TFT-LCD顯示原理及驅動介紹TSINGHUATONGFANGCO.,LTD.

.目錄TFT-LCD簡介TFT-LCD面板介紹TFT-LCD顯示原理TFT-LCD基本驅動方式及應用TFT-LCD驅動電路架構MVA顯示原理介紹.TFT-LCD顯示原理及驅動介紹TFT-LCD簡介TFT-LCD面板介紹TFT-LCD顯示原理TFT-LCD基本驅動方式及應用TFT-LCD驅動電路架構MVA顯示原理介紹.何為液晶液晶是處于結晶與液態的中間狀態，同時具有光學異方性結晶所持有的復折射性，其分子與原子像液體一樣是零散分布，缺又像結晶一樣，往某一方向對齊。.液晶的形態層列性：為棒狀的分子成層狀構造，各分子成垂直或某一傾斜角度。向列性：亦為棒狀的分子作平行排列，其分子軸方向保持平行。膽固醇性：具有層狀構造及分子于層內平行排列，具有旋光性。層列性Smectic向列性Nematic膽固醇性Cholesteric.TFTLCD的相關知識ThinFilmTransistor(薄膜場效應晶體管)，是指液晶顯示器上的每一液晶象素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅動。從而可以做到高速度高亮度高對比度顯示屏幕信息。TFT屬于有源矩陣液晶顯示器。TFT（ThinFilmTransistor）是指薄膜晶體管，意即每個液晶像素點都是由集成在像素點后面的薄膜晶體管來驅動，從而可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色顯示設備之一，其效果接近CRT顯示器，是現在筆記本電腦和臺式機上的主流顯示設備。TFT(ThinfilmTransistor，薄膜晶體管）屏幕，它也是目前中高端彩屏手機中普遍采用的屏幕，分65536色及26萬色，1600萬色三種，其顯示效果非常出色。.TFT工作原理顯示屏由許多可以發出任意顏色的光線的象素組成，只要控制各個象素顯示相應的顏色就能達到目的了。在TFTLCD中一般采用背光技術，為了能精確地控制每一個象素的顏色和亮度就需要在每一個象素之后安裝一個類似百葉窗的開關，當“百葉窗”打開時光線可以透過來，而“百葉窗”關上后光線就無法透過來。LCD（LiquidCrystalDisplay）就是利用了液晶的特性（當加熱時為液態，冷卻時就結晶為固態），一般液晶有三種形態。.TFT-LCD的主要特點使用特性好：低壓應用，低驅動電壓，固體化使用安全性和可靠性提高；平板化，又輕薄，節省了大量原材料和使用空間；低功耗，它的功耗約為CRT顯示器的十分之一。環保特性好：無輻射、無閃爍，對使用者的健康無損害。適用范圍寬，從-20℃到+50℃的溫度范圍內都可以正常使用，經過溫度加固處理的TFT-LCD低溫工作溫度可達到零下80℃。制造技術的自動化程度高，大規模工業化生產特性好。TFT-LCD產業技術成熟，大規模生產的成品率達到90%以上。TFT-LCD易于集成化和更新換代，是大規模半導體集成電路技術和光源技術的完美結合，繼續發展潛力很大。.TFT-LCD顯示原理及驅動介紹TFT-LCD簡介TFT-LCD面板介紹TFT-LCD顯示原理TFT-LCD基本驅動方式及應用TFT-LCD驅動電路架構MVA顯示原理介紹.TFTLCD

顯示器面板TFTPolarizer偏光板

CFPolarizer偏光板

PCBALightGuide燈管LCcell.面板生產流程基板廠TFT制造廠LCD廠LCM模組廠CF廠配向處理，將兩面基板組裝后進行液晶注入與封裝并貼上偏光片將背光板、驅動IC與液晶Cell組合成面板Backlight背光板驅動IC成長薄膜及電晶體.偏光板Polarizer液晶分子可改變光的極化狀態，穿過扭曲液晶時，光線被液晶分子扭轉90度。通過TFT電壓控制開關來控制液晶分子兩端的電壓，不同壓差下有不同穿透率，極化程度也相應改變，從而達到控制光線的強弱的目的。.彩色濾光片彩色濾光片為液晶顯示器彩色化的關鍵組件,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于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。.批注:最基本的彩色濾光片其結構為玻璃基板(Glasssubstrate)上制作防反射之黑色遮光層,即為BM層,再依序制作上具有透光性紅`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),最后濺鍍上透明導電膜(ITOIndiumTinOxide)。ITOsputterBRG黑色矩陣TFT-LCD用無堿玻璃.BlackMatrix目的:遮蔽漏光區域，以免看到漏光導致對比下降BlackMatrix材料:Cr,CrO2,resin.液晶層1.液晶可以被光穿透，并影響光的偏振性；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；開關打開開關閉合液晶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.液晶亮度的控制原理光源垂直偏光板玻璃電極玻璃電極液晶水平偏光板GDSScanData.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VCOM(CF側電極)----++++++++----Vpixel（TFT側電極）VCOM++++----++++----正極性驅動Vpixel>Vcom負極性驅動Vpixel<VcomVpixel.TFT結構G1G2G3GmGm-1S1S2S3Sn-1SnSource線儲存電容Gate線液晶電容TFT.背光模組

背光模塊主要是用來提供液晶面板均勻、高亮度的光源，由于TFT-LCD之非自發光性，因此須利用外加光源如：發光二極管、冷陰極射線管等。

主要功能：提供液晶面板平面光源，提供適當的

輝度、色度、均齊度、視角等 .TN（TwistedNematic）扭曲向列型價格低廉，主要用于入門級和中端的液晶顯示器液晶分子偏轉速度快，因此在響應時間上容易提高不過它在色彩的表現上不如IPS型和VA型面板屬于軟屏，用手輕輕劃會出現類似的水紋可視角度的不足目前這樣類型的面板顯示器正在逐漸退出主流市場.TN面板優點由于輸出灰階級數較少，液晶分子偏轉速度快，響應時間容易提高，目前市場上6ms以下液晶產品基本采用的是TN面板。隨著TN面板的不斷改良，最新的TN面板顯示器不再因為高速響應而犧牲畫質，畫面質量已經與簡化版的廣視角面板顯示器相接近了。價格方面相比廣視角面板低很多。.TN面板缺點作為原生6Bit的面板，TN面板只能顯示紅/綠/藍各64色，最大實際色彩僅有262.144種。通過抖動算法之后，可以讓其達到16.7M色(8bit色彩)，但是畢竟通過IC電路計算出來的色彩在準確性和自然性方面都無法和原生相比。TN面板提高對比度的難度較大，直接暴露出來的問題就是色彩單薄，還原能力差。.VA面板特點目前市場上最多采用的類型。在高端液晶應用較多的面板類型，屬于廣視角面板。8bit的面板可以提供16.7M色彩和大可視角度是該類面板定位高端的資本。富士通的MVA技術(Multi-domainVerticalAlignment，多象限垂直配向技術)可以說是最早出現的廣視角液晶面板技術。我國臺灣省的奇美電子(奇晶光電)、友達光電等面板企業均采用了這項面板技術。三星Samsung電子的PVA(PatternedVerticalAlignment)技術同樣屬于VA技術的范疇，是一種圖像垂直調整技術，該技術直接改變液晶單元結構，讓顯示效能大幅提升，可以獲得優于MVA的亮度輸出和對比度。.VA面板優缺點VA面板的正面(正視)對比度最高，但是屏幕的均勻度不夠好，往往會發生顏色漂移。銳利的文本是它的殺手锏，黑白對比度相當高。屬于軟屏，只要用手指輕觸面板，顯現梅花紋的是VA面板。廣視角和非廣視角對比明顯.IPS（In-PlaneSwitching）平面轉換型IPS面板最大的特點就是它的兩極都在同一個面上，而不象其它液晶模式的電極是在上下兩面，立體排列。由于電極在同一平面上，不管在何種狀態下液晶分子始終都與屏幕平行，會使開口率降低，減少透光率，所以IPS應用在LCDTV上會需要更多的背光燈。.IPS面板的優勢可視角度大、響應速度快(相比于VA面板顯示器)、色彩還原準確。IPS面板的屏幕較為“硬”，用手輕輕劃一下不容易出現水紋樣變形，因此又有硬屏之稱。.IPS面板的缺點漏光問題比較嚴重，黑色純度不夠，要比PVA稍差，因此需要依靠光學膜的補償來實現更好的黑色。由于透光率相比TN屏顯示器較低，所以需要更多的燈管或者更好的背光源，這樣功耗也更高一點。.TFT-LCD顯示原理及驅動介紹TFT-LCD簡介TFT-LCD面板介紹TFT-LCD顯示原理TFT-LCD基本驅動方式及應用TFT-LCD驅動電路架構MVA顯示原理介紹.面板生產流程計算機顯示之圖像均是由一個個的像素(pixel)構成.Pixeldot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RGBdot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.TFTLCD的顯示方式先開啟第一行，其余關閉。TFT玻璃電極DataLineScanLineONOFFOFFOFF.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，其余仍保持關閉。依此類推，可完成整個畫面之顯示。ONOFFOFFOFF.SXGA1024×1280×3480bitssource×10pSVGA600×800×3XGA768×1024×3300bitsSource×8p150bitsGate×4p256bitsGate×4p384bitssource×10p384bitssource×8p256bitsGate×3pUXGA1200×1600×3300bitsGate×4p分辨率和驅動IC的關系.顏色深度顏色深度(Colordepth)：LCD可顯示的顏色數目對6bit顯示器而言,共可以顯示26x26x26=262,144對8bit顯示器而言,共可以顯示28x28x28=16,777,216RedGreenBlueWhiteGrayScale0816243240485663.Truecolor256color.抖動Dithering.抖動Dithering模擬更高的顏色、較低的顏色深度，使用數據驅動器F1F2F3F4Superframe====.抖動顏色失真8位色深與6位數據驅動的仿真6位色彩深度：G0?G63模擬8位色bf1bf2bf3bf4Gray0g0g0g0g0Gray1g1g0g0g0Gray2g1g0g1g0Gray3g1g1g1g0……………Gray251g63g63g63g62Gray252g63g63g63g63Gray253g63g63g63g63Gray254g63g63g63g63Gray255g63g63g63g63Totalcolorspace=25332533/2563*100%=96.5%->3.5%colorspaceloss.TFTLCD的穿透率TFT-LCD面板的宿命：光學穿透率不佳。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，就稱之為開口率。100%開口率=B/A*100%AB.光學穿透率不佳原因1，TFT的開口率：約60%以上。2，CF的濾光效率：約1/3以下。3，偏光板的極化效率（含兩片吸收）：約40%上下。三項相乘60%×1/3×40%約為8%所以，在TFTLCD的設計中，要盡量提高開口率，因為只有提高開口率，便可以增加亮度，而同時背光板的亮度也不用那么高，可以節省耗電及花費。.TFT-LCD顯示原理及驅動介紹TFT-LCD簡介TFT-LCD面板介紹TFT-LCD顯示原理TFT-LCD基本驅動方式及應用TFT-LCD驅動電路架構MVA顯示原理介紹.TFT功能示意圖..傳導FeedThroughGDSDatalineScanlineVstVcomClcCstCgsVgVdVsΔV=(Vgh-Vgl)

?Cgs+Cst+ClcCgsVgh-Vgl根據公式Q=CU由電荷不滅定律,可求得

feedthroughΔV(Vd-Vgh)Cgs+(Vd-Vst)Cst+(Vd-Vcom)Clc=(Vs-Vgl)Cgs+(Vs-Vst)Cst+(Vs-Vcom)ClcΔV=Vd-Vs.VcomVgVdVsΔVVghVgl1line1frameΔVfeedthrough電壓,它的成因主要是因為面板上其它電壓的變化,經由寄生電容或是儲存電容,影響到顯示電極電壓的正確性.在LCD面板上主要的電壓變化來源有3個,分別是gatedriver電壓變化,sourcedriver電壓變化,以及common電壓變化.而這其中影響最大的就是gatedriver電壓變化(經由Cgs或是Cs)。GDSDatalineVcomClcCstCgsVdVs.共模信號電壓VCOMΔV+Voltage-VoltageTransmittanceVdVsVcomOptimizedVcomforeachgray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GammaVoltage組成。所以當正負周期的壓差不一樣時，就會產生Flicker的現象。.共模信號電壓VCOM...這兩種不同的Common驅動方式影響最大的就是sourcedriver的使用。以不同Common電壓驅動方式的穿透率來說，我們可以看到,當common電極的電壓是固定不變的時候，顯示電極的最高電壓，需要到達common電極電壓的兩倍以上。

而顯示電極電壓的提供，則是來自于sourcedriver。以圖中common電極電壓若是固定于5伏特的話，則sourcedriver所能提供的工作電壓范圍就要到10伏特以上。

但是如果common電極的電壓是變動的話，假使common電極電壓最大為5伏特，則sourcedriver的最大工作電壓也只要為5伏特就可以了。就sourcedriver的設計制造來說,需要越高電壓的工作范圍,制程與電路的復雜度相對會提高，成本也會因此而加高。.TFT-LCD顯示原理及驅動介紹TFT-LCD簡介TFT-LCD面板介紹TFT-LCD顯示原理TFT-LCD基本驅動方式及應用TFT-LCD驅動電路架構MVA顯示原理介紹.驅動電路三大區域.驅動電路三大區域TimingControllerDataDriverTFT-LCDPanelScanDriverRGBpixelSTHSTVDC/DCConverterGammaCorrectionVccTTLRSDS

LVDS1.TimingController(TCON)2.GammaCorrection3.DC/DCConverter.驅動系統架構-1TFT-LCDPanelTCONRGBdataSTHSTVDC/DCGammaDataDriverScanDriverOnePATH架構:.驅動系統架構-2TwoPATH架構:TFT-LCDPanelTCONDataDriverRGBdataASTHDC/DCGammaBSTHScanDriverSTV目的:lowerclockrateforEMI.TCON架構.DataDriver架構.ScanDriver架構.PowerDC架構.Gamma1Gamma2Gamma3Gamma4Gamma10VREFV5VVCC:RegularIC

1Pin:接地2Pin&4Pin:輸出VCC:3.3V3Pin:輸入V5V:5V1234GAMMA電壓的產生.面板生產流程VAA是由V5V（5V）通過Boost電路得到的，可以從X-Board上測得