光电显示技术3.7 液晶显示器件的驱动技术1

对于段电极则将相对应的段连在一起共用一根引线， 要显示的段则输入显示电压，再看扫描选通信号，选中 的就亮，没选中的不亮，这就是简单的动态驱动技术。
在方波扫描期间，每一位被点亮的数字实际上是在闪 烁的，只要扫描频率超过人眼的临界闪烁频率，人眼就 只看到被点亮的一串数字。显然位数越多扫描的频率也 就越高。 优点：N位数字的N个相应的段用一根引线，加一小数 点，共8根，再加N根背电极引线，共需N＋8根引线。电 极引线少，驱动信号波形少。 技术思想：将驱动信号一分为二，一个用于扫描选通 （对应背电极），称扫描信号；一个用于给出显示与不 显示信号，称显示信号。由扫描信号和显示信号二者的 迭加来决定哪位数码显示，当 V Vth时亮，反之不亮。
2、多重矩阵法
每一行电极涵盖了两行像素，可用1/N占空比驱动 2N行电极，列电极数目也增加1倍，但其控制写入方 式与分割矩阵方式不同。
3、线反转技术
液晶显示工作于交流驱动下，当显示容量很大时，要 考虑像素电容及引线电阻的影响。 如图所示，在交流驱动下，在电极中有驱动电流流过， 电极电阻将产生压降，导致一行像素中明暗不同，显示 画面不均匀。 扫描信号每隔数行变一 次极性，使间隔行数周期 与帧周期无公约数，称为 线反转技术。 xi yj
振荡器发出固定的、连续的占空比为1/2的方波信号， 此信号分为五路，前三路经相移器产生相移为0， π/2， π的信号， 后两路经延时、 触发、相移等逻 辑电路进行波形 转换得双极性归 零信号，有π/2的 位相差。
⑶示波器显示
像素电极排布为点阵式， 任何一幅波形中都具有一 个Y电极中只有一个X电 极与其选通的特点。对于 这种显示任务，X电极和 Y电极都只需两种驱动波 形。
⑵Y电极执行选址任务，它需要两种波形，一种是选 通波形，一种是非选通波形，它们与扫描信号是同步 的。当扫描到某一行时，凡是加了选通波形的列与该 行的交叉点就是被点亮的像素，加了非选通波形的则 不被点亮，扫完一帧后所有这些被点亮的像素便组成 了一幅画面。 因为画面上各行的像素是在不同时段被选通的，所以 动态驱动技术又称为时间分割显示。
1、平均电压法
y1
y2
y3
以3×3矩阵驱动为 例，X电极上没扫到的 x1 行接地，扫到的行加 信号为(b-1)u0，Y电极 x2 上选通信号为- u0，非 x3 选通的信号为u0。
各像素点的电压： u0 -u0 u0
0
(b-1)u0
0
(1,1) (1, 2) (1,3) (2,1) (2, 2) (2,3) (3,1) (3, 2) (3,3)
一、液晶显示器的电极连接 LCD有段形显示和点阵显示，取决于电极的形状。 1、段形显示可用于显示数字、字母 和汉字等。 在上玻璃基片上刻ITO膜，每段一 根引线或相同的段共用一根引线，视 驱动方法的不同而不同；下玻璃基片 不刻，整块作为一个公共电极或一位 数码刻一个电极，用一根引线。
2、点阵显示 在上、下玻璃基片内侧光 刻栅网形电极，水平电极称 为扫描电极，用X表示，垂直 电极称信号电极或选址电极， 用Y表示，水平电极与垂直电 极交叉处为一个像素。
2、N×M矩阵液晶显示的交叉效应 ⑴逐点扫描 将所有开路行电极连在 一起，所有开路列电极连 在一起，第i行和第j列电极 间的像素阻抗等效电路如 右图：
N M 1 Rij R N M
2N 1 Rij R 2 N
（i，j） 电压
（i，l），（k，j） （l，k）
N 1 V0 2N 1 1 V0 2N 1
四、无源矩阵驱动的交叉效应 1、交叉效应 以3×3矩阵驱动为例，点亮（2，2），点阵中9个点 的电压： y1 y2 y3
(1,1) (1, 2) (1,3) (2,1) (2, 2) (2,3) (3,1) (3, 2) (3,3)
x1
x2 x3 0
0 u0 0
3.7 液晶显示的驱动技术
• 液晶显示器件的电极连接 • PM－LCD的静态驱动技术 • PM－LCD的动态驱动技术 • 抑制交叉效应的措施 • 提高大容量液晶显示图像质量的方法 • 灰度显示法 • 动态驱动器原理 • 液晶显示控制原理
3.7.1液晶显示器件的电极连接
液晶显示器是通过外加电场改变其分子的初始排列， 从而改变液晶层的透光特性进行工作的，其透光特性包 括光透过率的高低，白光照射彩色光出射两种情况，外 加电压必须超过阈值电压，并维持一定时间，才能获得 人眼可觉察到的显示效果。 另外要求： ⑴LCD必须交流驱动。 ⑵LCD透光率的改变只与外加电压的有效值有关。 ⑶液晶显示器的一个显示单元等效于一个电容，为 容抗性负载。
每个数码配一个译码器，驱动电压为交流3～5V。工 作时，振荡器发出固定的、占空比为1/2的连续方波加在 公共电极（COM电极）上，这个方波信号B与要显示的 信号A经过一个异或门再输出给笔段电极。
COM SEG1 SEG2 COM－ SEG1 COM－ SEG2 振荡器 B A
A B
LC Cell
1 2 N 1 1 2 2 选择点： V0 V ( ) V0 N N b 1 b 2 2 N 1 1 2 2 2 非选点： ( Voff )V0 ( ) V0 N b N b
2 on
定义工作裕度α
Von b 2 ( N 1) Voff (b 2) 2 ( N 1)
静态驱动器原理： 以段形显示为例， 显示一个数字需四位 二进制码表示， 0000～1111，有 四根数据线D0、D1、 D2、D3，输入4位二 进制码，经译码器后 控制要点亮的段，从 而显示数字。缓冲器 的作用是暂存D0～ D3的数据。
三、PM－LCD的动态驱动技术 1、动态驱动技术 仍以笔段式数码显示为例，显示N位带小数点的数字， 将背电极（公共电极）分成N块，每一块对应一位数码 （称为位电极）引出一根引线，在各背电极上顺序加反 相后的连续矩形脉冲，类似于行扫描，扫到哪一位就将 它选通。
异或门的输出与COM波形不是同相就是反相，同相 时，液晶上无电场，不显示；反相时，加在液晶上的 信号波形幅值为2倍的连续方波信号，若此幅值大于液 晶的 Vth，则为显示状态。
⑵棒形模拟显示 用液晶制作类似水银温度计那样的模拟量显示器。将 背电极用分成十段，需十根电极引线，每段对应十个棒 形像素，不同段中的棒形像素按一定规律连在一起，需 十根棒电极引线。
u0 u0 u 0 (b 2)u bu (b 2)u 0 0 0 u 0 u0 u0
在选通的列上，半选点的电压是全选点的1/b，b就 称为偏压比。
当b＝3时，点阵电压为：
(1,1) (1, 2) (1,3) u0 (2,1) (2, 2) (2,3) u 0 (3,1) (3, 2) (3,3) u0 u0 3u0 u0 u0 u0 u0
多用于计算器和仪表 用液晶仪器，大都是多 位笔段形显示，位数可 达1O位以上。1／3偏压 法最适用于四路驱动， 但经常用于三路驱动。
⑶5级、6级偏压法 用于驱动路数较多的点阵液晶显示器件，目的是实 现行驱动器和列驱动器驱动电压的平衡，使用偏离最 佳偏压比的5级、6级偏压。
R1 R2 R4 R5 R
半选点与非选点电压的有效值相等，且都等于全 选点的1/3，这就是消除交叉效应的1/3偏压法。
液晶显示器件的驱动电压工作范围：
Vth 2 V50
2、最佳偏压法
为了减小交叉效应，获得良好对比度的图像，对于每 一个给定的扫描行数，均存在一个最佳的偏压比。
像素的透光率由一帧时间内加在像素上的电压的圴方 根值决定。
2、无源矩阵的动态驱动技术 X电极，即扫描电极，加扫描信号；Y电极，即选通 或选址电极，加选通信号，选择要显示的点的地址。 若X电极有m条，Y电极有n条，则它们组成的点阵为 m×n方阵，提供m×n个像素，在动态驱动下只需要(m ＋n)根电极引线，引线数目大大减少。 ⑴X电极加扫描脉冲，将它逐行施加于X电极就相当于 在做逐行扫描，从第一行扫描到第m行即完成了一帧的扫 描，所用的时间称为帧周期，帧周期的倒数就是帧频。 扫描某一行时，其余的m-1行都处于空闲状态，扫描电 极扫描某一行所占用的时间与帧周期的比称为占空比， 它等于1/m。
0 u 0 0
u0 2u0 u0
0 u0 0
-u0
0
当 2u0 Vth 时，（2，2）像素就被点亮。 若像素的亮度不够，根据液晶的电光效应曲线，要增 大 u0使其透光率增大才能将亮度提高，若电光曲线的陡 度太大，则 u0增加的越多，当 u0 Vth 时，则行和列上的 所有像素就被点亮了。 导致图像对比度下降，分辨力也下降，从而影响了图 像质量，这就是交叉效应。随着点阵数目的增多，交叉 效应也越严重。 （2，2）像素为全选点，和x2、 y2不相连的像素点为 非选点，和x2、 y2相连的像素除全选点外称半选点。
V0 V0 V0
N＝8
N＝∞
7V0 /15 V0 / 2
V0 /15
0
⑵逐行扫描 一幅图像为左明右暗：
选择点 电压 N＝8 N＝∞
半选点
N 1 V0 N 1
非选点
1 V0 N 1
V0 V0 V0
7V0 / 9 V0
V0 / 9
0
五、抑制交叉效应的措施
交叉效应对画面质量的影响： ①选择点与非选点电压接近，当外加电压超过阈值电 压后，半选点也会呈显示状态，使对比度下降。 ②半选点与非选点电压不一样，若它们变明或变暗的 状态不一致，造成画面不均匀。 要抑制交叉效应，可以： ①从液晶角度讲，选用电光曲线较陡的液晶材料。 ②从驱动角度讲，要增大全选点与半选点的电压差。
R3 ( N 3)R (b 4)R
设器件扫描行数为100线，
R3 7 R
6级分压法
五、提高大容量液晶显示器件的图像质量的方法