TFT-LCD显示原理及驱动介绍.ppt

1、TFT-LCD显示原理及驱动介紹,TFT LCD 簡介 TFT-LCD 面板介紹 TFT-LCD 显示原理 TFT-LCD 基本驅動方式及应用 TFT-LCD 驅動電路架構 補充： MVA显示原理介绍,主要内容,TFT LCD 簡介,TFT LCD的相關知識,TFT LCD：Thin Film Transistor Liquid Crystal Display。 超薄膜晶体管液晶显示器,1、優點：,2、缺點：,观赏视角的限制 響應速度較慢（液晶转动速度决定） 播放剧烈运动的图像会出现图像模糊 操作溫度範圍有限制,LC： Liquid Crystal 液态晶体。 CF：Color Filter彩

2、色濾光片。分R、G、B 三种颜 色的滤光片。 B/L： Back light背光。 L/G： Light Guide导光板。 data line:數據线，進行資料的傳輸。 scan line :扫描线，控制TFT的開關。 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。,1280,1024,TFT LCD相關名詞,TFT-LCD 面板介紹,TFT,Polarizer 偏光板,CF,Polarizer 偏光板,PCBA,Light Guide,燈管,LC cell,TFT LCD 顯示器面板,生產流程,液晶分子可改變光的極化狀態，穿过扭曲液晶时，光线被液晶分

3、子扭转 90度。通过TFT电压控制开关来控制液晶分子两端的电压，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,彩色濾光片,彩色濾光片為液晶顯示器彩色化的關鍵元件,透過彩色濾光片才能使高灰階的液晶顯示器達到全彩色化,所以彩色濾光片之作用在於利用濾光的方式產生RGB三原光,再將三原光以不同的強弱比例混合而呈現各種色彩,使LCD顯示出全彩.,ITO sputter B R G 黑色矩陣,TFT-LCD用無鹼玻璃,註解: 最基本的彩色濾光片其結構為玻璃基板(Glass substrate)上製作防反射之黑色遮光層,即為BM層,再依序製作上具有透

4、光性紅 綠藍三原色之彩色濾光膜層(濾光層之形狀 尺寸色澤配列依不同用途之液晶顯示器而異),最後濺鍍上透明導電膜(ITO Indium Tin Oxide).,Black Matrix目的: 遮蔽漏光區域，以免看到漏光導致對比下降 Black Matrix材料: Cr, CrO2, resin,1.液晶可以被光穿透，並影響光的偏振性； 2.在液晶分子兩端所加電壓的不同，液晶分子的翻轉程 度不同，根據液晶角度的不同透過光的偏振性也不同；,開関打開,開関閉合,液晶,液晶層,液晶互相牽引 做個轉向的動作 加電壓后轉向改變,通過它改變光的強弱,光源,垂直偏光板,玻璃電極,玻璃電極,液晶,水平偏光板,Sc

5、an,Data,液晶亮度的控制原理,液晶極性反轉驅動,液晶必須以交流信號驅動 長時間維持某一極性,液晶分子可能受到破壞,Vpixel,正極性驅動 Vpixel Vcom,負極性驅動 Vpixel Vcom,Frame Inversion,row Inversion,column Inversion,dot Inversion,2-line Inversion,: bad, : Normal, : Good,TFT 結構,背光模組,背光模組主要是用來提供液晶面板均勻、高亮度的光源，由於TFT-LCD之非自發光性，因此須利用外加光源如：發光二極體、冷陰極射線管等。 主要功能：提供液晶面板平面光源，

6、提供適當的 輝度、色度、均齊度、視角等,TFT-LCD 显示原理,電腦顯示之圖像均是由一個個的像素(pixel)構成,圖像顯示原理,Pixel,dot,每個像素均由三種顏色紅(R) 綠(G) 藍(B) 的小光點(dot)構成,混色效果 分別控制RGB dot亮度 ，自由組成各種圖案,三角形越大所能顯示的顏色越豐富,先開啟第一行，其餘關閉。,TFT,玻璃電極,Data Line,Scan Line,ON,OFF,OFF,OFF,TFT LCD的顯示方式,接著關閉第一列，電壓已經固定，所以顯示顏色也已固定。開啟第二列，其餘仍保持關閉。依此類推，可完成整個畫面之顯示。,ON,OFF,OFF,OFF,

7、解析度(Resolution)：解析度越高，畫面越清晰。 Resolution Horizontal Vertical 比例 VGA 640 480 4/3 SVGA 800 600 4/3 XGA 1024 768 4/3 SXGA 1280 1024 5/4 SVGA+ 1400 1050 4/3 UXGA 1600 1200 4/3,TFT LCD的指標,SXGA 102412803,480 bits source 10 p,SVGA 6008003,XGA 76810243,300 bits Source 8 p,150 bits Gate4 p,256 bits Gate4 p,38

8、4 bits source 10 p,384 bits source 8 p,256 bits Gate3 p,UXGA 120016003,300 bits Gate 4 p,解析度和驅動IC的關係,顏色深度(Color depth)：LCD可顯示的顏色數目,對6 bit顯示器而言, 共可以顯示26 x 26 x 26 = 262,144 對8 bit顯示器而言, 共可以顯示28 x 28 x 28 = 16,777,216,.256 Color 8（R）*8（G）*4（B）=256 Color .High Color 32（R）*64（G）*32（B）=65536 Color .Full

9、Color 64（R）*64（G）*64（B）=262144 Color .True Color 256（R）*256（G）*256（B）=16777216 Color,True color,256 color,Dithering,To emulate higher color depth with lower color depth data driver,Dithering,Emulation of 8 bit color depth with 6 bit data driver 6 bit color depth : g0 g63 Emulated 8 bit color,Total c

10、olor space = 2533 2533/2563 * 100% = 96.5% - 3.5% color space loss,Dithering Color Loss,TFT-LCD的穿透率： TFT-LCD面板的宿命：光学穿透率不佳。 開口率：液晶分子中光線能透過的有效區域的比例。即液晶 分子中有效的透光區域與全部面積的比例，就稱之爲 開口率。,開口率=B/A*100%,A,B,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。 3，偏光板的极化效率（含两片吸收）：约40%上下。 三項相乘60%1/3 40%約為8% 所以，在TFT LCD的

11、設計中，要盡量提高開口率，因爲只有提高開口率，便可以增加亮度，而同時背光板的亮度也不用那麽高，可以節省耗電及花費。,TFT-LCD 基本驅動方式及应用,TFT功能示意圖,Feed Through,G,D,S,Data line,Scan line,Vst,Vcom,Clc,Cst,Cgs,Vg,Vd,Vs, V = (Vgh-Vgl) ,Cgs+Cst +Clc,Cgs,Vgh-Vgl,根據公式Q=CU 由電荷不滅定律,可求得 feed through V,(Vd-Vgh)Cgs+(Vd-Vst)Cst+(Vd-Vcom)Clc= (Vs-Vgl)Cgs+(Vs-Vst)Cst+(Vs-Vco

12、m)Clc V =Vd-Vs,feed 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)。,VCOM,液晶本身感受到的電壓是Vcom與Gamma電壓之間的壓差。但實際上，每一灰階是由Vcom與兩正負周期的Gamma Voltage組成。所以當正負周期的壓差不一樣時，就會產生Flicker的現象。,VCOM,VCOM,这

13、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sourc

14、e 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驅動系統架構及組成,GAMMA,TCON,DC/DC,Input Signal (LVDS),驅動電路三大區塊,驅動電路三大區塊,1. Timing Controller(TCON),2. Gamma Correction,3. DC/DC Converter,驅動系統架構-1,One PATH架構:,Two PATH架構:,驅動系統架構-2,目的: lower clock rate for EMI,TCON 架構,Data Driver架構,Scan Driver架

15、構,Power DC架构,GAMMA电压的产生：,V5VVCC: Regular IC 1Pin:接地 2Pin&4Pin:輸出VCC:3.3V 3Pin:輸入V5V:5V,VAA是由V5V（5V）通過Boost電路得到的， 可以從X-Board上測得VAA電壓值為10.5V。 VAA有以下兩大功能： 1.VAA通過Charge Pump得到VGH、VGL。 2.VAA通過分壓得到10組GAMMA值和VCOM值來控制64灰階。 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。,VCOM,MVA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