LCD驱动电路分析

1、TFT LCD TFT LCD 驱动电路分析驱动电路分析内容概要一 自制TCON 板简介二 TFT-LCD 基础知识三 TFT 显示原理四 自制TCON 板电路分析自制TCON 简介（一）M_LVDS OUTPUTM_LVDS OUTPUTPMUT CON ICP GAMMALVDS INPUT传统T CON板 架构现在我们量产的架构现在我们量产的架构-Samsung 46寸寸1.T-CON与主IC集成在一块,省一颗T-CON的钱(主IC的价格略有上升)2.主板与Source板的连接线用FFC线(比LVDS便宜)80 PIN FFC X 2PMU转接板PGAMMAVCOM OPBL Drive

2、r64 PIN FFC缺点:1.由于用FFC线,主板灵活性不够.MAINBOARD（ T-CON IC)DIM自制自制TCON 板简介（三）板简介（三）-Samsung 46寸自制寸自制TCON接收来自机芯集成的TCON信号VCOM OP P-Gamma PMU（集成Level Shift)VCOM Push-Pull 电路信号输出到Open-Cell 上的X-Board，驱动Panel信号输出到Open-Cell 上的X-Board,驱动Panel二二TFT-LCD 基础知识基础知识TFT LCD 的相关知识的相关知识? TFT LCD：Thin Film Transistor Liquid

3、 Crystal Display超薄膜晶体管液晶显示器和传统的CRT比较，优点如下：1.体积小，重量轻，耗电量小；缺点：1.响应速度慢，运动图像拖尾；2.操作温度范围有限制；3.需要背光源。TFT LCD显示器面板显示器面板Polarizer 偏光板CFTFTLC cellPolarizer 偏光板PCBALight Guide（导光板）Led Light BarTFT LCD相关名词相关名词? LC：Liquid Crystal液态晶体。? CF：Color Filter彩色滤光片。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。

4、? data line:数据线，进行数据的传输。? scan line :扫描线，控制TFT的开关。 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1920输。?1080偏光板Polarizer 液晶分子可改变光的极化状态，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。彩色滤光片彩色滤光片彩色滤光片为液晶显示器彩色化的关键组件,透过彩色滤光片才能使高灰阶的液晶显示器达到全彩色化,所以彩色滤光片之作用在于利用滤光的方式产生RGB三原光,再将三原光

5、以不同的强弱比例混合而呈现各种色彩,使LCD显示出全彩.Black Matrix(黑色矩阵黑色矩阵）Black Matrix目的:遮蔽漏光区域，以免看到漏光导致对比度下降液晶层1.液晶可以被光穿透，并影响光的偏振性；2.在液晶分子两端所加电压的不同，液晶分子的翻转程度不同，根据液晶角度的不同透过光的偏振性也不同；液晶液晶开开关关打打开开开开关关闭闭合合液晶互相牵引液晶互相牵引通过它改变光的强弱通过它改变光的强弱做个转向的动作做个转向的动作加电压后转向改变加电压后转向改变液晶亮度的控制原理液晶亮度的控制原理光源垂直偏光板玻璃电极液晶玻璃电极水平偏光板Scan GData SD三三. TFT-LC

6、D 显示原理显示原理TFTTFT结构结构S1G1G2G3TFTSource 线Gate线液晶电容储存电容Gm-1GmS2S3Sn-1 SndotPixel每个像素均由三种颜色红(R)绿(G)蓝(B)的小光点(dot)构成圖像顯示原理電腦顯示之圖像均是由一個個的像素(pixel)構成混色效果混色效果分别控制RGB dot亮度，自由组成各种图案三角形越大?所能显示的颜色越丰富TFT LCD的显示方式Scan LineONOFFTFT玻璃电极OFFOFFData Line先开启第一行，其余关闭。OFFONOFFOFF接着关闭第一行，电压已经固定，所以显示颜色也已固定。开启第二行，其余仍保持关闭。依此

7、类推，可完成整个画面之显示。颜色深度(Color depth)：LCD可显示的颜色数目Gray Scale0RedGreenBlueWhite816243240485663对6 bit显示器而言,共可以显示26x 26x 26= 262,144对8bit显示器而言,共可以显示28x 28x 28 = 16,777,216True color256 color整块面板的等效电路整块面板的等效电路16.67ms/Vtt(1125)=14.8 usCs(storage capacitor)储存电容的架构储存电容的架构液晶极性反转驱动?液晶必须以交流信号驱动?长时间维持某一极性,液晶分子可能受到破坏V

8、COM (CF側電極側電極)- - - -+VCOM+- - - - - - -+Vpixel (TFT侧电极侧电极)+- - - -Vpixel正极性驱动正极性驱动Vpixel Vcom负极性驱动负极性驱动Vpixel Vcom面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式1.为什么需要极性变换为什么需要极性变换由于液晶分子还有一种特性,就是不能够一直固定在某一个电压不变, 不然时间久了, 你即使将电压取消掉, 液晶分子会因为特性的破坏, 而无法再因应电场的变化来转动, 以形成不同的灰阶. 所以每隔一段时间, 就必须将电压恢复原状, 以避免液晶分子的特性遭到破坏. 2.怎么进行极性变换怎么进行

9、极性变换显示电压就分成了两种极性, 一个是正极性, 而另一个是负极性. 当显示电极的电压高于common电极电压时, 就称之为正极性. 而当显示电极的电压低于common电极的电压时, 就称之为负极性面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式对于同一点而言，它的极性是不停的按帧变换的。而相邻的点是否拥有相同的极性，那可就依照不同的极性转换方式来决定了。首先是frame inversion，其整个画面所有相邻的点，都是拥有相同的极性；而row inversion与column inversion则各自在相邻的行与列上拥有相同的极性；另外在dot inversion上，则是每个点与自己相邻的上下

10、左右四个点，是不一样的极性面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式Common电极的电压是一直固定不变驱动方式电极的电压是一直固定不变驱动方式Common电极的电压是一直固定不动的, 而显示电极的电压却是依照其灰阶的不同, 不停的上下变动面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式为了达到极性不停变换这个目的, 我们也可以让common电压不停的变动, 同样也可以达到让Clc两端的压差绝对值固定不变, 而灰阶也不会变化的效果, 而这种方法, 就是图6所显示的波形变化. 这个方法只是将common电压 一次很大, 一次很小的变化. 当然啦, 它一定要比灰阶中最大的电压还大, 而电压小的时候则

11、要比灰阶中最小的电压还要小才行. 而各灰阶的电压与图5中的一样, 仍然要一次大一次小的变化. 面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式比较高的比较高的SOURCE 驱驱动电压动电压比较低的比较低的SOURCE 驱驱动电压动电压面板的各种极性变换方式面板的各种极性变换方式VcomCsClcCgdGate由此可见V与Vp-p是成正比关系的,如果要想V最少,那么我们可以减少Vp-pGate 驱动与削角驱动驱动与削角驱动单个TFT的等效电路图GPM (Gate Pulse Modulation)(削角功能削角功能)?为了解决由于为了解决由于VCOM而引起的而引起的闪烁的问题闪烁的问题OD (Ove

12、r drive)OD (Over drive)OD (Over drive)面板驱动面板驱动面板驱动面板驱动Source IC 驱动Source driver - Half AVDD半压电路，其实就是在AVDD to GND之间再建立一个电压准位置，同时降低压差，减少电流，从而降低Source driver温度。这个电压准位的选择一般是介于组成白电压的两个电压之间。这个电压可以用电阻分压的方式取得，但是必须经过OP将电流放大，才能满足driver需求；或是通过Buck电路来得到此值。Gate IC 驱动電壓Gate1Gate2電壓波形圖畫面更新頻率約為60Hz (16.67 ms)Gate59

13、9Gate600第N-1個畫面第N個畫面第N+1個畫面BlankingGate IC 相關訊號與訊號?CPV: Gate内部移位寄存器所需之内部移位寄存器所需之clock.STV:使使Gate输出的触发讯号输出的触发讯号OE:为为High时时,所有所有Gate output为为Low.(避免同时开启两条避免同时开启两条 Gate line)XON:为为Low时时,所有所有Gate output为为High.(关机时清除所有关机时清除所有source data)? VGH:TFT-LCD turn on voltage? VGL:TFT-LCD turn off voltage? VDD: Di

14、gital powerGate driver輸出波形圖Gate Drive 硬體架構Gate IC驱动驱动一、 GOA Circuit (1)Gate LineGateCircuitData LineGateCircuit考虑到,GOA方式的gate circuit的driving能力有限,因此panel采用双边双边gate circuit驱动,可以改善gate line delay之问题.Architecture of GOPCKVBCKVVGLSTVSTVPull-up ControlCircuit1 stage GOPPull-up OutputCircuitPull-down Outp

15、utCircuitPull-up OutputCircuitPull-down OutputCircuitPull-up OutputCircuitPull-down OutputCircuitGL1GOP #1RESETGL1Pull-down ControlCircuitCARRYGL2GOP #2RESETCARRYPull-up ControlCircuitPull-down ControlCircuitPull-up ControlCircuitPull-down ControlCircuitGL2GOP #3GL3GL3Pull-up ControlCircuitPull-up O

16、utputCircuitPull-down OutputCircuitGOP #NGLNGLNPull-down ControlCircuit四，自制TCON 板电路分析TFT-LCD 模块的时序控制器模块的时序控制器Timing Controller（集成在（集成在MS801T 主机芯片上主机芯片上）T/CON的定义：的定义：T/CON : Timing Controller的缩写的缩写从从Video Card出来的要在出来的要在TFT-LCD显示屏上显示的数据显示屏上显示的数据 在在 TCON中经过变换生成显示的数据信号和驱动器的控制信号中经过变换生成显示的数据信号和驱动器的控制信号T/C

17、ON输入输出信号：输入输出信号：1.LVDS (Low Voltage Differential Signaling)TCON 输出信号：输出信号：1. 2Ports/6 Pairs/ 8 bits Mini-LVDS;2. 控制信号控制信号STV,TP, POL,CPV1，CPV2，CPV3; 3. I2C 总线设备控制读写信号总线设备控制读写信号:SDA ,SCL,WPSTV : 一帧画面的起始信号,频率为60Hz；TP : 数据从源驱动器到显示屏的输出信号，周期为1行频，周期为14.8us方波；POL : 数据即行反转信号，为了防止液晶老化，而在液晶上的电压要求反转，频率为60Hz方波；

18、CPV1,2,3: 栅的移动信号，周期是3倍行频44.4us方波。.29.7us17.3us2.7us14.8us41.7us2.7us3.3V17.3us20us29.6us41.7us2.7us41.7us41.7usGate 驱动输入时序自制自制TCON 板部分板部分-电路原理分析（以电路原理分析（以MS801为例）为例）电路图总览电路图总览TCON 板部分板部分-电路原理分析电路原理分析工作过程工作过程: 开机上电后 ，主机板启动后，主机板输出的12V 电压输入到TCON 板，然后PMU IC 输出VCC_3.3V ，主机芯通过I2C总线写入Date 到PMU 寄存器, AVDD, V

19、GON, Voffe_-11V &VSS_-7.5 V电压输出, 接着I2C写入P-Gamma 寄存器14个可编程的Gamma 电压,同时要求AVDD 以及AVDD 分压的四个静态Gamma 参考工作电压正常，才能准确输出14个Gamma电压，另P-Gamma 的VCOM 功能模块内置E2PROM(电可擦除寄存器），内部已设初始二进制设定值（掉电不丢失），它的输出电压已在设计阶段通过芯片外围电路设计好，是个定值，不需I2C信号写入初始值。上述信号准备好后，由机芯板送过来的Mini-LVDS 以及控制信号TP&POL经由TCON板走线直接进入Source 板驱动Source IC

20、;同时机芯板送过来Gate 相关信号STV,CPV1,CPV2，CPV3进入TCON 板，经PMU 处理后输入STVP,CKV1&CKVB1,CKV2&CKVB2,CKV3&CKVB3 信号经由Source板走线至Gate ,驱动Gate .TCON 板板 电路分析电路分析-PMU部分部分PMU 输出信号名词解释：输出信号名词解释：PMU 元件型号：元件型号：Richtek RT6905Boost or Buck Frequency: 750KHzVGON或或VONE,VGH: Gate 开启电压、开启电压、VOFFE_-11V Or VSS_-7.5V或或VGL :G

21、ate 关闭电压关闭电压AVDD: Source IC 模拟电压，模拟电压，Gamma 参考电压电源参考电压电源HVDD: ? AVDD 电压，也叫半压驱动，主要目的降低电压，也叫半压驱动，主要目的降低Source IC OP 的负载，从而较低的负载，从而较低Source IC 温度。温度。CKV1CKV3&CKVB1&CKVB3: Level Shift 输出的输出的Gate 开关信号，开关信号，输入触发信号来自机芯输入触发信号来自机芯CPV1CPV3；周期均为周期均为3倍行频（倍行频（44.4us)，高电平，高电平为为VGH:28V,低电平为低电平为VGL:-7.5V.PM

22、U 电压Spec.参数符号Min.Typ.Max.Unit逻辑电压VDD_3.3V33.33.6VAVDDHAVDDAVDDHAVDD16.18-8.527.1616.68.3-7.52817.18.6-6.528.84VVVVVSS_-7.5V VSS_-7.5VVONE28VPMU 电压异常结果参数输入电源逻辑电压符号HVIN_12VVDD_3.3VTyp.（V)123.3输入电压没有，故障：灰屏VDD_3.3异常，故障：灰屏，IC不工作,因机芯开机后需通过I2C初始化PMU及P-Gamma。1.AVDD 电压没有，灰屏，没AVDD 电压，P-Gammma 也没有参考电源，Gamma 电压

23、无输出；2.AVDD 电压有但很异常，会造成Gamma电压异常,有可能造成彩色异常或灰屏HAVDD 电压未输出，灰屏VSS 电压偏低，出现像素漏电过快，其灰度至上而下慢慢变黑电压偏低，充电速度变慢，画面变暗，且画面容易产生残影。电压过低，显示屏灰屏AVDDAVDD16.6HAVDDVSS_-7.5VVONE或VGH,VGONHAVDDVSS_-7.5V28V8.3-7.528PMU 的的Level shift 输出信号输出信号举例：CKV1 没有输出，画面异常情况如下图，TCON 板电路P-GammaP-Gamma 器件型号及工作原理：P-Gamma 拥有四个静态Gamma参考电源准位，和14

24、个通过I2C 总线可编程的Gamma 电压，即液晶屏灰阶校正电压，同时也产生VCOM 电压。如果Gamma 或VCOM电压异常，将导致液晶屏闪烁或其子像素R,G,B灰阶显示异常，从而造成画面彩色异常。P-Gamma IC -IML7939TCON 板电路VCOM Push-PullVCOM 直流准位偏移，超出Spec可导致闪烁，超出Spec.过多可导致颜色异常，黑底反白P-Gamma 输出的VCOM OutA &OutB ，为了加大其驱动液晶屏VCOM 能力,增加了Push-Pull 电路，此电路有NPN和PNP 三极管组合而成，如图所示，另在此电路中加入了VCOM 负反馈电路，其工作

25、原理是：屏上的FB_L或FB_R 信号线采样VCOM 电压被拉动变化的信号，然后通过电容C149或C152反馈交流变化量，通过负反馈输出叠加到原VCOM ，来反向抵消屏上原VCOM电压被拉扯的交流信号，使VCOM 能稳定维持直流准位。IM7939 IC 操作电压参数参数逻辑电压AVDDHAVDD符号VDD_3.3VAVDDHAVDDVGMA1VGMA2VGMA3VGMA4VGMA5VGMA6VGMA7VGMA8VGMA9VGMA10VGMA11VGMA12VGMA13VGMA14VGMA15VGMA16VGMA17VGMA18VCOMS1VCOMS2F_VCOMLVCOMG2LVCOMG1SV

26、COMVCOMG3VCOMG2RMin.316.1815.2313.5312.8112.3111.8611.4511.0110618.547.345.054.634.143.683.192.651.990.246.256.296.276.276.256.256.256.29Typ.3.316.68.315.5313.8313.1112.6112.1611.7511.3110.918.847.645.354.934.443.983.492.952.140.346.756.796.776.776.756.756.756.79Max.3.617.18.615.8314.1313.4112.9112.4612.0511.6111.219.147.945.655.234