液晶顯示器件驅(qū)動基礎(chǔ)

液晶顯示模塊的基本結(jié)構(gòu)液晶顯示模塊（LCM）是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件。液晶顯示器件：表面蒸鍍有ITO導(dǎo)電的玻璃基板、液晶、偏振片。連接件：導(dǎo)電橡膠、熱壓導(dǎo)電膠帶、TAB。集成電路：控制器、行和列驅(qū)動器等。PCB：電源、控制器、行和列驅(qū)動器等的連接電路。背光源：LED、CCFL、EL。結(jié)構(gòu)件：將上面各部件裝配在一起的結(jié)構(gòu)件。液晶顯示器件驅(qū)動基礎(chǔ)LCD類型雖然很多，結(jié)構(gòu)也千差萬別，但它們的顯示原理是基本相同的，驅(qū)動方法也是基本一致的?？梢酝ㄟ^對液晶施加電場，使它的分子排列發(fā)生改變，從而使液晶的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。這樣，就將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢姷墓庑盘?。由于液晶是有機(jī)化合物，在固定的電場作用下將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致液晶材料的老化及失效。因此，施加在液晶上的電場應(yīng)為交流電場，從而將電化學(xué)反應(yīng)抵消掉或降到最低限度。這就大大增加了難度。研究表明，長期應(yīng)用條件下，電信號的直流分量應(yīng)小于50mV。設(shè)計者需要具有模擬電路、數(shù)字電路和單片機(jī)的基本知識。

典型液晶顯示器件寫入機(jī)理器件類別寫入機(jī)理寫入特點扭曲向列(TN)型在被寫入象素的兩電極間施加一大于閾值(Vth)的交流電壓信號，使象素電極之間的液晶分子由沿面排列變?yōu)榇姑媾帕?；從而使兩正交偏光片不透光，象素變成黑色低電壓、微功耗。視角小，響?yīng)速度慢；電光響應(yīng)曲線陡度低，因此不適于多路驅(qū)動；多用于段碼及低路數(shù)驅(qū)動的字符顯示動態(tài)散射(DS)型在被寫入象素的兩電極間施加一大于閾值的交流電壓，使在電極之間摻有離子雜質(zhì)，排列整齊的液晶在離子流的驅(qū)動下形成一個個的液晶渦流（疇），由于這些渦流對外界光有強(qiáng)烈的散射作用，從而使原來透明的象素變成乳白色的散射象素屬電流效應(yīng)，電流較大；響應(yīng)速度慢，電光響應(yīng)曲線陡度低，不適于多路驅(qū)動；因其功耗較大，現(xiàn)已很少用典型液晶顯示器件寫入機(jī)理器件類別寫入機(jī)理寫入特點賓主(GH)型在被寫入象素的兩電極間施加一大于閾值(Vth)的交流電壓信號，使摻有二向色染料，并呈平行沿面排列的液晶分子和染料分子變?yōu)榇怪庇诓ＡП砻?，由于二向色染料從不同方向看顏色不同，顧可使象素部位改變顏色基本特性同TN型，電壓稍高，可實現(xiàn)單彩色顯示相變(PC)型在被寫入象素的兩電極間施加一大于閾值的交流電壓，使在電極之間原來呈散射態(tài)的平面焦錐結(jié)構(gòu)排列的膽甾相液晶轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鲬B(tài)的垂面排列的向列相液晶，從而實現(xiàn)顯示有存儲性能，響應(yīng)快，對比度低器件類別寫入機(jī)理寫入特點電控雙折射(ECB)型在被寫入象素的兩電極間施加不同幅值的交流電壓，會使電極間原來排列整齊的液晶分子出現(xiàn)不同程度的傾斜，因雙折射效應(yīng)會使透過液晶盒的線偏振光變成橢圓偏振光，并與檢偏振片產(chǎn)生干涉，呈現(xiàn)出隨寫入電壓而改變的干涉色沒有閾值，可隨驅(qū)動電壓值改變顏色熱光寫入型用一束足夠強(qiáng)的激光射向器件表面，使被射部分的液晶分子升溫至各向同性，在去除激光時，將該處極冷，則該處液晶分子呈焦錐結(jié)構(gòu)排列，呈乳白散射態(tài)，若在撤除激光時將該處漸冷，則此處液晶分子呈沿面或垂面排列，為透明態(tài)可用激光寫入，有存儲功能典型液晶顯示器件寫入機(jī)理器件類別寫入機(jī)理寫入特點超扭曲向列(STN)型在被寫入象素的兩電極間施加不同幅值的交流電壓，使電極之間原來呈180～270度沿玻璃表面扭曲排列的液晶分子層中間部分的液晶分子變?yōu)閮A斜垂面排列，從而使透過該處的線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光，并在檢偏處形成干涉色，實現(xiàn)顯示電光響應(yīng)曲線陡度高，適用于多路動態(tài)驅(qū)動顯示；為有色顯示模式，經(jīng)濾色或使用延遲片后也可實現(xiàn)黑白顯示固態(tài)液晶膜(PDLC)型在被寫人像索前后電極之間施加上一個足夠大的交變電壓，使在電極間固化在聚合物中的液晶微珠中液晶分子按電場方向重新排列。從而使原呈乳白散射狀的像素，變成透明態(tài)驅(qū)動電壓較高，響應(yīng)速度可以很快，沒有明顯閾值，不適宜多路驅(qū)動典型液晶顯示器件寫入機(jī)理器件類別寫入機(jī)理寫入特點鐵電液晶(FLC)型在被寫人像素電極上施加一個電壓脈沖，使在前后電極間原來呈近晶Cm相，且沿玻璃面排列的液晶態(tài)旋轉(zhuǎn)一個θ角，從而使通過的線偏振光被檢偏振片檢出，達(dá)到顯示目的;因液晶的初始排列和旋轉(zhuǎn)θ角度后的排列都是穩(wěn)定態(tài)，故使器件具有雙穩(wěn)存儲特性具有雙穩(wěn)態(tài)存儲特性和磁滯曲線性響應(yīng)曲線。響應(yīng)速度快;具有一個記憶閾值，電光響應(yīng)陡度高。適宜實現(xiàn)高路數(shù)動態(tài)驅(qū)動有源矩陣薄膜晶體管(TFT)型以行掃描信號和列尋址信號控制作用于被寫人像素電極上的薄膜晶體管有源電路，使有源電路產(chǎn)生足夠大的通斷比(Ron/Roff)，從而間接控制像素電極間呈TN型的液晶分子排列。達(dá)到顯示目的經(jīng)TFT有源電路間接控制的TN型器件像素，可實現(xiàn)高路數(shù)多路顯示和視頻圖像顯示典型液晶顯示器件寫入機(jī)理LCD驅(qū)動方式直接驅(qū)動法(DirectionAddressing)

靜態(tài)驅(qū)動法(StaticAddressing) 多工驅(qū)動法(MultiplexAddressing)有源矩陣驅(qū)動法(ActiveAddressing)直接驅(qū)動法直接驅(qū)動法,是指驅(qū)動電壓直接施加于像素電極上,使液晶顯示直接對應(yīng)于所施加驅(qū)動電壓信號的一種驅(qū)動方法.

由于它相對于有源驅(qū)動法中驅(qū)動電壓是施加于TFT等有源電路上，在間接對像素電極提供驅(qū)動電壓信號，故稱為直接驅(qū)動法。靜態(tài)驅(qū)動法靜態(tài)驅(qū)動是指在像素前后電極上施加電壓信號時則呈顯示狀態(tài)，不施加電壓時則呈非顯示狀態(tài)。靜態(tài)態(tài)驅(qū)驅(qū)動動法法靜態(tài)態(tài)驅(qū)驅(qū)動動法法是是獲獲得得最最佳佳顯顯示示質(zhì)質(zhì)量量的的最最基基本本的的方方法法。。它它適適用用于于筆筆段段型型液液晶晶顯顯示示器器件件的的驅(qū)驅(qū)動動。。每段段的的背背電電極極BP連接接在在一一塊塊，，而而段段電電極極相相互互獨獨立立；；振蕩蕩器器的的信信號號經(jīng)經(jīng)分分頻頻后后加加到到背背電電極極BP上，，而而段段電電極極的的脈脈沖沖信信號號由由顯顯示示選選擇擇信信號號A與時時序序脈脈沖沖通通過過邏邏輯輯異異或或產(chǎn)產(chǎn)生生；；A=““0””時，，段段電電極極信信號號與與BP信號號同同相相，，該該像像素素上上電電場場為為零零；；A=““1””時，，段段電電極極信信號號與與BP信號號反反相相，，該該像像素素上上建建立立了了交交流流電電場場，，從從而而實實現(xiàn)現(xiàn)了了顯顯示示；；適當(dāng)當(dāng)調(diào)調(diào)整整脈脈沖沖電電壓壓，，可可改改變變對對比比度度。。序號異或門B端（LCD的COM）異或門A端（控制端）異或門輸出端（LCD的段端）1000210130114110AB靜態(tài)態(tài)驅(qū)驅(qū)動動法法靜態(tài)態(tài)驅(qū)驅(qū)動動法靜態(tài)態(tài)驅(qū)驅(qū)動動法棒狀狀模模擬擬顯顯示示靜靜態(tài)態(tài)驅(qū)驅(qū)動動法法動態(tài)態(tài)驅(qū)驅(qū)動動法當(dāng)液液晶晶顯顯示示器器件件上上顯顯示示像像素素眾眾多多時時，，把把水水平平一一組組顯顯示示像像素素的的背背電電極極都都連連在在一一起起引引出出，，稱稱之之為為掃掃描描電電極極，，把把縱縱向向一一組組顯顯示示像像素素的的段段電電極極都都連連接接起起來來一一起起引引出出，，稱稱之之為為信信號號電電極極。。驅(qū)動動方方式式上上則則采采用用類類似似于于CRT的掃掃描描方方法法。。液晶晶顯顯示示器器件件上上的的每每一一個個顯顯示示像像素素都都由由其其所所在在的的行行與與列列的的位位置置唯唯一一確確定定。。液晶晶顯顯示示的的掃掃描描方方法法是是循循環(huán)環(huán)地地逐逐行行給給行行電電極極施施加加選選擇擇脈脈沖沖，，同同時時在在列列電電極極上上給給出出該該行行顯顯示示數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成的的選選通通或或非非選選通通的的驅(qū)驅(qū)動動信信號號，，從從而而實實現(xiàn)現(xiàn)該該行行所所有有顯顯示示像像素素的的顯顯示示。。這種種掃掃描描驅(qū)驅(qū)動動方方式式就就是是動動態(tài)態(tài)驅(qū)驅(qū)動動法法。。占空空比比我們們把把所所有有掃掃描描行行電電極極各各施施加加一一次次掃掃描描電電壓壓的的時時間間叫叫一一幀幀。。假設(shè)設(shè)一一幀幀的的掃掃描描行行數(shù)數(shù)為為N，，掃掃描描時時間間為為1，，那那么么一一行行所所占占有有選選擇擇時時間間為為一一幀幀時時間間的的1/N。。這這就就是是液液晶晶顯顯示示驅(qū)驅(qū)動動的的占占空空比比系系數(shù)數(shù)，，也也稱稱為為占空空比比（（Duty）），一一般般占占空空比比等等于于掃掃描描電電極極數(shù)數(shù)N的的倒倒數(shù)數(shù)，，即即1/N。。交叉叉效效應(yīng)應(yīng)在動動態(tài)態(tài)驅(qū)驅(qū)動動方方式式下下,某某一一液液晶晶像像素素(選擇擇點點)呈呈顯顯示示效效果果是是由由施施加加在在行行電電極極上上的的選選擇擇電電壓壓與與施施加加在在列列電電極極上上的的選選擇擇電電壓壓的的合合成成實實現(xiàn)現(xiàn)的的.與該該像像素素不不在在同同一一行行和和同同一一列列的的像像素素(非選點)都處在非非選狀態(tài)下下，與該像像素在同一一行或同一一列的像素素均有選擇擇電壓的加加入，稱之之為半選擇點。該點的電場場電壓處于于液晶的閾閾值電壓附附近時，屏屏上將出現(xiàn)現(xiàn)不應(yīng)有的的半顯現(xiàn)象象，使得顯顯示對比度度下降，這這種現(xiàn)象叫叫做“交叉效應(yīng)”平均電壓法法平均電壓法法偏壓行半選點和和非選點上上的電壓均均為顯示電電壓VLCD的1/a。。這1/a就稱為偏偏壓系數(shù)，，也稱為偏壓（Bias）顯示亮度％％平均電壓法法驅(qū)動工作作電壓范圍圍最佳偏壓法法作為選擇點點時，在一一幀時間內(nèi)內(nèi)，只有一一行的時間間施加電壓壓為V0，其余N－－1行時間間內(nèi)施加電電壓為，，所以作為為全選擇點點的均方電電壓為作為非選擇擇點時，在在一幀時間間內(nèi)，總有有一行的時時間處于半半選擇點，，施加的電電壓為，，其余N－1行時時間內(nèi)施加加電壓為，，所以以作為半選選擇點的均均方電壓為為最佳偏壓法法由于液晶對對比度是透透過率之比比，透過率率又正比于于施加有效效電壓值，，所以讓我我們用施加加有效電壓壓比值來分分析一下對對比度(顯顯示質(zhì)量的的重要標(biāo)志志)與驅(qū)動動路數(shù)N和和偏壓比a之間的關(guān)關(guān)系。最佳偏壓法法我們由上式式作出有效效電壓比Von/Voff和和偏壓比a的關(guān)系曲曲線最佳偏壓法法這就是有效效電壓比Von/Voff最大時，偏偏壓比a必必須滿足的的條件我們把a(bǔ)代代入前式，，得最佳偏壓法法我們把這個個比值稱為為優(yōu)值α。。顯然，優(yōu)優(yōu)值與驅(qū)動動路數(shù)關(guān)系系密切，下下圖為優(yōu)值值α與驅(qū)動動路數(shù)N之之間的關(guān)系系曲線最佳偏壓法法從上圖可以以看出不同同占空比情情況下分別別對應(yīng)不同同的最佳偏偏壓，所以以我們稱之之為最佳偏壓法法。公式被被稱為為多路驅(qū)動動鐵的定律律。從上面的關(guān)關(guān)系可以看看出隨著驅(qū)驅(qū)動路數(shù)N的增加，，有效電壓壓比會減小小，如上圖圖所示，它它將急驟趨趨近于1。。此時，顯顯示對比度度將趨于0，使其不不能識別。。為此，只有有提高液晶晶顯示器件件的閾值特特性的陡度度。因為只只有在液晶晶顯示器件件電光響應(yīng)曲曲線很陡的情況下，，當(dāng)選通有有效電壓Von/非非選通有效效電壓Voff即使使趨于1時時，其電光光效應(yīng)的通通/斷透過過值才能拉拉得很開，，呈現(xiàn)好的的對比度。。最佳偏壓法法為此，又引引進(jìn)閾值陡陡度P:P=Vsa/Vth由前面的公式可以求出最最大驅(qū)動路路數(shù)Nmax與陡度度P的關(guān)系系由于液晶閾閾值和飽和和電壓一般般均由產(chǎn)品說明中給出，所所以，該公公式是設(shè)計點陣液液晶顯示器器件的主要要依據(jù)。在液晶產(chǎn)產(chǎn)品說明書書中有時并并不是Vsa,Vth，而而是V10,V50,V90，它們分別別代表了光光電響應(yīng)10%,50%,90%時的的電壓。而而P值也不不再用Vsa/Vth表示，，而是用V90/V10表示。常用偏壓法法?偏壓法這是鐘表上上常用的一一種動態(tài)驅(qū)驅(qū)動法。由由于鐘表一一般使用3?位筆筆段形顯示示，像素點點不多，又又是低壓驅(qū)驅(qū)動，所以以使用兩路驅(qū)驅(qū)動即可以以滿足要求求。此時N為2,占占空比為1/2，雖然用1/2偏壓不不會實現(xiàn)最最佳有效電電壓比，但但l/2偏偏壓卻使設(shè)置更簡潔潔、更適合合于手表的的低電壓。。此外，因因液晶的閾值陡度已已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過過兩路驅(qū)動動的要求，，所以使用用1/2偏偏壓是完全合適適的。常用偏壓法法1/3偏壓壓法作為計算器器和儀表用用液晶顯示示器，一般般都是多位位筆段式顯顯示，有時時位數(shù)多達(dá)達(dá)10位以以上，因此此多用三路路驅(qū)動、四四路驅(qū)動方方式。從最最佳偏壓法法得知，偏偏壓比為1/3時，，本應(yīng)是1/4占空空比才是最最佳偏壓，，但由于1/3占空空比時的三三路電極排排布要比四四路排布容容易得多，，而且三路路電極排布布還可以比比四路電極極排布多獲獲得一個顯顯示像素，，所以一般般均通用1/3偏壓壓,1/3占空比驅(qū)驅(qū)動法。常用偏壓法法5級、6級級偏壓法作為點矩陣陣液晶顯示示器件的驅(qū)驅(qū)動，所需需行掃描占占空比遠(yuǎn)比比1/2,1/3要要高得多，，有時達(dá)100線至至幾百線以以上。以100線為為例，其最最佳偏壓比比應(yīng)為1/11,因因此若嚴(yán)格格按最佳偏偏壓比設(shè)計計，不僅會會使行驅(qū)動動與列驅(qū)動動器驅(qū)動電電壓相差很很遠(yuǎn)，而且且會增加電電源電壓級級別，這對對行、列驅(qū)驅(qū)動器的設(shè)設(shè)計、制造造增添了麻麻煩，增加加了成本，，對電源的的設(shè)計也會會帶來麻煩煩。所以,對這種多多路點陣液液晶一般都都偏離最佳佳偏壓法，，使用5級級或6級偏偏壓，并用用極性倒相相方式使行行、列驅(qū)動動電壓實現(xiàn)現(xiàn)平衡。灰度顯示法法灰度顯示法空間灰度調(diào)制時間灰度調(diào)制面積灰度調(diào)制幀灰度調(diào)制脈沖灰度調(diào)制灰度顯示法法空間灰度調(diào)調(diào)制將一個像素素劃分為若若干個單獨獨可控的““子像素””，控制子子像素被選通數(shù)數(shù)量，便可可實現(xiàn)灰度度顯示。灰度顯示法法這種方法是是不需要特特殊的驅(qū)動動、控制技技巧，但有有很大的缺點：不可能將一一個像素分分割成很多多個子像素素，因此不不可能產(chǎn)生很多的的灰度級；；增加了微細(xì)細(xì)加工的成成本，或者者以犧牲分分辨率為代代價；增加驅(qū)動、、控制電路路數(shù)量。時間灰度調(diào)調(diào)制在一個時間間單位內(nèi)，，控制顯示示像素選通通、截止的的時間長短短，從而實實現(xiàn)灰度顯顯示。灰度顯示法法幀灰度調(diào)制制以數(shù)幀為一一個時間單單元，控制制顯示像素素選通的幀幀數(shù)，即可實現(xiàn)灰度度調(diào)制。例例如，取4幀為一個個時間單位位，從全部部選通到全部不不選通可以以實現(xiàn)5個個灰度級別別。這種方法的的缺點是會會引起灰度度級別的閃閃爍，由于于液晶相應(yīng)速度慢慢，不可能能用增加幀幀頻來解決決，所以必必然導(dǎo)致活活動圖象顯示示變得慢。?；叶蕊@示法法幀灰度調(diào)制制調(diào)制數(shù)據(jù)脈脈沖的寬度度，即可以以實現(xiàn)一個個個像素上上的灰度調(diào)制。由于于液晶對過過窄的脈沖沖不能響應(yīng)應(yīng)，所以一一般限于以以4位移位寄存存器調(diào)制16級灰度度，即列信信號的寬度度有16種種組合。提高大容量量液晶顯示示器件圖象象質(zhì)量的方方法分割矩陣法法多重矩陣法法提高大容量量液晶顯示示器件圖象象質(zhì)量的方方法線反轉(zhuǎn)技術(shù)術(shù)提高大容量量液晶顯示示器件圖象象質(zhì)量的方方法雙頻驅(qū)動法法提高大容量量液晶顯示示器件圖象象質(zhì)量的方方法介電常數(shù)ε∥和ε⊥提高大容量量液晶顯示示器件圖象象質(zhì)量的方方法有源矩陣驅(qū)驅(qū)動法有源矩陣的的驅(qū)動與前面所講講直接驅(qū)動動方式不同同。由于在在有源矩陣陣液晶顯示示器件每個個像素點上上都制作了了一套有源源器件，所所以對這種種器件的驅(qū)驅(qū)動是對每每個像素點點上有源器器件的驅(qū)動動，它的驅(qū)驅(qū)動原理與與直接驅(qū)動動法是不同同的。有源矩陣液液晶顯示器器件根據(jù)其其有源器件件的種類不不同有三端端型和兩端端型，而且且每一類型型又因所用用材料、工工藝不同還還可以分出出若干類型型。不過比比較常用的的，技術(shù)發(fā)發(fā)展最成熟熟的是一種種用薄膜晶晶體管制作作的三端型型有源矩陣陣型器件，，通常稱為為TFT液液晶顯示器器件。我們們將以TFT為例介介紹有源矩矩陣驅(qū)動法法。有源矩陣驅(qū)驅(qū)動法NNP金屬漏極柵極源極絕緣氧化物半導(dǎo)體GDS關(guān)斷時導(dǎo)通時有源矩陣驅(qū)驅(qū)動法歸納起來場場效應(yīng)管的的工作特性性如下：屬于電壓控控制型；源極S和漏漏極D特性性一樣，功功能可以互互換，源極極S和漏極極D之間電電流方向隨隨它們之間間電場方向向的變化而而變化。源源極和漏極極是在應(yīng)用用電路中被被定義的，，一般將輸輸入信號端端稱為源極極S，將輸輸出信號端端稱為漏極極D。在TFT液晶晶顯示器中中，一般將將接數(shù)據(jù)驅(qū)驅(qū)動器端稱稱源極S，，接像素端端稱漏極D。導(dǎo)通電阻Ron和關(guān)關(guān)斷電阻Roff：：導(dǎo)通電阻Ron為源源極S和漏漏極D之間間導(dǎo)通時的的電阻，它它隨柵極電電壓的增加加而減??；；關(guān)斷電阻阻Roff為柵極G和源極S(或漏極極)之間的的電阻，具具有非常大大的阻值，，在107Ω以上。有源矩陣驅(qū)驅(qū)動法TFT工作作原理S——源極極(數(shù)據(jù)信信號輸入端端)G——柵極極(掃描信信號輸入端端)P——漏極極(場效應(yīng)應(yīng)管輸出端端)C——補(bǔ)償償電容單個TFT像素的等等效電路源-漏之間間電阻滿足足：Ron<1.47×106Ω，Roff>3.3×1011Ω時，RLC≈106Ω,當(dāng)TFT處處于開態(tài)ON時，在在液晶層兩端就可