LCD面板驱动介绍

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Z轴方向传播, 轴方向传播, 轴方向传播 其振荡方向是 垂直与Z轴的各 垂直与 轴的各 个方向。 个方向。 沿着Z轴方向传 沿着 轴方向传 播的, 播的,但是此 光的振荡方向 只是平行与X轴 只是平行与 轴 的。
偏振片: 偏振片:其偏振
轴是与X轴平行的。 轴是与 轴平行的。 轴平行的
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3、偏光片组 、 如下图所示。 起振片,仅让在某个方向上 如下图所示。第一块偏振片也称为起振片 起振片 检偏片,再把所通过的光 振荡的光通过。第二块偏振片也称为检偏片 检偏片 挡住,既可以阻绝光的进行。(此时从右侧看检偏片是没有光 线通过的,即是黑屏。)
注:TFT与 TFT与 MONFET的区 MONFET的区 别略! 别略!
Ids / A
Vgs / V
TFT的电流 电压特性曲线图 TFT的电流—电压特性曲线图 的电流
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TFT基板 基板
显示器的画面是由像素所组成,在TFT LCD中的每一个像素需 可独立是控制灰度等级。下图所示是TFT基板的示意图,其上面有 许许多多的平面场效应管按一定规则组成。每一个TFT的源极都接 有一个平面,此平面就是控制液晶旋转所加电压的其中一个电极-----称为“像素电极”。而另一个电极是公用的-----称为“公共电极”。
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极性反转
我们在讨论液晶光阀时,讨论到以电场控制液晶分子排列从 而达到控制透光率的问题。在此需要进一步地加以讨论,以解释 在LCD驱动方式中很重要的“极性反转”的概念。
1、什么叫做“极性反转” 、什么叫做“极性反转”
施加在液晶分子上的电场是有方向性的,若在不同的时间, 以相反方向的电场施加在液晶上,即称为“极性反转”。( 即称为“ 即称为 极性反转”。(在一 般情况下,电极的间距是为常数的,而电场方向对应着电位差的 正负号,因此“极性反转”也就是意味着:对液晶分子两端施加 对液晶分子两端施加 正负号相反的电位差。) 正负号相反的电位差
TFT-LCD面板驱动介绍 TFT-LCD面板驱动介绍
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第一部分:了解TFT 第一部分:了解TFT LCD
光阀的概念 平面场效应管(TFT) 平面场效应管( ) TFT基板 基板 彩色滤光片
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LCD内部结构剖面图 LCD内部结构剖面图
(1)上偏光板【CF side Polarizer】
(3)配向膜 (3)配向膜【Alignment layer or PI(Polyimine)】

电极化率
净力矩公式: 净力矩公式:
液晶分子短轴的介电常数 真空中的介电常数 液晶分子长轴的介电常数
通过上面净力矩的公式可以清楚的看到:在电场方向发生
改变时,其净力矩的值不变,即液晶分子的转动方向是没有改变 的。因此电位差(电场)的极性方向改变时,并不会影响液晶的 排列与透射率。所以可以采用“极性反转”的方式来驱动液晶分 子的排列方式。
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3、为什么必须要有“极性反转” 、为什么必须要有“极性反转”
液晶的驱动必须要以“极性反转”方式来驱动 液晶的驱动必须要以“极性反转”方式来驱动,有下述两 个原因: ;(若采用直流方式驱动液晶, (1)取向膜的直流阻绝效应;( )取向膜的直流阻绝效应;( 其绝大部分的电压差会产生在取向膜上,无法改变液晶分子的 排列方式,因而也不能控制光阀 不能控制光阀。) 不能控制光阀 (2)可移动离子与直流残留。( 。(若采用直流方式驱动液晶, )可移动离子与直流残留。( 可移动离子会趋向其中一个电极运动,一只移动到液晶与取向 膜的界面,从而被获取在此界面上。导致与原先的电压-透射 率关系发生改变。------称为“直流残留”。致使屏幕的某部分 出现“彩色异常”或“黑斑”。) 彩色异常” 黑斑” 彩色异常
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2、TFT的电流 电压特性 、 的电流—电压特性 的电流 如下图所示,为典型的TFT电流—电压特性曲线图(漏极 ( -源极之间的电压差为 源极之间的电压差为10V), ),当栅极电压Vgs加至20V时, 源极之间的电压差为 ), TFT的漏源极具有超过10的-6次方(A)的电流,当栅极电压 Vgs为-5V至-15V时,漏电流小于10的-12次方(A)。
注:原理介绍略
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4、像素阵列极性反转的方式 、
常见的像素阵列极性反转的方式有:帧反转、列反转、行 帧反转、列反转、 帧反转 反转和点反转四种。 反转和点反转
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充电
1、充电与Fra Baidu bibliotek电电流 、
像素电位的设定,在显示器运作的过程中,并不是由零点位开始(只有 刚开机才是),而是由前一次更新时所设定的点位开始。在采用极性反转驱 动方式时,像素电位的极性在相邻帧中其极性是相反的。当前一次的极
5、电压—透射率关系 、电压 透射率关系 通过上面的介绍,我们非常清楚知道控制液晶的光阀的透射率, 其最简单最有效的一种控制方式:是利用施加电场来改变液晶分 是利用施加电场来改变液晶分 子的排列方式,而使得穿透液晶的光的相位随之改变 而使得穿透液晶的光的相位随之改变, 子的排列方式 而使得穿透液晶的光的相位随之改变,即达到了控 制光通量的目的--------“光阀”的功能(必须与偏光片组结合使 光阀” 制光通量的目的 光阀 的功能( 用)。 从右图可以看出, 从右图可以看出,加在液晶两极 的电压发生改变时, 的电压发生改变时,即可改变液晶光 TFT LCD电压 电压 阀的透射率, 阀的透射率,这就是液晶光阀与电压 透射率关系 交互作用而制成显示器的原理。 交互作用而制成显示器的原理。TFT LCD 的灰度等级是由电压控制来设定 透 射 的,所要显示的灰度阶度越多,电压 所要显示的灰度阶度越多, 率 的控制就要越精确。 的控制就要越精确。而液晶模式的透 T % 射率对应电压的斜率愈大, 射率对应电压的斜率愈大,电压的控 制也要愈精确。 制也要愈精确。 IPS的意思:将液晶分子的长轴设定在与偏 的意思: 的意思 光片平行的方向上,藉由电场控制其旋转角 电压 V 9 度,进而改变透光率-------横向控制模式 横向控制模式
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2、为什么可以“极性反转” 、为什么可以“极性反转” 液晶分子在电场中的电偶极矩与力矩: 液晶分子在电场中的电偶极矩与力矩: 分 电偶极矩
相 子 的 旋 3 、 在 方 (图a) ) 向 场 不 方 变 向 。 两 发 个 生 电 (图b) ) 改 场 变 极 时 , 极 场 力 吸 强 作 反
平面场效应管( 平面场效应管(TFT) )
1、TFT的结构与工作原理 、 的结构与工作原理 目前绝大部分的TFT LCD中所使用的平面场效应管都是采用非 目前绝大部分的 中所使用的平面场效应管都是采用非 晶硅( 晶硅(amorphous silicon , a-Si:H)所制成的。 )所制成的。
非晶硅型TFT具有一个栅极(gate),一个源极(source),与一个漏极(drain),主 要的结构是一个非晶硅半导体薄膜,此半导体层与栅极电极之间隔着一个栅极绝 缘层,此半导体层的两端,各经过一层N﹢型掺杂的非晶硅层,与源极与漏极电 极相连接(实现欧姆连接)。 此结构与金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)非常相似,其工作 原理也很相近。当栅极施加正电压时 当栅极施加正电压时,会在半导体层产生吸引作用,形成电子沟 当栅极施加正电压时 道,使源极与漏极之间形成导通状态;栅极电压施加得愈大,吸引的电子也愈多, 使得导通电源越大;而当栅极施加 而当栅极施加 负电压时,会将半导体导中的电子排除, 负电压时 且因N+型非晶硅层的阻绝而无法吸引空 穴,使源极与漏极之间形成关闭状态。
(4)間隙子【Spacer】
(1)上偏光片
(2)彩色濾光片【Color Filter】
(4)间隙
(2)彩色滤光片
(5)液晶【LC(Liquid Crystal)】
(5)液晶体
(9)框胶
(9)框膠【Sealant】 (6)Array 基板【TFT substrate】
(7)下偏光板【TFT side Polarizer】
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晶 等 。
矩 同 、 电
相 而 向 正 场 点 方 极 向 移 相 动 反 的 、 液 晶 。 电
引 下 , 分
用 场 方
电 ( 图 向 子 中 上 的 与 受 ( 力 图 情 b 电 况 子 会 1 、 在 正 分 电 点 子 场 在 的 相 受 晶 : 液 ) 是 由 自 的 a )

2 分 子 中 在 , 液
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2、偏光片 、 偏光片的作用,是让在某个方向上振荡的光通过,而把在 其垂直方向上振荡的光挡住。(也就是说:光的振荡方向与偏 振轴相平行的100%通过,而当光的振荡方向是处于平行与垂 直之间时,只有部分光通过。通过的分量多少是由光的振荡方 向与偏振片其轴的夹角决定的。) 穿透光:是 穿透光: 自然光:沿着
起偏片
检偏片
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4、液晶的作用 、 液晶具有双折射的特性,而且在不同的电场下,会有不 同的排列方式。因此,当光通过液晶时,会受其影响而改变 或保持起振荡方向。
当液晶不改变光的振荡方向时,光无法通过第二块偏振片而被关 当液晶不改变光的振荡方向时 而当液晶将光的振荡方向改变时,此时光可以分成两个分量, 闭。而当液晶将光的振荡方向改变时 而当液晶将光的振荡方向改变时 虽有一个分量无法通过第二块偏振片,但是仍然由一个分量可以 通过第二块偏振片,从而相当于打开状态。 因此,可藉由施加电场来改变液晶的排列方式, 因此,可藉由施加电场来改变液晶的排列方式,来实现光阀的 8 作用。 作用。
彩色滤光片示意图
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第二部分: LCD的工作原理 第二部分:TFT LCD的工作原理
TFT LCD的工作方式 的工作方式 极性反转 充电 电压范围
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TFT LCD的工作方式 的工作方式
1、TFT LCD工作流程 、 工作流程 在TFT LCD 中,每个像素有一个TFT管,其栅极(G)连接 至水平方向的扫描线,漏极(D)连接至垂直方向的数据线,源 极(S)连接至像素电极。(如图) 。(如图 。(如图) 工作过程说明: 工作过程说明:在水平方向上的同
(6)TFT板
(7)下偏光片
(8)銀膠 or 銀點【Ag Paste】
(8)银胶
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光阀的概念
1、光的偏极化 、
(如大图所示)光可是做一种电磁波,以电场和磁场相互垂直而交互振 荡的方式向前传播。电场在某个方向上振荡,振荡的幅度愈大,光所具有的 能量愈大(见图a)。在自然界中的光,光的能量分布在各个振荡方向上(见 图b)。某个方向上振荡的光可以分成两个垂直方向上的分量(见图c),而自然 界中的光既然由各振荡方向的光所组成,故可以将两个垂直方向上的分量加 总,从而得到最简单的方式来表示振荡(见图d)。
Vs Vg G D S Cst CLC Com 像素 公共电极 Source 線 Gate 線 Cgs 数据线 扫 描 线 像
一个像元的等效电路图
LCD基板架构示意图 TFT LCD基板架构示意图
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彩色滤光片
彩色图像的像素是由RGB三个基色组成的,而液晶光阀只是 液晶光阀只是 控制图像的明暗,不能产生出彩色图像,故彩色的LCD屏是采用 控制图像的明暗,不能产生出彩色图像,故彩色的 屏是采用 附加彩色滤光片(又称“滤色膜”如下图) 附加彩色滤光片(又称“滤色膜”如下图)的方法来实现彩色图 像的还原。彩色滤光片在水平方向上均匀分布了多组能滤出RGB 像的还原 三基色的滤光片,将其精确的放置于LCD的面板上(红色滤光片 与TFT板的R像元电极一一对应;绿色滤光片……。)。在各像元 的灰度等级按要求独自的改变后,穿透滤光片就得到像素中该像 元所对应基色的亮、色度的参数,该基色信息与其它两个基色的 参数相混合,即可还原出此像素的值。进而还原出原始的彩色画面。
一扫描线上,所有的TFT管的栅极都是连接 在一起,所以施加电压是连动的。在某一 在某一 条扫描线上加上足够高的电压时,此线上 条扫描线上加上足够高的电压时 所有的TFT皆会被打开,此条扫描线上的所 有的像素电极与垂直方向上的数据线相连。 对应的视频信息经数据线给像素电极充得 适当的电压。接着(十几微秒)施加足够 接着( 接着 十几微秒) 大的负电压,关闭TFT直到下次再重新写 大的负电压 入 信号。在此期间电荷保存在液晶电容上。与此同时次一条扫描线上变为足够 与此同时次一条扫描线上变为足够 高的正电压……。如此依序将整个画面的视频数据写入,再重新自第一条重 高的正电压 新写入视频信号(一般此重复频率为60-240Hz)。
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