显示与成像技术-第一部显示第三章2_液晶驱动技术(1)

1、 3.2 液晶显示器件的驱动技术液晶显示器件的驱动技术液晶显示的三个特点：液晶显示的三个特点：n液晶在直流电压作用下会发生电解作用，所以液晶在直流电压作用下会发生电解作用，所以必须用交流驱动，并且限定交流成分中直流分必须用交流驱动，并且限定交流成分中直流分量不大于几十毫伏。量不大于几十毫伏。n液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关。液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关。n液晶单元是容性负载，正电压和负电压作用效液晶单元是容性负载，正电压和负电压作用效果是一样的。果是一样的。液晶显示器件：段形、液晶显示器件：段形、 点阵型点阵型普通点矩阵（无源矩阵）和有源矩阵普通点矩阵（无源矩阵）和有源矩

2、阵无源矩阵：无源矩阵：使用简单的网格来给显示屏上的特定像素供电。使用简单的网格来给显示屏上的特定像素供电。有源矩阵：有源矩阵： 每个像素上配置一个有用器件，每个像素独立控制。每个像素上配置一个有用器件，每个像素独立控制。普通矩阵液晶显示器件的静态驱动技术普通矩阵液晶显示器件的静态驱动技术直接驱动法：对于无源矩阵液晶显示器件，驱动电直接驱动法：对于无源矩阵液晶显示器件，驱动电压是直接施加于象素电极上的，使液晶显示直接对压是直接施加于象素电极上的，使液晶显示直接对应于所施加驱动电压信号的一种驱动技术。应于所施加驱动电压信号的一种驱动技术。分为静分为静态驱动和动态驱动态驱动和动态驱动。三种静态驱动法

3、：三种静态驱动法： 笔段式数码显示笔段式数码显示 棒形模拟显示棒形模拟显示 示波器显示的静态驱动示波器显示的静态驱动笔段式数码显示笔段式数码显示LCD基本驅動電路基本驅動電路由一個异或門組成由一個异或門組成 静态显示不会有亮度、对比度下降和视角变小的静态显示不会有亮度、对比度下降和视角变小的 缺点，缺点，但是对于一般大容量显示器件却因为它需要极多的外电极但是对于一般大容量显示器件却因为它需要极多的外电极而无法实现。而无法实现。静态驱动原理静态驱动原理无源矩阵的动态驱动技术：无源矩阵的动态驱动技术：占空比：每扫描行电极选通占空比：每扫描行电极选通时间与帧周期之比时间与帧周期之比交叉效应：显示中，

4、部分象素的一端与电源相连，处于半选状态。交叉效应：显示中，部分象素的一端与电源相连，处于半选状态。如果外加电压足够高，半选点的象素上的电压有可能超过阈值电压，如果外加电压足够高，半选点的象素上的电压有可能超过阈值电压， 出出现不希望有的干扰。现不希望有的干扰。行列数目越大，交叉效应的影响越显著。行列数目越大，交叉效应的影响越显著。1.平均电压法平均电压法2.最佳偏压法最佳偏压法改进方法改进方法分割矩阵法分割矩阵法多重矩阵法多重矩阵法有源矩阵有源矩阵LCD显示显示有源矩阵液晶显示器件的分类有源矩阵液晶显示器件的分类二端有源器件二端有源器件普通矩阵液晶显示屏的扫描行数存在极限的原因之一在于液晶象素

5、的电容性负载，即具有对称性，或双向导通性。如果在象素上串连一个二极管，使象素具有非线性特性，就可突破上述极限。液晶显示器件的光电特性曲线的陡度可表示为：1010901VVVVVVVbbb 若 非常接近于1时，可以采用这个电路突破TN液晶屏的扫描极限。 二极管环寻址矩阵液晶显示器件二极管环寻址矩阵液晶显示器件TFT AMLCD 的分类的分类TFT的工作原理的工作原理栅压漏源电压31G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1 SnSource 線儲存電容Gate 線液晶電容TFT面板說明面板說明comITOCLC32G1G2G3GmGm-2Gm-1S1S2S3Sn-2 Sn-1 Sn（1）扫描到

6、G1行，该行上的全部FET导通。各列信号电压施加到液晶像素上，并对并联的电容充电。（2）扫描完G1后，G1上全部FET断开，不管以后列上信号如何变化，对为扫描行上的像素都无影响。（消除了交叉效应）（3) 未扫描的G1由于与外界电压切断，信号电压在液晶像素上保持一帧时间33（1）因TFT元件的动作类似一個开关(Switch)，液晶元件的作用類似一個电容，通过Switch的ON/OFF對电容儲存 的电压值进行更新/保持。（2）SW ON時信号写入(加入、記录)在液晶电容上，在以外時間 SW OFF，可防止信号从液晶电容洩漏。（3）在必要時可將保持电容与液晶电容并联，以改善其保持特性。保持電容TFT

7、元件加入電壓液晶扫描电压控制(栅极）34 1.上图為TFT一個象素的等效电路图，扫描线連接同一列 所有TFT栅极電极，而信号线連接同一行所有TFT源极 電极。2.當ON時信号线的資料写入液晶电容，此時，TFT元件成 低阻抗(RON)，當OFF時TFT元件成高阻抗(ROFF)，可防 止信号线資料的洩漏。3.一般RON与ROFF電阻比至少約为105以上。扫描线信號線RONROFF液晶保持電容GDS硅基硅基TFT高温多晶硅高温多晶硅(HTPS)低温多晶硅低温多晶硅(LTPS)不同硅材料的不同硅材料的I-V特性（漏极电流随删压变化的转移特性）特性（漏极电流随删压变化的转移特性）TFT 的要求 开关比1

8、05开口率（开口率（Aperture ratio） ：光线能：光线能透過的有效區域比例透過的有效區域比例. 1、LCD source驅動晶驅動晶片及片及gate驅動晶片用的驅動晶片用的信號走線信號走線 2、TFT本身本身, 還有儲存還有儲存電壓用的儲存電容等等電壓用的儲存電容等等. 這些地方除了不完全透這些地方除了不完全透光外光外, 也由於經過這些地也由於經過這些地方的光線方的光線 並不受到電壓並不受到電壓的控制的控制,而無法顯示正確而無法顯示正確的灰階的灰階, 所以都需利用所以都需利用black matrix加以遮蔽加以遮蔽, 以免干擾到其他透光區以免干擾到其他透光區域的正確亮度域的正確亮度

9、. 3.7 背照灯背照灯n液晶显示器是被动显示器件，本身不会发光，往往工作在透光模式下。n因此，为了了获得高对比度与全色显示，需要采用背照明光源。n由于背照光源的功率是整个器件的75%以上，因此体积和功率是首先要考此的因素。 图3.7 边光式背光源结构图n目前采用的背照光源主要有： 1）热电致发光板EL 2）平板荧光灯（VFD） 3）冷阴极荧光灯（CCF） 4）发光二极管（LED)背光照明系统 4）平板场发射（FED） 5）有机电致发光（OEL）等。 照明方式又分为边光式与背光式两种。1、发光二极管（、发光二极管（LCD)背光照明系统背光照明系统可分为底发光式和侧发光式，它由多个可分为底发光式

10、和侧发光式，它由多个LED管芯均匀地分管芯均匀地分布在布在PCB板上，各板上，各LED为串连，并联或串并联。供电后，为串连，并联或串并联。供电后，LED管芯发光，通过透明硅胶、反射腔和扩散膜的共同作管芯发光，通过透明硅胶、反射腔和扩散膜的共同作用得到亮度均匀的平面发光效果。用得到亮度均匀的平面发光效果。2、电致发光背光照明系统、电致发光背光照明系统电致发光是一种面发光冷光源，是全固态平板结构、耐震电致发光是一种面发光冷光源，是全固态平板结构、耐震动、薄形、可省掉漫反射导光板。但亮度仍然较低，寿命动、薄形、可省掉漫反射导光板。但亮度仍然较低，寿命仅有仅有5000小时。目前主要应用于中小型小时。目

11、前主要应用于中小型LCD器件中。器件中。3、冷阴极荧光灯（、冷阴极荧光灯（CCFL)照明系统照明系统是一种依靠冷阴极气体放电，激发荧光粉而发光的光源。是一种依靠冷阴极气体放电，激发荧光粉而发光的光源。特点：光致发光的荧光粉品种齐全，转化率高，是一种色特点：光致发光的荧光粉品种齐全，转化率高，是一种色温高，亮度高的理想光源。可调制成标准的三基色，温高，亮度高的理想光源。可调制成标准的三基色，目前目前是彩色液晶显示的最佳光源？（是彩色液晶显示的最佳光源？（能源利用率低其功耗较高能源利用率低其功耗较高 ）反射式：厚度较大、重量和功耗也较大，不符合目前反射式：厚度较大、重量和功耗也较大，不符合目前便携

12、式设备轻薄、低功耗的要求，使用量越来越少。便携式设备轻薄、低功耗的要求，使用量越来越少。(2) 侧导光式：超薄、重力轻、功耗小、大型液晶显示侧导光式：超薄、重力轻、功耗小、大型液晶显示器的首选配套产品。器的首选配套产品。1直下型直下型: 灯管置于导光扳下方,灯管通常是W型.缺点为厚度较厚且温度较高.2侧边入光型侧边入光型: 灯管置于导光扳侧边,依导光板型式和光学需求可选用直型灯管,其优点是厚度较薄且较无温度问题.目前公司使用的是此类.侧导光式侧导光式CCFL背光照明系统基本结构背光照明系统基本结构背光板之原理图背光板之原理图TIR白色反射片网点引导光板光线的点CCFL及及Reflector扩散

13、片导光板寬阔的出光角度70控制出光角度Brightness Enhancement FilmsTopBottomLCD棱镜板灯管发光灯管发光 光线由灯管光线由灯管Reflector反射反射 进入导光扳改变光线方向和进入导光扳改变光线方向和分布分布 射入下扩散片射入下扩散片,将点光源扩散成面光源将点光源扩散成面光源 再经由增光片的再经由增光片的增光聚光增光聚光 然后是上扩散片然后是上扩散片,进一步将光线扩散进一步将光线扩散.其最终结果是将光线其最终结果是将光线均匀化分布均匀化分布平行入射光平行入射光会会被聚焦在焦被聚焦在焦点点. 位位于于焦焦点点之光源的之光源的辐辐射光射光会会被被平行反射出去平

14、行反射出去.當光當光线从线从背光板發射出來背光板發射出來, 會依序穿過會依序穿過偏光板偏光板, 玻璃玻璃, 液晶液晶, 彩色彩色濾光片濾光片等等等等. 假設各個零件的穿透率如以下所示假設各個零件的穿透率如以下所示: 以上述的穿透率來計算以上述的穿透率來計算, 從背光板出發的光線只會剩下從背光板出發的光線只會剩下6%！ 偏光板偏光板: 50%(因爲其只准許單方向的因爲其只准許單方向的极极化光波通過化光波通過) 玻璃玻璃:95%(需要計算上下兩片需要計算上下兩片) 液晶液晶:95% 開口率開口率:50% (有效透光區域只有一半有效透光區域只有一半) 彩色濾光片彩色濾光片:27% (假設材質本身的穿

15、透率爲假設材質本身的穿透率爲80%,但由於但由於濾光片本身塗濾光片本身塗 有色彩有色彩, 只能容許該色彩的光波通過只能容許該色彩的光波通過. 以以RGB三原色來說三原色來說, 只能容許三種其中一種通過只能容許三種其中一種通過. 所以僅剩下三分之所以僅剩下三分之一的亮度一的亮度. 所以總共只能通過所以總共只能通過80%*33%=27%.) LED背光源LCD的发展n随着消费者对环保、超高画质等要求不断提高，LED电视凭借其在节能、环保和色彩表现等方面的绝对优势成为2009年平板发展的新趋势。早在年初被称为消费性电子产业风向标的CES2009上，索尼、三星等大品牌就纷纷展出了2009年LED和超薄平板的主打产品。而夏普、海信、索尼、三星也在国内市场投放了LED背光源的机型，一时间使LED