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1、TFT LCD显示原理详解什么是液晶我们一般认为物体有三态：固态、液态、气态,其实这只是针对水而言,有一些有机化和物 还有介于固态和液态中间的状态TFT LCD显示原理a:背景两块偏光的栅栏角度相互垂直时光线就完全无法通过,图六是用偏光太阳镜做的测试.就是液晶态,如下列图一b:TFT LCD显示原理液晶显示器就是利用偏光板这个特性来完成的,利用上下两片栅栏之间互垂直的偏光板之间充满了液晶,在利用 电场限制液晶分支的旋转,来改变光的行进方向,如此一来,不同的电场大小,就会形成不同颜色度了,如图七F5. I1I 1 II - -1*影德滤此片灌品田TFT塔版产恒光片7YJtiKf图七b-1:当在不
2、加上电极的时候,当入射的光线经过下面的偏光板起偏器时,会剩下单方向的光波,通过液晶分子时,由于液晶 分子总共旋转了 90度,所以当光波到达上层偏光板时,光波的极化方向恰好转了 90度.下层的偏光板与上层偏光板,角度 也是恰好差异90度. 所以光线便可以顺利的通过,如果光打在红色的滤光片上就显示为红色.效果如图七中前两个图所 示.b-2:当在加上电极后最大电极,液晶分子在受到电场的影响下,都站立着,光路没有改变,光就无法通过上偏光板,也就无 法显示,如图七蓝色滤光片下面的液晶.c:TFT-LCD驱动电路.为了显示任意图形,TFT-LCDi mxn点排列的逐行扫描矩阵显示.在设计驱动电路时,首先要
3、考虑液晶电解会使液晶材料变 质,为保证寿命一般都采用交流驱动方式.已经形成的驱动方式有：电压选择方式、斜坡方式、DAC方式和模拟方式等.由于TFT-LC应要用于笔记本计算机,所以驱动电路大致分成：信号限制电路、电源电路、灰度电压电路、公用电极驱动电路、数据 线驱动电路和寻址线驱动电路栅极驱动IC o上述驱动电路的主要功能是：信号限制电路将数字信号、限制信号以及时钟信号供应数字IC,并把限制信号和时钟信号供应栅极驱动IC;电源电路将需要的电源电压供应数字IC和栅极驱动IC;灰度电压电路将数字驱动电路产生的10个灰度电压各自供应数据驱动；公用电极驱动电路将公用电压供应相对于象素电极的共享电极；数
4、据线驱动电路将信号限制电路送来的 RGB信号的各6个比特显示数据以及时钟信号,定时顺序锁存并续进内部,然后此显示数 据以6比特DA变换器转换成模拟信号,再由输出电路变换成阻抗,供应液晶屏的资料线；栅极驱动电路将信号限制电路送来的 时钟信号,通过移位存放器转换动作,将输出电路切换成ON/ OFF电压,并顺次加到液晶屏上.最后,将驱动电路装配在TAB自动焊接柔性线路板上,用 ACF 各向异性导电胶膜、TCP 驱动电路柔性引带与液晶显示屏相连接.d:TFT-LCD工作原理首先介绍显示原理.液晶显示的原理基于液晶的透光率随其所施电压大小而变化的特性.当光通过上偏振片后,变成线性偏 振光,偏振方向与偏振
5、片振动方向一致,与上下玻璃基板上面液晶分子排列顺序一致.当光通过液晶层时,由于受液晶折射, 线性偏振光被分解为两束光.又由于这两束光传播速度不同相位相同,因而当两束光合成后,必然使振光的振动方向发生 变化.通过液晶层的光,那么被逐渐扭曲.当光到达下偏振片时,其光轴振动方向被扭曲了90度,且与下偏振片的振动方向保持一致.这样,光线通过下偏振片形成亮场.加上电压以后,液晶在电场作用下取向,扭曲消失.这时,通过上偏振片的线性偏 振光,在液晶层不再旋转,无法通过下偏振片而形成暗场.可见液晶本身不发光,在外光源的调制下,才能显示,在整个显示 过程中,液晶起到一个电压限制的光阀作用.TFT-LCD勺工作原
6、理那么可简述为：当栅极正向电压大于施加电压时,漏源电极导通, 当栅极正向电压等于0或负电压时,漏源电极断开.漏电极与ITO象素电极连结,源电极与源线列电极连结,栅极与栅线行电极连结.这就是 TFT-LC而简单工作原理c:常用的液晶结构c-1 :所谓的 NWNormally whiteNWjf当我们对液晶面板不施加电压时,我们所看到的面板是亮的画面,所以才叫做normally white.另外一种,当对 液晶面板不施加电压时,面板无法透光,看起来是黑色的,就称之为NBNormally black c-2:为什么要有这两种结构主要是为了不同的应用环境. 一般桌上型计算机或是笔记型计算机,大多为NW
7、的配置,那是由于一般计算机软件的使用环境, 你会发现整个屏幕大多是亮点,也就是说计算机软件多为白底黑字的应用.既然亮着的点占大多数,使用NW当然比拟方便,也由于NW的亮点不需要加电压,平均起来也会比拟省电.反过来,NB的应用环境大多是属于显示屏为黑底的应用了.a:lcd切面的结构：frl+CTOWPnvn sneelspacer丁小收图八 b:作用原理TFT_LCD薄膜晶体管?晶显示器,液晶显示器需要电压限制来产生灰阶.TFT利用薄膜晶体管来产生电压,以限制液晶转向 的显示器.从图八的切面结构图来看,在上下两层玻璃间夹着液晶,便会形成平彳f板电容器,我们称之为CLCcapacitor of l
8、iquid crystal.它的大小约为0.1pF,但是实际应用上,这个电容并无法将电压保持到下一次再更新画面数据的时候.也就是说当TFT对这个电容充好电时,它并无法将电压保持住,直到下一次TFT再对此点充电的时 候.以一般60Hz的画面更新频率,需要保持约16ms的时间.这样一来,电压有了变化,所显示的灰阶就会不正确.因 此一般在面板的设计上,会再加一个储存电容CSstorage capacitor 大约为0.5pF, 以便让充好电的电压能保持到下一 次更新画面的时候.不过正确的来说,长在玻璃上的TFT本身,只是一个使用晶体管制作的开关.它主要的工作是决定 LCD source driver
9、上的电压是不是要充到这个点来.至于这个点要充到多高的电压,以便显示出怎样的灰阶.都是由外 面的LCD source driver 来决定的. c:框胶与 spacer ：框胶与spacer两种结构成分.其中框胶的用途,就是要让液晶面板中的上下两层玻璃,能够紧密黏住,并且提供面板中的液晶分子与外界的阻隔,所以框胶正如其名,是围绕于面板四周,将液晶分子框限于面板之内.而spacer主要是提供上下两层玻璃的支撑,它必须均匀的分布在玻璃基板上,不然一但分布不均造成局部 spacer聚集在一起,反而会阻碍光线通过,也无法维持上下两片玻璃的适当间隙gap,会成电场分布不均的现象,进而影响液晶的灰阶表现放大
10、镜下的液晶a:每个像素点的结构放大镜下面的液晶面板如图九中所显示的样子.每一份像素点由红色,蓝色,绿色三个子基色构成这就是所谓的三 原色.也就是说利用这三种颜色.我们把 RGBE种颜色,分成独立的三个点,各自拥有不同的灰阶变化,然后把邻近的三个RG遍示的点,当作一个显示的根本单位,也就是pixel.那这一个pixel,就可以拥有不同的色彩变化了.然后对于一个需要分辨率为1024*768的显示画面,我们只要让这个平面显示器的组成有1024*768个pixel,便可以正确的显示这一个画面 b：开口率液晶显示器中有一个很重要的参数就是亮度,而决定亮度最重要的因素就是开口率.开口率就是光线能透过的有效
11、区域比 例.每一个RGB勺点之间的黑色局部,就叫做Black matrix.我们回过头来看图九就可以发现 ,black matrix主要是用来遮住不打算透光的局部.比方像是一些ITO的走线,或是Cr/Al的走线,或者是TFT的局部.这也就是为什么我们在图九中 每一个RGB勺亮点看起来,并不是矩形,在其左上角也有一块被black matrix遮住的局部,这一块黑色缺角的部份就是TFT的所在位置图十像素a：像素原理液晶面板上每个像素都分成红、绿、蓝三种颜色,RG蹴是所谓的三原色,利用这三种颜色可以混合出各种不同的颜色,我们把RGEE种颜色分成独立的三个点,各自拥有不同的灰阶变化,然后把邻近的三个R
12、GE&示的点当作一个显示的根本单元,就是像 素,这个像素就可以拥有不同的色彩变化了.b：颜色深度8s色深度(Color数目Gray Scale 0816d印th ： LCD可51示的IS色2432404856 S3RedGreen凰UE?While封6 bit Bl示器而言,共可以骸示2X ?X ?= 2W444g & bit酯示器而言,共可以IS示 2HM 2Hx 2ft= 16,7772166万E千包矗疏normal Color256 Color 8 (R) *8 (G) *4 (B) =256 ColorHigh Color65536Coloe32 (R) *64 (G) *32 (B)
13、 =65536 ColorFull Color64 (R) *64 (G) *64 (B) =262144 ColorTrue Color256 (R) *256 (G) *256 (B) =16777216 Colora:结构图图十二b:主要的驱动TFT工作的局部有以下几个1、sourcedriver源驱动,负责供电,2、gatedriver栅驱动,负责翻开关闭.3、时序限制电路,负责限制gatedriver4、灰度、gammas制电路图十三a：整片面板的大致结构从图十三中我们可以看到 整片面板的等效电路,其中每一个TFT与两个电容所并联代表一个显示的点.而一个根本的显 示单元 pixel,
14、那么需要三个这样显示的点,分别来代表RGB三原色.以一个1024*768分辨率的TFT_LC睐说,共需要1024*768*3个这样的点组合而成 b：显示步骤如图中gate driver所送出白波形,依序将每一行的TFT翻开,好让整排的source driver同时将一整行的显示点充电到各自所需的电压,显示不同的灰阶.当这一行充好电时,gate driver便将电压关闭,然后下一行的gate driver便将电 压翻开,再由相同的一排source driver对下一行的显示点进行充放电.如此依序下去,当充好了最后一行的显示点,便又回 过来从头从第一彳f再开始充电.b-1:图示先开放第一行,其他关
15、闭.ScarONOFFOFFOFFrijjiLLiLiiiiirIIIIIIIIIHIIIIIIUlil图十四接着关闭第一行,电压已经固定,固颜色也固定,然后开放第二类,其余关闭,以此类推.图十五由于液晶分子还有一种特性,就是不能够一直固定在某一个电压不变,不然时间久了 ,你即使将电压取消掉,液晶 分子会由于特性的破坏,而无法再因应电场的变化来转动,以形成不同的灰阶.所以每隔一段时间,就必须将电压恢复原 X,以防止液晶分子的特性遭到破坏.背光源反射Figure 13. Dimming Mode Detection and Soft Start PWM Brightness Dimming上图,
16、上半局部就是 PW昉式,限制就由GPIO直接连到背光芯片上即可,有一点需要注意,一般用PW昉式都是由PMIC直接限制的由于如果用AP限制在系统负载大的时候 PWMK形会失真.下半局部为一线脉冲方式输入需要有一个逻辑来触发一线脉冲方式一上播取埼增亮片j反射片 上用的TFT类型的LCD大局部是用 LED来作为光源的,现有高通 上背光有三种方式:3、dcs方式,有LCD反应给背光限制芯片来限制输出电流大小一般 上都会有个背光限制芯片来升压限制电流,以 8x25上的背光芯片TPS61161为例其他的背光芯片也类似TPS61161的连接方式:CTRL需要连接到平台上的 GPIO或那么 PMIC上的GPI
17、.2M01 4 I fill必 N E IS .ES数据格式如下:下IS放后 光板1、PWM方式,根据输出方波的占空比来限制电流大小2、一线脉冲方式,根据输入方波的逻辑连限制输出电流大小这款芯片是pwmr式和一线脉冲方式两用的芯片,工作模式如下:I I mng wr-!IIA巾立ynvMd MH,立 2图十九数据对应的电流值如下只给出局部电流值Table L selectable fb Voltage图二十DCST式那么是LCD本身可以支持CABC或那么 LABg能Mam PWBDisplay modutetBLrofRMn2. LIO naolcighi 呻MressMr眦 display
18、is conholle txtcal uulput BC图 UH-原理,如图,平台这边用mipi dcs命令限制CAB通能,LCD的存放器为51H 默认背光亮度 0 25553 H 翻开关闭55H 模式不同厂家定义不同背光平台通过mipi包把 51H 53H 55H发到 LCD panel 上,LCD panel 根据自身的图像和平台发过来的背光值计算出自己适宜的背光值在通过 LCD panel上 的管脚以PWM方波的形式发给平台,平台上有对应的背光芯片接受 PWM波,背光芯片在根据 PWM波形来限制LCD panel上LED两端的电压大小,来限制背光.在DC防式下有个LC端出的PW颜率和背光芯片的输入频率是陪的问题在调试的时候需要注意,一般LCD端输出的PW酸率都可调.