lcd-tft顯示原理及驅動介紹

1、TFT LCD 簡介TFT-LCD 面板介紹 TFT-LCD 顯示原理TFT-LCD 基本驅動方式及應用TFT-LCD 驅動電路架構補充： MVA顯示原理介紹,主要內容,TFT LCD 簡介,TFT LCD的相關知識,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、應速度較慢（液晶轉動速度決定）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。 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90度。通過TFT電壓控制開關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(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

6、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(qū)域，以免看到漏光導致對比下降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,,,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,Vpix

8、el,正極性驅動Vpixel > Vcom,負極性驅動Vpixel < Vcom,,,Frame Inversion,,row Inversion,column Inversion,,dot Inversion,,,,2-line Inversion,,×: bad, △: Normal, ○: Good,TFT 結構,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，其餘關閉。,TFT,玻璃電極,Data Line,,Scan Line,ON,OFF,OFF,OFF,TFT LCD的顯示方式,,,,,接著關閉第一列，電壓已經固定，所以顯示顏色也已固定。開啟第二列，其餘仍保持關閉。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,解析度和驅動IC的關係,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 基本驅動方式及應用,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，就會產生Flicker的現(xiàn)象。,VCOM,,VCOM,這兩種不同的Common驅動方式影響最大的就是source driver的使用. 以不同Common電壓驅動方式的穿

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的設計制造來說, 需要越高電壓的工作范圍, 制程與電路的復雜度相對會提高, 成本也會因此而加高.,TFT-LCD驅動系統(tǒng)架構及組成,,,GAMMA,TCON,,DC/DC,Input Signal (LVDS),,驅動電路三大區(qū)塊,,驅動電路三大區(qū)塊,1. Timing Controller(TCON),2. Gamma Correction,3. DC/DC Convert

23、er,驅動系統(tǒng)架構-1,One PATH架構:,Two PATH架構:,驅動系統(tǒng)架構-2,目的: lower clock rate for EMI,TCON 架構,Data Driver架構,Scan Driver架構,Power DC架構,GAMMA電壓的產生：,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為液晶開關電壓。當Gate端為VGL時，液晶關閉；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生一個預傾斜角（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，