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(yīng)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,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

2、應(yīng)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(dǎo)光板。data line:數(shù)據(jù)線，進行資料的傳輸。 scan li

3、ne :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,,,,,,,,,,,,,,,,,,LC cell,,,TFT LCD 顯示器面板,生

4、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(yīng)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

5、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(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

6、液晶顯示器而異),最後濺鍍上透明導(dǎo)電膜(ITO Indium Tin Oxide).,Black Matrix目的:遮蔽漏光區(qū)域，以免看到漏光導(dǎo)致對比下降Black Matrix材料:Cr, CrO2, 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

7、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(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,,,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,Vpix

8、el,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,,×: bad, △: Normal, ○: Good,TFT 結(jié)構(gòu),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

9、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、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

10、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(Resolution)：解析度越高，畫面越清晰。Resolution Horizontal V

11、ertical 比例VGA 640 480 4/3SVGA 800 600 4/3XGA 1024 768 4/3SXGA 1280 1024 5/4 SVGA+ 1400 1050

12、 4/3UXGA 1600 1200 4/3,TFT LCD的指標,,,SXGA1024×1280×3,480 bits source × 10 p,,SVGA600×800×3,XGA768×1024×3,300 bits Source × 8 p,150 bits Gate×4

13、p,256 bits Gate×4 p,384 bits source × 10 p,384 bits source × 8 p,256 bits Gate×3 p,UXGA1200×1600×3,300 bits Gate × 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26 x

14、 26 x 26 = 262,144對8 bit顯示器而言, 共可以顯示28 x 28 x 28 = 16,777,216,.256 Color8（R）*8（G）*4（B）=256 Color.High Color32（R）*64（G）*32（B）=65536 Color.Full Color64（R）*64（G）*64（B）=262144 Color.True Color256（R）*256（G）*256（B）=16

15、777216 Color,True color,256 color,Dithering,,To emulate higher color depth with lower color depth data driver,Dithering,,Emulation of 8 bit color depth with 6 bit data driver6 bit color depth : g0 ~ g63Emulated 8 bit

16、color,Total color space = 25332533/2563 * 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(xué)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。,開口率=B/A*100%,A

17、,B,光學(xué)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60%×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

18、高，可以節(jié)省耗電及花費。,TFT-LCD 基本驅(qū)動方式及應(yīng)用,TFT功能示意圖,Feed Through,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,G,,,,,D,S,Data line,Scan line,Vst,Vcom,Clc,Cst,Cgs,Vg,Vd,Vs,,Δ 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 th

19、rough Δ V,(Vd-Vgh)Cgs+(Vd-Vst)Cst+(Vd-Vcom)Clc=(Vs-Vgl)Cgs+(Vs-Vst)Cst+(Vs-Vcom)ClcΔ V =Vd-Vs,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com

20、mon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)。,,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(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

21、透率來說, 我們可以看到, 當common電極的電壓是固定不變的時候, 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

22、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(fù)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)及組成,,,GAMMA,TCON,,DC/DC,Input Signal (LVDS),,驅(qū)動電路三大區(qū)塊,,驅(qū)動電路三大區(qū)塊,1. Timing Controller(TCON),2. Gamma Correction,3. DC/DC Convert

23、er,驅(qū)動系統(tǒng)架構(gòu)-1,One PATH架構(gòu):,Two PATH架構(gòu):,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：,V5V?VCC: Regular IC 1Pin:接地2Pin&4Pin:輸出VCC:3.3V3Pin:輸入V5V:5V,VAA是由V5V（5V

24、）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時，液晶關(guān)閉；當Gate端為VGH時，液晶開啟。VGL為-6.8V,VGH為23V。但事實上供Panel端的VGH不為直流，而是幅值為23V的

25、脈寬波形。,VCOM,,MVA顯示原理介紹,MVA顯示原理介紹,上圖表示了液晶分子依靠一個叫做Protrusion的屋脊狀凸起物來使液晶本身產(chǎn)生一個預(yù)傾斜角（pre-tilt Angle）。這個凸起物頂角的角度越大，則分子長軸的傾斜度就越小。,在未加電的時候，液晶分子長軸垂直屏幕，只有在靠近凸起物電極的液晶分子才略有傾斜，光線此時無法穿過。當加電后，由于分子間的牽引力作用，凸起物附近的液晶分子迅速帶動其它液晶分子轉(zhuǎn)動到垂直于凸起物表面狀

26、態(tài)，也就是液晶分子的長軸傾斜于這個屏幕，這樣相對以前的模式，屏幕的透射程度就上升了，從而實現(xiàn)調(diào)制光線的作用。,補償原理,在上圖可看到，從中間看顯示的是中灰階，而從兩側(cè)看顯示的是高灰階和低灰階，然后高灰階和低灰階混合之后正好時中灰階。,四疇模式液晶在受電后，A、B、C、D各疇的液晶分子分朝四個方向轉(zhuǎn)動，這就對液晶顯示器的上下左右視角都同時補償，因此MVA模式的液晶顯示器在這四個方向都有不錯的視角?；谶@樣的補償原理，可以更改凸起物的形狀，