TFTLCD显示原理及驱动介绍PPT课件

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1、 TFT-LCD显示原理及驱动介紹 TFT-LCD 基本驅動方式及应用 主 要 内 容 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。 dat

2、a 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。12801024TFT LCD相關名詞 TFT Polarizer 偏 光 板 CF Polarizer 偏 光 板 PCBALight Guide燈 管 LC cell 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

3、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

4、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, 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

5、 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 DS 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

6、 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

7、 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-LCD 基本驅動方式及应用 TFT功 能 示 意 圖 Feed ThroughG D SData lineScan line Vst Vcom ClcCst CgsVgVd Vs V = (Vgh-Vgl) Cgs+Cst +ClcCgsVgh-Vgl 根 據 公 式 Q=CU由電荷不滅定律,可求得 feed through V (

8、Vd-Vgh)Cgs+(Vd-Vst)Cst+(Vd-Vcom)Clc=(Vs-Vgl)Cgs+(Vs-Vst)Cst+(Vs-Vcom)Clc V =Vd-Vs Vcom Vg VdVs VVghVgl 1 line1 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Cgs或是Cs)。 GD SData l

9、ine Vcom ClcCst CgsVd Vs V +Voltage-Voltage Transmittance VdVs Vcom Optimized Vcom for each gray 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 。 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C

10、ommon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

11、, 成本也会因此而加高. 驅 動 系 統 架 構 及 組 成 GAMMA TCON DC/DCInput Signal (LVDS)驅 動 電 路 三 大 區 塊 TimingController Data DriverTFT-LCD PanelScan DriverRGB pixel STHSTVDC/DCConverter GammaCorrectionVcc TTLRSDS LVDS 驅動電路三大區塊1. Timing Controller(TCON)2. Gamma Correction3. DC/DC Converter 驅動系統架構-1 TFT-LCD Panel TCONRGB

12、dataSTHSTV DC/DC GammaData DriverScan DriverOne PATH架構: Two PATH架構: TFT-LCD Panel TCONData Driver RGB dataASTH DC/DC GammaBSTH Scan DriverSTV 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： Gamma1Gamma2Gamma3Gamma4Gamma10VREF V5VVCC: Regular IC

13、1Pin:接地2Pin&4Pin:輸出VCC:3.3V3Pin:輸入V5V:5V1 2 34 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 VREF 10V VCOM 4VVR1R1

14、61 C79R1667.87K2.2K4.75K 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

15、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。 The EndThank you! + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - -Frame Inversion + + + +- - - -+ + + +- - - -

16、 - - - -+ + + +- - - -+ + + +row Inversioncolumn Inversion+ - + -+ - + -+ - + -+ - + - - + - +- + - +- + - +- + - + dot Inversion+ - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + -2-line Inversion+ - + -+ - + - - + - +- + - + - + - +- + - + - + -+ - + - : bad, : Normal, : Good 光 学 穿 透 率 不 佳 原 因 ： 1，

17、 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-LCD 基本驅動方式及应用 TFT功 能 示 意 圖 TimingControlle

18、r Data DriverTFT-LCD PanelScan DriverRGB pixel STHSTVDC/DCConverter GammaCorrectionVcc TTLRSDS LVDS 驅動電路三大區塊1. Timing Controller(TCON)2. Gamma Correction3. DC/DC Converter Two PATH架構: TFT-LCD Panel TCONData Driver RGB dataASTH DC/DC GammaBSTH Scan DriverSTV 驅 動 系 統 架 構 -2 目的: lower clock rate for EMI