TFTLCD顯示基本知識(shí)詳解

1、TFT LCD顯示原理詳解什么是液晶我們一般認(rèn)為物體有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài),其實(shí)這只是針對(duì)水而言,有一些有機(jī)化和物 還有介于固態(tài)和液態(tài)中間的狀態(tài)就是液晶態(tài),如下列圖一TFT LCD顯示原理a:背景兩塊偏光的柵欄角度相互垂直時(shí)光線就完全無法通過,圖六是用偏光太陽鏡做的測試.b:TFT LCD顯示原理液晶顯示器就是利用偏光板這個(gè)特性來完成的,利用上下兩片柵欄之間互垂直的偏光板之間充滿了液晶,在利用 電場限制液晶分支的旋轉(zhuǎn),來改變光的行進(jìn)方向,如此一來,不同的電場大小,就會(huì)形成不同顏色度了,如圖七府奇 * fr *A . jL f.哥用3才此-*7誠A3 Hn r悵版卜展光儲(chǔ)目兒部圖七b-1:當(dāng)在

2、不加上電極 的時(shí)候,當(dāng)入射的光線經(jīng)過下面的偏光板起偏器時(shí),會(huì)剩下單方向的光波,通過液晶分子時(shí),由于液晶分子 總共旋轉(zhuǎn)了 90度,所以當(dāng)光波到達(dá)上層偏光板時(shí),光波的極化方向恰好轉(zhuǎn)了 90度.下層的偏光板與上層偏光板,角度也是恰好差異90度.所以光線便可以順利的通過,如果光打在紅色的濾光片上就顯示為紅色.效果如圖七中前兩個(gè)圖所示.b-2:當(dāng)在加上電極后最大電極,液晶分子在受到電場的影響下,都站立著,光路沒有改變,光就無法通過上偏光板,也就無法 顯示,如圖七藍(lán)色濾光片下面的液晶.c:TFT-LCD驅(qū)動(dòng)電路.為了顯示任意圖形,TFT-LCD用mxn點(diǎn)排列的逐行掃描矩陣顯示.在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí),首先要考慮

3、液晶電解會(huì)使液晶材料 變質(zhì),為保證壽命一般都采用交流驅(qū)動(dòng)方式.已經(jīng)形成的驅(qū)動(dòng)方式有：電壓選擇方式、斜坡方式、DAC方式和模擬方式等.由于TFT-LCD主要用于筆記本計(jì)算機(jī),所以驅(qū)動(dòng)電路大致分成：信號(hào)限制電路、電源電路、灰度電壓電路、公用電極驅(qū)動(dòng)電路、 數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)電路和尋址線驅(qū)動(dòng)電路柵極驅(qū)動(dòng)IC.上述驅(qū)動(dòng)電路的主要功能是：信號(hào)限制電路將數(shù)字信號(hào)、限制信號(hào)以及時(shí)鐘信號(hào)供應(yīng)數(shù)字IC,并把限制信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)供應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)IC;電源電路將需要的電源電壓供應(yīng)數(shù)字 IC和柵極驅(qū)動(dòng)IC;灰度電壓電路將數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的 10個(gè)灰度電壓各自供應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)； 公用電極驅(qū)動(dòng)電路將公用電壓供應(yīng)相對(duì)于象素電極的共享電 極；

4、數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)電路將信號(hào)限制電路送來的RGB信號(hào)的各6個(gè)比特顯示數(shù)據(jù)以及時(shí)鐘信號(hào),定時(shí)順序鎖存并續(xù)進(jìn)內(nèi)部,然后此顯示數(shù)據(jù)以6比特DA變換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),再由輸出電路變換成阻抗,供應(yīng)液晶屏的資料線；柵極驅(qū)動(dòng)電路將信號(hào)限制電 路送來的時(shí)鐘信號(hào),通過移位存放器轉(zhuǎn)換動(dòng)作,將輸出電路切換成ON/OFF電壓,并順次加到液晶屏上.最后,將驅(qū)動(dòng)電路裝配在TAB 自動(dòng)焊接柔性線路板上,用 ACF 各向異性導(dǎo)電膠膜、TCP 驅(qū)動(dòng)電路柔性引帶與液晶顯示屏相連接.d:TFT-LCD工作原理首先介紹顯示原理.液晶顯示的原理基于液晶的透光率隨其所施電壓大小而變化的特性.當(dāng)光通過上偏振片后,變成線性偏 振光,偏振方向與偏振片

5、振動(dòng)方向一致,與上下玻璃基板上面液晶分子排列順序一致.當(dāng)光通過液晶層時(shí),由于受液晶折射, 線性偏振光被分解為兩束光.又由于這兩束光傳播速度不同相位相同,因而當(dāng)兩束光合成后,必然使振光的振動(dòng)方向發(fā)生 變化.通過液晶層的光,那么被逐漸扭曲.當(dāng)光到達(dá)下偏振片時(shí),其光軸振動(dòng)方向被扭曲了90度,且與下偏振片的振動(dòng)方向保持一致.這樣,光線通過下偏振片形成亮場.加上電壓以后,液晶在電場作用下取向,扭曲消失.這時(shí),通過上偏振片的線性偏 振光,在液晶層不再旋轉(zhuǎn),無法通過下偏振片而形成暗場.可見液晶本身不發(fā)光,在外光源的調(diào)制下,才能顯示,在整個(gè)顯示 過程中,液晶起到一個(gè)電壓限制的光閥作用.TFT-LCD的工作原理

6、那么可簡述為：當(dāng)柵極正向電壓大于施加電壓時(shí),漏源電極導(dǎo)通,當(dāng)柵極正向電壓等于 0或負(fù)電壓時(shí),漏源電極斷開.漏電極與 ITO象素電極連結(jié),源電極與源線列電極連結(jié),柵極與 柵線行電極連結(jié).這就是 TFT-LCD的簡單工作原理c:常用的液晶結(jié)構(gòu)c-1 ：所謂的 NWNormally whiteNW指當(dāng)我們對(duì)液晶面板不施加電壓時(shí),我們所看到的面板是亮的畫面,所以才叫做normally white .另外一種,當(dāng)對(duì)液晶面板 不施加電壓時(shí),面板無法透光,看起來是黑色的,就稱之為NBNormally black c-2:為什么要有這兩種結(jié)構(gòu)主要是為了不同的應(yīng)用環(huán)境.一般桌上型計(jì)算機(jī)或是筆記型計(jì)算機(jī),大多為N

7、W的配置那是由于一般計(jì)算機(jī)軟件的使用環(huán)境, 你會(huì)發(fā)現(xiàn)整個(gè)屏幕大多是亮點(diǎn),也就是說計(jì)算機(jī)軟件多為白底黑字的應(yīng)用.既然亮著的點(diǎn)占大多數(shù),使用NW當(dāng)然比擬方便,也由于NW的亮點(diǎn)不需要加電壓,平均起來也會(huì)比擬省電.反過來,NB的應(yīng)用環(huán)境大多是屬于顯示屏為黑底的應(yīng)用了.a:lcd切面的結(jié)構(gòu)：圖八b:作用原理TFT_LCD 薄膜晶體管?晶顯示器,液晶顯示器需要 電壓限制來產(chǎn)生灰階.TFT利用薄膜晶體管來產(chǎn)生電壓,以限制液晶轉(zhuǎn)向的 顯示器.從圖八的切面結(jié)構(gòu)圖來看,在上下兩層玻璃間夾著液晶,便會(huì)形成平彳f板電容器,我們稱之為CLCcapacitor of liquid crystal. 它的大小約為0.1pF

8、,但是實(shí)際應(yīng)用上,這個(gè)電容并無法將電壓保持到下一次再更新畫面數(shù)據(jù)的時(shí)候.也就是說當(dāng)TFT對(duì)這個(gè)電容充好電時(shí),它并無法將電壓保持住,直到下一次TFT再對(duì)此點(diǎn)充電的時(shí)候.以一般60Hz的畫 面更新頻率,需要保持約16ms的時(shí)間.這樣一來,電壓有了變化,所顯示的灰階就會(huì)不正確.因此一般在面板的設(shè)計(jì)上,會(huì)再加 一個(gè)儲(chǔ)存電容CSstorage capacitor 大約為0.5pF,以便讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫面的時(shí)候.不過正確的來說,長在玻璃上的TFT本身,只是一個(gè)使用晶體管制作的開關(guān).它主要的工作是決定LCD source driver 上的電壓是不是要充到這個(gè)點(diǎn) 來至于這個(gè)點(diǎn)要充到多高的電

9、壓,以便顯示出怎樣的灰階.都是由外面的LCD source driver來決定的.c:框膠與spacer ：框膠與spacer兩種結(jié)構(gòu)成分.其中框膠的用途,就是要讓液晶面板中的上下兩層玻璃,能夠緊密黏住,并且提供面板中的液晶分子 與外界的阻隔,所以框膠正如其名,是圍繞于面板四周,將液晶分子框限于面板之內(nèi).而spacer主要是提供上下兩層玻璃的支撐,它必須均勻的分布在玻璃基板上,不然一但分布不均造成局部 spacer聚集在一起,反而會(huì)阻礙光線通過,也無法維持上下兩 片玻璃的適當(dāng)間隙gap,會(huì)成電場分布不均的現(xiàn)象,進(jìn)而影響液晶的灰階表現(xiàn).放大鏡下的液晶圖九a:每個(gè)像素點(diǎn)的結(jié)構(gòu)放大鏡下面的液晶面板如

10、圖九中所顯示的樣子.每一份像素點(diǎn)由紅色,藍(lán)色,綠色三個(gè)子基色構(gòu)成這就是所謂的三原色.也就是說利用這三種顏色.我們把RGB三種顏色,分成獨(dú)立的三個(gè)點(diǎn),各自擁有不同的灰階變化,然后把鄰近的三個(gè)RGB顯示的點(diǎn),當(dāng)作一個(gè)顯示的根本單位,也就是pixel.那這一個(gè)pixel,就可以擁有不同的色彩變化了.然后對(duì)于一個(gè)需要分辨率為1024*768的顯示畫面,我們只要讓這個(gè)平面顯示器的組成有1024*768個(gè)pixel,便可以正確的顯示這一個(gè)畫面 .b ：開口率液晶顯示器中有一個(gè)很重要的參數(shù)就是亮度,而決定亮度最重要的因素就是開口率.開口率就是光線能透過的有效區(qū)域比例.每 一個(gè)RGB的點(diǎn)之間的黑色局部,就叫做

11、Black matrix.我們回過頭來看圖九就可以發(fā)現(xiàn),black matrix 主要是用來遮住不打算 透光的局部.比方像是一些ITO的走線,或是Cr/Al的走線,或者是TFT的局部.這也就是為什么我彳門在圖九中,每一個(gè)RGB的 亮點(diǎn)看起來,并不是矩形,在其左上角也有一塊被 black matrix 遮住的局部,這一塊黑色缺角的部份就是 TFT的所在位置.常見的濾光片排列ffltt 加函叵4 皆可圖十像素回回a：像素原理液晶面板上每個(gè)像素都分成紅、綠、藍(lán)三種顏色,RGB就是所謂的三原色,利用這三種顏色可以混合出各種不同的顏色,我們把RGB三種顏色分成獨(dú)立的三個(gè)點(diǎn),各自擁有不同的灰階變化,然后把

12、鄰近的三個(gè)RGB顯示的點(diǎn)當(dāng)作一個(gè)顯示的根本單元,就是像素,這個(gè)像素就可以擁有不同的色彩變化了.b：顏色深度II色深度 熟t目Grdy Seal e 0Red (Color depth) : LCD可骸示的色?16bitai示器而言,共可以 SI 示2=262444glg bit膜示器而言,共可以SB示23 2#x萬工16,777,216normal Color256 Color 8(R) *8 ( G) *4 (B) =256 ColorHigh Color65536Coloe32 (R) *64 (G) *32 ( B) =65536 ColorFull Color64 (R) *64 (G

13、) *64 (B) =262144 ColorTrue Color256 (R) *256 (G) *256 (B) =16777216 ColorLCD內(nèi)部電路u時(shí)中舲制器2.搦驅(qū)動(dòng)器3,源鄲動(dòng)海4,悝流/直流轉(zhuǎn)換燃5 .灰度織回粒電路6 , PCB X/O7逆變器8、要口Block Diagram of LCD Driving lnwiFtfLDk LCD Ddvlng ICoufca Privrr IC a:結(jié)構(gòu)圖圖十二b:主要的驅(qū)動(dòng)TFT工作的局部有以下幾個(gè)1、source driver 源驅(qū)動(dòng), 負(fù)責(zé)供電.2、gate driver柵驅(qū)動(dòng), 負(fù)責(zé)翻開關(guān)閉.3、時(shí)序限制電路,負(fù)責(zé)限制

14、gate driver4、灰度、gamma 限制電路VCON4O圖十三a：整片面板的大致結(jié)構(gòu)從圖十三中我們可以看到 整片面板的等效電路,其中每一個(gè)TFT與兩個(gè)電容所并聯(lián)代表一個(gè)顯示的點(diǎn).而一個(gè)根本的顯示 單元pixel,那么需要三個(gè)這樣顯示的點(diǎn),分別來代表RGB三原色.以一個(gè)1024*768分辨率的TFT_LCD來說,共需要1024*768*3 個(gè)這樣的點(diǎn)組合而成b :顯示步驟如圖中g(shù)ate driver所送出白波形,依序?qū)⒚恳恍械腡FT翻開,好讓整排的source driver同時(shí)將一整行的顯示點(diǎn),充電到各自 所需的電壓,顯示不同的灰階.當(dāng)這一行充好電時(shí),gate driver便將電壓關(guān)閉,

15、然后下一行的gate driver便將電壓翻開,再由相同的 一排source driver對(duì)下一行的顯示點(diǎn)進(jìn)行充放電.如此依序下去,當(dāng)充好了最后一行的顯示點(diǎn),便又回過來從頭從第一行再開始 充電.b-1:圖示先開放第一行,其他關(guān)閉.Scan LineONOFFOFFOFFLine圖十四接著關(guān)閉第一行,電壓已經(jīng)固定,固顏色也固定,然后開放第二類,其余關(guān)閉,以此類推.OFFONOFF圖十五由于液晶分子還有一種特性,就是不能夠一直固定在某一個(gè)電壓不變,不然時(shí)間久了,你即使將電壓取消掉,液晶分子會(huì)由于特 性的破壞,而無法再因應(yīng)電場的變化來轉(zhuǎn)動(dòng),以形成不同的灰階.所以每隔一段時(shí)間,就必須將電壓恢復(fù)原狀,以

16、防止液晶分子的 特性遭到破壞.背光源圖十七反更片下倭散片 霧光板 上用的TFT類型的LCD大局部是用LED來作為光源的,現(xiàn)有高通 上背光有三種方式：1、PWM方式,根據(jù)輸出方波的占空比來限制電流大小2、一線脈沖方式, 根據(jù)輸入方波的邏輯連限制輸出電流大小3、dcs方式,有LCD反應(yīng)給背光限制芯片來限制輸出電流大小一般 上都會(huì)有個(gè)背光限制芯片來升壓限制電流,以8x25上的背光芯片TPS61161為例其他的背光芯片也類似TPS61161的連接方式：CTRL需要連接到平臺(tái)上的 GPIO或那么PMIC上的GPIO這款芯片是pwm方式和一線脈沖方式兩用的芯片,工作模式如下:Figure 13. Dimm

17、ing Mode Detection and Soft Start PWM Brightness Dimming圖十八上圖,上半局部就是PWM方式,限制就由GPIO直接連到背光芯片上即可, 有一點(diǎn)需要注意,一般用PWM方式都是由PMIC 直接限制的由于如果用 AP限制在系統(tǒng)負(fù)載大的時(shí)候 PWM波形會(huì)失真.下半局部為一線脈沖方式輸入需要有一個(gè)邏輯來觸發(fā)一線脈沖方式數(shù)據(jù)格式如下：圖十九數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的電流值如下只給出局部電流值Tai)le 工 Seiecttie fb VoltageFB VQltagw (呻D2口 10000001阜000012a000103)1Q00114140010C517001016200011Q7230111圖二十DCS方式那么是LCD本身可以支持 CABC或那么LABC功能圖二H原理,如圖,平臺(tái)這邊用mipi dcs命令限制CABC功能,LCD的存放器為