液晶显示驱动原理

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TFT-LCD相关参数
对比(Contrast Ratio) 显示器最大亮度值(全白)与最小亮度值(全黑)的比值，一 般TFT-LCD之对比值为200:1至400:1 。 视角 (Viewing Angle) 在大角度观看的情况下，显示器亮暗对比变差会使画面失 真，而在可 接受的观测角度范围就称为视角。对于液晶显示器来说至 少有三种参 数来评价一个显示模式的视角范围: (1)对比度 (Contrast Ratio) (2)灰阶 (Gray Scale) (3)显色差异 (Color Shift) 反应时间 (Response Time) 从输入信号到输出影像所经历之时间，一般液晶显示器反 应时间为 20~30msec(标准电影格式每画面为40msec)。
Frame rate = 60 Hz 代表Frame time = 1/60 sec = 画面每秒更新60次
Voltage
Data line driving waveform
V64
wenku.baidu.com
Data Line 1~N G1
G1
G2
G2
G3
G3
GN G1
Time
t1 t2 t3 tN t1
A pixel = R sub-pixel + G sub-pixel + B sub-pixel A sub-pixel
1888 奥地利植物学家F. Reinitzer & 德国物理学家O. Lehmann发现了液晶 1915 L. Gatlermann & A. Ritchke合成了第一个Nematic LC 1922 发现电场可以控制LC排列 1968 G. H. Heilmeier(RCA)做出第一台LCD（电子表显示屏） 1972 日本夏普（SHARP）公司买下美国RCA 公司的LCD 技术. 1983 精工研制成功1.2英寸的微型彩色液晶电视手表 1985 STN-LCD开始大规模工业化生产 1992~2003 TFT-LCD（薄膜晶体管）2-27英寸彩色TFT 液晶屏，在笔记本电 脑、台式电脑显示器、手机、掌上游戏机等电子产品上应用. 2004 27英寸以上液晶电视，对传统彩电的市场替代效应
偏光片 特性
★将非偏极光(一般光线)过滤成线性偏极光 。 ★当非偏极光通过a方向之偏光片时，光线被 过滤 成与a方向平行之线性偏极光 。 ★线性偏极光继续前进，通过a方向之偏光片 时， 光线通过；光线通过b方向之偏光片时，光 线被 完全阻挡。
光与液晶分子产生的效果
★当在上下两表面之间加电压时，液 晶分子会顺电场方向排列，成为直立 排列之现象。此时入射光线即不受液 晶分子影响，已直线射出 下表面
V16 V32 V48 V64
T= 0 sec
画面示意图…
V16 V48 V16
Selected row
Nonselected row
画面示意图…
T= 1 sec
NonSelected row V48 V16 V48
selected row
以一个画面来看…
Gate line driving waveform Frame Time Voltage
★当线性偏极光射入上层槽状表面 时，此光 线随着液晶分子之旋转亦产生旋转 当线性偏极光射出下层槽状表面时， 此光 线已产生90旋转。
偏光片、槽状表面、液晶组合光学效果
当上下偏光片互相垂直时，若未施加电压，光线 可通过。 当施加电压时，光线被完全阻挡。
Polarizer
Liquid Crystal
- - - - -
Video Graphics Array Super Video Graphics Array Extended Graphics Array Wide Extended Graphics Array Super Extended Graphics Array Wide Extended Graphics Array Ultra Extended Graphics Array
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Contents
LCD History TTT-LCD principle •TFT-LCD Display Principle •TFT-LCD Driving Principle TFT-LCD LCD classification •TN •VA •IPS TFT-LCD Related parameters
R
G
B
Color Filter Substrate (Vcom)
Clc
Clc
Clc
R
G
B
TFT Substrate (Charge)
Sub_Pixel的结构
高 低电压
Data_Line
Gate_Line
导开 通 TFT打 流通过 电流不
TFT(Switch)
ITO
Sub_Pixel产生电场的流 程
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A light valve
Light valve
Light source
TFT 面板的结构
面板是由Gate_Line与 Data_Line组成的一個矩 阵结构 Gate Line Data Line
Sub_Pixel
Sub_Pixel产生电场的流 程
上下电极板array上的ITO(Signal)与CF上的 ITO(Vcom)
What is LC?
传统意义上，我们把物质分为三态：固、液、气。但某些有机物（如 胆固醇）从固态到液态的相变过程中会出现一种中间态，俗称第四态： 液晶态，其力学性质、光学性质介于固态与液态之间。
胆固醇苯甲酸酯相变示意图
液晶——结合了液体的流动性&固体的结晶性，即具有结晶性的液体， 俗称液晶。
Milestone
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TFT-LCD产品简介 TFT-LCD：
TFT─Thin Film Transistor 薄膜晶体管
LCD─Liquid Crystal Display 液晶显示器
应用 ：由与TFT-LCD具有体积小、重量轻、 低辐射线、低耗电量、全彩化等优点， 故已广泛使用于各类显示器材上。
应用
笔记型电脑 桌上型显示器
由此可知，真正主宰 利用Pixel上 电荷的多寡決定电 Pixel充多少 电荷的是Gate_Line与Data_Line 场大小
R G R G
液晶就是依所受的电场大小去控制光 的穿透量
Gate_Line
• (一)利用pulse控制TFT开或关
voltage
pulse
Time
• (二)决定时序
Pulse进来 TFT 导通
各世代生产线所切割面板数
世代 第 2代 第 3代 第 3代 第 3.5代 第 3.5代 第 4代 第 4代 第 5代 第 5代 第 6代 第 7代 第 8代 第 8.5代 第 10代
(单位 :mm2) 13.3” 14”
370*470 550*650 550*670 600*720 610*720 680*880 730*920 1000*1200 1100*1250 1500*1850 1870*2200 2200*2400 2200*2500 2850*3050
再加上CF产生颜色 Data line
Scan line
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LCD History TTT-LCD principle •TFT-LCD Display Principle •TFT-LCD Driving Principle TFT-LCD LCD classification •TN •VA •IPS TFT-LCD Related parameters
-
White (TFT Off)
Black (TFT On)
光的合成
紅
黃
紫 白 青 綠
藍
☺
Sub Pixel R G B R G B R G B R G B R G B R G B 放大
R G B
R G B
R G B CF
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R G R G
液晶就是依所受的电场大小去控制光的 穿透量
那Data Line上面的电压是….
Gray Scale Voltage
V64 V48 V32 V16 V0
V16
DC Bias of Common
1 Frame / 1 Line
V32
100%
Transmittance(%)
V48
V64 Voltage
‧subpixel
1 pixel
注：因一画素具有R、G、B三个子画素(sub-pixel)， 故以分辨率 1024x768之显示器为例，共具有3072x768个子画 素
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由上页可知，电场是由Pixel上的电荷产生
因此，Pixel上所充的电荷的多寡会影响LCD显示画面的亮暗
那么，是谁控制Pixel上的电荷多寡
复习一下…..
当Gate_Line有高电压(pulse)进来时， TFT被导通
data line开始对Pixel充电,且其电压大小決定 Pixel可以 充多少电荷
让每一“行”的pixel有“时序性”的被控制 T= 1 sec
NonSelected row
Selected row
那Data Line上面的电压是….
• Data Line控制亮暗
当TFT处于on的阶段
data line上的电压大小決定Pixel可 以充多少电荷
利用Pixel上电荷的多寡決定电场 大小
液晶电视
手机
数码相机
数码摄录像 汽车导航显示器
TFT-LCD 的面板构造
CCFL--Cold Cathode Fluorescent Lamp
Array process
LED -- Light Emitting Diode
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TFT 结构
LC
TFT
TN液晶
TN(Twist Nematic) ★液晶分子呈椭圆状；TN型液晶一般 是顺着长 轴方向串接，长轴间彼此平行方式排 列。 ★当接触到槽状表面时，液晶分子就会 顺着槽的 方向排列于槽中。 ★当液晶被包含在两个槽状表面中间，且 槽之方向 互相垂直，则液晶分子之排列 下表面液晶分子：沿着b方向 上表面液晶分子：沿着a方向 介于上下表面中间之分子：产生旋转之 效应 故液晶分子在两槽状表面间，产生90° 旋转 。
2 4 4 6 6 9 9 16 16
2 4 4 6 6 6 9 16 16
15” 1 4 4 4 4 6 6 15 15
17” 1 2 2 4 4 4 6 9 12 24
18” 1 2 2 2 2 4 4 9 9
20” 1 2 2 2 2 4 4 6 6 18
32”
37”
40”
45”
52”
8
6 8 8 6
Pulse离开 TFT Open
A switch controlled by scan line
Voltage G1
T= 0 sec
G2 t=0 t=1 time
Selected row
Nonselected row
A switch controlled by scan line
Gate_Line：Scan
TFT-LCD相关参数
分辨率 (Display Resolution) 显示器上水平方向、垂直方向画素 (pixel)之数目
分类 VGA SVGA XGA WXGA SXGA WXGA+ SXGA + UXGA 分辨率 (WxH) 640x480 800x600 1024x768 1280x800 1280x1024 1440x900 1600x1200 1600x1200 产品 8.4", 10.4" 13", 14", 15" 12.1",13.3 ",14.1",15.4" 17" 15.4 " ,17" 20.1” 全名
液晶显示驱动原理
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