液晶显示器驱动系统详解
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T 正極性訊號時 共通電極訊號位準 100% 負極性訊號時 光電轉移曲線 正極性訊號時 光電轉移曲線 Vth -1.5V Vth:液晶的操作臨界電壓 Vth 5V V 負極性訊號時 共通電極訊號位準
TFT LCDs Driving Waveform Cs on Common (一)
Gate Source Drain Tg Vgpp Vgd Vspp Vgd Vst:影像訊號的直流位準 Vgon-min Vgh Vsh Vdh Vst Common Vsl Vdl Vgoff-min Vgl
主动矩阵式液晶显示器 AM-LCDs
TFT LCDs等效电路
Column Driver Row Drivers
Arrangement of Color Filter
R G B R G B
R B G R B
R G B R G B
R G B R G B
G R B G R B G R B G R B G R B G R B G R B G
Common
Common Clc
Common1 Clc
Cs Cgd
Cs Cgd Nth Scan Line
Cs Cgd
掃描電極 Nth Scan Line 液晶電容 :Clc 儲存電容 :Cs
Nth Scan Line Cs on Gate Mode
Cs on Common Mode
Cs on Gate Mode
3 4 5 + ⌒ + Lines
Lines
2 ⌒ + ⌒ + ⌒ 3 + ⌒ + ⌒ + 4 ⌒ + ⌒ + ⌒ 5 + ⌒ + ⌒ +
Column Inversion
Dot Inversion
Direct Driving of TFT LCDs
GrayScale Voltage
V7 V6 V5 V4 V3 V2 V1 V0 V0 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7
Triangle
R G R G G B G B R G R G G B G B R G R G
Stripe
W B W B R G R G W B W B
Pixel Structure of TFT LCDs
資料電極 Mth Data Line 掃描電極 (N-1)th Scan Line Clc 資料電極 Mth Data Line (N-1)th Scan Line 資料電極 Mth Data Line (N-1)th Scan Line Common2
4Level Addressing
B(+) 正极性
B(+) Vst=Vct
W(-) W(-) B(+)
W(+) CsVge(-)/Ct
ΔVp(+) ΔVp=CgdVghl/Ct
正极性 负极性 W(+) B(-) W(+) B(-) 负极性 B(-) CsVge(+)/Ct W(-)
ΔVp(-)
Ct=Cs+Clc+Cgd
Vge(+)
Ct V * C gdVghl Cs Cs
3Level Addressing
4Level Addressing
3Level Addressing
B(+) B(+) 正极性 W(+) Vst=Vct W(-) W(-) 负极性 B(-) Ct=Cs+Clc+Cgd B(-) 负极性 CsVge/Ct 负极性 B(-) W(+) W(-) 正极性 CsVge/Ct W(+) Δ Vp=CgdVghl/Ct B(+) 正极性
Csdb
Pixel
Csdb
液晶电容的效应
• 液晶电容CLC 会随液晶作用电压的改变而变化，因此在 驱动液晶时会有残存的DC成份，其所造成的影响： – Image Sticking. – Picture Flicker. • 液晶作用电压大时，液晶分子趋向平行电场方向排列： • 液晶作用电场小时，液晶分子趋向垂直电场方向排列：
Common W aveform V1 V1< V2 Difference of Effect ive Voltage in B Line
V2
Vertical Area Crosstalk
Up
Source Line Gate Line
Low
Csd
Pixel
Csdb Csdb
Up
Low
Shading Crosstalk
V V (Note 1) V
V V X
V V X
Note 1: Common 必須採用 DC Mode 驅 表一 Driving Method
Horizontal Line Crosstalk
B
A
Black Level Signal of A Line Signal of B Line Gray Level Gray Level
共通電極 :Common 寄生電容 :Cgd 液晶畫素電容:Clc+Cs
Cs on Common与Cs on Gate架构
Cs
Common
Gate Line TFT TFT
Baidu Nhomakorabea
Cs
Gate Line
Data Line
Data Line
液晶画素
液晶画素
Cs on Common
Cs Common Cs
Cs on Gate
Vdl Vgoff-min Vgl
TFT LCDs Driving Waveform Cs on Gate
Gate Source Drain Vgon-min Tg Vspp Vgd Vst:影像訊號的直流位準 Vd' Vd" Vgh
Vgpp Vgd
Vsh Vdh Vst Vc: Common Vsl Vgoff-minVdl Vgl
Color Filter Substrate
Common Waveform Difference of Effective Voltage in B Line
Csc
Csc
Csc
TFT Substrate
Horizontal Area Crosstalk
B
A
Signal of A Line Signal of B Line
TFT LCD驱动波形 (Cs on Common, Common = DC Bias)
TFT LCDs Driving Waveform Cs on Common (二)
Gat e Vgh Vgon-min Vdh Source Drain Vsh Vgpp Vgd Vspp Vcpp Vgd Vst Vct Vsl Common W aveForm
Ig*(n-2) Ic Clc Ic*(n-1) Ic*(n-2) Clc Ic*(n-3)
Common Plate Current From Common Plate Ic*n Connection
圖2.7a Line Inverion Charging Path
Shading Crosstalk的抑制
Timing Chart of TFT LCDs
Gate 1 2 Frame Time Time
3
N
TFT LCDs Driving Method
Frame N Columns 1 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 2 + + + + + 3 + + + + + 4 + + + + + 5 + + + + + Frame N+1 Columns 1 2 3 4 5 Frame N Columns 1 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + Lines Frame N+1 Columns 1 2 3 4 5 1 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 2 + + + + + 3 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 4 + + + + + 5 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ Frame N+1 Columns 1 2 3 4 5 1 ⌒ + ⌒ + ⌒ 2 + ⌒ + ⌒ + 3 ⌒ + ⌒ + ⌒ 4 + ⌒ + ⌒ + 5 + ⌒ + ⌒ + 1 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 2 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 2 ⌒ ⌒ Lines Lines 3 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 3 + + 4 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 4 ⌒ ⌒ 5 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 5 + + Frame N+1 Columns 1 1 ⌒ 2 ⌒ 3 ⌒ 4 ⌒ 5 ⌒ 2 3 4 5 + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ Lines ⌒ ⌒ ⌒ + + + ⌒ ⌒ ⌒ + + +
Lines
Frame Inversion
Frame N Columns 1 2 1 + ⌒ 2 + ⌒ 3 + ⌒ 4 + ⌒ 5 + ⌒ 3 4 5 + ⌒ + + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + + + + Lines Frame N Columns 1 2 1 + ⌒
Row Inversion
Ig*n Cruuent From Rg Gate Driver N-1
Rs Rg
Ig*(n-1)
Rg Rs
Ig*(n-2)
Rg Rs
Is Cgs
Ig Cs
Rg
Is Cgs
Ig Cs
Rg
Is Cgs
Ig Cs
Rg
Current From Gate Driver N
Rg
Ig
Ig
Ig
Ig*n Ic
Ig*(n-1) Ic Clc
TFT电容效应的影响
Vgd C gdVghl C gd Cs CLC Csd C gdVghl C gd Cs CLC
Csd Cgs Cgd
Vghl Vgh Vgl 20 10 30V Vgd
Ex : CLC 0.2 pF, Cs 0.8 pF, C gd 0.05 pF 0.05 30 1.43V 0.2 0.8 0.05
DC Bias of Common
1Frame / 1 Line
AC Modulation Addressing of TFT LCDs
Graylevel Voltage
V0 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7
1Frame / 1 Line
V7 V6 V5 V4 V3 V2 V1 V0
Common Waveform
TFT LCDs的电光效应 Direct Addressing
T 負極性訊號時 光電轉移曲線 共通電極訊號位準 正極性訊號時 光電轉移曲線 100%
Vt h Vth:液晶的操作臨界電壓 3.5V 負極性時 臨界電壓
Vt h 6.5V 正極性時 臨界電壓 5V V
TFT LCDs的电光效应 AC Addressing
Cs on Gate电压补偿方式
经由TFT的Cgd造成的电压漂移 经由TFT的Cgd造成的电压漂移 经由Cs将前一条水平脉波的补偿波形 耦合到动作的液晶画素, 补偿Cgd造成 的电压漂移及改善液晶画素内的直流电 电压残余.
Comparsion of Addressing Method
Common Output Range of Data 2-Level V Driving 3-Level V Driving (Note 1) 4-Level V Driving V : 可使用 X : 不可使用 動 Frame Line Column Dot Modulation Modulation DC DC Low Voltage Low Voltage High Voltage High Voltage
Vp Vgd Vgd // CgdVghl Cgd Cs C CgdVghl Cgd Cs CII
二阶驱动方式的效应
垂直影像讯号Vs Vsh Ch(N-1) 水平扫描讯号Vg Vct Csd Cgs Ch(N) 水平扫描讯号Vg Clc Cs Vth Vst Vth Vsl White(-) 负极性驱动 Cgd Black(-) 数据驱动芯片 输出讯号电位 Black(+) 正极性驱动 White(+) ΔVp 正极性驱动 White(+) White(-) 负极性驱动 Black(-) 液晶画素电位 Vct=Vst-ΔVp Black(+)
TFT补偿驱动法
Vge
Vghl 水 Ch(N-1) 平 脉 波 扫 描 波 形 Ch(N) Ch(N-1) Vge Vghl Ch(N) Vge 影像讯号 波形Vs Vst=Vct 影像讯号 波形Vs Vst Vge(-)
CgdVghl Cs
Vghl
Ct V * C gdVghl Vge Cs Cs Vge
Ig/2 Gate Driver N-1 Rg
TFT LCDs Driving Waveform Cs on Common (一)
Gate Source Drain Tg Vgpp Vgd Vspp Vgd Vst:影像訊號的直流位準 Vgon-min Vgh Vsh Vdh Vst Common Vsl Vdl Vgoff-min Vgl
主动矩阵式液晶显示器 AM-LCDs
TFT LCDs等效电路
Column Driver Row Drivers
Arrangement of Color Filter
R G B R G B
R B G R B
R G B R G B
R G B R G B
G R B G R B G R B G R B G R B G R B G R B G
Common
Common Clc
Common1 Clc
Cs Cgd
Cs Cgd Nth Scan Line
Cs Cgd
掃描電極 Nth Scan Line 液晶電容 :Clc 儲存電容 :Cs
Nth Scan Line Cs on Gate Mode
Cs on Common Mode
Cs on Gate Mode
3 4 5 + ⌒ + Lines
Lines
2 ⌒ + ⌒ + ⌒ 3 + ⌒ + ⌒ + 4 ⌒ + ⌒ + ⌒ 5 + ⌒ + ⌒ +
Column Inversion
Dot Inversion
Direct Driving of TFT LCDs
GrayScale Voltage
V7 V6 V5 V4 V3 V2 V1 V0 V0 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7
Triangle
R G R G G B G B R G R G G B G B R G R G
Stripe
W B W B R G R G W B W B
Pixel Structure of TFT LCDs
資料電極 Mth Data Line 掃描電極 (N-1)th Scan Line Clc 資料電極 Mth Data Line (N-1)th Scan Line 資料電極 Mth Data Line (N-1)th Scan Line Common2
4Level Addressing
B(+) 正极性
B(+) Vst=Vct
W(-) W(-) B(+)
W(+) CsVge(-)/Ct
ΔVp(+) ΔVp=CgdVghl/Ct
正极性 负极性 W(+) B(-) W(+) B(-) 负极性 B(-) CsVge(+)/Ct W(-)
ΔVp(-)
Ct=Cs+Clc+Cgd
Vge(+)
Ct V * C gdVghl Cs Cs
3Level Addressing
4Level Addressing
3Level Addressing
B(+) B(+) 正极性 W(+) Vst=Vct W(-) W(-) 负极性 B(-) Ct=Cs+Clc+Cgd B(-) 负极性 CsVge/Ct 负极性 B(-) W(+) W(-) 正极性 CsVge/Ct W(+) Δ Vp=CgdVghl/Ct B(+) 正极性
Csdb
Pixel
Csdb
液晶电容的效应
• 液晶电容CLC 会随液晶作用电压的改变而变化，因此在 驱动液晶时会有残存的DC成份，其所造成的影响： – Image Sticking. – Picture Flicker. • 液晶作用电压大时，液晶分子趋向平行电场方向排列： • 液晶作用电场小时，液晶分子趋向垂直电场方向排列：
Common W aveform V1 V1< V2 Difference of Effect ive Voltage in B Line
V2
Vertical Area Crosstalk
Up
Source Line Gate Line
Low
Csd
Pixel
Csdb Csdb
Up
Low
Shading Crosstalk
V V (Note 1) V
V V X
V V X
Note 1: Common 必須採用 DC Mode 驅 表一 Driving Method
Horizontal Line Crosstalk
B
A
Black Level Signal of A Line Signal of B Line Gray Level Gray Level
共通電極 :Common 寄生電容 :Cgd 液晶畫素電容:Clc+Cs
Cs on Common与Cs on Gate架构
Cs
Common
Gate Line TFT TFT
Baidu Nhomakorabea
Cs
Gate Line
Data Line
Data Line
液晶画素
液晶画素
Cs on Common
Cs Common Cs
Cs on Gate
Vdl Vgoff-min Vgl
TFT LCDs Driving Waveform Cs on Gate
Gate Source Drain Vgon-min Tg Vspp Vgd Vst:影像訊號的直流位準 Vd' Vd" Vgh
Vgpp Vgd
Vsh Vdh Vst Vc: Common Vsl Vgoff-minVdl Vgl
Color Filter Substrate
Common Waveform Difference of Effective Voltage in B Line
Csc
Csc
Csc
TFT Substrate
Horizontal Area Crosstalk
B
A
Signal of A Line Signal of B Line
TFT LCD驱动波形 (Cs on Common, Common = DC Bias)
TFT LCDs Driving Waveform Cs on Common (二)
Gat e Vgh Vgon-min Vdh Source Drain Vsh Vgpp Vgd Vspp Vcpp Vgd Vst Vct Vsl Common W aveForm
Ig*(n-2) Ic Clc Ic*(n-1) Ic*(n-2) Clc Ic*(n-3)
Common Plate Current From Common Plate Ic*n Connection
圖2.7a Line Inverion Charging Path
Shading Crosstalk的抑制
Timing Chart of TFT LCDs
Gate 1 2 Frame Time Time
3
N
TFT LCDs Driving Method
Frame N Columns 1 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 2 + + + + + 3 + + + + + 4 + + + + + 5 + + + + + Frame N+1 Columns 1 2 3 4 5 Frame N Columns 1 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + Lines Frame N+1 Columns 1 2 3 4 5 1 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 2 + + + + + 3 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 4 + + + + + 5 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ Frame N+1 Columns 1 2 3 4 5 1 ⌒ + ⌒ + ⌒ 2 + ⌒ + ⌒ + 3 ⌒ + ⌒ + ⌒ 4 + ⌒ + ⌒ + 5 + ⌒ + ⌒ + 1 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 2 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 2 ⌒ ⌒ Lines Lines 3 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 3 + + 4 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 4 ⌒ ⌒ 5 ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ ⌒ 5 + + Frame N+1 Columns 1 1 ⌒ 2 ⌒ 3 ⌒ 4 ⌒ 5 ⌒ 2 3 4 5 + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ Lines ⌒ ⌒ ⌒ + + + ⌒ ⌒ ⌒ + + +
Lines
Frame Inversion
Frame N Columns 1 2 1 + ⌒ 2 + ⌒ 3 + ⌒ 4 + ⌒ 5 + ⌒ 3 4 5 + ⌒ + + ⌒ + ⌒ + ⌒ + ⌒ + + + + Lines Frame N Columns 1 2 1 + ⌒
Row Inversion
Ig*n Cruuent From Rg Gate Driver N-1
Rs Rg
Ig*(n-1)
Rg Rs
Ig*(n-2)
Rg Rs
Is Cgs
Ig Cs
Rg
Is Cgs
Ig Cs
Rg
Is Cgs
Ig Cs
Rg
Current From Gate Driver N
Rg
Ig
Ig
Ig
Ig*n Ic
Ig*(n-1) Ic Clc
TFT电容效应的影响
Vgd C gdVghl C gd Cs CLC Csd C gdVghl C gd Cs CLC
Csd Cgs Cgd
Vghl Vgh Vgl 20 10 30V Vgd
Ex : CLC 0.2 pF, Cs 0.8 pF, C gd 0.05 pF 0.05 30 1.43V 0.2 0.8 0.05
DC Bias of Common
1Frame / 1 Line
AC Modulation Addressing of TFT LCDs
Graylevel Voltage
V0 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7
1Frame / 1 Line
V7 V6 V5 V4 V3 V2 V1 V0
Common Waveform
TFT LCDs的电光效应 Direct Addressing
T 負極性訊號時 光電轉移曲線 共通電極訊號位準 正極性訊號時 光電轉移曲線 100%
Vt h Vth:液晶的操作臨界電壓 3.5V 負極性時 臨界電壓
Vt h 6.5V 正極性時 臨界電壓 5V V
TFT LCDs的电光效应 AC Addressing
Cs on Gate电压补偿方式
经由TFT的Cgd造成的电压漂移 经由TFT的Cgd造成的电压漂移 经由Cs将前一条水平脉波的补偿波形 耦合到动作的液晶画素, 补偿Cgd造成 的电压漂移及改善液晶画素内的直流电 电压残余.
Comparsion of Addressing Method
Common Output Range of Data 2-Level V Driving 3-Level V Driving (Note 1) 4-Level V Driving V : 可使用 X : 不可使用 動 Frame Line Column Dot Modulation Modulation DC DC Low Voltage Low Voltage High Voltage High Voltage
Vp Vgd Vgd // CgdVghl Cgd Cs C CgdVghl Cgd Cs CII
二阶驱动方式的效应
垂直影像讯号Vs Vsh Ch(N-1) 水平扫描讯号Vg Vct Csd Cgs Ch(N) 水平扫描讯号Vg Clc Cs Vth Vst Vth Vsl White(-) 负极性驱动 Cgd Black(-) 数据驱动芯片 输出讯号电位 Black(+) 正极性驱动 White(+) ΔVp 正极性驱动 White(+) White(-) 负极性驱动 Black(-) 液晶画素电位 Vct=Vst-ΔVp Black(+)
TFT补偿驱动法
Vge
Vghl 水 Ch(N-1) 平 脉 波 扫 描 波 形 Ch(N) Ch(N-1) Vge Vghl Ch(N) Vge 影像讯号 波形Vs Vst=Vct 影像讯号 波形Vs Vst Vge(-)
CgdVghl Cs
Vghl
Ct V * C gdVghl Vge Cs Cs Vge
Ig/2 Gate Driver N-1 Rg