TFT-LCD电路基础技术

1、TFT-LCD 电路基础技术电路基础技术1. 基础电路理论基础电路理论 2. 基础电路元件基础电路元件 3. TFT-LCD 驱动原理驱动原理 4. Interface 及主要元件及主要元件 5. LCD Internal InterfaceNo.1 Members No.1 Company- 1- 4- 12 - 26- 4911.1 1.1 电荷电荷, , 电流电流, , 电位及功率电位及功率 电荷 :电气回路的的特性, 说明回路必须的最基本的单位, 电荷由(+)正极的阳电荷和(-)负极的阴电荷构成, 单位是 库仑(coulomb) C. 一个电子的电子量和质量是e = 1.602 x 1

2、0-19 C , m = 9.109 x10-31 电流 :在单位时间内通过某一个回路断面的电荷量，单位是(ampere) A 1秒钟通过1C的电荷的电流称为1A, T秒钟内有QC的电荷移动的话，电流I和电荷量Q之间是I = Q/t AorQ=It C 电位 :导体里的两点间形成电位差的时候会形成电流，电位是指一个点的电势能.2 电压 :指电位差，单位是伏特V. 1V是指1C电荷在两点间移动时得到或失去的能量是1J的两点的电位差 V = W/Q V or W = QV J 功率及电力 :功率(electric power)是指电能在单位时间内做的功, 即单位时间内转换或是传送的能量, 单位是瓦

3、特(watt) W. 1W是每秒中转换的电能为1J时的功率功率 P = W/t W,W = QV, Q = It 所以P=VI31.2 1.2 电路基本原理电路基本原理 欧姆 (Ohm)法则 :导体中流过电流时两端的电压压降在电流较小时正比于电压基表现出线性, 这时按照导体的形状和种类 比例常数也不一样.比例常数大说明流过一定电流时压降也大.V = IR (Ohms law) 焦 (Joule)的定律 :导体中的电流产生的热量正比于I2R, 焦热量HJ是H=I2RtJ 基尔霍夫 (Kirchhoff) 第一法则 :导线的每一个结点，流进去的电流和；流出去的电流的代数和为“0” 基尔霍夫 (Ki

4、rchhoff) 第二法则 :沿着封闭回路的电压压降的代数和为“0”I1I2I3I4I5I6 基尔霍夫 (Kirchhoff) 第一法则 基尔霍夫 (Kirchhoff) 第二法则 V1V2V3V442.1 2.1 电阻电阻 (Resistance, Resistor) (Resistance, Resistor) 电阻是? :阻碍电流，即阻碍电荷的移动. 物质的电阻 这里, R : 物质的电阻, : 电阻常数l : 电线长度, A : 电线的横断面积 电阻 温度特性 :金属导体随着温度的上升电阻会线性增加, 但是半导体的电阻会急剧下降. 电阻值 :电阻值的标准是按照JIS C5001的规定的

5、E标准系列. (代数分解10的结构)例) E3 : 用将10三等分 (1, 2.2, 4.7, 10)数值来表示, E6 : 1, 1.5, 2.2, 3.3, 4.7, 6.8, 10 E12 : 1, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8, 8.2, 10. E系列 - 3, 6, 12系列以外还有24, 48, 96, 192系列我们一般见到的电阻是采用E12系列. JIS(Japanese Industrial Standards)AlR电阻率的温度特性温度电阻率5 读镀膜电阻值的方法色色数值数值乘数乘数精密度精密度(%)温度

6、系数温度系数10-6/ 黑黑00- 250褐褐11 1 100红红22 2 50橙橙33 0.05 15黄黄44- 25绿绿55 0.5 20青青66 0.25 10紫紫77 0.1 5灰灰88- 1白白99-金金- 1 5-银银- 2 10-无无- 20-左例, (褐=1),(黑=0),(橙=3),(金) 10 103= 10 精密度(金) = 5%左例,(黄=4),(紫=7),(黑=0),(红=2) 470 102 = 47 精密度 = 1% SMD Type电阻的话, 用三位数表示 例如，如果是472的话 47 102 = 4.7读贴片电阻值的方法(Chip Resistor) : 很小

7、, 薄且轻. 高频特性优秀,用于LCD电路. 镀膜电阻的例 Chip电阻 例 62.2 2.2 电容电容 (Condenser) (Condenser) 电容是? :2个导体间插入电介质，产生蓄电作用的设备 电容的静电容量这里, C : 电量F, : 介电常数F/m, l : 两极板间距m, A : 极板面积 电容的单位 :表示电容的量的单位 : 法 (farad: F), 一般使用(10-6F)或 (10-12F)的单位LCD主要使用的电容 :主要使用的电容是Ceramic及Tantal Chip电容. lAC电容的表示用三位数，前两位是表示量的数字 第三位数表示乘数，单位是 例) 103的

8、话 10103 = 10,000 = 10 = 0.01 224是 22104 = 220,000 = 220 = 0.22 100pF以下的电容是直接表示. 即, 47就是47 chip电容的例 72.3 2.3 电感电感 (Coil) (Coil) 电感是? :缠绕成线圈的元件. 表示电感性质的单位 : 亨利 (Henry:H) 线圈的圈数越多，电感性质更强亨利的值也更大. 通常回路当中使用的电感有从H(10-6H)到 H ，范围很广 电感的性质 : - 阻碍电流的变化的性质(楞磁法则) 电流变大的时候不让电流通过，电流减小的时候让电流继续通过的性质 - 相互传递作用 靠近两个电感的时候，

9、电能能够传递到另一个电感，利用这个性质的是变压器. - 共振的性质 电感和电容的组合具有使某一频率的交流电流容易通过或是不易通过的性质. 接收广播信号的Tuner就是利用的这个性质. 82.4 2.4 用于用于LCDLCD电路的元件电路的元件ARCNFLSPLDCUR LCD 实物 AC9 Resistor(R) :LCD回路当中有降低电压，控制电流的作用. PCB上用R表示. Array Resistor (AR) :将电阻按 2, 4, 8个等并列形成回路. LCD回路当中一般用于R,G,B Data Line. PCB上用AR表示. Variable Resistor (VR) :可以改

10、变电阻值的电阻，LCD回路当中用于调整Vcom电压时使用. PCB上用VR表示. Capacitor (C) :LCD回路当中用作输入电源及各种元件的旁路元件（Bypass）, 也用于减少EMI. 现在使用的大部分是Chip形态的Ceramic Capacitor, PCB上用C表示. Array Capacitor (AC) :将Capacitor按2, 4, 8个等并列的形态, LCD回路当中用于大部分Controller输出Data Line的 EMI对策. PCB上用AC表示.Tantal Capacitor (TC) :电源Bypass用矫正回路, 用作AC的元件. PCB上用TC表

11、示. Inductor (L) :将3.3V直流电源做成需要的DC电压的时候在DC/DC回路中产生Energy的元件. PCB上用L表示.10 Power Filter (EMI Filter) (FL) :在3.3V电源输入端用于防EMI的Filter，消除电源Noise. PCB上用FL表示. Ferrite-Chip bead (filter) (FB) :Controller Output的Data Line及Clock等的防EMI对策用的元件，是Chip形态的而且和电容同样的形状 ，但是颜色不一样，一般并列使用,一般用于防EMI. PCB上用FB表示. Diode (D) :将P型半

12、导体和N型半导体完全接触，使电子自由通过两个半导体称为PN结合二极管. LCD回路当中主要 使用金属和P型半导体或是N型半导体结合的Schottky Barrier Diode，用于DC/DC回路. 一般Diode用于Voltage Doubler端. PCB上用D表示.Zenor diode (ZD) :在反方向具有稳定电压的(Zenor电压)二极管，当二极管有反方向电压的时候二极管两端的电压不随 电流变化. LCD回路上用于VGL,VGH端. PCB上用ZD表示. Fuse (F) :有异常电压或电流产生的时候防止元件损伤的元件. PCB上用F表示. 11 Transistor (Q) :

13、按结合形态分为NPN型和PNP型，一般用于电流和电压的放大 LCD回路中一般用于Switch, PCB上用Q表示. Poly Switch (PS) :防止异常输入电压损坏回路元件而使用的元件. Fuse是损坏后不能复原，Poly Switch是消除异常信号,异常电压小时候可以复原并保护回路. 现在 使用频率越来越高. PCB上用PS表示. Switching Regulator (US) :LCD回路中用于DC/DC端的Switching. PCB上用US表示.12LCD Module LCD Module 分解图分解图LCD Module BlockLCD Module Block实现实现

14、DISPLAYDISPLAY的基本元件的基本元件. . ;TFT Assy, Color Filter, 液晶, 偏光板等构成. CELLCELL的的 DISPLAY DISPLAY部部(TFT(TFT及对应电极及对应电极) )控制部分控制部分. .;R,L,C等Passive 元件和 Tr.,Diode,Op-Amp,drive IC 等Active元件, 由PCB, FPC等元件组成. 从LCM驱动System中接收要Display的Data和其他控制信号 来驱动Cell部.结合结合CELLCELL部部, , 电路部及光学部的支架电路部及光学部的支架光源光源. .;由CCFL, 各种 Pr

15、ism Sheet, 支持Mold等构成.CELLCELL部部电路部电路部机构部机构部光学部光学部 LCD Module 3.1 TFT-LCD Block Diagram3.1 TFT-LCD Block Diagram13Row lineColumn LineVcomCLCCSTCELLCELL部部Row Drive ICsRow Drive ICsColumn Drive ICsColumn Drive ICs电路部电路部Timing Timing ControllerControllerPower Power BlockBlockVCOMGammaGammaReferenceRefer

16、enceReferenceVoltageData(R,G,B) & Control signalControl signalData(R,G,B) &Control signalSystemSystemInterfaceInterface 电路部 Block Diagram14BlockBlock功功 能能reamrkreamrkInterfaceInterface将从驱动System输入的Display Data及相关信号传达到Timing Controller.利用 LVDS,TMDS等信号的时候，Receiver就相当于Interface,TTL/CMOS I/F的时候只

17、由EMI Filter构成.TimingTimingControllerController将从System I/F部输入的Display Data及相关信号变换成适合Column D-IC及Row D-IC的信号输出.Column D-ICColumn D-IC根据从Timing Controller输入的控制信号,将Display data转换成Analog电压供应给 Cell Assy.Row D-ICRow D-IC根据Power Block输出的各种电压和Timing Controller输出的控制信号,将Analog脉冲电压供给给Cell Assy.V VCOMCOM Circui

18、t Circuit利用Power Block生成的VDD电压,给 Cell Assy的共同电极提供必要的电压.GammaGammaReferenceReference生成并输出Column D-IC的 DAC必须的Reference电压.Power BlockPower Block(DC/DC)(DC/DC)利用从驱动System输入的电压,生成LCM必须的各种电源.(VCC, VDD, VGH,VGL 等)15清晰度清晰度Pixel Pixel 排列排列画面比画面比画面大小画面大小( (常用产品常用产品) )640480800600VGAVGASVGASVGAXGAXGASXGASXGAUX

19、GAUXGA102476812801024160012004 : 34 : 34 : 35 : 44 : 39.5”, 10.4”10.4”, 11.3”, 12.1”12.1”, 13.3”, 14.1”, 15.1”15.7”, 18.1”15.0”, 20.1”1Hsync1Hsync(60Hz)(60Hz)31.726.420.715.613.3RemarkRemark Vertical Stripe 排列 清晰度PixelR RG GB BR RG GB BR RR RG GB BR RG GB BR RR RG GB BR RG GB BR R 结构图Sub-pixel(Dot)C

20、olumn driveRow driveG1G2D1D2TFT-LCDTFT-LCDPanelPanelGNSub PixeloooooooooooooooooooooooooSXGA+SXGA+140010504 : 314.1”, 15.0”15.6 1152768, 1280768, 1280960, 12801024, 1440900, 16001024, 19201200,20481536,3.2 Color TFT LCD Panel 3.2 Color TFT LCD Panel 构成构成16 Sub-Pixel 等价电流(Storage on Gate 方式) 1) TFT :

21、 一般每个像素(指Sub-Pixel,以下同样)都有一个, 将通过Data Line供给的电压提供给像素电极的VDATASwitch元件， 给Gate 端提供比VTH高的电压的时候Switch ON. 2) Data Line : 垂直于Panel, 将Column Drive IC的输出VDATA传到各个像素的Line.一般Line数量是Horizontal清晰度3(R,G,B). 3) Gate Line : 水平于Panel, 将Row Drive IC中按顺序输出的VGATE电压提供给TFT的Gate端控制TFT的ON-OFF,Line数量与Vertical 清晰度一样. 4) 像素(

22、Sub-Pixel)电极 :表示图像的领域,利用和上板Glass的共同电极的电位差形成的液晶的Twist程度的透光率的不同来调节光量 ,为了加强到下一个Refresh Time的液晶电压维持能力(Holding Ratio)需要不住用量(Storage Capacitance,CST).Vg(N-1)CSTCLCCgsCgdVg(N)Vd(M)VcomVd(M+1)CgdCdp(M)Cdp(M+1) TFT 结构Gate Insulator像素电极 (ITO)GateDrainSourceData WLOverlapGate LineDataLinea-SiGlass3.3 Sub Pixel

23、 3.3 Sub Pixel 等价电路及信号等价电路及信号17 5) VCOM(共同电极) 电压 : 一般存在于Panel上板全体的电极电压,对于像素电极电压的对抗电极电压 Panel结构不一样，共同电极的位置也会不一样. 6) CST(Storage Capacitance) : 补助 Capacitance，并列连接到CLC(液晶容量),维持 VST 电压使TFT OFF Time期间的VLC 电压的 变动减少. 将Cst连到Gate Line形成的是Storage on Gate方式图 3.4, 利用另外的共同电极形成Cst的是 Storage on Common方式. 7) CLC(液

24、晶容量) : Liquid Crystal Capacitance. 定义 : a) 光学特性的表现方法, 以Full White(Gray 63 6bit或是Gray 255 8bit)的亮度(cd/m2)为基准，把到Black的个个Gray的亮 度换算为百分比 b) Gray Level 数 : 根据光三元色的原理，从White到Black的R,G,B的亮度相同的,即R,G,B的Digital Data为相互同样的数量,一般 定义为L63,L62,L0(L255,L254,L0)或是V63,V62,V0(V255,V254,V0) Gray Level 数 = 2n(R) = 2n(G)

25、= 2n(B) (n : bit 数) Color & Gray 体现 Gray Scale(例)0102030405060708090100L63L59L55L51L47L43L39L35L31L27L23L19L15L11L7L3L0(%) T-V 特性 Curve(例)01020304050607080901000.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0Voltage(V)Transmittance(%)3.4 Gray Scale 3.4 Gray Scale 体现体现RGB各各 Bit数数Gray 数数 Color 数数2 Bit4643 Bit851

26、26 Bit64262,1448 Bit25616,7MAnalog连续Full18 实现 Color 数 : Color TFT LCD利用R,G,B光三元色的组合来显示Color, Color实现能力依靠各R,G,B的Gray实现能力,各Gray实现能力决定于Digital Bit数量. Color = 2n(R) 2n(G) 2n(B) (n : bit ) Analog 驱动可以表示连续的Data，可以实现Full Color. 1) 定义 : 将输入的Digital Data，根据Gamma Reference Voltage和Column drive IC内部的R-String生成

27、的各个Analog电压DAC的输出. 2) Digital Data Gray Level Digital Data和Gray LevelNo.No.R RG GB B1 10000002 2000001: :63631111106464111111000000000001:111110111111000000000001:1111101111113232011111: :011111:011111:Gray LevelGray LevelL0L1:L62L63L31:ColorColorBlack:White(Gray Tone):Gray Scale(%)Gray Scale(%)0.33

28、0.47:98.7100.029.4:亮度亮度( (例例) )0.5cd/m20.7cd/m2148cd/m2150cd/m2:44.1cd/m2: drive ICs R-String ()100(%)L0 L16 L32 L48 L633.5 Color 3.5 Color 体现体现3.6 VDATA 3.6 VDATA 体现体现(Normally White, 6Bit)(Normally White, 6Bit)19 Gamma 定义 : 现在普及很广的一般的TV显像管(CPT,Color Picture Tube)的输入电压的输出的亮度特性是非线性的.即,把实际图像信号直接加到显像管

29、的时候,可以看到跟实际图像稍微暗的图像. 在早期显象管中就发现了这样的结果,在一定的输入范围内(0X1)规格化的输入电压的亮度具有图的Filter的特性. 早期显象管的指数Y大概是2.32.5，这里指数就称为 Gamma, 为了补偿这个差异，将输入的图像信号先经过(b)的1/(Inverse Gamma)的 Filter的过程称为(Y = X1/)Gamma补偿(Compensation,Correction). 为了使具有特定Gamma值的Display设备(CPT,CDT 等)显示各实际一样的图像，得利用Display设备的 Gamma的Inverse Gamma来补偿图像信号. 如上述,

30、 不仅是TV用的图像显示信号，PC的显示器用的(CDT,Color Display Tube) 信号即,从显卡上输出的信号也必须按照CDT的特定Gamma值的Inverse Gamma进行Gamma补偿,所以比CDT更晚完成产品化的LCD或是其他 Display设备也要设计成有相近Gamma值的原因就在此. YY = X1/X Y = X YX Gamma Compensation和 Gamma(a) Original Image(X)(b) Gamma Compensation(c) Compensated Image(Y=X)(d) Gamma(e) Displayed Image(Y=X

31、)(f) Distorted Image(0X1)(0X1)3.7 3.7 Gamma Reference Voltage (Gamma Gamma Reference Voltage (Gamma 基准电压基准电压) ) 20 1) 加到Pixel的电压波形 a) 的第n号Gate Line加上如的Gate Pulse时, VTH 以上的时候TFT ON使供给给第 m号Data Line的 Column drive IC的输出电压VDATA(虚线)加到像素(Sub-Pixel)，形成如 VPIXE一样波形的Charging. b) Gate Pulse是由VGH,VGL等Bias 电压构成的

32、Row Drive IC的输出, 得由满足TFT Transfer特性的电压构成 .(如:VGH = 20V , VGL = -5V) c) TFT OFF时充电的VPIXEL电压会有特定量的下降，这个下降的电压叫VP. d) Panel每个位置的VP的分布不均匀，且差异大的时候, VLC 电压也会有位置别的差异，导致透光率的不均衡，使最优化设计变难 ，产生局部的Flicker 恶化等画质低下的问题. Pixel 等价电路 Storage on Gate Vg(n-1)CSTCLCCgsCgdVg(n)Vd(m)VCOMVd(m+1)CgdCdp(m)Cdp(m+1)VP =Vg Vg=VGH

33、-VGLCgsCLC + CST + Cgs VGATE , VDATA 及Charging 波形 VDATAVCOMTOFFTONVGHVGLVPVPIXELPositive VLCNegativeVLCLeakage1 Frame GatePulse 3.8 Pixel Charging 3.8 Pixel Charging 特性特性 21 1) Flicker 定义 对于Display设备来说, 周期的亮度的变化被人眼意识道德时候，人会有画面闪烁的感觉的现象，对于一定的Flicker来说 周围亮度越亮，面积越大，人的感觉也越强. 2) 区分 表示画面亮度变化的定量化. a) 60 Fli

34、cker : 以Frame周期Charging和Discharging反复的时候，TFT的OFF Current及液晶CLC的Leakage产生闪烁. b) 30 Flicker : Inversion 即, 正(+)和负(-) 电压驱动时有效电压的偏差, Gate Line Delay的画面左右Vp诧异的发生 TFT特性偏差的按部位的Vp的差异等原因产生. 大部分是 30Hz 成分的影响大, 视觉方面也容易意识到.I I DCDCI I ACAC Flicker = 20 log (dB) (I : Intensity) Flicker = 20 log (dB) (I : Intensit

35、y)IACIDCTime亮度0Luminance Flicker的定量化3.9 Flicker3.9 Flicker 22 1) 水平 Cross-talk a) 因为VDATA按时间变化的VCOM歪曲而产生, 决定于Panel的RCOM (ITO电阻及Ag接触电阻). b) Line Inversion的话, 补偿电路中的一个是, 为嗲使CLC充分充放电而设计VCOM(对应Load Regulation), 使用VCOM 补偿电路. c) 使用Dot Inversion方式最小化共同电极的波形歪曲(最小化VCOM 电流变动量). 2) 垂直 Cross-talk a) 因为Data Line

36、和连接的像素电极之间的Parasitic Capacitance的VPIXEL 电压变化而产生, Panel设计时间隔越大越好，但是 也与开口率和Trade-off有关. b) TFT的Off-Current大的时候, Ioff沿着Data Line流过(漏电), 这时因为VPIXEL变化, 电路中应该使用适当的off Voltage(VGL). 水平 Cross-talk (例) 垂直 Cross-talk (例) 3.10 Cross-talk3.10 Cross-talk 23 1) 为什么要使用Inversion方式? 在液晶两端(共同电极和像素电极)加DC电压的的时候液晶会扭曲. 这

37、个状态持续的时候, 液晶内的离子性物质会固定在电场 , 改变Pre-tilt从而发生残影并降低液晶的特性.那个状态持续的时候, 会失去液晶的特性，从而失去Display设备的作用. 防止这种现象的方法是, 周期改变扭曲的方向, 防止离子性物质的固定化,像这种改变扭曲方向的方式叫Inversion. 即, 液晶的 扭曲是因为液晶两端的有电位差而存在，而且电位差的正负方向决定扭曲的方向，因此周期性改变电位差的相对值的话，液晶 等于是加上AC电源，可以收到扭曲方向翻转的效果. 2) Inversion 方式 因为上述原因而需要Inversion, 前面说到的原因中，不管什么原因要是同时有VLC的非对

38、称的时候就会有Flicker的问题产生. 但是, 人的视觉只能感知到特定领域的平均光量, 在某一个Display设备具有最大的Flicker存在的时候, Flicker周期即, Inversion 周期越快，且面积越小Flicker也就越小. 但是, 最大Flicker本身不是消失, 且各个Inversion方式都有Panel能表现出最大的 Flicker现象的Display Pattern. a) Frame Inversion : 同样极性的Frame按照Frame整体来翻转. b) Line(Row) Inversion : 相邻的Row(Gate) 1 Line的极性都不一样, 且将那

39、个状态按照Frame整体来翻转. c) Column(Data) Inversion : 相邻的Column(Data) 1 Line的机箱都不一样, 且将那个状态按照Frame整体来翻转. d) Dot Inversion : 相邻的每个1 Dot(Sub-Pixel)的极性都不一样,且将那个状态按照Frame整体来翻转. e) 2 Dot Inversion : 相邻的每个1 Dot(Sub-Pixel)翻转的极性, 按照每2 Line进行翻转, 将那个状态按照Frame整体来翻转3.11 3.11 根据根据InversionInversion方式的驱动方法方式的驱动方法 241) 残影是

40、?液晶层内发生DC液晶层内ion性混合物移动, 背向膜份极残留DC发生Pretilt变化背向规定力变化实际电压变化液晶VTN 变化放置后Pattern 显示全面 Gray pattern 显示放置后Pattern 显示全面 Gray pattern 显示2) 发生 Mechanism3.12 3.12 残影残影 Inversion 方式的种类+-+-+-+(b) Line Inversion+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-(d) Dot Inversion (n)th Field(n+1)thField+-+-+-+-

41、+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-(c) Column InversionRGBRGBR+-+-+-+-+-+-+-(a) Frame Inversion RGBRGBRRGBRGBRRGBRGBR(e) 2 Dot InversionRGBRGBR+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-25 条件(Simple,Ideal example) a) 清晰度 : 2(R,G,B)2 b) Color Depth : R,G,B 各2bit c) Inverse Gamma = (Target

42、 Gamma = 2.0) d) Gamma Reference : (2+2)ea GMA1,GMA2,GMA3,GMA4 e) Normally White Mode f) 液晶 : 3V g) drive IC 内部R-String :参照下图 h) T-V Curve :参照下图 i) 其他 : Vp = 0, 正/负特性对称Y = X(0X1)YXYY = XX(0X1) Y = X2YL0 L1 L2 L3 (X=Y)10.943.6100%0X(Input)X(Input)(0,0)(1,0)(0,1)(1,1)(0,0)(1,0)(0,1)(1,1)YYtime(0,0) Da

43、ta(1,0) Data(0,1) Data(1,1) Data(0,0) Data1 Frame(0,0)(1,0)(0,1)(1,1)PixelR DataG DataB Data111001001110010011100100GrayL3L2L1L0* Digital Data(V)1.0 2.0 3.0100(%)043.610.92.7V(0,0)(1,0)(0,1)(1,1)PixelPositive VDATA(V)4.55.56.26.5Negative VDATA(V)2.51.50.80.5VCOM3.5VGMA1GMA2GMA3GMA4L0 L1 L2 L3(0,0)(1

44、,0)(0,1)(1,1)Y(Output)Y(Output)Y = XY = X TFT-LCD 驱动原理简要 TFT-LCDTFT-LCD3.13 Summary3.13 Summary26 4.1.1 系统是? 提供给TFT-LCD信号和电源等, 控制图像显示的所有设备.Notebook PCNotebook PCLCD TVLCD TVDesktop PCDesktop PCApplicationApplication区分区分各种各种系统系统VideoVideo(Graphic)(Graphic)InterfaceInterface系统系统1. CPU, Northbridge, Gr

45、aphic Controller, RAM2. CPU, GPU(N-Bridge,Controller, engine), RAM* 每个Graphic Chipset生产商的运算法则和构成有点不一样.Tuner, Chroma, A/D, Scaler相应用途的不一样的CODEC Display System 种类和 LCD InterfaceTTL/CMOS (Parallel Digital Signal)TTL/CMOS (Parallel Digital Signal)Serial Data Interface (LVDS/TMDS)Serial Data Interface (L

46、VDS/TMDS)LCDLCDHostHostSystemSystemTTL/CMOS (Parallel Digital Signal)TTL/CMOS (Parallel Digital Signal)4.1 System 4.1 System 定义定义274.1.2 分类 1) Digital 信号(例:NBPC及Monitor用)TTL/CMOSLevel 2) Analog 信号(例: AV用)分类分类区区 分分信信 号号 种种 类类 说说 明明 RemarkRemarkTFT Dedicated RGBRGB的各个信号按照1H改变信号极性来传送极性不一样的Data 信号Analog

47、 RGBRGB的各个信号按照1H用同样极性来传送Composite VideoRGB及同步信号用复合信号传送1H同样极性的Data 信号Data + 同步信号1H1H1H1H1H分分 类类区区 分分传传 送送 方方 式式 说说 明明 RemarkRemarkTTL / CMOSInterfaceSerial DataInterface将Parallel Digital RGB Data用 TTL或是CMOS LogicLevel以Parallel方式传送 .将Parallel Digital RGB Data(TTL/CMOS)压缩成Serial Data用Differential Pair

48、Signal传送后再复原成Parallel RGB Data(TTL/CMOS). TTL/CMOS方式加上发送器(Tx)和接收器(Rx).ex. LVDS : NS, TI, THine TMDS : Silicon Image, ThineRGB :DifferentialSignalLVDSLevel1 To 11 PPC In, 1 PPC Out (Abbr. PPC : Pixel per Clock) System:1Pixel/Clk, LCD:1Pixel/Clk1 To 21 PPC In, 2 PPC Out System:1Pixel/Clk, LCD:2Pixel/C

49、lk2 To 22 PPC In, 2 PPC Out System:2Pixel/Clk, LCD:2Pixel/ClkI/OI/OPortPortColorColorDepthDepth 6 bitRGB 各为 6bit的信号 26x26x26= 26万 Color 8 bit其其 他他RGB 各为 8bit的信号 28x28x28=1600万 Color也有根据电源, 频率的分类方法Abbreviation1.LVDS:Low Voltage Differential Signal2.TMDS:Transition Minimized Differential Signal3.GVIF:

50、Gigabit Video Interface 28 3) TTL / CMOS Interfacea) System和LCD间的传送信号由TTL / CMOS Logic Level构成.b) 1 To 1 : Data 信号按RGB 总 6 RGB = 18 bits 或是 8 RGB = 24 bits传送.c) 2 To 2 : Data 信号按 RGB 总 6 2 RGB = 36 bits 或是 8 2 RGB = 48 bits传送. 4) Analog Interfacea) System和LCD间的传送信号由Analog构成.b) TFT Dedicated RGB : 主要

51、使用Line Inversion 用 Analog D-IC，所以按每个1H改变信号极性后提供给D-IC.c) Analog RGB : 用Standard Analog RGB(0.7Vp-p)输入后在LCD 内部进行信号放大及改变极性来使用. d) Composite Video : 输入RGB及同步信号合成的Video信号(1.0Vp-p) 后在LCD内部分离RGB, 放大及改变极性后提供给D-IC.Timing ControllerRGBVsyncHsyncGraphicsControllerSystem SideLCD SideVsyncHsyncAnalog SystemSyste

52、m SideLCD SideChroma ICTiming ControllerVideoControlSignal TTL/CMOS Interface Analog InterfaceDEDCLKPower(DC/DC)PowerPowerPower29 5) SDI(Serial Data Interface) User Interfacea) LVDS Interfaceb) TMDS InterfacePower(DC/DC)LVDSTxLVDSRxRGBVsyncHsyncDEGraphicsControllerSystem SideLCD SideTMDSTxTMDSRxRGBG

53、raphicsControllerSystem SideLCD Side LVDS Interface TMDS InterfaceTiming ControllerTiming ControllerDCLKVsyncHsyncDEDCLKPowerPower(DC/DC)Power304.1.3 系统信号的理解 : VESA(Video Electronics Standards Association)的DMTS(Display Monitor Timing Specifications) 标准. 1) 信号的种类及作用(意义) : 和的SDI(Serial Data Interface)

54、 User Interface是为了特定目的在系统一侧利用Tx将TTL/COMS Level的 Parallel Digital信号编码压缩成Serial传送(LVDS,TMDS 等),在LCD Module一侧利用Rx将接收的信号进行译码还原成 TTL/CMOS Level的Parallel Digital信号。 基本的信号是TTL/CMOS Level的Parallel Digital信号, TFT-LCD从系统一侧需要的基本信号如下. a) Vsync(Vertical Synchronous Signal) : 垂直同步信号. 时间上表示一帧画面(Frame)的开始(或结束)的基准的信

55、号. b) Hsync(Horizontal Synchronous Signal) : 水平同步信号. 时间上表示一行的开始(或结束)的基准信号. c) DE(Data Enable, Display Enable) : 一行时间内实际有效的即, 表示有画面要表示的图像Data的区间的信号. d) DCLK(Data Clock, Dot Clock) : 表示实际有效地Data的周期的信号. R,G,B的Digital信号以Parallel方式按照DCLK 周期同时传送, 也称Pixel Clock, 实际上是一样的意思. e) Data(Displayed Data) : 实际有效地即,

56、 能显示的信息. 将R,G,B各个的亮度由最大到最小用Digital值表示的 , 一般各由6Bit或是8Bit的Parallel信号构成,有每个DCLK周期传送相当于R,G,B一个Pixel的Parallel Data set的(1Port) 方式和传送相当于两个Pixel的Parallel Data set的(2Port)方式. 当然2Port相比1Port，频率是一半.31 2) Vsync和Hsync,DE的关系理解 Vsync和Hsync,DE的关系TFT-LCD Panel(1024768)Time AreaDisplay Area 1st 2nd 768 Vsync和 Hsync,

57、DE的关系理解 Vertical Sync Width : Vsync 开始到结束的时间. 也称Vertical Sync Time, 表示一个画面的开始(或结束)的时间. Vertical Front Porch : 最后一行的DE(画面的Last Line) 结束到Vsync开始点的时间. (不是DE的前面，而是时间上“Vsync的前面 ”.) Vertical Back Porch : Vsync结束到DE开始(画面第一行)的时间. (不是DE后面，而是“Vsync后面”.) Vertical Blank Time : Vertical Active Time : 一个Frame内有有效

58、地Line Data的时间. 也称Vertical Address Time. Vertical Total : 系统的基准 : 系统使用的基准点. Video BIOS, Driver等Addressing时, Blank start, Sync start等的count基准. 1.Vertical 有关的时间单位是Line(Horizontal Total). 2.LCD不需要像CPT,CDT等需要的补偿画面边界歪曲的Border Time. 3.Vsync,Hsync,DEPolarity在Video BIOS中可以容易实现翻转, LCD中大部分是上述的情况.DEVsyncHsync T

59、ime 1st 2nd7681st76876776632 3) Hsync和 DE, Data, DCLK的关系理解 Hsync和 DE, Data,DCLK的关系 Hsync和DE, Data,DCLK的关系理解TFT-LCD Panel(1024768)Time AreaDisplay Area 1st 2nd Horizontal Sync Width : Hsync 开始到结束的时间. 也称Horizontal Sync Time 表示一行的开始(或结束)的时间. Horizontal Front Porch : 一行的Data(DE)结束到Hsync开始点的时间. (不是DE前面，而

60、是“Hsync前面”.) Horizontal Back Porch : Hsync结束到第一个pixel data开始前的时间. (不是DE后面，而是“Hsync后面”.) Horizontal Blank Time : Horizontal Active Time : 一行内有有效的Pixel Data的时间. 也称Horizontal Address Time. Horizontal Total : 系统的基准 : 系统使用的基准点. Horizontal有关的时间单位是Pixel(DCLK).DEHsyncDCLKData Time 1st 2nd 10231024 1st 10231024 102233R