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1、液晶顯示器驅動系統講師 :,課程大綱 液晶物質簡介 液晶的電光效應 液晶基本驅動原理 STN LCDs 驅動原理 TFT LCDs 驅動原理 影響TFT LCDs 畫面品質的因素 Driver IC 簡介 TFT LCDs 模組及介面技術簡介,液晶物質的相變化,固體結晶,液晶,液體,加熱,加熱,冷卻,冷卻,液晶分子的種類,Smectic LC 層狀液晶,Nematic LC 線狀液晶,Cholesteric LC 膽固醇狀液晶,液晶分子的排列,Crystalline,Liquid Crystalline,Liquid,K SmC SmA N L,Biaxial,Unaxial,Isotropi
2、c,Temperature,液晶的分類,液晶的電光特性,異向性 (Anisotropic) 排列因數 ( ) 折射率 ( ) 黏滯係數 ( ) 介電係數 ( ) 電導係數 磁化率 彈性係數 ( ),液晶的光學特性,Optical Positive,Optical Negative,Helical Axis Optical Axis,Optical Axis,液晶驅動原理,電極,電極,液晶,Field OFF,Field ON,液晶顯示器主要優缺點,優點 低電壓驅動。 低消耗電流。 體積薄，重量輕。 可實現大面積化。 彩色化容易。 缺點 視角限制。 外加被光源或投射光源。 溫度操作範圍限制。,液
3、晶顯示器的種類,液晶 顯示器,扭轉型 (Twinst Nematic, TN) 1971 超扭轉型 (Super Twinst Nematic, STN) 1984 雙層雙扭轉型 (Double Layer STN, DSTN)1987 光相位補償超扭轉型 (Film STN, FSTN)1988 主動驅動超扭轉型 (AASTN or MLS STN) 1992 強介電型 (Ferroelectric Liquid Crystal : FLC) 1980 PDLC (Polymer Dispersive LC) 1988 PSCT (Polymer Stabilized Cholesteric
4、 Texture) 1993 Other DS (Dynamic Scattering) 1968 PC (Phase Change) 1968 GH (Guest Host) 1968 ECB (Elcetrical Control Birefregency) 1971 BTN (Bistable Twist Nematic) 1995 IPS (In Plane Switch) 1995 VA (Vertical Alignment)1996,TN 型 LCDs 顯示原理,Twist 90,液晶分子,Field OFF,Field ON,利用液晶的旋光特性 調變穿透光線,液晶的旋光特性消失
5、,STN LCDs 顯示原理,Twist 270,液晶分子,Field OFF,Field ON,利用液晶的雙折射 特性調變穿透光線,TN & STN 電光轉移曲線V-T Curve,100%,90%,10%,Vns STN,Vs STN,Vs TN,Vns TN,T,V,TN 與 STN 的電壓漂移,T,100%,V,STN Mode,LCDs 驅動方式,直接驅動法 (Direction Addressing) 靜態驅動法 (Static Addressing) 多工驅動法 (Multiplex Addressing) 主動驅動法 (Active Addressing / Multi-Lin
6、e Selection) 主動矩陣驅動法 (Active Matrix Addressing) 兩端元件 (MIM, Diode.) 三端元件 (A-Si:H TFT, Ploy-Si TFT .) Plasma Addressing (PALC) 熱掃描驅動法 (雷射掃描) 光掃描驅動法 (電子速掃描,LCDs 靜態驅動法,Vsig,Vc,Vs,Vc-Vs,ON,OFF,多工驅動法 (振幅選擇驅動法, APT),多工驅動法的限制,APT 驅動波形,IAPT 驅動波形,APT Addressing,IAPT Addressing,APT 與 IAPT 方式比較,APT Addressing L
7、ow Voltage Segment Driver : 2D High Voltage Common Driver : 2F IAPT Addressing Offset +D for Positive Polarity Offset +F for Negative Polarity Voltage Range of Segment Driver : F+D Voltage Range of Common Driver : F+D,高容量多工驅動的對策,STN LCDs 規格,Operation Voltage Vop :,Bias Ratio :,Steepness :,Selection
8、Ratio :,STN LCDs 驅動電壓計算,If Voff=2V, N=240 rows, Then :,APT : Segment Driver : 2.96V, Common Driver : 44.40V IAPT : Segment & Common Drivers : 23.68V,STN LCDs Drivers 架構,.移位暫存器(Shifter Register),DCLK,串列輸入訊號,.閂鎖暫存器(Latch Register),LP,F+D,0,F-D,2D,偏,壓,位,準,.,.,DF,(HLHL.H),.,H,L,H,H,並列輸出,垂直訊號電極,2D,0,2D,2
9、D,IAPT 參考電壓,IAPT 驅動 IC,灰階顯示 FRC,Frame Rate Control, FRC :,灰階顯示 PWM,Pulse Width Modulation, PWM :,灰階顯示 PHM,Pulse High Modulation, PHM :,液晶的頻率響應,Vertical Crosstalk of STN LCDs,Vertical Crosstalk 的抑制 (一),每兩條水平線變換一次驅動電壓極性,Vertical Crosstalk 的抑制 (二),採用補償驅動週期,Vertical Crosstalk 的抑制 (三),一條水平掃描線的掃描週期分割成兩部份，
10、 一半的掃描時間是採用正極性的驅動訊號， 另一半的時間是採用負極性的驅動訊號。,Horizontal Crosstalk of STN LCDs,A,B,A,B,L,Horizontal Crosstalk 的抑制,L,A,B,Frame Response of STN LCDs,Active Addressing for STN LCDs,Active Addressing 驅動電壓,If Voff=2V, N=240 rows, Then : F = 0.730 X 2V = 1.460V |G| = 0.954 X 2V = 21.909V Output Range of Segment
11、 Driver is about 44V. Common Driver of Common Driver is about 3V.,Segment Voltage of Active Addressing,Active Addressing 的矩陣運算,列向量（Column）,時間（Time）,行向量（Row）,Bit-Map Image Matrix,Row Function Matrix,時間（Time）,列（Column）,Column Voltage Matrix,矩陣運算方式,行（Row）,行向量（Row）,列向量（Column）,Bit-Map Image Matrix,Row V
12、ector,時間（Time）,列（Column）,Time = Dtk,行向量（Row）,列向量（Column）,第j列,Row Function Matrix,時間（Time）,列（Column）,Column Vector,垂直序列運算 Column Sequential,時間序列運算 Time Sequential,Column Sequential 硬體架構,Time Sequential 硬體架構,主動矩陣式液晶顯示器AM-LCDs,TFT LCDs 等效電路,Row Drivers,Column Driver,Arrangement of Color Filter,Stripe,T
13、riangle,Pixel Structure of TFT LCDs,Cs on Common 與 Cs on Gate 架構,Timing Chart of TFT LCDs,Frame Time,Gate 1 2 3 N,Time,TFT LCDs Driving Method,Column Inversion,Dot Inversion,Row Inversion,Frame Inversion,Direct Driving of TFT LCDs,DC Bias of Common,GrayScale Voltage,AC Modulation Addressing of TFT L
14、CDs,Common Waveform,Graylevel Voltage,1Frame / 1 Line,TFT LCDs 的電光效應Direct Addressing,TFT LCDs 的電光效應AC Addressing,TFT LCDs Driving Waveform Cs on Common (一),TFT LCD 驅動波形 (Cs on Common, Common = DC Bias),TFT LCDs Driving Waveform Cs on Common (二),TFT LCDs Driving Waveform Cs on Gate,TFT 電容效應的影響,液晶電容的
15、效應,液晶電容 CLC 會隨液晶作用電壓的改變而變化，因此在驅動液晶時會有殘存的 DC 成份，其所造成的影響： Image Sticking. Picture Flicker. 液晶作用電壓大時，液晶分子趨向平行電場方向排列： 液晶作用電場小時，液晶分子趨向垂直電場方向排列：,二階驅動方式的效應,Cs,Clc,Cgd,Csd,Cgs,Vct,Ch(N-1),Ch(N),Vs,垂直影像訊號,水平掃描訊號,Vg,水平掃描訊號,Vg,TFT 補償驅動法,3 Level Addressing,4 Level Addressing,3 Level Addressing,4 Level Addressin
16、g,Vst=Vct,B(+),B(-),B(-),B(+),W(+),W(+),W(-),W(-),B(+),W(-),B(-),W(+),Vp(+),Vp(-),Vp=CgdVghl/Ct,CsVge(-)/Ct,CsVge(+)/Ct,正極性,負極性,正極性,負極性,Ct=Cs+Clc+Cgd,Cs on Gate 電壓補償方式,Comparsion of Addressing Method,Horizontal Line Crosstalk,A,B,Csc,Csc,Csc,TFT Substrate,Color Filter Substrate,Horizontal Area Cross
