LCD-TFT显示原理及驱动介绍

在這裏添加標題,添加文字,TFT LCD,簡介,TFT-LCD,面板介紹,TFT,-,LCD,显示原理,TFT-L,CD,基本驅動方式,及应用,TFT,-,LCD,驅動電路架構,補充：,MVA,显示原理介绍,主要内容,TFT LCD,簡介,TFT LCD,的相關知識,TFT LCD,：,Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,。,超薄膜晶体管液晶显示器,1,、優點,：,2,、缺點：,观赏视角的限制,響應速度較慢,（液晶转动速度决定）,播放,剧烈运动的图像会出现图像模糊,操作溫度範圍有限制,LC,：,Liquid Crystal,液态晶体。,CF,：,Color Filter,彩色濾光片。,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:,數據线，進行資料的傳輸。,scan line :,扫描线，控制,TFT,的開關。,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。,1280,1024,TFT LCD,相關名詞,TFT-LCD,面板介紹,TFT,Polarizer,偏光板,CF,Polarizer,偏光板,PCBA,Light Guide,燈管,LC cell,TFT LCD,顯示器面板,生產流程,液晶分子可改變光的極化狀態,，,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,彩色濾光片,彩色濾光片為液晶顯示器彩色化的關鍵元件,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生,RGB,三原光,再將三原光以不同的強弱比例混合而呈現各種色彩,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,:,最基本的彩色濾光片其結構為玻璃基板,(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，液晶分子的翻轉程,度不同，根據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,液晶,液晶層,液晶互相牽引 做個轉向的動作 加電壓后轉向改變,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,液晶極性反轉驅動,液晶必須以交流信號驅動,長時間維持某一極性,液晶分子可能受到破壞,VCOM,(CF,側電極,),- - - -,+,+,- - - -,Vpixel,(,TFT,側電極,),VCOM,+,- - - -,+,- - - -,Vpixel,正極性驅動,Vpixel,Vcom,負極性驅動,Vpixel, 3.5% color space loss,Dithering Color Loss,TFT-LCD,的穿透率,：,TFT-LCD,面板的宿命：光学穿透率不佳。,開口率：液晶分子中光線能透過的有效區域的比例。即液晶 分子中有效的透光區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,光学穿透率不佳原因：,1,，,TFT,的开口率：约,60%,以上。,2,，,CF,的滤光效率：约,1/3,以下。,3,，偏光板的极化效率（含两片吸收）：约,40%,上下。,三項相乘,60%1/3 40%,約為,8,%,所以，在,TFT LCD,的設計中，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麽高，可以節省耗電及花費。,TFT-L,CD,基本驅動方式,及应用,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-,Vgl)Cgs+,(Vs-Vst)Cst+(Vs-Vcom)Clc,V,=,Vd,-Vs,Vcom,Vg,Vd,Vs,V,Vgh,Vgl,1 line,1 frame,V,feed through,电压,它的成因主要是因为面板上其它电压的变化,经由寄生电容或是储存电容,影响到显示电极电压的正确性,.,在,LCD,面板上主要的电压变化来源有,3,个,分别是,gate driver,电压变化,source driver,电压变化,以及,common,电压变化,.,而这其中影响最大的就是,gate driver,电压变化,(,经由,Cg,s,或是,Cs),。,G,D,S,Data line,Vcom,Clc,Cst,Cgs,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 Voltage,組成。所以當正負周期的壓差不一樣時，就會產生,Flicker,的現象。,VCOM,VCOM,这两种不同的,Common,驱动方式影响最大的就是,source driver,的使用,.,以不同,Common,电压驱动方式的穿透率来说,我们可以看到,当,common,电极的电压是固定不变的时候,显示电极的最高电压,需要到达,common,电极电压的两倍以上,.,而显示电极电压的提供,则是来自于,source driver.,以图中,common,电极电压若是固定于,5,伏特的话,则,source driver,所能提供的工作电压范围就要到,10,伏特以上,.,但是如果,common,电极的电压是变动的话,假使,common,电极电压最大为,5,伏特,则,source driver,的最大工作电压也只要为,5,伏特就可以了,.,就,source driver,的设计制造来说,需要越高电压的工作范围,制程与电路的复杂度相对会提高,成本也会因此而加高,.,TFT,-,LCD,驅動系統架構及組成,GAMMA,TCON,DC/DC,Input Signal (LVDS),驅動電路三大區塊,Timing,Controller,Data Driver,TFT-LCD Panel,Scan Driver,RGB pixel,STH,STV,DC/DC,Converter,Gamma,Correction,Vcc,TTL,RSDS,LVD,S,驅動電路三大區塊,1. Timing Controller(TCON),2. Gamma Correction,3. DC/DC Converter,驅動系統架構,-1,TFT-LCD Panel,TCON,RGB data,STH,STV,DC/DC,Gamma,Data Driver,Scan Driver,One PATH,架構,:,Two PATH,架構,:,TFT-LCD Panel,TCON,Data Driver,RGB data,A,STH,DC/DC,Gamma,BSTH,Scan Driver,STV,驅動系統架構,-2,目的,: lower clock rate for EMI,TCON,架構,Data Driver,架構,Scan Driver,架構,Power DC,架构,GAMMA,电压的产生：,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,为液晶开关电压。当,Gate,端为,VGL,时，液晶关闭；当,Gate,端为,VGH,时，液晶开启。,VGL,为,-6.8V,VGH,为,23V,。但事实上供,Panel,端的,VGH,不为直流，而是幅值为,23V,的脉宽波形。,VCOM,V,REF 10V,V,COM 4V,VR1,R161,C79,R166,7.87K,2.2K,4.75K,MVA,显示原理介绍,MVA,显示原理介绍,上图表示了液晶分子依靠一个叫做,Protrusion,的屋脊状凸起物来使液晶本身产生一个预倾斜角（,pre-tilt Angle,）。这个凸起物顶角的角度越大，则分子长轴的倾斜度就越小。,在未加电的时候，液晶分子长轴垂直屏幕，只有在靠近凸起物电极的液晶分子才略有倾斜，光线此时无法穿过。当加电后，由于分子间的牵引力作用，凸起物附近的液晶分子迅速带动其它液晶分子转动到垂直于凸起物表面状态，也就是液晶分子的长轴倾斜于这个屏幕，这样相对以前的模式，屏幕的透射程度就上升了，从而实现调制光线的作用。,补偿原理,在上图可看到，从中间看显示的是中灰阶，而从两侧看显示的是高灰阶和低灰阶，然后高灰阶和低灰阶混合之后正好时中灰阶。,四畴模式液晶在受电后，,A,、,B,、,C,、,D,各畴的液晶分子分朝四个方向转动，这就对液晶显示器的上下左右视角都同时补偿，因此,MVA,模式的液晶显示器在这四个方向都有不错的视角。基于这样的补偿原理，可以更改凸起物的形状，用更多不同方向的液晶畴来补偿任意视角可以取得很好的效果,。,