显示与成像技术 第一部显示第三章2-液晶驱动技术 课件

3.2液晶显示器件的驱动技术3.2液晶显示器件的驱动技术1液晶显示的三个特点：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量不大于几十毫伏。液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关。液晶单元是容性负载，正电压和负电压作用效果是一样的。液晶显示的三个特点：2液晶显示器件：段形、点阵型普通矩阵有源矩阵液晶显示器件：段形、普通矩阵有源矩阵3普通点矩阵（无源矩阵）和有源矩阵无源矩阵：使用简单的网格来给显示屏上的特定像素供电。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。普通点矩阵（无源矩阵）和有源矩阵无源矩阵：使用简单的网格来给4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。分为静态驱动和动态驱动。三种静态驱动法：笔段式数码显示棒形模拟显示示波器显示的静态驱动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5笔段式数码显示LCD基本驅動電路由一個异或門組成

笔段式数码显示6静态显示不会有亮度、对比度下降和视角变小的缺点，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而无法实现。静态驱动原理静态显示不会有亮度、对比度下降和视角变小的缺点，但是对于一7无源矩阵的动态驱动技术：占空比：每扫描行电极选通时间与帧周期之比无源矩阵的动态驱动技术：占空比：每扫描行电极选通时间与帧周期8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，出现不希望有的干扰。行列数目越大，交叉效应的影响越显著。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。91.平均电压法1.平均电压法102.最佳偏压法2.最佳偏压法11显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件12显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件13显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件14显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件15改进方法改进方法16分割矩阵法分割矩阵法17多重矩阵法多重矩阵法18显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件19有源矩阵LCD显示有源矩阵LCD显示20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21显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件22显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件23二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：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24二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25显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件26显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件27TFTAMLCD的分类TFTAMLCD的分类28TFT的工作原理TFT的工作原理29栅压漏源电压栅压漏源电压30G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1SnSource線儲存電容Gate線液晶電容TFT面板說明comITOCLC31G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1SnSourceG1G2G3GmGm-2Gm-1S1S2S3Sn-2Sn-1Sn（1）扫描到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32G1G2G3GmGm-2Gm-1S1S2S3Sn-2Sn-1（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）SWON時信号写入(加入、記录)在液晶电容上，在以外時間SWOFF，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元件加入電壓液晶扫描电压控制(栅极）33（1）因TFT元件的动作类似一個开关(Switch)，液晶元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GDS341.上图為TFT一個象素的等效电路图，扫描线連接同一列扫描硅基TFT高温多晶硅(HTPS)低温多晶硅(LTPS)硅基TFT高温多晶硅(HTPS)35不同硅材料的I-V特性（漏极电流随删压变化的转移特性）TFT的要求开关比>105不同硅材料的I-V特性（漏极电流随删压变化的转移特性）TFT36显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件37显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件38开口率（Aperture

ratio）

：光线能透過的有效區域比例.

1、LCD

source驅動晶片及gate驅動晶片用的信號走線

2、TFT本身,

還有儲存電壓用的儲存電容等等.

這些地方除了不完全透光外,

也由於經過這些地方的光線

並不受到電壓的控制,而無法顯示正確的灰階,

所以都需利用black

matrix加以遮蔽,

以免干擾到其他透光區域的正確亮度.开口率（Aperture

ratio）：光线能透過的有效區39显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件403.7背照灯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。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。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3.7背照灯液晶显示器是被动显示器件，本身不会发光，往往工41目前采用的背照光源主要有：

1）热电致发光板EL2）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。目前采用的背照光源主要有：421、发光二极管（LCD)背光照明系统可分为底发光式和侧发光式，它由多个LED管芯均匀地分布在PCB板上，各LED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，寿命仅有5000小时。目前主要应用于中小型LCD器件中。1、发光二极管（LCD)背光照明系统可分为底发光式和侧发光式433、冷阴极荧光灯（CCFL)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。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，目前是彩色液晶显示的最佳光源？（能源利用率低其功耗较高

）⑴反射式：厚度较大、重量和功耗也较大，不符合目前便携式设备轻薄、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、大型液晶显示器的首选配套产品。3、冷阴极荧光灯（CCFL)照明系统是一种依靠冷阴极气体放电44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.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.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45⑵侧导光式CCFL背光照明系统基本结构⑵侧导光式CCFL背光照明系统基本结构46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Reflector扩散片导光板寬阔的出光角度70°控制出光角度BrightnessEnhancementFilmsTopBottomLCD棱镜板灯管发光光线由灯管Reflector反射进入导光扳改变光线方向和分布射入下扩散片,将点光源扩散成面光源

再经由增光片的增光聚光

然后是上扩散片,进一步将光线扩散.其最终结果是将光线均匀化分布背光板之原理图TIR〝白色〞反射片网点－引导光板光线的点CC47平行入射光会被聚焦在焦点.位于焦点之光源的辐射光会被平行反射出去.平行入射光会被聚焦在焦点.48显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件49當光线从背光板發射出來,

會依序穿過偏光板,

玻璃,

液晶,

彩色濾光片等等.

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,

從背光板出發的光線只會剩下6%！

⑴偏光板:

50%(因爲其只准許單方向的极化光波通過)

⑵玻璃:95%(需要計算上下兩片)

⑶液晶:95%

⑷開口率:50%(有效透光區域只有一半)

⑸彩色濾光片:27%(假設材質本身的穿透率爲80%,但由於濾光片本身塗有色彩,

只能容許該色彩的光波通過.

以RGB三原色來說,

只能容許三種其中一種通過.

所以僅剩下三分之一的亮度.

所以總共只能通過80%*33%=27%.)

當光线从背光板發射出來,

會依序穿過偏光板,

玻璃,

液晶,50LED背光源LCD的发展随着消费者对环保、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电视成为倍受瞩目的热点话题。LED背光源LCD的发展随着消费者对环保、超高画质等要求不断51随着notebookPC与品牌厂商积极推出采用LED背光液晶电视，近期LED背光市场快速地成长并成为TFTLCD产业亮点。根据DisplaySearch最新调查数据指出，2009年采用LED背光液晶电视比率估计不到3%，到了2013年将快速增长到40%，预计2014年将有机会超过CCFL背光出货。同时，2013年采用LED背光的大尺寸面板出货量将从2009年约8千490万片成长到4亿3千480万片，整体LED背光市占率估计为54.3%，随着notebookPC与品牌厂商积极推出采用LED背光液52显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件53

3.2液晶显示器件的驱动技术3.2液晶显示器件的驱动技术54液晶显示的三个特点：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量不大于几十毫伏。液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关。液晶单元是容性负载，正电压和负电压作用效果是一样的。液晶显示的三个特点：55液晶显示器件：段形、点阵型普通矩阵有源矩阵液晶显示器件：段形、普通矩阵有源矩阵56普通点矩阵（无源矩阵）和有源矩阵无源矩阵：使用简单的网格来给显示屏上的特定像素供电。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。普通点矩阵（无源矩阵）和有源矩阵无源矩阵：使用简单的网格来给57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。分为静态驱动和动态驱动。三种静态驱动法：笔段式数码显示棒形模拟显示示波器显示的静态驱动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58笔段式数码显示LCD基本驅動電路由一個异或門組成

笔段式数码显示59静态显示不会有亮度、对比度下降和视角变小的缺点，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而无法实现。静态驱动原理静态显示不会有亮度、对比度下降和视角变小的缺点，但是对于一60无源矩阵的动态驱动技术：占空比：每扫描行电极选通时间与帧周期之比无源矩阵的动态驱动技术：占空比：每扫描行电极选通时间与帧周期61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，出现不希望有的干扰。行列数目越大，交叉效应的影响越显著。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。621.平均电压法1.平均电压法632.最佳偏压法2.最佳偏压法64显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件65显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件66显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件67显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件68改进方法改进方法69分割矩阵法分割矩阵法70多重矩阵法多重矩阵法71显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件72有源矩阵LCD显示有源矩阵LCD显示73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74显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件75显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件76二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：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77二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78显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件79显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件80TFTAMLCD的分类TFTAMLCD的分类81TFT的工作原理TFT的工作原理82栅压漏源电压栅压漏源电压83G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1SnSource線儲存電容Gate線液晶電容TFT面板說明comITOCLC84G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1SnSourceG1G2G3GmGm-2Gm-1S1S2S3Sn-2Sn-1Sn（1）扫描到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85G1G2G3GmGm-2Gm-1S1S2S3Sn-2Sn-1（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）SWON時信号写入(加入、記录)在液晶电容上，在以外時間SWOFF，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元件加入電壓液晶扫描电压控制(栅极）86（1）因TFT元件的动作类似一個开关(Switch)，液晶元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GDS871.上图為TFT一個象素的等效电路图，扫描线連接同一列扫描硅基TFT高温多晶硅(HTPS)低温多晶硅(LTPS)硅基TFT高温多晶硅(HTPS)88不同硅材料的I-V特性（漏极电流随删压变化的转移特性）TFT的要求开关比>105不同硅材料的I-V特性（漏极电流随删压变化的转移特性）TFT89显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件90显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件91开口率（Aperture

ratio）

：光线能透過的有效區域比例.

1、LCD

source驅動晶片及gate驅動晶片用的信號走線

2、TFT本身,

還有儲存電壓用的儲存電容等等.

這些地方除了不完全透光外,

也由於經過這些地方的光線

並不受到電壓的控制,而無法顯示正確的灰階,

所以都需利用black

matrix加以遮蔽,

以免干擾到其他透光區域的正確亮度.开口率（Aperture

ratio）：光线能透過的有效區92显示与成像技术第一部显示第三章2_液晶驱动技术课件933.7背照灯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。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。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3.7背照灯液晶显示器是被动显示器件，本身不会发光，往往工94目前采用的背照光源主要有：

1）热电致发光板EL2）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。目前采用的背照光源主要有：951、发光二极管（LCD)背光照明系统可分为底发光式和侧发光式，它由多个LED管芯均匀地分布在PCB板上，各LED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，寿命仅有5000小时。目前主要应用于中小型LCD器件中。1、发光二极管（LCD)背光照明系统可分为底发光式和侧发光式963、冷阴极荧光灯（CCFL)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。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，目前是彩色液晶显示的最佳光源？（能源利用率低其功耗较高

）⑴反射式：厚度较大、重量和功耗也较大，不符合目前便携式设备轻薄、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、大型液晶显示器的首选配套产品。3、冷阴极荧光灯（CCFL)照明系统是一种依靠冷阴极气体放电97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.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.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98⑵侧导光式CCFL背光照明系统基本结构⑵侧导光式CCFL背光照明系统基本结构99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Reflector扩散片导光板寬阔的出光角度70°控制出光角度BrightnessEnhancementFilmsTopBottomLCD棱镜板灯管发光光线由灯管Reflector反射进入导光扳改变光线方向和分布射入下扩散片,将点光源扩散成面光源

再经由增光片的增光聚光

然后是上扩散片,进一步将光线扩散.其最终结果是将光线均匀化分布背光板之原理图TIR〝白色〞反