TFT-LCD驱动控制电路.ppt

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1、TFTLCD 驱动控制电路,目的,了解TFT-LCD驱动电路相关基础知识，增强对液晶显示原理的理解,主要内容,液晶模组概述 输入/输出信号 驱动电路系统 电源电路 灰阶 极性反转 Vcom调节 Gamma 调试方法,1.1 TFT-LCD模组结构,液晶模组概述,1,透光 (TFT Off),不透光 (TFT On),常白模式,1.2 TFT-LCD显示实现,面板上的象素就像一个“窗户”，可改变施加在象素上的电压大小来控制“窗户”的开关程度，从而实现发光的分级灰阶功能 常白模式： TFT Off：透光 TFT On:不透光 通过增加电压使液晶分子排列最大程度地接近垂直于基板，从而实现漏光较小的黑

2、态,1.3 面板驱动电路组成,LVDS连接器,TMDS,TTL,TTL,A/D board,DVI,VGA,LVDS,TMDS :最小化传输差分信号 TTL :晶体管-晶体管逻辑电平 LVDS : 低压差分信号,图象数据产生,信号格式转换,变换成面板显示的控制和数据信号,图象显示,1.4 图像数据信号流程, Source Driver IC : 源极驱动IC ( = Data Driver IC = X COF= Column Driver IC ), Gate Driver IC :栅极驱动IC ( = Y Driver IC =Y COF = Row Driver IC ),1.5 常用名

3、称, Source PCB :栅极驱动IC ( = X-PCB = PCBA = TCON board ),2,输入/输出信号,2.1 模块输入信号,TTL（ Transistor-to-Transistor Logic） 信号线上3.3V代表数据“1”, 0V代表数据“ 0” 信号的每一位都使用一条单独的数据线进行传输 特点：工作频率低、电磁干扰大，传输距离短,低压差分信号（LVDS, Low Voltage Differential Signaling ） 噪声以共模的方式在一对差分线上耦合出现，并在接收器中相减从而可消除噪声 利用+Pair和-Pair之间的电压差来表示数据，当电压差为正

4、代表“1”，相反就是数据“0”。 特点：高速、低噪声、低功耗和传输距离较长,Differential Signal = (+ Pair) - (- Pair),(1.2V),+,-,RGB三路基色信号的每一位都使用一条单独的数据线进行传输。如6bit TTL，需要3618 根信号线，R信号6根（R0R5），G信号6根（G0C5），B信号6根（B0B5）,TTL Data Mapping,LVDS Data Mapping,特点： 在一个时钟周期内连续传送7个数据。 如8bit 信号仅需要4pairs8根信号线，与TTL相比，信号线的引线数变少，TCON的尺寸大小就可以变小。 信号的振幅变小，减

5、少EMI.,2.1 TCON & Source IC接口信号,TTL信号,Mini-LVDS信号 和LVDS一样有正、负信号对构成差分对，主要用于TCON和源极驱动器之间的接口。 一对信号线连续传输6或8个数据；一个时钟同时传输左、右两个象素的数据 与TTL信号相比，T/CON的Pin数显然减少,RSDS信号(Reduced Swing Differential Signal ） 与LVDS（低压差分信号）类似，主要用于TCON和源驱动器之间的接口。,Clock P/N,D0P/N,D1P/N,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D0,D1,D2P/N,D0,D1,D2,D3,D4

6、,D5,D6,D7,D0,D1,D3P/N,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D0,D1,D4P/N,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D0,D1,D5P/N,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D0,D1,R,G,B,R,G,B, 50nS and 3 cycle,Mini-LVDS Data Mapping,RSDS Data Mapping,TCON输出数据信号比较,T/CON的定义： T/CON : Timing Controller的缩写 它将AD board供给的图像数据信号、控制信号以及时钟信号分别转换成适合于数据和栅极驱动 IC的数据信号

7、、控制信号、时钟信号。它的功能是色度控制和时序控制，内含RAM。具有数据反转，像素极性反转功能，并具有自动刷新模式和老化用的图形。,3,驱动电路系统,3.1 时序控制器（TCON）,TCON输出控制信号： 源驱动器的控制信号 STH : 行数据的开始信号 CPH: 源驱动器的时钟信号（数据的同步信号） TP or Load: 数据从源驱动器到显示屏的输出信号 MPOL（POL） :(数据即行反转信号）: 为了防止液晶老化，而在液晶上的电压要求极性反转。 栅极驱动器的控制信号 STV (Start Vertical) : 栅的启动信号，也是一帧图像的开始 CPV (Clock Pulse Ver

8、tical) : 栅的移动信号 OE1 (Output Enable) : 栅的输出控制信号 OE2 (Multi Level Gate) : 多灰度等级用的信号,3.2 栅极驱动器 (Gate driver),接受TCON输出的控制信号，循序地对栅极线输出适当的开电压和关电压，以驱动TFT LCD的栅极线（Gate line）。当移位寄存器为逻辑1时，输出高电位VGH；当移位寄存器为逻辑0时，输出低电位VGL,Gate signal Timing,STV,CPV,OE2,Gate 1,Gate 2,移位寄存器 在每经过一个时钟(CPV)周期，便将其输入级的逻辑状态传送到其输出级 电平转换器

9、即时将3V/0V的低电压逻辑准位转移到开/关象素TFT所需的VGH或VGL 缓冲放大输出 若以电位转换器的输出直接驱动栅极线，驱动能力可能不够，因此需要加上缓冲放大器,栅极驱动器结构（Gate driver ）,3.3 源极驱动器 (Source driver),接受TCON控制，将高频输入的数字视频信号存储在缓存中，配合栅极扫描信号的开启，将数字视频信号转换成要输出至象素电极的灰度电压，以驱动TFT LCD面板的数据线。源极驱动器由多个数据驱动IC串联而组成，并要求提供给液晶盒的电压值必须在时间平均上接近零,尽量减少直流成分，以防液晶老化变坏。,LVCKP/N,Tx,+,-,Rx (LVDS

10、),LVR1P/N,LVG1P/N,LVB1P/N,LVR2P/N,LVG2P/N,LVB2P/N,RGB Data,TP,SCLK,Tx (Mini_LVDS, RSDS),POL,Shift Registers,First Line Latches,Second Line Latches,DAC,Output Buffers,GMA1 GMA2 . . . GMA14,1,2,3,4,645,1,2,T-CON,Source driver IC,例：6bits，灰度64,源极驱动器结构（Source driver ）,以取样时钟SCLK的上升沿接收TCON输出的一个象素数据（RGB Dat

11、a）到源极驱动器寄存器， 当一行全部象素数据被读取后，以输出脉冲TP将全部数据同时移到保持存储器， 移到保持寄存器的数据在DAC处转换为输出至象素电极的灰度电压。,源极控制信号时序,Data signal Timing,CPV,Gate n,Gate n+1,TP,Data,Data,OE2,Gate&Source signal Timing,3.4 栅、源极信号关系,3.5图象数据输出实例,STH,TP,Panel,1st,2nd,Panel,3rd,CPV,CPV,STV,Panel,Data,Line 1st first data,Line 1st last data,Dont care

12、,4,电源电路,1）数字逻辑电源 (DVDD)=3.3V - LDO 一般情况下是3.3V，有时是2.5V。 2) Analog 主电源(AVDD)=12V -脉冲调制集成电路PWM IC 主要用在源驱动器的输出电源和Gamma校正电源。 3) 栅极开启电源（VGH）=27V - 主要采用RC电荷泵电路 提供栅极打开的电源，该电源为正电源VGH。 4)栅极关断电源（VGL）=-8V - 也是采用电荷泵电路 提供栅极关端电源，该电源为负电源VGL.,电源电路将接口输入的电源电压（+5v/+3.3v）变换成数据驱动和Gamma电路所需要的各种直流电压(AVDD,DVDD,VGH,VGL)。,IC内

13、部D/A的位数与灰度对照表,5,灰阶（Gray Level）,5.1 灰阶,对于自然影像，我们需要显示出不同的明亮程度，即灰阶。灰度阶数由数据驱动IC内部D/A的位数决定，一般区分灰阶的数目是2N。例如： 3-bit源极驱动IC 能显示的灰阶数为23=8,常白模式,5.2 Gamma电压电路,运算放大器用途： 便于Gamma校正 电压跟随器输出电压近似输入电压幅度(Uo=Ui)，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离”作用。,5.3 Gamma电压、IC输入数据 、输出电压和输出灰度关系,IC内部电路,输入数据,灰度,输出电压,输入数据,灰度,输出电压,表1-

14、1,表1-2,N = 2n(R) X 2n(G) X 2n(B) = 23n,n : 数字数据的位数(bit) N : 能显示的颜色数,R,G,B三基色组合形成各种颜色。 能显示的颜色数是由RGB的数字信号的位数来决定的。,5.4 Color,说明,Pixel Inversion Methods,上一帧 (+),下一帧 (-),+,+,+,-,+,-,-,+,-,+,+,-,+,-,-,+,-,+,+,-,+,-,-,+,-,+,+,-,+,-,-,+,-,+,+,-,+,-,-,+,-,+,+,-,+,-,-,+,-,+,-,+,+,-,+,+,-,+,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-

15、,-,-,-,-,反转类型,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,帧反转,行反转,列反转,点反转,6,极性反转（Polarity inversion）,常见像素阵列极性反转方式：帧反转，列反转，行反转和点反转,在一个帧写入结束，下一个帧写入开始前，整帧上象素所存储的电压极性都是相同的,每个象素所存储的电压极性，都与其上下左右相邻元素的极性相反,同一行上象素所存储的电压极性都是相同的,同一列上象素所存储的电压极性都是相同的,帧反转 在一个帧写入结束，下一个帧写入开始前，整帧上象素所存储的电压极性都是相同的,Frame Inversion,

16、Dot Inversion,点反转 每个象素所存储的电压极性，都与其上下左右相邻元素的极性相反,6,Vcom调节,由于Vp，引起理论性的 Vcom电压与实际适用的 Vcom电压的电压差，因此需要调节Vcom使Flicker最小. Flicker最小标准：人眼判断,调节VCOM的原因,调节VCOM的方法,（2）控制盒方法,（1）Resistor方法,Ap. Gamma 调试方法,Gamma 调试总体流程,Ap.1,Step 1:测量VT曲线:确定Gamma电压与光强的对应关系(by PE or Auto V-T mea. System),Step 2:可编程Gamma系统安装 (Buf20820

17、 Eva. Board),Step 3:确定L255和 L0所对应Gamma电压： CA210,Step 4:根据Source Driver IC的Spec，可以知道各参考Gamma通道所对应的灰阶,Step 5:根据r=2.2曲线可以具体算出各个 关键点需要的透过率，按照step 3测得的L255亮度，可计算出个主要灰阶对应的亮度值,Step 6:通过可编程Gamma软件接口调节各个关键GAMMA值，使各关键灰阶的测得亮度与step 5的计算值相等(CA210, Buf20820 Eva. Board),Step 7:用CA210测量Gamma曲线：CA210,Step 8:测试亮度均匀性和

18、FlickerL127：CA210,Step 9:计算Gamma电阻阻值，记录Gamma电压：CA210和万用表,Step 10:用示波器测量上电顺序和驱动时序： Lecroy oscilloscope,Gamma调试流程示例,Step 1:测量VT曲线:确定Gamma电压与光强的对应关系(by PE or Auto V-T mea. System),V-T Characteristics of Panel (Normally Black）,初步估计Vcom:,Panel DC V-T Curve,Module V-T Curve,提示: V0 值取决于源极驱动IC的Gamma特性，在32in

19、ch中源极驱动器要求满足系列等式，因此在32inch的Gamma调试中取 V0 0.2V : AVDD 0.2 V V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 0.5 *AVDD 0.5* AVDD V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 VSS + 0.2 V,Ap.2,Model: 32” FFS HDTV Resolution: 1366x768,Gamma 调试条件,Step 2: 可编程Gamma系统安装 (Buf20820 Eva. Board),The BUF20820 Eva. software interface,Note: 需在评估

20、板上测试PGamma所需的参考电压（ Vref_high,Vref_low) ，并填入右图所示对话框. 该系统可将Gamma电压实时变更. BUF20820 的存储器只能进行一次写操作，BUF20821可进行20次写操作,Ap.3,RS232,用于Analog Gamma的Gamma调试系统,用于可编程 Gamma的Gamma调试系统,Step 3: 确定L255和 L0所对应Gamma电压： CA210,确定V1 1) 预设 V1灰阶L255的测量值上升 3) 当L255的测量值最大时，V1即为V1，如右表所示 确定V18 1) 预设 V18灰阶L255的测量值上升 3) 当L255的测量值

21、最大时，V18即为V18 确定V9 1) 预设 V9V9 ，用CA210测量灰阶L0的亮度 2) V9 -灰阶L0的测量值上升 3) 当L0的测量值最小时，V9即为V9 确定V10 1) 预设 V10灰阶L0的测量值上升 3) 当L0的测量值最小时，V10即为V10,Vcenter,最大亮度,Ap.4,确定最大亮度,Relationship between gray level and Gamma voltage,Step 4: 根据Source Driver IC的Spec，可以知道各参考Gamma通道所对应的灰阶,Ap.5,(32” HDTV 8bit source driver),NOT

22、E： 考虑CA210测量范围限制，选用表中橙色 部分进行Tuning。,Step 5: 根据r=2.2曲线可以具体算出各个 关键点需要的透过率，按照step 3测得的L255亮度，可计算出个主要灰阶对应的亮度值（如下表所示）,r=2.2,Ap.6,计算各个灰阶亮度,Note: 表中亮度为计算值,Step 6: 通过可编程Gamma软件接口调节各个关键GAMMA值，使各关键灰阶的测得亮度与step 5的计算值相等(CA210, Buf20820 Eva. Board),利用FFS对称性,在Gamma调节过程中,以Vcom为对称中心，同时调节正极性和负极性灰阶电压，如上 图所示同时调整对应的两个滑

23、块。 调整对应的两个滑块过程中，对照CA-210的亮度测量数据，使各关键灰阶的测得亮度与setp 5的计算值 相等，所得实际测量值如右表所示。 调整对应的两个滑块，对照CA-210的Flicker测量数据，使得各灰阶Flicker值最小，此时stress最小。,Ap.7,主要步骤：,Note: 表中亮度为实际测量值,Step 7: 用CA210测量Gamma曲线：CA210,Ap.8,Step 8: 测试亮度均匀性和FlickerL127：CA210,Ap.9,Step 9: 计算Gamma电阻阻值，记录Gamma电压：CA210和万用表,Ap.10,根据调试结果，计算Gamma电阻阻值，使得各个Gamma电压与Programmable Gamma电压值相等 测量并记录AVDD，Vcom和各个Gamma电压,32” Driving Condition 60Hz,Ap.11,Step 10: 用示波器记录上电顺序和驱动时序： Lecroy oscilloscope,谢谢,