LCD 模块的时序控制器模块的时序控制器Timing Controller（集成在（集成在MS801T 主机芯片上）主机芯片上）T/CON的定义：的定义：T/CON:Timing Controller的缩写的缩写 从从Video Card出来的要在出来的要在TFT-LCD显示屏上显示的数据显示屏上显示的数据 在在 TCON 中经过变换生成显示的数据信号和驱动器的控制信号中经过变换生成显示的数据信号和驱动器的控制信号 T/CON输入输出信号：输入输出信号：1.LVDS(Low Voltage Differential Signaling)TCON 输出信号：输出信号：1.2Ports/6 Pairs/8 bits Mini-LVDS;2.控制信号控制信号STV,TP,POL,CPV1，CPV2，CPV3;3.I2C 总线设备控制读写信号总线设备控制读写信号:SDA,SCL,WPTFT-LCD 模块的时序控制器T/CON的定义：.STV :一帧画面的起始信号,频率为60Hz；TP :数据从源驱动器到显示屏的输出信号，周期为 1行频，周期为14.8us方波；POL :数据即行反转信号，为了防止液晶老化，而在液 晶上的电压要求反转，频率为60Hz方波；CPV1,2,3:栅的移动信号，周期是3倍行频44.4us方波。.STV :一帧画面的起始信号,频率为6029.7us17.3us14.8us2.7us41.7us17.3us29.6us2.7us20us41.7us2.7us41.7us41.7us3.3VGate 驱动输入时序29.7us17.3us14.8us2.7us41.7us1自制自制TCON 板部分板部分-电路原理分析（以电路原理分析（以MS801为例）为例）电路图总览电路图总览自制TCON 板部分-电路原理分析（以MS801为例）电TCON 板部分板部分-电路原理分析电路原理分析工作过程工作过程:开机上电后，主机板启动后，主机板输出的12V 电压输入到 TCON 板，然后PMU IC 输出VCC_3.3V，主机芯通过I2C总线 写入Date 到PMU 寄存器,AVDD,VGON,Voffe_-11V&VSS_-7.5 V 电压输出,接着I2C写入P-Gamma 寄存器14个可编程的Gamma 电压,同时要求AVDD 以及AVDD 分压的四个静态Gamma 参考 工作电压正常，才能准确输出14个Gamma电压，另P-Gamma 的 VCOM 功能模块内置E2PROM(电可擦除寄存器），内部已设初始 二进制设定值（掉电不丢失），它的输出电压已在设计阶段通过芯 片外围电路设计好，是个定值，不需I2C信号写入初始值。上述信号准备好后，由机芯板送过来的Mini-LVDS 以及控制信 号TP&POL经由TCON板走线直接进入Source 板驱动Source IC;同时机芯板送过来Gate 相关信号STV,CPV1,CPV2，CPV3进入 TCON 板，经PMU 处理后输入STVP,CKV1&CKVB1,CKV2&CKVB2,CKV3&CKVB3 信号经由Source板走线至Gate,驱动Gate.TCON 板部分-电路原理分析工作过程:TCON 板板 电路分析电路分析-PMU部分部分PMU 输出信号名词解释：输出信号名词解释：PMU 元件型号：元件型号：Richtek RT6905 Boost or Buck Frequency:750KHz VGON或或VONE,VGH:Gate 开启电压、开启电压、VOFFE_-11V Or VSS_-7.5V或或VGL:Gate 关闭电压关闭电压 AVDD:Source IC 模拟电压，模拟电压，Gamma 参考电压电源参考电压电源 HVDD:AVDD 电压，也叫半压驱动，主要目的降低电压，也叫半压驱动，主要目的降低 Source IC OP 的负载，从而较低的负载，从而较低Source IC 温度。温度。CKV1CKV3&CKVB1&CKVB3:Level Shift 输出的输出的Gate 开关信号，开关信号，输入触发信号来自机芯输入触发信号来自机芯CPV1CPV3；周期均为周期均为3倍行频（倍行频（44.4us)，高电平，高电平 为为VGH:28V,低电平为低电平为VGL:-7.5V.TCON 板 电路分析-PMU部分PMU 输出信号名词解PMU 电压Spec.参数符号Min.Typ.Max.Unit逻辑电压VDD_3.3V33.33.6VAVDDAVDD16.116.617.1VHAVDDHAVDD88.38.6VVSS_-7.5V VSS_-7.5V-8.5-7.5-6.5VVONE28V27.162828.84VPMU 电压Spec.参数符号Min.Typ.Max.UniPMU 电压异常结果参数符号Typ.（V)输入电源HVIN_12V12输入电压没有，故障：灰屏逻辑电压VDD_3.3V3.3VDD_3.3异常，故障：灰屏，IC不工作,因机芯开机后需通过I2C初始化PMU及P-Gamma。AVDDAVDD16.61.AVDD 电压没有，灰屏，没AVDD 电压，P-Gammma 也没有参考电源，Gamma 电压无输出；2.AVDD 电压有但很异常，会造成Gamma电压异常,有可能造成彩色异常或灰屏HAVDDHAVDD8.3VSS_-7.5VVSS_-7.5V-7.5VSS 电压偏低，出现像素漏电过快，其灰度至上而下慢慢变黑VONE或VGH,VGON28V28电压偏低，充电速度变慢，画面变暗，且画面容易产生残影。电压过低，显示屏灰屏HAVDD 电压未输出，灰屏PMU 电压异常结果参数符号Typ.（V)输入电源HVIN_PMU 的的Level shift 输出信号出信号举例：CKV1 没有输出，画面异常情况如下图，PMU 的Level shift 输出信号举例：CKV1 没TCON 板电路P-GammaP-Gamma 器件型号及工作原理：P-Gamma 拥有四个静态Gamma参考电源准位，和14个通过I2C 总线可编程的Gamma 电压，即液晶屏灰阶校正电压，同时也产生VCOM 电压。如果Gamma 或VCOM电压异常，将导致液晶屏闪烁或其子像素R,G,B灰阶显示异常，从而造成画面彩色异常。P-Gamma IC-IML7939TCON 板电路P-GammaP-Gamma 器件型号及TCON 板电路VCOM Push-Pull P-Gamma 输出的VCOM OutA&OutB，为了加大其驱动液晶屏VCOM 能力,增加了Push-Pull 电路，此电路有NPN和PNP 三极管组合而成，如图所示，另在此电路中加入了VCOM 负反馈电路，其工作原理是：屏上的FB_L或FB_R 信号线采样VCOM 电压被拉动变化的信号，然后通过电容C149或C152反馈交流变化量，通过负反馈输出叠加到原VCOM，来反向抵消屏上原VCOM电压被拉扯的交流信号，使VCOM 能稳定维持直流准位。VCOM 直流准位偏移，超出Spec可导致闪烁，超出Spec.过多可导致颜色异常，黑底反白TCON 板电路VCOM Push-Pull IM7939 IC 操作电压参数参数符号Min.Typ.Max.Unit逻辑电压VDD_3.3V33.33.6VAVDDAVDD16.116.617.1VHAVDDHAVDD88.38.6VGamma 校正电压VGMA115.2315.5315.83VVGMA213.5313.8314.13VVGMA312.8113.1113.41VVGMA412.3112.6112.91VVGMA511.8612.1612.46VVGMA611.4511.7512.05VVGMA711.0111.3111.61VVGMA8106110.9111.21VVGMA98.548.849.14VVGMA107.347.647.94VVGMA115.055.355.65VVGMA124.634.935.23VVGMA134.144.444.74VVGMA143.683.984.28VVGMA153.193.493.79VVGMA162.652.953.25VVGMA171.992.142.29VVGMA180.240.340.44VVCOM 电压VCOMS16.256.757.25VVCOMS26.296.797.29VF_VCOML6.276.777.27VVCOMG2L6.276.777.27VVCOMG16.256.757.25VSVCOM6.256.757.25VVCOMG36.256.757.25VVCOMG2R6.296.797.29VIM7939 IC 操作电压参数参数符号Min.Typ.MaTCON 板电路存储VCOM OP存储VCOM OP 电路功能：稳定液晶存储电容电压准位，若电压波动 太大，可能引起液晶屏显示闪烁。VCST 或VST1电压规格:Min:1.1V Typ:1.2V Max:1.3VTCON 板电路存储VCOM OP存储VCOM OP 电路TCON 板电路板电路-测试点位置分布在其背面测试点位置分布在其背面 Samsung 46寸寸 TCON 板背面上的测试点，板背面上的测试点，在在Source 板上也可以找到相对应的测试点名称板上也可以找到相对应的测试点名称TCON 板电路-测试点位置分布在其背面 TCON 板典型故障举例板典型故障举例(以以MS801T为例）为例）一.开机黑屏但有背光 可能情况：1.FFC 线接触不良：造成相关的输入信号 如输入12V,Mini-LVDS，I2C以及TP 等信号TCON 板未接收到。2.P-Gamma 电压没有输出也会造成黑屏；a.3.3V 数字电源异常，未能进行I2C 初始化；b.PWM IC 未提供模拟电源AVDD 16.6V;c.P-Gamma IC 异常；.TCON 板典型故障举例(以MS801T为例）一.开机黑屏但3.PWM IC 功能异常：a.PWM IC 外围电路异常，比如输入或输 出信号外围电路 短路，造成PWM IC 自我保护（PWM 开机可能比较烫）；b.PWM IC 3.3V 未工 作，造成开机上电 机芯通过I2C 总 线不能对PWM IC 以及 P-Gamma 进行初始化，相关 出异常;c.PWM IC 自身功能异常。4.机芯板故障：未送出Mini-LVDS 信号，TP，I2C 信号或12V 电源。确定是否为机芯板故障可通过Mini-LVDS 转LVDS 信号转接板 接普通屏，同时选择相应的Product ID，看输出是否正常；5.屏故障：屏上的电路异常造成TCON 板模块工作异常而导致灰屏。3.PWM IC 功能异常：SOC(整合TCON)-LVDS功能Connector转接板SOC(整合TCON)-LVDS功能Connector转ThanksThanks