TFT LCD液晶显示器的驱动原理
TFT_LCD液晶显示器的驱动原理详解
TFT_LCD液晶显示器的驱动原理详解TFT液晶显示器是一种广泛应用于电子产品中的显示技术，它具有亮度高、色彩鲜艳、对比度高等特点。
其驱动原理涉及到液晶分子的操控和信号的产生，下面将详细介绍TFT_LCD液晶显示器的驱动原理。
TFT液晶显示器的基本构造是将两块玻璃基板之间夹上一层液晶材料并加上一层透明导电材料形成液晶屏幕。
液晶是一种具有各向异性的有机材料，其分子有两种排列方式：平行排列和垂直排列。
平行排列时液晶分子可以使光线通过，垂直排列时则阻止光线通过。
这种液晶分子的特性决定了TFT液晶显示器的驱动原理。
TFT液晶显示器的显示过程是通过将电信号施加到液晶分子上来实现的。
在TFT液晶显示器中，每个像素都有一个薄膜晶体管（TFT）作为驱动器，这个晶体管可以控制液晶分子的排列方式。
当电压施加到晶体管上时，晶体管会打开，液晶分子垂直排列，使得背光通过液晶层后被过滤器颜色选择，从而显示对应的颜色。
当电压不再施加到晶体管上时，晶体管关闭，液晶分子平行排列，背光被完全阻挡，形成黑色。
为了产生详细的图像，TFT液晶显示器采用了阵列式的组织结构。
在每个像素之间有三个基色滤光片，分别为红色、绿色和蓝色。
液晶层上的每个像素都与一个TFT晶体管和一个电容器相连。
当电压施加到TFT晶体管上时，电容器会积蓄电荷，触发液晶分子的排列，从而控制对应像素的颜色。
在驱动原理的实现过程中，TFT液晶显示器需要一个控制器来产生电信号。
控制器通过一个复杂的算法，将输入的图像数据转化为适合TFT液晶显示器的电信号，以实现图像的显示。
控制器还负责对TFT晶体管进行驱动，为每个像素提供适当的电压。
另外，TFT液晶显示器还需要背光模块来提供光源。
背光模块通常使用冷阴极荧光灯（CCFL）或者白色LED来产生光线。
背光通过液晶分子的排列方式来调节光的透过程度，从而形成不同的颜色。
为了提供更好的显示效果，在TFT液晶显示器中还需要增加背光的亮度和对比度的调节功能。
TFT LCD液晶显示器的驱动原理
TFT LCD液晶顯示器的驅動原理(一)謝崇凱前兩期針對液晶的特性與TFT LCD本身結構介紹了有關液晶顯示器操作的基本原理。
這次將針對TFT LCD的整體系統面，也就是對其驅動原理來做介紹，而其驅動原理仍然因為一些架構上差異的關係而有所不同。
首先將介紹由於Cs(storage capacitor)儲存電容架構不同，所形成不同驅動系統架構的原理。
Cs(storage capacitor)儲存電容的架構一般最常見的儲存電容架構有兩種，分別是Cs on gate與Cs on common這兩種。
顧名思義，兩者的主要差別在於儲存電容是利用gate走線或是common走線來完成。
在上一期文章中曾提到，儲存電容主要是為了讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫面的時候之用，所以必須像在CMOS的製程之中，利用不同層的走線來形成平行板電容。
而在TFT LCD的製程中，則是利用顯示電極與gate走線或common走線所形成的平行板電容，來製作出儲存電容Cs。
<center><img src="/album/43/69/51466943/431163.jpg" border=0></center>如果圖不清楚，請看/album/43/69/51466943/431163.jpg圖1就是這兩種儲存電容架構，圖中可以很明顯地知道，Cs on gate由於不必像Cs on common需要增加一條額外的common走線，所以其開口率(Aperture ratio)比較大。
而開口率的大小是影響面板的亮度與設計的重要因素，所以現今面板的設計大多使用Cs on gate的方式。
但是由於Cs on gate方式的儲存電容是由下一條的gate走線與顯示電極之間形成的(請見圖2中Cs on gate與Cs on common的等效電路)，<center><img src="/album/43/69/51466943/431250.jpg" border=0></center>而gate走線就是接到每一個TFT的gate端的走線，主要是作為gate driver送出信號來打開TFT，好讓TFT對顯示電極作充放電的動作。
tftlcd工作原理
tftlcd工作原理
TFTLCD是一种液晶显示技术，其全称为薄膜晶体管液晶显示器。
TFTLCD的工作原理基于液晶分子的定向和控制，以及薄膜晶体管的电子控制。
TFTLCD由两块平行的玻璃基板组成，中间填充着液晶材料。
每个像素点都由三个互补色彩的亚像素点（红、绿、蓝）组成。
在玻璃基板上有一层透明导电层，称为ITO（铟锡氧化物）层，用于控制每个像素点的亮度和颜色。
当电压施加到ITO层时，会在液晶材料中形成一个电场。
这个电场会使得液晶分子发生定向变化，从而改变光线的传播方向和偏振状态。
通过控制每个像素点ITO层上施加的电压大小和极性，可以实现对每个像素点颜色和亮度的精确控制。
为了实现对每个像素点电压大小和极性的精确控制，需要使用薄膜晶体管（TFT）。
TFT是一种半导体器件，能够在微小电压下控制电流的流动。
TFTLCD中，每个像素点都与一个TFT晶体管相连，控制器通过对TFT晶体管的控制来改变ITO层上的电压。
总之，TFTLCD的工作原理是基于液晶分子定向和控制、ITO层和TFT
晶体管的电子控制。
通过对每个像素点施加精确的电压和极性，可以实现高分辨率、高亮度、高对比度和真实色彩的显示效果。
TFT-LCD显示器工作原理
VA mode :
> // → △ε= // - < 0
介电系数异方性为負型的液晶, 可以用在垂直配位
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Page10
Temperature Dependence
Tni
Tni
n⊥ & n\\ 受Temp. 影響
Prism II（棱鏡片） Diffuser(下扩散板） Light Guide Plate（導光板） Reflection Plate（反射板）
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光與極化
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等方向性 任意的
Page7
Birefringence
雙折射
Isotropic
z
n
等方向性的光介質，如水、鑽石，在各個方向 的折射率相同, 其折射率分佈為球:
X2+ Y2+ Z2= n2
y
x
ne z Anisotropic
no no
x
非等方向性光介質，如液晶、石英，其折射 率分佈為一橢球:
X2/no2+ Y2/no2+ Z2/ne2=1
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光的調變1
z
no
ne
no
y
x
Cross polarizer 放在任何角度, 都呈現暗態
在两片垂直线偏级化的偏光版中间的材料并未对光产生极化态的改变，则Croos polarizer 一定是暗态。
tft工作原理
tft工作原理
TFT（薄膜晶体管）是一种基于薄膜技术的半导体器件，常用
于液晶显示器（LCD）平面面板的驱动。
以下是TFT的工作
原理：
1. TFT结构：TFT是由多个薄膜层组成的结构。
其中包括透明导电层（一般为透明的氧化铟锡涂层，ITO层），绝缘层（一般为二氧化硅或硅氧化铝），以及半导体层（多晶硅或非晶硅）。
2. 偏压施加：在TFT中，电场通过透明导电层施加在半导体
层上，可以调节半导体层的导电性。
3. 管道形成：由于施加的电压，半导体层中部分区域的导电特性会发生变化，形成了导电通道。
这个导电通道可以控制液晶的透过性，从而控制显示器上的像素显示。
4. 控制信号：通过在透明导电层上施加不同的控制信号，可以调节TFT中的电场大小，从而控制液晶的偏振状态。
5. 灯光透过：控制液晶的偏振状态会影响灯光通过液晶显示层的方式。
通过透明的导电层和绝缘层，光线可以透射到显示面板中。
6. 显示亮度：液晶显示层通过调节透光性来控制像素的亮度。
当电压施加到TFT时，液晶分子会扭曲并影响光线的透过性。
这种扭曲可以通过不同的信号施加来控制，从而达到调节亮度
的效果。
综上所述，TFT通过控制透明导电层和半导体层之间的电场来调节液晶的偏振状态，从而控制显示器的像素亮度和透明性。
TFT_LCD_驱动原理
TFT_LCD_驱动原理TFT（薄膜晶体管）液晶显示屏是一种广泛应用于电子产品中的平面显示技术。
TFT液晶显示屏由液晶单元和薄膜晶体管阵列组成，每个像素都由一个液晶单元和一个薄膜晶体管控制。
TFT液晶显示屏的原理是利用液晶的电光效应来实现图像的显示。
液晶是一种介于固体和液体之间的有机化合物，具有光电效应。
通过在液晶材料中施加电场，可以改变液晶的折射率，从而控制光的透射或反射。
液晶的电光效应使得TFT液晶显示屏可以根据电信号来调节每个像素点的亮度和颜色。
TFT液晶显示屏的驱动原理主要包括以下几个步骤：1.数据传输：首先，需要将图像数据从输入设备（如计算机）传输到液晶显示屏的内部电路。
这通常是通过一种标准的视频接口（如HDMI或VGA）来完成的。
2.数据解码与处理：一旦数据传输到液晶显示屏内部，它会被解码和处理，以提取有关每个像素点的亮度和颜色信息。
这些信息通常以数字方式存储在显示屏的内部存储器中。
3.电压调节：在液晶显示屏中，每个像素是由一个液晶单元和一个薄膜晶体管组成。
薄膜晶体管通过控制液晶单元的电场来调节每个像素的亮度和颜色。
为了控制液晶单元的电场，需要施加不同电压信号到每个像素点上。
这些电压信号由驱动电路产生，并通过薄膜晶体管传递到液晶单元。
4.像素刷新：一旦电压信号被传递到液晶单元，液晶单元将会根据电场的变化来调节光的传输或反射，从而实现每个像素的亮度和颜色调节。
整个屏幕的像素都将按照这种方式进行刷新，以显示出完整的图像。
5.控制信号发生器：控制信号发生器是液晶显示屏的一个重要组成部分，用于生成各种控制信号，如行扫描和场扫描信号，以及重新刷新图像的同步信号。
这些控制信号保证了像素的正确驱动和图像的稳定显示。
总结起来，TFT液晶显示屏的驱动原理涉及数据传输、数据解码与处理、电压调节、像素刷新和控制信号发生器等多个步骤。
通过控制电压信号和液晶单元的电场变化，TFT液晶显示屏能够实现图像的显示，并且具有色彩鲜艳、高对比度和快速响应等优点，因此在各种电子产品中得到广泛应用。
经典：TFT-LCD-驱动原理(TN-mode)
Pulse離開 TFT Open
10
A switch controlled by scan line Voltage
G1
T= 0 sec
G2 t=0 t=1
time
Selected row
Non-
selected
row
11
A switch controlled by scan
❖Gate_Line：Scan
Scan line
19
即可產生一張美麗的畫面
20
簡單的驅動原理就介紹到此 接下來就為各位介紹真實驅動上產生
的兩個Issue
1.AC Driving 2.Flicker Introduce
21
AC Driving
Why ll cause LC damaged.
➢液晶就是依所受的電場 大小去控制光的穿透量
RG RG
13
那Data Line上面的電壓是….
V63
Gray Scale
V48
Voltage
V32
V16
V0
DC Bias of Common
V16
1 Frame / 1 Line
V32
100%
V48
Transmittance(%)
V63
Voltage
➢利用Pixel上電荷的多 寡由決此定可電知場，大真小正主宰Pixel
RG
充多少電荷的是
RG
➢液晶就Ga是te依_L所in受e與的D電at場a_Line
大小去控制光的穿透量
9
Gate_Line
• (一)利用pulse控制TFT開或關
voltage
pulse
液晶显示驱动原理3
TFT LCD液晶显示器的驱动原理(三)上次跟大家介绍液晶显示器的二阶驱动原理，以及因为feed through电压所造成的影响。
为了解决这些现象，于是有了三阶驱动甚至于四阶驱动的设计。
接下来我们先针对三阶驱动的原理作介绍。
三阶驱动的原理(Three level addressing method)二阶驱动的原理中，虽然有各种不同的feed through电压，但是影响最大的仍是经由Cgd所产生的feed through电压。
也因此在二阶驱动时需要调整common电压，以改进灰阶品质。
但是由于Clc并非是一个固定的参数，让调整common电压以便改进影像品质目的不易达成。
因此便有了三阶驱动的设计，期望在不必变动common电压的情形下，将feed through电压给补偿回来。
三阶驱动的基本原理是这样的，利用经由Cs的feed through电压，来补偿经由Cgd 所产生的feed though电压。
也就是因为需要利用Cs来补偿，所以三阶驱动的方法只能使用在面板架构为Cs on gate的方式。
图1就是三阶驱动gate driver电压的波形，从这个三阶驱动的波形中我们可以知道，三阶驱动波形跟二阶驱动不一样的是，它的gate driver驱动波形之中，会有三种不一样的电压。
当gate driver关闭时，会将电压拉到最低的电压，等到下一条的gater driver走线也关闭后，再将电压拉回。
而这个拉回的电压，就是为了去补偿下一条线的feed through电压。
也就是说，每一条gate driver走线关闭时，经由Cgd所产生的feed through电压，是由上一条走线将电压拉回时，经由Cs所产生的feed through电压来补偿的。
既然是经由拉回的电压来补偿，那拉回电压的大小要如何计算呢? 上次我们有提到feed through电压的计算方式，我们可以依照上次的公式来计算所需的电压:经Cgd的Feed through电压= (Vg_high – Vg_low) * Cgd / (Cgd + Clc + Cs) ; Vg_high 与Vg_low分别为gate driver走线打开与关闭的电压。
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TFT LCD液晶显示器的驱动原理我们针对feed through电压,以及二阶驱动的原理来做介绍.简单来说Feed through电压主要是由于面板上的寄生电容而产生的,而所谓三阶驱动的原理就是为了解决此一问题而发展出来的解决方式,不过我们这次只介绍二阶驱动,至于三阶驱动甚至是四阶驱动则留到下一次再介绍.在介绍feed through电压之前,我们先解释驱动系统中gate driver所送出波形的timing图.SVGA分辨率的二阶驱动波形我们常见的1024*768分辨率的屏幕,就是我们通常称之为SVGA分辨率的屏幕.它的组成顾名思义就是以1024*768=786432个pixel来组成一个画面的数据.以液晶显示器来说,共需要1024*768*3个点(乘3是因为一个pixel需要蓝色,绿色,红色三个点来组成.)来显示一个画面.通常在面板的规划,把一个平面分成X-Y轴来说,在X轴上会有1024*3=3072列.这3072列就由8颗384输出channel的source driver 来负责推动.而在Y轴上,会有768行.这768行,就由3颗256输出channel的gate driver来负责驱动.图1就是SVGA分辨率的gate driver输出波形的timing图.图中gate 1 ~ 768分别代表着768个gatedriver的输出.以SVGA的分辨率,60Hz的画面更新频率来计算,一个frame的周期约为16.67 ms.对gate 1来说,它的启动时间周期一样为16.67ms.而在这16.67 ms之间,分别需要让gate 1 ~ 768共768条输出线,依序打开再关闭.所以分配到每条线打开的时间仅有16.67ms/768=21.7us而已.所以每一条gate d river打开的时间相对于整个frame是很短的,而在这短短的打开时间之内,source driver再将相对应的显示电极充电到所需的电压.而所谓的二阶驱动就是指gate driver的输出电压仅有两种数值,一为打开电压,一为关闭电压.而对于common电压不变的驱动方式,不管何时何地,电压都是固定不动的.但是对于common电压变动的驱动方式,在每一个frame开始的第一条gate 1打开之前,就必须把电压改变一次.为什么要将这些输出电压的t iming介绍过一次呢?因为我们接下来要讨论的feed through电压,它的成因主要是因为面板上其它电压的变化,经由寄生电容或是储存电容,影响到显示电极电压的正确性.在LCD面板上主要的电压变化来源有3个,分别是gate driver电压变化,source driver电压变化,以及common电压变化.而这其中影响最大的就是gate driver电压变化(经由Cgd或是Cs),以及common电压变化(经由Clc或是Cs+Clc).Cs on common架构且common电压固定不动的feed through电压我们刚才提到,造成有feed through电压的主因有两个.而在common电压固定不动的架构下,造成f eed through电压的主因就只有gate driver的电压变化了.在图2中,就是显示电极电压因为feed thro ugh电压影响,而造成电压变化的波形图.在图中,请注意到gate driver打开的时间,相对于每个frame 的时间比例是不正确的.在此我们是为了能仔细解释每个frame的动作,所以将gate driver打开的时间画的比较大.请记住,正确的gate driver打开时间是如同图1所示,需要在一个frame的时间内,依序将768个gate driver走线打开的.所以每个gate走线打开的时间,相对于一个frame的时间,是很短的.当gate走线打开或关闭的那一瞬间,电压的变化是最激烈的,大约会有30~40伏特,再经由Cgd的寄生电容,影响到显示电极的电压.在图3中,我们可以看到Cgd寄生电容的存在位置.其实Cgd的发生,跟一般的CMOS电路一样,是位于MOS的gate与drain端的寄生电容.但是由于在TFT LCD面板上gate端是接到gate driver输出的走线,因此一但在gate driver输出走在线的电压有了激烈变化,便会影响到显示电极上的电压.在图2之中,当Frame N的gate走线打开时,会产生一个向上的feed through电压到显示电极之上.不过此时由于gate走线打开的缘故,source driver会对显示电极开始充电,因此即便一开始的电压不对(因为feed through电压的影响),source driver仍会将显示电极充电到正确的电压,影响便不会太大.但是如果当gate走线关闭的时候,由于source driver已经不再对显示电极充电,所以gate d river关闭时的电压压降(30~40伏特),便会经由Cgd寄生电容feed through到显示电极之上,造成显示电极电压有一个feed through的电压压降,而影响到灰阶显示的正确性.而且这个feed through电压不像gate走线打开时的feed through电压一样,只影响一下子,由于此时source driver已经不再对显示电极充放电,feed through电压压降会一值影响显示电极的电压,直到下一次gate driver走在线的电压再打开的时后.所以这个feed through电压对于显示画面的灰阶的影响,人眼是可以明确的感觉到它的存在的.而在Frame N+1的时候,刚开始当gate driver走线打开的那一瞬间,也会对显示电极产生一个向上的feed through电压,不过这时候由于gate已经打开的缘故,source driver会开始对显示电极充电,因此这个向上的feed through电压影响的时间便不会太长.但是当gate走线再度关闭的时候,向下的feed through电压便会让处在负极性的显示电极电压再往下降,而且受到影响的负极性显示电压会一直维持到下一次gate走线再打开的时候.所以整体来说,显示电极上的有效电压,会比source driver的输出电压要低.而减少的电压大小刚好为gate走线电压变化经由Cgd的feed through电压.这个电压有多大呢?在图4中,我们以电荷不灭定律,可以推导出feed through电压为 (Vg2 – Vg1) * Cgd / (Cgd + C lc + Cs) .假设Cgd=0.05pF,而Clc=0.1pF, Cs=0.5pF且gate走线从打开到关闭的电压为–35伏特的话. 则feed through电压为–35*0.05 / (0.05+0.1+0.5) = 2.69伏特. 一般一个灰阶与另一个灰阶的电压差约仅有30到50 mV而已(这是以6 bit的分辨率而言,若是8 bit分辨率则仅有3到5 mV而已).因此feed through电压影响灰阶是很严重的.以normal white的偏光板配置来说,会造成正极性的灰阶会比原先预期的来得更亮,而负极型的灰阶会比原先预期的来得更暗.不过恰好feed through电压的方向有一致性,所以我们只要将common电压向下调整即可.从图2中我们可以看到,修正后的common电压与原先的common电压的压差恰好等于feed through电压.Cs on common架构且common电压变动的feed through电压图5为Cs on common且common电压变动的电压波形,由于其common电压是随着每一个frame而变动的,因此跟common电压固定的波形比较起来.其产生的feed through电压来源会再多增加一个,那就是common电压的变化.这个common电压的变化,经由Clc+Cs的电容,便会影响到显示电极的电压.且由于整个LCD面板上所有显示点的Clc与Cs都是接到common电压,所以一但common电压有了变化,受影响的就是整个面板的所有点.跟前面gate电压变化不一样的是,gate电压变化影响到的只是一整行的显示点而已.不过Common电压变化虽然对显示电极的电压有影响,但是对于灰阶的影响却没有像gate电压变化来的大.怎么说呢?如果我们使用跟前面一样的电容参数值,再套用图6所推导出来的公式,再假设Common电压由0伏特变到5伏特,则common电压变化所产生的feed through电压为(5 -0)*(0.1pF+ 0.5pF) / (0. 05pF + 0.1pF +0.5pF) = 5 * 0.6/0.65=4.62伏特.虽然显示电极增加这么多电压,但是common电极也增加了5伏特.因此在Clc两端,也就是液晶的两端,所看到的压差变化,就只有4.62-5=0.38伏特而已.跟之前gate走线电压变化所产生的feed through电压2.69伏特比较起来要小的多了,所以对灰阶的影响也小多了.且由于它所产生的feed through电压有对称性,不像Gate走线所产生的feed through电压是一律往下,所以就同一个显示点来说,在视觉对灰阶的表现影响会比较小.当然啦,虽然比较小,但是由于对整个LCD面板的横向的768行来说, common电压变化所发生的时间点,跟gate走线打开的时间间隔并不一致,所以对整个画面的灰阶影响是不一样的.这样一来,就很难做调整以便改进画面品质,这也是为什么common电压变动的驱动方式,越来越少人使用的缘故.Cs on gate架构且common电压固定不动的feed through电压图7是Cs on gate且common电压固定不动的电压波形图.它并没有common电压变化所造成的feed through电压,它只有由于gate电压变化所造成的feed through电压.不过它跟Cs on common不一样的是,由gate电压变化所造成的feed through电压来源有两个地方,一个是自己这一条gate走线打开经由Cgd产生的feed through电压,另一个则是上一条gate走线打开时,经由Cs所产生的feed through电压.经由Cgd的feed through电压跟前面所讨论过的状况是一样的,在这边就不再提了.但是经由Cs的feed through电压,是因为Cs on gate的关系,如图3所示.Cs on gate的架构,它的储存电容另一端并不是接到common电压,而是接到前一条gate走线,因此在我们这一条gate走线打开之前,也就是前一条gate走线打开时,在前一条gate走线的电压变化,便会经由Cs对我们的显示电极造成feed through电压.依照图8的公式,同时套用前面的电容参数与gate电压变化值,我们可得到此一feed through电压约为 35*0. 5pF/(0.5pF+0.1pF+0.05pF)=26.92伏特.这样的feed through电压是很大的,不过当前一条gate走线关闭时,这个feed through电压也会随之消失.而且前一条gate走线从打开到关闭,以SVGA分辨率的屏幕来说,约只有21.7us的时间而已.相对于一个frame的时间16.67ms是很短的.再者当前一条gate走线的feed through电压影响显示电极后,我们这一条的gate走线也随之打开,source driver立刻将显示电极的电压充放电到所要的目标值.从这种种的结果看来,前一条gate走线的电压变化,对于我们的显示电极所表现的灰阶,几乎是没有影响的.因此对于Cs on gate且common电压固定不动的驱动方式来说,影响最大的仍然是gate走在线电压变化经由Cgd产生的feed through电压,而其解决方式跟前面几个一样,只需将common电压往下调整即可.Cs on gate架构且common电压变动的feed through电压图9是Cs on gate架构且common电压变动的feed through电压波形图.这样子的架构,刚好有了前面3种架构的所有缺点,那就是 gate走线经由Cgd的feed through电压,和前一条gate走线经由Cs的feed through电压,以及Common电压变化经由Clc的feed through电压.可想而知,在实际的面板设计上几乎是没有人使用这种架构的.而这4种架构中最常用的就是 Cs on gate架构且common电压固定不动的架构.因为它只需要考虑经由Cgd的feed through电压,而Cs on gate的架构可得到较大的开口率的缘故.二阶驱动(Two level addressing)的效应。