TFT-LCD驱动控制电路课件.ppt

1、EwEExecution without ExcuseTFTLCD 驱动控制电路Slide 2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u液晶模组概述u输入/输出信号u驱动电路系统u电源电路u灰阶u极性反转uVcom调节uGamma 调试方法Slide 31.1 TFT-LCD模组结构模组结构TFT-LCDCellPCBAX-COF&Y-COFModule Process bondingPanel/PCBA Assy.Backlight unitModule Process Assy.TFT-LCDModuleBezelShield cover液晶模组概述1S

2、lide 4透光(TFT Off)不透光(TFT On)-VEGlassGlass上偏振片上玻璃基板彩膜液晶TFT下玻璃基板下偏振片透明电极背光源常白模式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态Slide 51.3 面板驱动电路组成LVDS连接器Slide 6TMDSTTLTTLA/D boardLVDS TxLVDS TxDVIVGALVDSTMDS:最小化传输差分信

3、号 TTL:晶体管-晶体管逻辑电平 LVDS:低压差分信号PCBACOFXGA(1024 x 768)LCD PanelS-IC(COF)Gate D-ICLVDS inT/CON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Slide 7 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 常用名称 Source PCB :栅极驱动IC (=X-PCB=

4、PCBA=TCON board)Slide 82输入/输出信号2.1 模块输入信号3.3V0V3.3V0VClockData01rTTL（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r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，当电压差为正代表“1”，相反就是数据“0”。特点

5、：高速、低噪声、低功耗和传输距离较长Differential Signal=(+Pair)-(-Pair)(1.2V)+-Slide 9ClockSPD0D1RGBD5D0D1D5D0D1D5RGB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 MappingSlide 10LVDS 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

6、的振幅变小，减少EMI.通道 0 通道 1 通道 2 通通道道 3 3 1 个周期 时钟通道 前 1个周期 后 1个周期 R0 R1 R2 R3 R4 R5 G0 R0 G1 B1 B0 G5 G4 G3 G2 G1 B2 B3 B4 B5 行同步 帧同步 使能 G0 R5 B1 B0 使能 帧同步 G2 R1 B2 B3 R6 R7 G6 G7 B6 B7 R7 R6 T/7 B7 Slide 112.1 TCON&Source IC接口信号rTTL信号rMini-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

7、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T/CON（1280 x800）左输出口右输出口mini-LVDSmini-LVDSLVDS1,2,3639640,641,642.1280rRSDS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。Slide 12Clock P/ND0P/ND1P/ND0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2P/ND0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D3P/ND0D1D2D3D4D5D6D

8、7D0D1D4P/ND0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D5P/ND0D1D2D3D4D5D6D7D0D1RGBRGB 50nS and 3 cycleMini-LVDS Data MappingSlide 13CLK P/NSPD0D1D0D1D2D3D2D3D00P/ND01P/ND4D5D4D5D02P/ND6D7D6D7D03P/ND0D1D0D1D10P/ND6D7D6D7D13P/ND0D1D0D1D20P/ND6D7D6D7D23P/NRGBRSDS Data MappingSlide 14Interface Method ITEMTTLDifferentialI/F Met

9、hodCMOSRSDSMini-LVDSPPMLFP-LVDSTransfer Method3.3VDifferential/0.2VDifferential/0.4VDifferential/0.4VI/F SystemMulti DropMulti DropMulti DropPoint to PointUseNotebook,MobileNotebook,Monitor,TVMonitor,TVLarge Full HDTV,High-end MonitorMaximum Frequency70Mhz100Mhz180Mhz over 300MhzResolutionColor Dept

10、hLow Resolution,6bitsHigh Resolution,8/10bitsHigh Resolution,8/10bitsHigh Resolution,over10bitsCompanyNational SemiconductorTexas InstrumentsNECOKIrTCON输出数据信号比较Slide 15rT/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、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

11、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）rTCON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 Vertical):栅的移动信号OE1(Output Enable):栅的输出控制信号OE2(Multi Level Gate):多灰

12、度等级用的信号Slide 163.2 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VGLGate signal Timing STVCPVOE2Gate 1Gate 2Slide 17n移位寄存器移位寄存器在每经过一个时钟在每经过一个时钟(CPV)周期，便将其周期，便将其输入级的逻辑状态传送到其输出级输入级的逻辑状态传送到其输出级n电平转换器电平转换器 即时将即时将3V/0V的低电压逻辑准位转移到的低电压逻辑

13、准位转移到开开/关象素关象素TFT所需的所需的VGH或或VGLn缓冲放大输出缓冲放大输出若以电位转换器的输出直接驱动栅极线，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，因此需要加上缓冲驱动能力可能不够，因此需要加上缓冲放大器放大器256 bit 移位寄存器电平转换器(256EA)缓冲放大输出(256EA)OUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT255OUT256CPVSTVOEDVDDGNDVGHVGLr栅极驱动器结构（Gate driver）Slide 183.3 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

14、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。Slide 19LVCKP/N Tx+-Rx(LVDS)LVR1P/NLVG1P/NLVB1P/NLVR2P/NLVG2P/NLVB2P/NRGB DataTPSCLKTx(Mini_LVDS,RSDS)POLShift RegistersFirst Line LatchesSecond Line LatchesDACOutput BuffersGMA1GMA2 .GMA141 2

15、 3 464512T-CONSource driver IC例：6bits，灰度64r源极驱动器结构（Source driver）a)以取样时钟SCLK的上升沿接收TCON输出的一个象素数据（RGB Data）到源极驱动器寄存器，b)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，c)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。Slide 20DE(Data Enable)STHTPMPOLActive AreaHorizontal Blanking AreaDataOutputClkr源极控制信号时序Data signal Timing Slide

16、21CPVGate nGate n+1TPDataDataOE2Gate&Source signal Timing 3.4 栅、源极信号关系Slide 223.5图象数据输出实例STHTPPanel1st2ndPanel3rdCPVCPVSTVPanelDataLine 1st first dataLine 1st last dataDont careSlide 234电源电路 1 1）数字逻辑电源）数字逻辑电源 (DVDD)(DVDD)=3.3V=3.3V -LDO -LDO 一般情况下是一般情况下是3.3V3.3V，有时是，有时是2.5V2.5V。2 2)Analog)Analog 主电源

17、主电源(AVDD)(AVDD)=12V=12V -脉冲调制集成电路脉冲调制集成电路PWM ICPWM IC 主要用在源驱动器的输出电源和主要用在源驱动器的输出电源和GammaGamma校正电源。校正电源。3)3)栅极开启电源（栅极开启电源（VGHVGH）=27V=27V -主要采用主要采用RCRC电荷泵电路电荷泵电路 提供栅极打开的电源，该电源为正电源提供栅极打开的电源，该电源为正电源VGHVGH。4)4)栅极关断电源（栅极关断电源（VGLVGL）=-8V=-8V -也是采用电荷泵电路也是采用电荷泵电路 提供栅极关端电源，该电源为负电源提供栅极关端电源，该电源为负电源VGL.VGL.电源电路将

18、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)。Slide 24Black(L0)White(L255)D2D1D0V1V2V3V4V5V6V7V8101010101111000011110000Digital Data(0 0 0)(1 0 0)(1 1 1)LCD Brightness(8 Gray-level)Gray Scale VoltageBitsBitsGray ScaleGray Scale36810125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。

19、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Slide 25GMA1GMA2GMA6GMA7GMA6GMA7GMA13GMA14R1R2R3R4R5-1R6R7R8R9R11R22R33R44VDDVDDR5-2R0R105.2 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。Slide 265.3 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

20、度输出电压输入数据 灰度输出电压表1-1表1-2Slide 27N=2n(R)X 2n(G)X 2n(B)=23nn:数字数据的位数(bit)N:能显示的颜色数1)R,G,B三基色组合形成各种颜色。2)能显示的颜色数是由RGB的数字信号的位数来决定的。BitsBitsGray ScaleGray ScaleColorColor3851251266426214426214482561677721616777216101024107374182410737418245.4 ColorSlide 28说明Pixel Inversion Methods上一帧(+)下一帧(-)+-+-+-+-+-+-+

21、-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-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Slide 29G1G2G3S1S2S3S4(+)Field Frame(-)Field Frame(+)Field Frame222222222123123123321

22、321321202202202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 Slide 30G1G2G3S1S2S3S4(+)Field Frame(-)Field Frame(+)Field Frame222222222123123123321321321202202202Dot 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Slide 316Vcom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

23、标准：人眼判断u 调节VCOM的原因Slide 32u 调节VCOM的方法（2）控制盒方法（1）Resistor方法AVDDRRRRRVcomcbacdownb)()(2012811212RsetRSettingAVDDRRRVcomSlide 33Ap.Gamma 调试方法Slide 34Gamma 调试总体流程Ap.1Step 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 Eva.Board)Step 3:确定L255和 L0所对应Gamma电压：CA210Step

24、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：CA210Step 8:测试亮度均匀性和FlickerL127：CA210Step 9:计算Gamma电阻阻值，记录Gamma电压：CA210和万用表Step

25、 10:用示波器测量上电顺序和驱动时序：Lecroy oscilloscopeSlide 35Gamma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）p初步估计Vcom:Panel DC V-T CurveModule V-T Curve2/)(181180VVVVVcomV1V9V10V180235791112提示:V0 值取决于源极驱动IC的Gamma特性，在32inch中源极驱动器要求满足系列等式，因此在32inc

26、h的Gamma调试中取 V0 0.2V:AVDD 0.2 V V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 0.5*AVDD0.5*AVDD V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 VSS+0.2 VAp.2Model:32”FFS HDTV Resolution:1366x768Gamma 调试条件Slide 36Step 2:可编程Gamma系统安装(Buf20820 Eva.Board)The BUF20820 Eva.software interfaceNote:需在评估板上测试PGamma所需的参考电压（Vref_high,Vref_low)，

27、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.3RS232V18V1V2V3RS232n用于Analog Gamma的Gamma调试系统 n用于可编程 Gamma的Gamma调试系统Slide 37Step 3:确定L255和 L0所对应Gamma电压：CA210p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p确定V18 1)预设 V18灰阶L255的测量值上升 3)当L255的测量值最大时，V18即为V18确定V9 1)预设 V9V9，用

28、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V10V1V1V9V10V180235791112VcenterGray LevelGray LevelBrightnessBrightnessL255L255615.8615.8L254L254615.8615.8L253L253609.4609.4L252L252608.4608.4L251L251607.4607.4L250L250606.4606.4L249L249605.3605.3L248L248

29、604.2604.2L247L24760603 3.2.2L246L24660601 1.4 4L245L24560600 0.2.2最大亮度Ap.4确定最大亮度Slide 38Gray LevelGray LevelGamma VoltageGamma VoltageL255L255V1V18L254L254V2V17L224L224V3V16L192L192V4V15L12L128 8V5V14L64L64V6V13L32L32V7V12L1L1V8V11L0L0V9V10Relationship between gray level and Gamma voltageStep 4:根据S

30、ource 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)NOTE：考虑CA210测量范围限制，选用表中橙色部分进行Tuning。Slide 39Gamma=2.2Gamma=2.2GrayGray level levelTransTrans.0 00 016160.0022 0.0022 32320.0103 0.0103 48480.0252 0.0252 64640.0474 0.0474 80800.0774 0.0774 96960.1156 0.1156 1121120.1622 0.1622

31、1281280.2176 0.2176 1441440.2820 0.2820 1601600.3556 0.3556 1761760.4385 0.4385 1921920.5310 0.5310 2082080.6333 0.6333 2242240.7454 0.7454 2402400.8676 0.8676 2562561.0000 1.0000 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）Gamma=2.2Gamma=2.2Gray LevGray LevelelTransTr

32、ans.BrighBright tnessness0 00 00.00 0.00 16160.0022 0.0022 1.38 1.38 32320.0103 0.0103 6.35 6.35 48480.0252 0.0252 15.49 15.49 64640.0474 0.0474 29.17 29.17 80800.0774 0.0774 47.66 47.66 96960.1156 0.1156 71.17 71.17 1121120.1622 0.1622 99.91 99.91 1281280.2176 0.2176 134.02 134.02 1441440.2820 0.28

33、20 173.66 173.66 1601600.3556 0.3556 218.97 218.97 1761760.4385 0.4385 270.05 270.05 1921920.5310 0.5310 327.02 327.02 2082080.6333 0.6333 389.99 389.99 2242240.7454 0.7454 459.05 459.05 2402400.8676 0.8676 534.29 534.29 2562561.0000 1.0000 615.8615.8r=2.2Ap.6计算各个灰阶亮度Note:表中亮度为计算值Slide 40Step 6:通过可编

34、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)Gamma=2.2Gray LevelTrans.Brightness000.00 160.0022 1.38 320.0103 6.35 480.0252 15.49 640.0474 29.17 800.0774 47.66 960.1156 71.17 1120.1622 99.91 1280.2176 134.02 1440.2820 173.66 1600.3556 218.97 1760.4385 270.05 1920.5310 327

35、.02 2080.6333 389.99 2240.7454 459.05 2400.8676 534.29 2561.0000 615.8L224L192L128L64L32 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

36、实际测量值Slide 41Step 7:用CA210测量Gamma曲线：CA210Gray LevelGray LevelGamma(Reference)Gamma(Reference)originoriginGAMMA 2.2GAMMA 2.2Brightn.Brightn.Trans.(%)Trans.(%)L00.00 0.00 0.69 0.11%L421.11 0.00 1.300.21%L897.01 0.01 4.150.68%L12236.70 0.03 11.73 1.91%L16445.72 0.05 26.294.28%L20728.23 0.08 43.057.01%L

37、241087.59 0.12 65.9310.74%L281526.68 0.17 9815.96%L322048.00 0.23 133.621.76%L362653.78 0.29 178.3 29.53%L403346.05 0.37 227.76 37.09%L444126.63 0.45 279.66 45.54%L484997.25 0.55 333.854.13%L525959.47 0.66 405.89 66.10%L567014.77 0.77 483.5478.74%L608164.56 0.90 560.47 91.27%L639089.69 1.00 615.8 10

38、0.00%Ap.8Slide 42Test positioTest position on Paneln on Panel BrightnessL255BrightnessL255Up-left57595.25%Up-center58897.40%Up-right56293.09%Middle-left57695.41%Middle-center6 61515.8 8100.00%Middle-right57194.58%Down-left54790.61%Down-center57795.58%Down-right54189.61%Average571.2 571.2 Max-Min74.8

39、 Step 8:测试亮度均匀性和FlickerL127：CA210Test position Test position on Panelon Panel FlickerL127 FlickerL127Up-left5.5Up-center7.1Up-right6.5Middle-left8.1Middle-center9.59.5Middle-right7.2Down-left8Down-center9.3Down-right7.6Average7.64 7.64 Ap.9Slide 43Step 9:计算Gamma电阻阻值，记录Gamma电压：CA210和万用表AVDD12.64VVcom

40、5.83VGamma112.39Gamma211.71Gamma310.46Gamma49.94Gamma59.13Gamma68.49Gamma77.78Gamma86.75Gamma96.53Gamma106.24Gamma116.02Gamma125.21Gamma134.64Gamma143.87Gamma153.23Gamma162.48Gamma171.28Gamma180.33Ap.10p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p测量并记录AVDD，Vcom和各个Gamma电压Slide 4432”Driving Condition 60HzAp.11Step 10:用示波器记录上电顺序和驱动时序：Lecroy oscilloscopeSlide 45