TFT-LCD 基本驅動原理简介.ppt

1、LCD 基本驅動原理,課程大綱, 顯示的基本原理 1. 偏光片的使用 2. Rubbing的定向 3. 液晶的定向 4. 加入電場後的液晶 5. 液晶與偏光片的效應組合, LCD基本驅動原理 1. 液晶與外加電場的關係 2. STN的基本驅動 （a）CSTN的機構 （b）STN的簡易等效電路 （c）STN的波形驅動 3. TFT的基本驅動 （a）TFT的機構 （b）TFT的簡易等效電路 （c）面板的各種極性與Common的不同驅動 （d）Cst on Common & Cst on Gate,LCD的顯示原理,基本上，LCD是藉由電場加於液晶，改變其雙折射現像，並配合偏光片來決定光的路徑。以顯

2、示出對比，並利用color filter來呈現出色彩。,(1). 偏光片的使用 ：使用偏光片，可決定光的行進路線。,(2).Rubbing的定向：可使液晶分子呈現規則的排列,(3). 液晶的定向：可使液晶分子呈現規則的排列後，達到扭轉的功 能；不同型態之LCD有不同的扭轉角。,(4). 加入電場後的液晶：當所加的電場強度高於液晶的臨限電壓時， 改變原有的扭轉排列狀態。,(5). 液晶與偏光片的效應組合： 未加電壓：當光線通過上層偏光片，以一特定的方向進入LCD後，藉 由液晶的扭轉將光路徑旋轉至特定之角度，而得以穿透下 層偏光片的透過軸向。 施加電壓：原有液晶分子排列的狀態經過施加電壓後，已失去

3、了旋轉 光路徑的功能，因此光線無法透過直交的偏光片。,那麽STN與TFT通過什麽樣的方式外加一個電場，改變液晶原有的扭轉排列狀態。,液晶與Von，Voff關係：,液晶與外加電場之關係,STN的基本驅動,CSTN Structure,STN 簡易等效電路：,多工驅動 B type waveform Vop=5V Bias=1/5 Duty=1/4,STN 舉例分析,那麽怎樣產生這些波形？,幾項定義的解釋 電子回路的產生,若V1=1V,V2=5V T1=1mS,T2=16mS,T3=32mS則1.M信號週期=T3=32mS2.M信號頻率=1/T3=31.25Hz3.Frame週期=T2=16mS4

4、.Frame頻率=1/T2=62.5Hz5.Duty=T1/T2=1ms/16mS =1/166.Bias=V1/V2=1V/5V=1/5,1.M信號週期:使液晶驅動波形變成交流電壓之信號=T32.Frame週期:從第1個COM掃到最後1個COM所用的時間=T23.Duty:掃描1個COM所用的時間/Frame=(T1/T2).4.Bias:V1/V2,M,Frame,Duty,Bias 定義:,BIAS=(VCC-V1)/(VCC-V5)或 = R1/(R1+R2+R3+R4+R5)=1/(1+1+5+1+1)=1/9,B TYPE(VOP:5V,1/5BIAS, 1/8DUTY),2.Vo

5、n(rms)計算方式:,4.最佳之duty與bias之計算方式:,但是有時爲了降低Vop，採用減小Bias的方法,如：HL3307 IC Duty 1/1 1/128 Bias 1/5 1/14的選擇,TFT基本驅動,TFT 基本的剖面圖,舉例：TFT LCD 等效電路,TFT Timing chart,Dot Inversion Gate Inversion Data Inversion Common Inversion,面板的各種極性變化方式：,Checkerboard Pattern,Dot Inversion Pattern,Gate Inversion Pattern,Data In

6、version Pattern,Common Driving Pattern,Common電極的驅動方式,Common電壓固定不變的驅動方式 Common電壓不停變動的驅動方式,Direct Driving of TFT LCDs,AC Driving of TFT LCDs,TFT driving curve,TFT driving curve,面板極性變化與Common電極驅動方式的選用,面板極性變化與Common電極驅動方式的選用,在面板設計上Cst有兩种擺放位置 1. Cst on Common 2. Cst on Gate,電容設計差異-MIM vs. MII,名詞解釋: M met

7、al 金屬 GE / SD / ITO I Insulator 絕緣層 AS / BP 用來使上述金屬層間之分隔避免之間 Short,Cst on Gate即使用ITO/GE作電容儲存,Pixel主要組成要素,畫面上一個點為三個pixel所組成( R 紅,G 綠 ,B 藍 ) 而每個pixel之組成要素則為 1.TFT device 主要作用為控制pixel信號之傳遞 2. Cst 主要功用為儲存電荷之用,確保在下一次更新 信號來臨前可將先前之信號儲存於pixel內 3. ITO 與彩色濾光片共同組成上下兩電極板提供電場使兩者之間之 液晶角度變化以控制pixel之亮暗程度,TFT Config

8、uration,Cst on Gate MIM,Cst on Com MIM,名詞解釋,GE : 1.掃描線( Scan line ) 決定畫面更新,可控制AS層開關之開啟或關閉 2.作外圍金屬線路之用,避雷針.,AS : 1.Pixel之開關,決定SD 訊號輸入pixel裡,來決定pixel之亮暗程度 2.Dummy pattern,mark,numbers,.not for circuit layout. 3.絕緣層,i.e.Repair Line cross-over pads.,SD : 1.信號線( Data line ),決定每個pixel需要到達之電壓值決定其亮度 2.作外圍金屬

9、線路之用,避雷針.,BP : 1.電路橋接點,將金屬層藉由BP挖Via洞將各層金屬連接, 以構成所想要之電路 2.絕緣層,Dummy pattern,mark,numbers,.not for circuit layout.,ITO : 1.Pixel之電極板,可用來控制液晶,以決定pixel透光程度 2.作外圍金屬線路串接用,因厚度較薄,通常用來作測試信號間之串接, 於後段較易切斷,避免因cut線造成過多金屬屑影響電路,Cst on Common & Gate 在驅動電路上的差異,Cst on Common & Gate的簡單電路,TFT LCD 驱动波形 (Cs on Common, Common = DC Bias),1)TFT LCDs Driving Waveform -Cs on Common,2)TFT LCDs Driving Waveform -Cs on Gate,Cst on Common & Gate 在光學上的差異,Cst on Gate MIM,Cst on Com MIM,由上圖看出其中的開口率不一樣！ Cst on gate Cst on Common,Result: 1. 設計上的差異 2. 電路驅動的差異性 3. 光學上開口率不一樣 但是