TFT-LCD驅(qū)動系統(tǒng)簡介

TFTLCDDrivingSystem課程內(nèi)容TFT-LCDDrivingSystemStructureSourceDriverSystemGateDriverSystemTimingControllerSystemTFT-LCDDrivingSystemTFT-LCDDrivingSystemStructureTFT-LCDDrivingSystemStructureTFT-LCDDrivingSystemStructure每一個TFT與Clc跟Cs所並連的電容代表一個顯示的點。一個基本的顯示單元pixel則需要三個這樣顯示的點，分別代表RGB三原色。一個1024x768解析度的TFTLCD來說，共需要1024x768x3個這樣的點組合而成。藉由Gatedriver所送出的波形，依序?qū)⒚恳恍械腡FT打開，好讓整排的sourcedriver同時將一整行的顯示點充電到各自所需的電壓，以顯示不同的灰階。當(dāng)這一行充好電時，gatedriver便將電壓關(guān)閉，然後下一行的gatedriver便將電壓打開，再由相同的一排sourcedriver對下一行的顯示點進行充放電。如此依序下去，當(dāng)充好了最後一行的顯示點，便又回過來從頭從第一行再開始充電。TFT-LCDDrivingSystemStructureX-BoardTCON-BoardY-BoardSourceDriverSystemSourceDriverSystemSourceDriverSystemHowtoDriveGammaVoltagePolarityRSDSICStructureSourceDriverSystemHowtoDriveSourceDriverSystem–HowtoDriveSourceDriverSystem–HowtoDrive上圖中的Common電極的電壓是一直固定不動的，而顯示電極的電壓卻是依照其灰階的不同，不停的上下變動。上圖是256灰階的顯示電極波形變化，以V0這個灰階而言，如果要在面板上一直顯示V0這個灰階的話，則顯示電極的電壓就必須一次很高，但是另一次卻很低的這種方式來變化。為什麼要這麼複雜呢？這是為了讓液晶分子不會一直保持在同一個轉(zhuǎn)向，而導(dǎo)致物理特性的永久破壞。因此在不同的frame中，以V0這個灰階來說，其顯示電極與common電極的壓差絕對值是固定的，所以它的灰階也一直不曾更動。只不過位在Clc兩端的電壓，一次是正的，稱之為正極性，而另一次是負(fù)的，稱之為負(fù)極性。SourceDriverSystem–HowtoDriveVg1Vg2Vg3Vg4Vg5Vg6Vg7Vg8Vg9Vg10T%VVcomV-TCurve(NormallyWhite)正極性負(fù)極性SourceDriverSystemGammaVoltageSourceDriverSystem–GammaVoltageExternalreferenceV0V1V2V3V4V5V6V7V8V9R0toR63R255toR192R191toR128R127toR64R63toR0R64toR127R128toR191R191toR255DAC1DAC2DAC383DAC384decoderICinternalPCBcircuitSourceDriverSystem–GammaVoltageGammaVoltageGammaParallelGammaStructureonPCBSourceDriverICGammaBufferSourceDriverSystem–GammaVoltage1.確定電路上各節(jié)點電壓,DriverIC數(shù)量,額定電流,Vref2.利用額定電流及兩點電壓差決定各段理想電阻3.將電壓經(jīng)由BufferIC傳到

SourceDriverIC.如何得到電路之Gamma電阻SourceDriverSystem–VcomVoltageStandardVcomCircuit限制VCOM最大電壓值調(diào)整VCOM電壓值限制VCOM最小電壓值調(diào)整Vcom電壓,是希望將TFT-LCD在某一特殊畫面下產(chǎn)生的Flicker現(xiàn)象降低SourceDriverSystem–GammaVoltage1214VcomIn1Out1In2Out2In14Out14VcomInVcomOutGammaBufferSourceDriverSystemPolaritySourceDriverSystem–Polarity由於液晶分子還有一種特性，就是不能夠一直固定在某一個電壓不變，不然時間久了，即使將電壓取消掉，液晶分子會因為特性的破壞而無法再因應(yīng)電場的變化來轉(zhuǎn)動，以形成不同的灰階。所以每隔一段時間，就必須將電壓恢復(fù)原狀，以避免液晶分子的特性遭到破壞。但是如果畫面一直不動，也就是說畫面一直顯示同一個灰階的時候怎麼辦？所以液晶顯示器內(nèi)的顯示電壓就分成了兩種極性，一個是正極性，而另一個是負(fù)極性。當(dāng)顯示電極的電壓高於common電極電壓時，就稱之為正極性。而當(dāng)顯示電極的電壓低於common電極的電壓時，就稱之為負(fù)極性。不管是正極性或是負(fù)極性，都會有一組相同亮度的灰階。所以當(dāng)上下兩層玻璃的壓差絕對值是固定時，不管是顯示電極的電壓高，或是common電極的電壓高，所表現(xiàn)出來的灰階是一模一樣的。不過這兩種情況下，液晶分子的轉(zhuǎn)向卻是完全相反，也就可以避免掉上述當(dāng)液晶分子轉(zhuǎn)向一直固定在一個方向時，所造成的特性破壞。也就是說，當(dāng)顯示畫面一直不動時，我們?nèi)匀豢梢越逵烧?fù)極性不停的交替，達(dá)到顯示畫面不動，同時液晶分子不被破壞掉特性的結(jié)果。所以當(dāng)您所看到的液晶顯示器畫面雖然靜止不動，其實裡面的電壓正在不停的作更換，而其中的液晶分子正不停的一次往這邊轉(zhuǎn)，另一次往反方向轉(zhuǎn)呢！SourceDriverSystem–PolarityFrameinversionLineinversionLineinversionDOTinversionSourceDriverSystemRSDSSourceDriverSystem–RSDSReducedSwingDifferentialSignaling優(yōu)點:抗雜訊,減少EMI干擾,減少線路面積RSDSDataformat電路設(shè)計:T型,L型,DualBusSourceDriverSystem–RSDSParameterDefinitionConditions/NoteMinTypeMaxUnitsVODDifferentialOutputVoltageRL=100ohm100200600|mV|VOSOffsetVoltage0.51.21.5VIRSDSRSDSDriver126mATR/TFTransitiontime:RiseandFall20%to80%VOD=200mVCL=5pF500psRSDSClockDutyCycle455055%RSDSSignalSpec.SourceDriverSystem–RSDSTfTr+160mV-160mVTSETUPTHOLDTSETUPTHOLDRSCKP-RSCKNRSRP/NRSGP/NRSBP/NRSDS訊號表示法SourceDriverSystem–RSDSR0R1R2R3R5R0R1R2R3R4R5R0R1R2R3R4R5G1G3G5B1B3RSCLKP/NR0P/NR1P/NR2P/NG0P/NG1P/NG2P/NB0P/NB1P/NB2P/NR0R1R2R3R4R5R4G0G1G2G3G4G5B0B1B2B3B4B5G0G2G4B0B2B4B5G0G1G2G3G4G5B0B1B2B3B4B5G0G1G2G3G4G5B0B1B2B3B4B5R0R1R2R3R4R5G0G1G2G3G4G5B0B1B2B3B4B5RSDSDataFormatSourceDriverSystem–RSDST-TypeSourceDriverSystem–RSDSL-TYPESourceDriverSystem–RSDSDualBusTypeSourceDriverSystemSourceDriverICstructureSourceDriverSystem–ICStructureTP1SourceDriverSystem–ICStructureTP1SourceDriverSystem–ICStructureSourceDriverSystem–ICStructureDataIn:RSDSorTTLDataOut:R,G,BarrangementEIO1/EIO2:StartpulseIn/OutDIR(SHL):ShiftdirectioncontrolinputTP1:LatchinputPOL:PolarityinvertinginputPOL20:DatainversioninputLP:LowpowercontrolinputVr1~Vrn:GammavoltageinputPower:VDDD,VDDA,VSSA,VSSDPinfunction:GateDriverSystemGateDriverSystemGateDriverSystemHowtoDriveICstructureGateDriverSystemHowtoDriveGateDriverSystem–HowtoDriveGateDriverSystem–HowtoDrive我們常見的1024*768解析度的螢?zāi)?，就是我們通常稱之為SVGA解析度的螢?zāi)弧Ｋ慕M成顧名思義就是以1024*768=786432個pixel來組成一個畫面的資料。1024*768*3個點(乘3是因為一個pixel需要藍(lán)色，綠色，紅色三個點來組成。)來顯示一個畫面。通常在面板的規(guī)劃，把一個平面分成X-Y軸來說，在X軸上會有1024*3=3072列。這3072列就由8顆384輸出channel的sourcedriver來負(fù)責(zé)推動。而在Y軸上，會有768行。這768行，就由3顆256輸出channel的gatedriver來負(fù)責(zé)驅(qū)動。GateDriverSystem–HowtoDrive圖中g(shù)ate1~768分別代表著768個gatedriver的輸出。以SVGA的解析度，60Hz的畫面更新頻率來計算，一個frame的週期約為16.67ms。對gate1來說，它的啟動時間週期一樣為16.67ms。而在這16.67ms之間，分別需要讓gate1~768共768條輸出線，依序打開再關(guān)閉。所以分配到每條線打開的時間僅有16.67ms/768=21.7μs而已。CMO採用的是二階驅(qū)動，二階驅(qū)動就是指gatedriver的輸出電壓僅有兩種數(shù)值，一為打開電壓(VGH)，一為關(guān)閉電壓(VGL)。而對於common電壓不變的驅(qū)動方式，不管何時何地，電壓都是固定不動的。

GateDriverSystemICstructureGateDriverSystem–ICStructureVGHVGLGateDriverSystem–ICStructureVGHVGLGateDriverSystem–ICStructureGateDriverSystem–ICStructureVGHVGLTCONSystemTimingControllerSystem(TCONSystem)TCONSystemLVDSICstructureWTCFRCEEprom/I2CBusPowerDesignTCONSystemLVDSTCONSystem-LVDSLVDSSignalSpec.TCONSystem-LVDSAdvantageofLVDSSignalTCONSystem–LVDSDataFormatLVDS6543210Pair0G[0]R[5]R[4]R[3]R[2]R[1]R[0]Pair1B[1]B[0]G[5]G[4]G[3]G[2]G[1]Pair2DEVSHSB[5]B[4]B[3]B[2]Pair3--B[7]B[6]G[7]G[6]R[7]R[6]TCONSystem–LVDSDataFormatLVDS6543210Pair0G[2]R[7]R[6]R[5]R[4]R[3]R[2]Pair1B[3]B[2]G[7]G[6]G[5]G[4]G[3]Pair2DEVSHSB[7]B[6]B[5]B[4]Pair3--B[1]B[0]G[1]G[0]R[1]R[0]TCONSystem–LVDSApplicationcircuitTCONSystemICstructureTCONSystem–ICStructureSystemControl&Gate/SourceControlICStructureWTCFRCTCONSystem–InputSignalInputSignaltoTCONICTCONSystem–OutputSignalOutputSignalfromTCONICtocontrolSourceDriverICandGateDriverICTCONSystem–ICStructureControlPinsTCONSystemWTCTCONSystem-WTCR/G/B為基本色CG+BYR+GMB+RWR+G+BColorGamut三角形所圍的區(qū)域內(nèi),也就是三原色可以顯示的顏色區(qū)域x=X/(X+Y+Z)y=Y/(X+Y+Z)x,y:色度座標(biāo)X,Y,Z:刺激值色度座標(biāo)圖TCONSystem-WTC色溫的單位為°K，也就是絕對溫度【0°K＝－273℃】攝氏換絕對溫度C=B+273K–WilliamThomsonBaronKelvin1824-1907–測量一黑體（例如：低溫鐵塊）不斷升溫後所散發(fā)出來的波長光線轉(zhuǎn)以顏色呈現(xiàn)之結(jié)果1700K:火柴Matchflame

1850K:燭光Candle

2800K:鎢絲燈Tungstenlamp(incandescentlightbulb)

3350K:攝影室燈Studio"CP"light

3400K:Studiolamps,photofloods,etc...

4100K:月光Moonlight

5000K:強日光Typicalwarmdaylight

5500–6000K:閃光燈Typicalcooldaylight,electronicflash(canvarybetweenmanufacturers)

6420K:弧氙燈Xenonarclamp

6500K:日光Daylight9300K:電視TVscreen(analog)

TCONSystem-WTCWTC–WhiteTracking在傳統(tǒng)的CRT顯示器中，其各灰階三原色的色度點都不會有變化，而僅有發(fā)光強度上的改變，而其所形成的中性色色度點並不會有偏移的現(xiàn)象，所以當(dāng)此CRT顯示器的規(guī)格為6500K的色溫時，即表示其中性色全灰階都是6500K。

LCD的色溫的變化，則是落在6500K~20000K(255~0Gray)BL漏光LC轉(zhuǎn)向特性TCONSystem-WTC除了暗態(tài)漏光會造成色度點偏移外，液晶的特性造成的色度點偏移亦不可忽略，液晶對不同波長的光在不同phaseretardation時的穿透率都不同。由上可知，色度點之所以會偏移主要是因為累加出來的XYZ三刺激值，其X和Y佔X+Y+Z總合的比例已經(jīng)改變，因此要想辦法使中性色全灰階的X和Y佔佔X+Y+Z總合的比例不變，如此x和y不變，色溫不變。

此正是Whitetracking所要達(dá)到的目標(biāo)。TCONSystem-WTC原本的相關(guān)色溫曲線(藍(lán)色)已被修整過而變成下方的曲線(橘色)，色溫已不再隨著灰階變動而盡量維持在10000K左右的色溫。

TCONSystemFRCTCONSystem-FRCFRCFrameRateControl增加灰階，例:以6bits(64階)來表現(xiàn)8bits(256階)的灰階使用空間與時間方式TFTPanelFRCFunctionRGB6/6/6ImageSourceRGB8/8/8RGB9/9/96bitsPanelTCONSystem-FRCFRCMethod-時間差

NlevelgraysN+4levelgraysTCONSystem-FRCFRCMethod-時間差TCONSystem-FRCFRCMethod-二維空間差TCONSystem-FRCFRCMethod-二維空間差TCONSystem-FRC0111101111011110補點策略NFrameStartpointN+1FrameStartpointN+2FrameStartpointN+3FrameStartpointFRCMethod–時間差+二維空間差TCONSystemEEProm/I2CBusTCONSystem–EEprom/I2CBus通常TCONIC將其Function-Control暫存器的值及WTC的LUT值儲存於此，與TCON的連接靠的就是I2CBus。TCONSystem–EEprom/I2CBusDatatransferofI2CBusTCONSystem–EEprom/I2CBusConnectionoftheI2C