液晶显示驱动器知识ppt课件
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液晶顯示器驅動系統
課程大綱
• • • • • • • •
2019/3/1
液晶物質簡介 液晶的電光效應 液晶基本驅動原理 STN LCDs 驅動原理 TFT LCDs 驅動原理 影響TFT LCDs 畫面品質的因素 Driver IC 簡介 TFT LCDs 模組及介面技術簡介
绿显电子科技 lv136
SR
ON OFF
OFF +D
F D
opt
N
-D
0
SRopt
液晶畫素電壓
N 1 N 1
2019/3/1
绿显电子科技 lv136
17
多工驅動法的限制
1.3 1.2 1.1 1.0
N 2 3 3 4 8 16 32 64 100 128 200 240 400 Bias 1:2 1:2 1:3 1:3 1:4 1:5 1:7 1:9 1:11 1:12 1:15 1:16 1:17 S.R. 2.23 1.73 1.92 1.73 1.45 1.29 1.2 1.15 1.11 1.09 1.08 1.06 1.06
– 視角限制。 – 外加被光源或投射光源。 – 溫度操作範圍限制。
2019/3/1 绿显电子科技 lv136 9
液晶顯示器的種類
扭轉型 (Twinst Nematic, TN) 1971 超扭轉型 (Super Twinst Nematic, STN) 1984 雙層雙扭轉型 (Double Layer STN, DSTN)1987 光相位補償超扭轉型 (Film STN, FSTN)1988 主動驅動超扭轉型 (AASTN or MLS STN) 1992 強介電型 (Ferroelectric Liquid Crystal : FLC) 1980 PDLC (Polymer Dispersive LC) 1988 PSCT (Polymer Stabilized Cholesteric Texture) 1993 Other DS (Dynamic Scattering) 1968 PC (Phase Change) 1968 GH (Guest Host) 1968 ECB (Elcetrical Control Birefregency) 1971 BTN (Bistable Twist Nematic) 2019 IPS (In Plane Switch) 2019 VA (Vertical Alignment)2019
ON
SR 1 . 07
APT : Segment Driver : 2.96V, Common Driver : 44.40V IAPT : Segment & Common Drivers : 23.68V
2019/3/1 绿显电子科技 lv136 24
STN LCDs Drivers 架構
•主動矩陣驅動法 (Active Matrix Addressing)
•兩端元件 (MIM, Diode..) •三端元件 (A-Si:H TFT, Ploy-Si TFT ..)
•Plasma Addressing (PALC) •熱掃描驅動法 (雷射掃描) •光掃描驅動法 (電子速掃描
2019/3/1 绿显电子科技 lv136 15
利用液晶的雙折射 特性調變穿透光線
液晶分子
Field ON
2019/3/1
绿显电子科技 lv136
12
TN & STN 電光轉移曲線 V-T Curve
T
100% 90%
Vns TN Vs TN
10%
Vns Vs STN STN
2019/3/1 绿显电子科技 lv136
V
13
TN 與 STN 的電壓漂移
電源電壓 Vlcd R F+D F
串列輸入訊號 (HLHL...H) DCLK
......移位暫存器(Shifter Register)
並列輸出
R (F/D-3)R
F-D
LP H L H
...閂鎖暫存器(Latch Register) H ............................ ............................
ΔT +D -D F f 1-f 垂直影像訊號電壓波形
水平掃描電壓波形 0 F+D 0 X +D -D ΔT/2 Y ΔT/2 F-D PWM 液晶畫素波形 +D -D PHM 液晶畫素波形
2019/3/1
• IAPT Addressing
– – – –
2019/3/1
Offset +D for Positive Polarity Offset +F for Negative Polarity Voltage Range of Segment Driver : F+D Voltage Range of Common Driver : F+D
Selection Ratio : SR
ON
2 2 F D N 1 D
opt
N 1 N 1
SR ON OFF
N
2 2 F D N 1 D OFF
N
F D
opt
N
2019/3/1
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23
STN LCDs 驅動電壓計算
F-D
T Frame 1 3 4
N 1
Frame 2 2 3 Colum 3 4
+D -D +D F+D -D
N
ON
2 2 F D N 1 D
N
2
水 平 掃 描 訊 號
0 0 0
F-D
OFF ON
+D -D
2 F D N 1 D OFF N
18
100
2019/3/1
200
绿显电子科技 lv136
APT 驅動波形
4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0 6 5 4 3 2 1 0 <ON>=1.387 N=10 <OFF>=1.000
<ON>=1.255
N=20
<OFF>=1.000
<ON>=1.172
N=30
<OFF>=1.000
2D
R
D
偏 壓 位 準
F+D 0 F-D 2D DF
IAPT 驅動 IC
............................
R 接地
0
IAPT 參考電壓
2D 0
2D
垂直訊號電極
2D
2019/3/1
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25
灰階顯示 ─ FRC
•Frame Rate Control, FRC :
•Pulse Width Modulation, PWM :
ΔT D -D F f 1-f 垂直影像訊號電壓波形
水平掃描電壓波形 0 F+D F-D 液晶畫素電壓波形 +D 0 -D
2019/3/1
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27
灰階顯示 ─ PHM
•Pulse High Modulation, PHM :
1st Frame Pixel 1 2nd Frame 3rd Frame 4th Frame Result 5/5 ON
Pixel 2
4/5 gray 3/5 gray
Pixel 3
Pixel 4
2/5 gray 1/5 OFF
Pixel 5
Time
2019/3/1
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26
灰階顯示 ─ PWM
+2D 垂直電壓波形
APT Addressing
2019/3/1 绿显电子科技 lv136
IAPT Addressing
20
APT 與 IAPT 方式比較
• APT Addressing
– Low Voltage Segment Driver : 2D – High Voltage Common Driver : 2F
绿显电子科技 lv136 10
液晶 顯示器
2019/3/1
TN 型 LCDs 顯示原理
Field OFF
Twist 90
Field ON
液晶分子
利用液晶的旋光特性 調變穿透光線
液晶的旋光特性消失
2019/3/1
绿显电子科技 lv136
11
STN LCDs 顯示原理
Twist 270
Field OFF
液晶 形成方式
熱致性液晶 Thermotropic
2019/3/1
膽 固 醇 狀 液 晶 C h o l e s t e r i c
溶致性液晶 Lyotropic
绿显电子科技 lv136
绿显电子科技 lv136
5
液晶的電光特性
• 異向性 (Anisotropic) n) – 排列因數 ( S – 折射率 ( ) n n n e o – 黏滯係數 ( ) – 介電係數 ( ) // – 電導係數 – 磁化率 – 彈性係數 ( ) , , 11 22 33
绿显电子科技 lv136
3
液晶分子的排列
Crystalline
K Biaxial
Liquid
SmC
Crystalline
SmA Unaxial N
Liquid L
Isotropic Temperature
2019/3/1
绿显电子科技 lv136
绿显电子科技 lv136
4
液晶的分類
液 晶 分 子 排 列 狀 態 層 狀 液 晶 S m e c t i c 線 狀 液 晶 N e m a t i c
WHQ
1
绿显电子科技 lv136
液晶物質的相變化
加熱 冷卻 加熱 冷卻
固體結晶
2019/3/1
液晶
绿显电子科技 lv136
液體
绿显电子科技 lv136
2
液晶分子的種類
Smectic LC 層狀液晶
Nematic LC 線狀液晶
Cholesteric LC 膽固醇狀液晶
2019/3/1
绿显电子科技 lv136
If Voff=2V, N=240 rows, Then :
V o ff O FF
2
N 1
2
D
2
N
1D
2
N
1 239 D 1 . 35 D 240 D 1 . 48 V F 22 . 20 V V LCD V on
15
N 1 D 23 . 68 V 2 . 14 V
2019/3/1 绿显电子科技 lv136 6
液晶的光學特性
Optical Axis
no
ne
no n
Helical Axis Optical Axis
ne n//
no
ne
2 2 n// n no 2 ne n
Optical Positive
2019/3/1
Optical Negative
T
100%
T TN Mode
100%
STN Mode
T2 T1
T2
T1
V
2019/3/1
V
绿显电子科技 lv136
V
V
14
LCDs 驅動方式
•直接驅動法 (Direction Addressing)
•靜態驅動法 (Static Addressing) •多工驅動法 (Multiplex Addressing) •主動驅動法 (Active Addressing / Multi-Line Selection)
2019/3/1
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19
IAPT 驅動波形
正極性驅動 +F 0 0 水平電壓波形 +D 負極性驅動 正極性驅動 波形偏移+D F+D 負極性驅動 電壓偏移+F +F 0 F+D 0 F+D +D -D 液晶畫素 電壓波形 -D -(F+D) -(F+D) +D F-D
+D -D F+D
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液晶驅動原理
電極 液晶
電極
Field OFF
0 //
Field ON
2019/3/1
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8
液晶顯示器主要優缺點
• 優點
– – – – – 低電壓驅動。 低消耗電流。 體積薄，重量輕。 可實現大面積化。 彩色化容易。
• 缺點
绿显电子科技 lv136 21
高容量多工驅動的對策
(b)
(d)
2019/3/1
(a)
(c)
(e)
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22
STN LCDs 規格
Operation Voltage Vop : V lcd F D 1
N D
D 1 Bias Ratio : B V lcd 1 N V 90 Steepness : V 1 100 % SR 1 100 % 10
LCDs 靜態驅動法
Vsig XOR Vs LC Cell Vc
Vsig Vc Vs Vc-Vs
2019/3/1 绿显电子科技 lv136 16
Vc ON OFF
多工驅動法 (振幅選擇驅動法, APT)
1 2 F 0 Row 1 Row 2 Row 3 T 垂 直+D 影 0 像 訊-D 號 Row N ON
課程大綱
• • • • • • • •
2019/3/1
液晶物質簡介 液晶的電光效應 液晶基本驅動原理 STN LCDs 驅動原理 TFT LCDs 驅動原理 影響TFT LCDs 畫面品質的因素 Driver IC 簡介 TFT LCDs 模組及介面技術簡介
绿显电子科技 lv136
SR
ON OFF
OFF +D
F D
opt
N
-D
0
SRopt
液晶畫素電壓
N 1 N 1
2019/3/1
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17
多工驅動法的限制
1.3 1.2 1.1 1.0
N 2 3 3 4 8 16 32 64 100 128 200 240 400 Bias 1:2 1:2 1:3 1:3 1:4 1:5 1:7 1:9 1:11 1:12 1:15 1:16 1:17 S.R. 2.23 1.73 1.92 1.73 1.45 1.29 1.2 1.15 1.11 1.09 1.08 1.06 1.06
– 視角限制。 – 外加被光源或投射光源。 – 溫度操作範圍限制。
2019/3/1 绿显电子科技 lv136 9
液晶顯示器的種類
扭轉型 (Twinst Nematic, TN) 1971 超扭轉型 (Super Twinst Nematic, STN) 1984 雙層雙扭轉型 (Double Layer STN, DSTN)1987 光相位補償超扭轉型 (Film STN, FSTN)1988 主動驅動超扭轉型 (AASTN or MLS STN) 1992 強介電型 (Ferroelectric Liquid Crystal : FLC) 1980 PDLC (Polymer Dispersive LC) 1988 PSCT (Polymer Stabilized Cholesteric Texture) 1993 Other DS (Dynamic Scattering) 1968 PC (Phase Change) 1968 GH (Guest Host) 1968 ECB (Elcetrical Control Birefregency) 1971 BTN (Bistable Twist Nematic) 2019 IPS (In Plane Switch) 2019 VA (Vertical Alignment)2019
ON
SR 1 . 07
APT : Segment Driver : 2.96V, Common Driver : 44.40V IAPT : Segment & Common Drivers : 23.68V
2019/3/1 绿显电子科技 lv136 24
STN LCDs Drivers 架構
•主動矩陣驅動法 (Active Matrix Addressing)
•兩端元件 (MIM, Diode..) •三端元件 (A-Si:H TFT, Ploy-Si TFT ..)
•Plasma Addressing (PALC) •熱掃描驅動法 (雷射掃描) •光掃描驅動法 (電子速掃描
2019/3/1 绿显电子科技 lv136 15
利用液晶的雙折射 特性調變穿透光線
液晶分子
Field ON
2019/3/1
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12
TN & STN 電光轉移曲線 V-T Curve
T
100% 90%
Vns TN Vs TN
10%
Vns Vs STN STN
2019/3/1 绿显电子科技 lv136
V
13
TN 與 STN 的電壓漂移
電源電壓 Vlcd R F+D F
串列輸入訊號 (HLHL...H) DCLK
......移位暫存器(Shifter Register)
並列輸出
R (F/D-3)R
F-D
LP H L H
...閂鎖暫存器(Latch Register) H ............................ ............................
ΔT +D -D F f 1-f 垂直影像訊號電壓波形
水平掃描電壓波形 0 F+D 0 X +D -D ΔT/2 Y ΔT/2 F-D PWM 液晶畫素波形 +D -D PHM 液晶畫素波形
2019/3/1
• IAPT Addressing
– – – –
2019/3/1
Offset +D for Positive Polarity Offset +F for Negative Polarity Voltage Range of Segment Driver : F+D Voltage Range of Common Driver : F+D
Selection Ratio : SR
ON
2 2 F D N 1 D
opt
N 1 N 1
SR ON OFF
N
2 2 F D N 1 D OFF
N
F D
opt
N
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STN LCDs 驅動電壓計算
F-D
T Frame 1 3 4
N 1
Frame 2 2 3 Colum 3 4
+D -D +D F+D -D
N
ON
2 2 F D N 1 D
N
2
水 平 掃 描 訊 號
0 0 0
F-D
OFF ON
+D -D
2 F D N 1 D OFF N
18
100
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200
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APT 驅動波形
4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0 6 5 4 3 2 1 0 <ON>=1.387 N=10 <OFF>=1.000
<ON>=1.255
N=20
<OFF>=1.000
<ON>=1.172
N=30
<OFF>=1.000
2D
R
D
偏 壓 位 準
F+D 0 F-D 2D DF
IAPT 驅動 IC
............................
R 接地
0
IAPT 參考電壓
2D 0
2D
垂直訊號電極
2D
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灰階顯示 ─ FRC
•Frame Rate Control, FRC :
•Pulse Width Modulation, PWM :
ΔT D -D F f 1-f 垂直影像訊號電壓波形
水平掃描電壓波形 0 F+D F-D 液晶畫素電壓波形 +D 0 -D
2019/3/1
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27
灰階顯示 ─ PHM
•Pulse High Modulation, PHM :
1st Frame Pixel 1 2nd Frame 3rd Frame 4th Frame Result 5/5 ON
Pixel 2
4/5 gray 3/5 gray
Pixel 3
Pixel 4
2/5 gray 1/5 OFF
Pixel 5
Time
2019/3/1
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灰階顯示 ─ PWM
+2D 垂直電壓波形
APT Addressing
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IAPT Addressing
20
APT 與 IAPT 方式比較
• APT Addressing
– Low Voltage Segment Driver : 2D – High Voltage Common Driver : 2F
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液晶 顯示器
2019/3/1
TN 型 LCDs 顯示原理
Field OFF
Twist 90
Field ON
液晶分子
利用液晶的旋光特性 調變穿透光線
液晶的旋光特性消失
2019/3/1
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11
STN LCDs 顯示原理
Twist 270
Field OFF
液晶 形成方式
熱致性液晶 Thermotropic
2019/3/1
膽 固 醇 狀 液 晶 C h o l e s t e r i c
溶致性液晶 Lyotropic
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5
液晶的電光特性
• 異向性 (Anisotropic) n) – 排列因數 ( S – 折射率 ( ) n n n e o – 黏滯係數 ( ) – 介電係數 ( ) // – 電導係數 – 磁化率 – 彈性係數 ( ) , , 11 22 33
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3
液晶分子的排列
Crystalline
K Biaxial
Liquid
SmC
Crystalline
SmA Unaxial N
Liquid L
Isotropic Temperature
2019/3/1
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4
液晶的分類
液 晶 分 子 排 列 狀 態 層 狀 液 晶 S m e c t i c 線 狀 液 晶 N e m a t i c
WHQ
1
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液晶物質的相變化
加熱 冷卻 加熱 冷卻
固體結晶
2019/3/1
液晶
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液體
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2
液晶分子的種類
Smectic LC 層狀液晶
Nematic LC 線狀液晶
Cholesteric LC 膽固醇狀液晶
2019/3/1
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If Voff=2V, N=240 rows, Then :
V o ff O FF
2
N 1
2
D
2
N
1D
2
N
1 239 D 1 . 35 D 240 D 1 . 48 V F 22 . 20 V V LCD V on
15
N 1 D 23 . 68 V 2 . 14 V
2019/3/1 绿显电子科技 lv136 6
液晶的光學特性
Optical Axis
no
ne
no n
Helical Axis Optical Axis
ne n//
no
ne
2 2 n// n no 2 ne n
Optical Positive
2019/3/1
Optical Negative
T
100%
T TN Mode
100%
STN Mode
T2 T1
T2
T1
V
2019/3/1
V
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V
V
14
LCDs 驅動方式
•直接驅動法 (Direction Addressing)
•靜態驅動法 (Static Addressing) •多工驅動法 (Multiplex Addressing) •主動驅動法 (Active Addressing / Multi-Line Selection)
2019/3/1
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19
IAPT 驅動波形
正極性驅動 +F 0 0 水平電壓波形 +D 負極性驅動 正極性驅動 波形偏移+D F+D 負極性驅動 電壓偏移+F +F 0 F+D 0 F+D +D -D 液晶畫素 電壓波形 -D -(F+D) -(F+D) +D F-D
+D -D F+D
绿显电子科技 lv136 7
液晶驅動原理
電極 液晶
電極
Field OFF
0 //
Field ON
2019/3/1
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8
液晶顯示器主要優缺點
• 優點
– – – – – 低電壓驅動。 低消耗電流。 體積薄，重量輕。 可實現大面積化。 彩色化容易。
• 缺點
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高容量多工驅動的對策
(b)
(d)
2019/3/1
(a)
(c)
(e)
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22
STN LCDs 規格
Operation Voltage Vop : V lcd F D 1
N D
D 1 Bias Ratio : B V lcd 1 N V 90 Steepness : V 1 100 % SR 1 100 % 10
LCDs 靜態驅動法
Vsig XOR Vs LC Cell Vc
Vsig Vc Vs Vc-Vs
2019/3/1 绿显电子科技 lv136 16
Vc ON OFF
多工驅動法 (振幅選擇驅動法, APT)
1 2 F 0 Row 1 Row 2 Row 3 T 垂 直+D 影 0 像 訊-D 號 Row N ON