液晶显示器维修之--液晶屏TCON工作原理

图A就是一个TFT-LCD像素显示的组合，可以看 到在这个组合中，有三个TFT-MOS管控制RGB 三色点，图B是一组中的一个子像素电路结构。 在图B中；MOS管道栅极接行扫描控制信号；源 极接列控制信号（控制液晶分子扭曲的图像信 号）；漏极接控制液晶扭曲的TFT电极板，共用 线是接上共用电极板（共用电极板和接漏极的 TFT电极板形成的分布电容，电容上的电压就是 控制液晶分子扭曲的电压），由于上共用电极 板和下TFT电极板之间的分布电容的存在，等效 电路如图C和图D所示 从结构图中可以看出，在液晶屏中还设有存储电 容C，这主要是为了让充好电的电压能保持到下 一次更新画面的时候之用，通常，存储电容是由 像素电极和公共电极（或栅极）布线组成，也就 是说，存储电容是一种像素电极与公共电极（或 栅极）走线所形成的平行板电容。 对于液晶屏来说，每个像素从结构上可以看做是像素电极和公共电极之间夹一层 液晶。图ABC所示为液晶显示屏中一个像素的内部结构与电路符号，图中的存储 电容C是由像素电极与公共电极所形成的，图中的Uc为液晶层电容，即液晶材料 的等效电容。
从上表中可以看出，在S0-S7这8种情况中，每种都只有一个输出端 “1”，当S0-S7的相应端输出为1时，则控制相应的模式开关ASW0ASW7导通，将相应的灰度电压接入电路，并从输出端输出。3位输 入数据D0-D2与灰度电压的对应关系如下表
• 从表中可以看出，当输入数据D2、D1、D0为000时，从S7～S0输出为 0000001，即只有S0为1（高电平），所以S0输出的高电平控制模拟开关 ASW0导通，将灰度电压V0输出；输入其他数据时，工作情况完全一致。由 于D2、D1、D0不同的组合有23=8种状态，因此，这是一个可输出8级灰度的 驱动器。 • 若输入数据为6位，即D5、D4、D3、D2、D1、D0、，则可组合成26=64种 状态，可输出64级灰度电压；若输入数据为8位，即D7、D6、D5、D4、D3、 D2、D1、D0，则可组合成28=256种状态，可输出256级灰度电压。 • 以上介绍的3 位数据驱动器还存在着明显的问题：一是数据位数只有3位，显 示灰度层次太低；二是输出的驱动电压为同一极性的信号，不能直接驱动液 晶。因此，实际的数据驱动器内部电路要复杂一些。
数据驱动器分为3位、6位、8位3种，现在主流的是6位和8位，只是3位比 较简单还容易懂。
• 图中，TSMP为取样脉冲，输入的3位数据D0、D1、D2在Tsmp 的上沿被读进取样存储器（锁存器1）；接着，在输出脉冲的上 沿被移到保持存储器（锁存器2）。移到保持存储器的数据加到 3-8译码器进行译码，输出译出的S0～S8信号，其译码情况如表
液晶显示器
液晶显示屏
液晶显示屏的认识
LCD屏型号命名规则
• • • • • • • • • • • • • • AU 台湾友达 L或M开头 M170E5-L05 E表示1280×1024分辨率 X：1024×768 E:1280×1024 PW:1440×900 BOE 京东方 H开头 H17E13-100 CHIMEI/CMO 台湾奇美/奇丽 M/N M150XS-T0S HANNSTAR 瀚彩 HSD150X82 HITACHI 日立 TX/SX (真彩/伪彩) TX38D14 SHARP 夏普 LQ LQ150X 3 TORISAN 广辉（广达） QD FUJITSU 富士通 EDTC/CA HYUNDAI 现代 HT HT17E11-200 LG-PHILIPS LQ/LP/LC/CA TORISAN 三洋 TM TM190SX-70 SX表示SXGA NEC 日电NL10276BC30 102表示1024， 76表示768 1024×768 SAMSUNG 三星 LIM150XH-LO1
– 门驱动器的控制信号
• • • • • STV (Start Vertical) : 栅的启动信号 CPV (Clock Pulse Vertical) : 栅的移动信号 OE1 (Output Enable) : 栅的输出控制信号 OE2 (Multi Level Gate) : 多灰度等级用的信号 CKV----场移位脉冲 （一般指控制屏幕 V方向的 clock）
• 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.
TFT-LCD驱动系统架构及组成
TFT-LCD驱动系统架构及组成
• 控制信号的种类：
– 源驱动器的控制信号
• • • • STH : 行数据的开始信号 CPH: 源驱动器的时钟信号（数据的同步信号） TP or Load: 数据从源驱动器到显示屏的输出信号 MPOL :(数据即行反转信号）: 为了防止液晶老化，而在液 晶上的电压要求极性反转。 • CKH----行移位脉冲（一般指控制屏幕 H方向的 clock）
EK7402数据驱动器内部结构
Scan Driver架构
• DIO1为栅极启动脉冲，SCLK为栅极时钟脉冲，就是栅 极驱动器的控制时钟信号，DID1取在移位时钟SCLK的 上沿，SCLK的下沿处为第1行栅极脉冲输出G（1）， 往后每当在SCLK下沿处，门脉冲输出后移一个“1”。
• 从图中可以看出，G（1）后移“1”变成G（2），G（1） 与（2）间为1个行周期，它们的脉宽等于1H，即1行时 间，它与帧频和分辨率有关，若帧频为60HZ，分辨率 为600×480，则扫描1 帧的时间为1/60=16.67ms，因 为1帧有480行，所以，扫描1行的时间约为34.7μs. • DID1的脉宽也为1H，但同期为1帧，即每帧只输出1个 DID1脉冲。移位寄存器的各个位，通过电平变换器由 栅极驱动器的各个输出端输出。其中，当移位寄存器位 逻辑值为“1”时，输出为高电平VGH；当为“0”时，输 出为低电平VGL。同时，在移位时钟SCLK的作用下， 使移位寄存器第1单元Q1往后每来1个SCLK，则“1”顺 序往下移1个单元。这样Q1～Q256逐行顺序输出，并 加到电平变换电路（模拟开关），在“1”时输出VGH； 在“0”时输出VGL，以逐行递推出G（1），G （2），…，G（256）栅极扫描脉冲。
• 电路中，列驱动器（源极驱动器）的作用是，在 外部行同步脉冲的同步作用下，能够使TFT场效 应管的源极列线从左至右逐根逐条他加电，以使 每一行水平像素，自左至右他逐个燃亮，产生类 似电视的行扫描作用。行驱动器（栅极驱动器） 的作用是；在外部帧同步脉冲的同步下，将TFT 场效应管的栅极扫描线（水平方向）逐条加上电 压，控制TFT元件的导通与截止，以产生自上而 下的每行扫描，从而产生类似电视的场扫描。
液晶屏就是众多的液晶分子排列在一个平面上，图像信号 分别控制相应的分子扭曲，从而在这个屏幕上形成图像。
液晶屏的基本构造及组成
• 液晶屏是由多层不同作用的薄片组成，有偏振片、配向膜、滤色 片、液晶层、背先板等，下图所示就是液晶屏的最主要组成的断 面示意图
• 液晶层在配向膜的中间，先线由下部背先灯射入， 穿后过偏振片、配向膜在液晶层叐到电信号控制 的液晶分子的控制再穿过配向膜及前偏振片，我 们看到的就是图像。 • 偏振片的作用是：只允许和偏振轴平行的偏振波 通过。 • 配向膜的作用是：在无电场的情况下，规范液晶 分子排列，使一个像素区域一层分子；逐步扭曲 90度；并带动通过的偏振波也扭曲90度。 • 液晶层的作用是：在有电场的情况下改发液晶分 子排列以控制偏振波的振动轴向。
Data line
一个像素的驱动波形（例2）
Cgs
G Vd D S Vs
Cst
Clc
Vcom
1 line Vg
Vgh Vd Vs Vcom
ΔV
Vgl 1 frame ΔV
• 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。
• 在图CD中可以看出，行驱动信号 实际上是开关的驱动信号，由行 驱动信号控制图像信息的列驱动 信号对等效电容充电，以形成控 制液晶分子扭曲的电场。 • TFT液晶屏的优势：利用电容保持 同一场像素的亮度，CRT像素的 亮度是靠荧先粉的余辉来维持。 • 当行扫描信号到来时；“开关” 被接通，列驱动信号通过开关对 电容迚行充电，行扫描信号过去 后；“开关”断开，电容两端所 充的电压丌能被释放继续维持， 这个电压形成的电场，持续的控 制着液晶分子的扭曲，直到下一 场时间行扫描信号来到时，接通 “开关”由下一场的该位置的列 驱动信号来刷新电容储存的电压。
• 上图中的G（i）、Y（j）、P（i,j）分别表示栅极驱动器的 输出（即扫描的电压）、数据驱动器的输出（即列信号线的 电压）、像素电极的电压。当G（i）为高电位VGH时，开 关TFT（i,j）导通；而G（i）为低电位VGL时，开关TFT （i,j）断开。 • 数据驱动器的输出Y（j）时间T1，对公用电极（Vcom）输 出正电压，而像素电极相对于共用电极进行正电压（图中的 V+充电。当开关TFT（i,j）断开之后也保存电压，在开关 TFT（i,j）断开的时间（T2）继续对液晶层施加电压。在开 关TFT（i,j）再次导通的T3周期，由于Y（j）对共用电极输 出负的电压（必须进行极性变换，否则，液晶易极化），因 此像素电极相对于共用电极进行负的电压（图中的V-0）充 电。开关TFT（i,j）断开之后，电压仍得到保存，在断开的 周期（T4）中断续对液晶层施加电压。反复进行这种驱动， 在像素的液晶层交替施加相互反方向的电场，就可实现像素 单元上液晶的交流驱动。
TFT LCD面板
驱动电路系统实例-1
驱动电路系统实例-2
Input Signal (LVDS)
GAMMA
TCON
DC/DC
Addressing
TCON 架構
Data Driver架构
• 数据驱动器也称源极驱动器或列驱动器，在显示器中，它用来传 输图像信号，通过控制某像素点充电电压的大小，便可在该点上 显示出怎样一种有机化合物，是液体。液晶对分子对先也有 优秀的透射性能。同时对电场又极其的敏感。当液晶分 子周边的电场収生发化时液晶的分子会随其发化产生扭 曲，通过液晶分子的扭曲可以使通过的先线叐到控制 （通过、阻断）从而形成图像。 • 2、液晶对光线的控制作用 • 液晶的分子有两项重要的特性；一是对先有很好的透过 性；二是对电场非常敏感；研究人员就是利用了这两项 特性；研制出了液晶显示屏。 • 当液晶分子发生偏转时（下左图），背先经过液晶后扭 转90度，可以透过下偏先片在屏幕上产生全白栅。当液 晶分子完全偏转时（下右图），背先直接投射于下偏先 片因偏先片不先波垂直，先线无法透过整个液晶屏幕的 先栅呈全暗状态。
一个像素的驱动波形
• 所谓驱动像素，是指列驱动信号通过TFT开关对电容（CLC和CS） 实施充放电的过程。要对第i 行第j列的电容充电，就要把开关TFT （i,j）导通，对列信号Y（j）施加目标电压。当像素电极被充分充 电之后，即使将开关TFT（i,j）断开，电容中的电荷得到保存，电 极间的液晶层继续有电压施加。数据驱动器的作用就是对列信号线 施加目标电压；而栅极驱动器的作用是控制开关TFT（i,j）的导通 和断开。
TFT-LCD
•
TFT-LCD（ThinFilmTransistor LCD）： TFT是薄膜晶体管的英语缩语；TFT-LCD是 指薄膜晶体管液晶显示器件，可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，是 目前最好的LCD彩色显示设备之一。TFT的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控 制，是有源像素点。因此，不但速度可以极大提高，而且对比度和亮度也大大提高了， 同时分辨率也达到了很高水平，下图所示即为一个像素元TFT-LCD组成结构图。图中； 最下面是背先源；偏振片；TFT电极板；配像模；液晶层；共用电极；滤色片；偏振 片。和前述不同的是控制液晶分子扭曲的电极为TFT电极，为了达到彩色显示的目的， 在上偏振片下面增加了RGB三色滤色片，三组扭曲的分子组成一个像素点的显示。
TFT液晶屏驱动系统
• 图中表示了TFT液晶彩显驱动系统的框图，实际上就是一个TFT液晶显示模框 图。从图中可以看出，从主板送来的图像数据输入加定时控制器TCON电路， 并传输到数据驱动器。TCON以主板送来的垂直同步信号（Vsyn）、水平同 步信号（Hsyn）、数据传输时钟（DCK）以及允许数据传输信号（DEN）为 基础，产生各种控信号。灰度电源产生将数字数据转换为电压时的基准电压 （灰度电压：Vn）。栅极电源产生 栅极驱动器的输出电压（VGH，VGL）。