TFT-LCD显示原理及驱动介绍

TFT-LCD显示原理及驱动介紹TFTLCD簡介TFT-LCD面板介紹TFT-LCD显示原理TFT-LCD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TFTLCD簡介15LCD15CRT體積416×377×175mm365×368×394mm重量5.6kg14.3kg耗電25W75WTFTLCD的相關知識TFTLCD：ThinFilmTransistorLiquidCrystalDisplay。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：LiquidCrystal液态晶体。•CF：ColorFilter彩色濾光片。分R、G、B三种颜色的滤光片。•B/L：Backlight背光。•L/G：LightGuide导光板。•dataline:數據线，進行資料的傳輸。•scanline: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。12801024TFTLCD相關名詞TFT-LCD面板介紹TFTPolarizer偏光板CFPolarizer偏光板PCBALightGuide燈管LCcellTFTLCD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.ITOsputterBRG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(Glasssubstrate)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(ITOIndiumTinOxide).BlackMatrix目的:遮蔽漏光區域，以免看到漏光導致對比下降BlackMatrix材料:Cr,CrO2,resin1.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GDSScanData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VpixelVcom負極性驅動VpixelVcom++++++++++++++++----------------FrameInversion++++----++++--------++++----++++rowInversioncolumnInversion+-+-+-+-+-+-+-+--+-+-+-+-+-+-+-+dotInversion+-+--+-++-+--+-+-+-++-+--+-++-+-2-lineInversion+-+-+-+--+-+-+-+-+-+-+-++-+-+-+-InversiontypePowerComsumpitonFlickerFrameinversion△×Rowinversion×△Columninversion△△Dotinversion×○2-lineinversion△○×:bad,△:Normal,○:GoodTFT結構G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1SnSource線儲存電容Gate線液晶電容TFT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之非自發光性，因此須利用外加光源如：發光二極體、冷陰極射線管等。主要功能：提供液晶面板平面光源，提供適當的輝度、色度、均齊度、視角等TFT-LCD显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Pixeldot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RGBdot亮度，自由組成各種圖案三角形越大所能顯示的顏色越豐富先開啟第一行，其餘關閉。TFT玻璃電極DataLineScanLineONOFFOFFOFFTFTLCD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。ONOFFOFFOFF解析度(Resolution)：解析度越高，畫面越清晰。ResolutionHorizontalVertical比例VGA6404804/3SVGA8006004/3XGA10247684/3SXGA128010245/4SVGA+140010504/3UXGA160012004/3TFTLCD的指標SXGA1024×1280×3480bitssource×10pSVGA600×800×3XGA768×1024×3300bitsSource×8p150bitsGate×4p256bitsGate×4p384bitssource×10p384bitssource×8p256bitsGate×3pUXGA1200×1600×3300bitsGate×4p解析度和驅動IC的關係顏色深度(Colordepth)：LCD可顯示的顏色數目對6bit顯示器而言,共可以顯示26x26x26=262,144對8bit顯示器而言,共可以顯示28x28x28=16,777,216RedGreenBlueWhiteGrayScale0816243240485663.256Color8（R）*8（G）*4（B）=256Color.HighColor32（R）*64（G）*32（B）=65536Color.FullColor64（R）*64（G）*64（B）=262144Color.TrueColor256（R）*256（G）*256（B）=16777216ColorTruecolor256colorDitheringToemulatehighercolordepthwithlowercolordepthdatadriverF1F2F3F4Superframe====DitheringEmulationof8bitcolordepthwith6bitdatadriver6bitcolordepth:g0~g63Emulated8bitcolorbf1bf2bf3bf4Gray0g0g0g0g0Gray1g1g0g0g0Gray2g1g0g1g0Gray3g1g1g1g0……………Gray251g63g63g63g62Gray252g63g63g63g63Gray253g63g63g63g63Gray254g63g63g63g63Gray255g63g63g63g63Totalcolorspace=25332533/2563*100%=96.5%-3.5%colorspacelossDitheringColorLossTFT-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%AB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TFTLCD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-LCD基本驅動方式及应用TFT功能示意圖FeedThroughGDSDatalineScanlineVstVcomClcCstCgsVgVdVsΔV=(Vgh-Vgl)•Cgs+Cst+ClcCgsVgh-Vgl根據公式Q=CU由電荷不滅定律,可求得feedthroughΔV(Vd-Vgh)Cgs+(Vd-Vst)Cst+(Vd-Vcom)Clc=(Vs-Vgl)Cgs+(Vs-Vst)Cst+(Vs-Vcom)ClcΔV=Vd-VsVcomVgVdVsΔVVghVgl1line1frameΔVfeedthrough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gatedriver电压变化,sourcedriver电压变化,以及common电压变化.而这其中影响最大的就是gatedriver电压变化(经由Cgs或是Cs)。GDSDatalineVcomClcCstCgsVdVsΔV+Voltage-VoltageTransmittanceVdVsVcomOptimizedVcomforeachgrayVCOM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GammaVoltage組成。所以當正負周期的壓差不一樣時，就會產生Flicker的現象。VCOMVCOM这两种不同的Common驱动方式影响最大的就是sourcedriver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sourcedriver.以图中common电极电压若是固定于5伏特的话,则sourcedriver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sourcedriver的最大工作电压也只要为5伏特就可以了.就sourcedriver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GAMMATCONDC/DCInputSignal(LVDS)驅動電路三大區塊TimingControllerDataDriverTFT-LCDPanelScanDriverRGBpixelSTHSTVDC/DCConverterGammaCorrectionVccTTLRSDSLVDS驅動電路三大區塊1.TimingController(TCON)2.GammaCorrection3.DC/DCConverter驅動系統架構-1TFT-LCDPanelTCONRGBdataSTHSTVDC/DCGammaDataDriverScanDriverOnePATH架構:TwoPATH架構:TFT-LCDPanelTCONDataDriverRGBdataASTHDC/DCGammaBSTHScanDriverSTV驅動系統架構-2目的:lowerclockrateforEMITCON架構DataDriver架構ScanDriver架構PowerDC架构GAMMA电压的产生：Gamma1Gamma2Gamma3Gamma4Gamma10VREFV5VVCC:RegularIC1Pin:接地2Pin&4Pin:輸出VCC:3.3V3Pin:輸入V5V:5V1234VAA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ChargePump得到VGH、VGL