TFT-LCD显示原理及驱动介绍和电路架构

1、 TFT-LCD显示原理及驱动介绍和电路架构TFT LCD 简介TFT-LCD 面板介绍 TFT-LCD 显示原理TFT-LCD 基本驱动方式及应用TFT-LCD 驱动电路架构补充： MVA显示原理介绍主要内容TFT LCD 简介TFT LCD的相关知识TFT LCD：Thin Film Transistor Liquid Crystal Display。 超薄膜晶体管液晶显示器1、优点：2、缺点：观赏视角的限制响应速度较慢（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温度范围有限制LC： Liquid Crystal 液态晶体。CF：Color Filter彩色滤光片。分R、G、B

2、 三种颜 色的滤光片。B/L： Back light背光。 L/G： Light Guide导光板。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，资料不能传输。12801024TFT LCD相关名词TFT-LCD 面板介绍TFTPolarizer 偏光板 CFPolarizer 偏光板 PCBALight Guide灯管LC cellTFT LCD 显示器面板 生产流程 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

3、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,再将三原光以不同的强弱比例混合而呈现各种色彩,使LCD显示出全彩.ITO sputter B R G 黑色矩阵TFT-LCD用无碱玻璃批注: 最基本的彩色滤光片其结构为玻璃基板(Glass substrate)上制作防反射之黑色遮光层,即为BM层,再依序制作上具有透光性红 绿蓝三原色之彩色滤光膜层(滤光层之形状 尺寸色泽配列

4、依不同用途之液晶显示器而异),最后溅镀上透明导电膜(ITO Indium Tin Oxide).Black Matrix目的:遮蔽漏光区域，以免看到漏光导致对比下降Black Matrix材料:Cr, CrO2, resin1.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；开关打开开关闭合液晶液晶层液晶互相牵引 做个转向的动作 加电压后转向改变通过它改变光的强弱光源垂直偏光板玻璃电极玻璃电极液晶水平偏光板GDSScan Data 液晶亮度的控制原理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

5、性,液晶分子可能受到破坏VCOM (CF侧电极)- - - -+- - - -Vpixel (TFT侧电极)VCOM+- - - -+- - - -Vpixel正极性驱动Vpixel Vcom负极性驱动Vpixel 3.5% color space lossDithering Color LossTFT-LCD的穿透率：TFT-LCD面板的宿命：光学穿透率不佳。开口率：液晶分子中光线能透过的有效区域的比例。即液晶 分子中有效的透光区域与全部面积的比例，就称之为 开口率。100%开口率=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

6、。 3，偏光板的极化效率（含两片吸收）：约40%上下。 三项相乘60%1/3 40%约为8% 所以，在TFT LCD的设计中，要尽量提高开口率，因为只有提高开口率，便可以增加亮度，而同时背光板的亮度也不用那么高，可以节省耗电及花费。TFT-LCD 基本驱动方式及应用TFT功能示意图Feed ThroughGDSData lineScan lineVstVcomClcCstCgsVgVdVs V = (Vgh-Vgl) Cgs+Cst +ClcCgsVgh-Vgl根据公式Q=CU由电荷不灭定律,可求得 feed through V (Vd-Vgh)Cgs+(Vd-Vst)Cst+(Vd-Vcom

7、)Clc=(Vs-Vgl)Cgs+(Vs-Vst)Cst+(Vs-Vcom)Clc V =Vd-VsVcomVgVdVsVVghVgl1 line1 frameVfeed 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)。GDSData lineVcomClcCstCgsVdVsV+Voltage-VoltageTra

8、nsmittanceVdVsVcomOptimized Vcom for each grayVCOM 液晶本身感受到的电压是Vcom与Gamma电压之间的压差。但实际上，每一灰阶是由Vcom与两正负周期的Gamma Voltage组成。所以当正负周期的压差不一样时，就会产生Flicker的现象。VCOMVCOM 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

9、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, 成本也会因此而加高. TFT-LCD驱动系统架构及组成GAMMATCONDC/DCInput Signal (LVDS)驱动电路三大区块TimingControllerData DriverT

10、FT-LCD PanelScan DriverRGB pixelSTHSTVDC/DCConverterGammaCorrectionVccTTLRSDS LVDS驱动电路三大区块1. Timing Controller(TCON)2. Gamma Correction3. DC/DC Converter驱动系统架构-1TFT-LCD PanelTCONRGB dataSTHSTVDC/DCGammaData DriverScan DriverOne PATH架构:Two PATH架构:TFT-LCD PanelTCONData DriverRGB dataASTHDC/DCGammaBSTH

11、Scan DriverSTV驱动系统架构-2目的: lower clock rate for EMITCON 架构 Data Driver架构Scan Driver架构Power DC架构GAMMA电压的产生：Gamma1Gamma2Gamma3Gamma4Gamma10VREFV5VVCC: Regular IC 1Pin:接地2Pin&4Pin:输出3Pin:输入V5V:5V1234VAA是由V5V（5V）通过Boost电路得到的，可以从X-Board上测得VAA电压值为。VAA有以下两大功能：通过Charge Pump得到VGH、VGL。通过分压得到10组GAMMA值和VCOM值来控制6

12、4灰阶。 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。VCOMVREF 10V VCOM 4VVR1R161C79R1667.87K2.2K4.75KMVA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