TFTLCD工作原理.docx

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TFTLCD工作原理

TFTLCD工作原理

一.LCD基础知识

1．1液晶

尽人皆知，物质有三态：

固态、液态随和态。

这三种状态能够称为固相、液

相、气相，而液晶相这是处于固相和液相之间，这类中间相从外观上看似污浊的液体，可是其光学性质和某些电学性质又和晶体相像，这就是物质的第四相——液晶相。

液晶的一个重要特征：

经过对液晶施加电场，使它的分子摆列发生改变，进而使液晶的光学性质发生变化。

这样，就将电信号转变成人眼可见的光信号，这也是我们利用它来做显示屏的原由。

1．2LCD分类

按产品的构造特征，常有的LCD一般能够分为：

TN（TwistedNeumatic）型即歪曲向列型LCD，STN（SuperTwistedNenumatic）型即超歪曲向列型LCD，DSTN（DualSuperTwistedNenumatic）型即双超歪曲向列型LCD，FSTN（FilmSuperTwistedNenumatic）型即薄层歪曲向列型LCD，TFT－LCD型即薄膜晶体

管LCD等；按驱动方式又可分为静态驱动，被动矩阵驱动LCD和主动矩阵驱动LCD。

TFTLCD就是一种主动矩阵驱动型LCD；依据接口数据信号种类又能够分为模拟屏和数字屏；还有一些其余的分类方法，比方分为CPU接口或许MPU接口的LCD和RGB接口的LCD等。

二.TFTLCD工作原理

2．1LCD显示一般原理

LCD显示器都是利用了液晶的一个重要特征：

液晶上加有电场时，液晶分子的摆列会发生变化，进而改变液晶的光学性质，将电信号转变成光信号。

图1不加电场时线性偏极光的旋转

如图1所示，上下槽表面垂直。

当线性偏极光射入上槽层表面时，因为液晶分子跟着槽的方向发生旋转：

上表面液晶分子沿着上槽方向，下表面液晶分子沿着下槽方向，处于中间的液晶分子产生旋转。

这样，线性偏极光也会跟着液晶分

子的旋转产生旋转，这样，当线性偏极光从下表面射出时，就会产生90度的旋转。

当在上下表面加上电压时，液晶分子会顺着电场方向直立摆列，这样，入射光将不受影响直接从下槽表面射出，如图2所示。

图2加电场时的线性偏极光

当在上下表面加上上下垂直的两片偏光板时，对液晶施加电场时，非偏极光

就不会从下偏光板射出；反之，就会从下偏光板获得线性偏极光。

偏光板改变光的特征如图3所示。

图3偏光板光学特征

假如再在偏光板上加上一片RGB三色滤光片，经过控制能否在液晶上加电压就会分别获得RGB三种颜色的线性偏极光，经过这三基色的合成，就能够获得各样颜色的线性偏极光。

2．2TFTLCD显示原理

2．2．1显示原理

TFTLCD采纳薄膜电晶体即MOS管来控制加在液晶上的电压，进而控制液晶转向，控制光的方向。

液晶上加不同大小的电压，透射光的强度将不同样，产

生不同的灰阶，进而将电信号转变成光信号。

TFTLCD的剖面构造如图4所示。

图4TFTLCD的剖面构造图

TFTLCD采纳薄膜电晶体来控制液晶上的电压，其构造原理图如图5所示。

每一个MOS管控制R，G，B三个子象素中的一个，液晶屏上的每个显象单元

即象素就是由R，G，B三个子象素构成，由这三基色合成液晶屏上各个点的颜色，RGB彩色滤光片构造如图6所示。

每一行MOS管的栅极接在一同构成扫描行，控制每一行管子的翻开和封闭，每一列MOS管的源极接在一同，构成数据传输行，传输图象信息。

图5TFTLCD的MOS管控制液晶原理图

图6RGB彩色滤光片三基色摆列构造图

2．2．2储藏电容Cs架构

储藏电容是为了让充好电的电压保持到下一次更新画面。

一般来说，储藏电容构造有两种形式：

Csoncommon和Csongate。

这两种构造的原理如图7所示。

图7储存电容Cs架构

当前，因为Csongate不用象Csoncommon同样需要增添一条额外的common走线，能够提升LCD面板的张口率，提升LCD的亮度，节俭能量，因此成为现在TFTLCD的主流架构。

2．2．3TFTLCD反转式驱动

因为液晶分子拥有这样一种特征：

就是不可以够向来固定在某一个电压不变,否则时间久了,你即便将电压撤消掉,液晶分子会因为特征的损坏,而没法再因应电场的变化来转动,以形成不同的灰阶。

因此每隔一段时间,就一定将电压恢还原状,以防止液晶分子的特征受到损坏。

为认识决LCD显示同一画面而不对液晶分子造成损坏，液晶显示器内的显示电压就分红了两种极性,一个是正极

性,而另一个是负极性.当显示电极的电压高于common电极电压时,就称之为正极性。

而当显示电极的电压低于common电极的电压时,就称之为负极性.不论是正极性或是负极性,都会有一组同样亮度的灰阶。

因此当上下两层玻璃的压差绝对值是固准时,不论是显示电极的电压高,或是common电极的电压高,所表现出来的灰阶是如出一辙的。

可是这两种状况下,液晶分子的转向倒是完整相反,也就能够防止掉上述当液晶分子转向向来固定在一个方向时所造

成的特征损坏。

下列图8是面板的不同种极性变换方式。

图8面板的极性变换方式

2．2．4Common电极电压驱动方式

一般来说，依据common电压能否变化，分为Vcom不变和Vcom交变，两种方式如图9和图10所示。

Vcom不变时的MOS管源极电压会比较大，考虑到节俭能量原由和制程难易，Vcom变化较Vcom不变好。

可是，Vcom变化只好与Frameinversion和Rowinversion搭配使用。

从显示成效来说，Dotinversion是最好的极性变换方式。

图9Vcom不变驱动方式

图10Vcom变化驱动方式

2．2．5TFTLCD背光源

一般来说，将液晶显示器件、连结件、集成电路、PCB线路板、背光源、导光板、构造件等装置在一同，称为LCD模组，即LCM。

此中的背光源是作为TFTLCD模组的发光器件。

一般来说，TFTLCD有两种背光方式，即CCFL背光和LED背光。

a）CCFL背光

冷阴极荧光灯，即CCFL（ColdCathodeFluorescentLamp），或称为CCFT（ColdCathodeFluorescentTube）。

其灯管构造如图11所示

图11CCFL背光的灯管

发光原理：

当高压加在灯管两头后，灯管内少量电子高速撞击电极后产生二次电子发射，开始放电,管内的水银受电子撞击后，激发辐射出253.7nm的紫外光，产生的紫外光激发涂在管内壁上的荧光粉而产生可见光。

负载特征：

高非线性负载（电流源），启动后为负阻抗特征，即工作电流上涨时工作电压会略有降落。

驱动CCFL的逆变器（Inverter）或叫逆变器电源，也有称之为高压包的。

其基本框图如图12所示：

图12CCFL背光驱动逆变器原理框图

b）LED背光

LED的驱动需要供应恒定的电压或恒定的电流，有的是LED串连，有的是LED并联。

我们企业的LED背光一般以白光LED串连为常有。

三．TFTLCD的驱动及应用

3．1TFTLCD驱动及控制电路框图

以模拟RGB接口屏为例，其框图如图13所示。

图13TFTLCD

驱动框图

一般来说，由CPU经过LCD接口送来的图象信号经过办理送至MOS管的source端，同步信号和时钟信号等经过TCON的时序变换最后去控制MOS管的

开通和封闭。

此中的Gamma效正对要输出到LCD上的视频RGB信号进行效正。

假如是CCFL背光，则需要DC/AC逆变电源，LED背光则只要要DC/DC电源。

3．2TFTLCD屏驱动应用举例

下边以一款模拟RGB接口的屏为例，说明TFTLCD的驱动原理，该LCD的分析度为480×234，表示有480×3条数据线，234条水平扫描线。

以T112作为其控制芯片，T112是台湾宏芯的一款模拟屏的视频显示控制芯片，其Scaler支持独立的水平/垂直缩放、16：

9的全屏模式、16：

9的非线性画面调整、4：

3模式，支持图象的上下左右旋转，内置可编程TCON和可编程OSD，内置Gamma效正，可支持CVBS、S端子和YCbCr视频输入信号，三组DAC输出模拟RGB信号。

电路图如图14所示，图中没有画出背光源。

图14TFTLCD的驱动电路

a）几个重要信号的说明：

CPH：

时钟信号，模拟电压的采样和移位时钟

STH和STV：

这两个信号与水平同步信号和帧同步信号相关，频次也与水平同步信号和帧同步信号同样。

OEH：

HorizontalOutputenable.数据输出使能信号

OEV：

VerticalOutputenable.扫描输入使能信号

VCOM：

VoltageofCommon.表示common极的电压

VGH：

MOS管栅极开通电压

VGL：

MOS管栅极关断电压

R，G，B：

数据信号，为模拟电压

b）LCD电源上电和断电时序要求

LCD模组一般要求，上电时，VCC比VGH和VGL早，断电时则是VGH和VGL比VCC早，这样能够保护LCD，如图15所示。

图15LCD电源次序要求

C）一个典型的CPH信号、RGB信号、VCOM信号、STV信号、STH信号分别如图16、图17、图18、图19、图20所示。

图16CPH信号波形

图17模拟RGB信号

图18VCOM信号

图19STV信号

图20STH信号

依据前面所测出的波形，能够知道这款LCD的此时的刷新率约为60Hz，因为水平同步信号频次/垂直同步信号频次＝262，略大于234，除掉回扫时间，证明是逐行扫描，再由VCOM信号的频次和变化关系，能够看出是Rowinversion变换方式。