TFTLCD液晶显示器显示原理探讨

元件 Polarizer TFT-LCD 開口率
CF Total
穿透率 39.00%
61.00%
33.00% 7.85%
Polarizer
CCFL (cold cathode fluorescent tube) PCB
TFT-LCD 顯示器產品特性與規格
TFT-LCD 顯示器產品特性與規格
‧產品特性：
610nm
0.0
0.0
0.0
380
480
580
680
780
380
480
580
680
780
380
480
580
680
780
B filtered
G filtered
R filtered
TFT-LCD 顯示器產品特性與規格
‧對比與亮度：
Contrast Ratio (CR/對比):
CR = L255 / L0 L255 : Luminance of gray level 255 (最大亮度/nits) L0 : Luminance of gray level 0 (最小亮度/nits)
For color depth 6 bits, There are 26 x 26 x 26 = 262,144 colors For color depth 8 bits There are 28 x 28 x 28 = 16,777,216 colors
TFT-LCD 顯示器產品特性與規格
‧Color：
▪利用突起物暗示液晶倒向
▪利用ITO Slit改變電場分佈
TFT-LCD 驅動原理簡介
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧光的偏極化：
液晶分子可改變光的極化狀態
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧The Operation Principles of LCD ：
Take the 90o TN as the example
Scan Line
ON
OFF
TFT
玻璃電極 OFF
OFF
OFF
先開啟第一列，其餘關閉。 充電第一列至之前設定之所需電壓。
Data Line
TFT-LCD 驅動原理簡介
OFF
ON
OFF
OFF OFF
接著關閉第一列，電壓已經固定，所以顯示顏色也已固定。 開啟第二列，其餘仍保持關閉。充電第二列至預設電壓。 依此類推，可完成整個畫面之顯像。
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧ LC polarity control(5/5)：
2 line inversion
+-++-+-+-+ -+-+
-+-+ -+-+ +-++-+-
8
TFT-LCD 顯示器產品特性與規格
‧廣視角技術─TN+film：
• WideView Film：由 FujiFilm 獨家開發 • 分子排列結構與TN-LCD暗態時相同 • 「負的雙折射效應」 (nx=ny>nz) 可與液晶的「正的雙折射效應」
(nx=ny<nz) 互相抵消
資料來源：FujiFilm’s Website
rise
Luminance
100% 90%
10% 0%
Tr Tr0
falຫໍສະໝຸດ Baidu time
time
Tf
Tf0
For Normally White
TFT-LCD 顯示器產品特性與規格
‧Viewing angle problem in single-domain VA：
Polarizer 穿透軸
02 4 6
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧ TFT LC Display：
Scan line
t Data line
t
Pixel
Dot or Sub-pixel
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧ LC polarity control(1/5)：
Frame inversion
++++ ++++ ++++ ++++
0.3
0.2
0.1
0.0
380
480
580
680
780
Backlight
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
380
480
580
680
780
Color Filter
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1 435nm 490nm
0.1
0.3
545nm
0.3
0.2
0.3
0.2 0.2
0.2
0.1
0.1
0.1
0.1
substrate.
TFT-LCD 驅動原理簡介
transmittance
transmittance
‧Gamma voltage：
V-T curve of ZCM5057
100%
80%
60%
40%
20%
0%
0
1
2
3
4
5
voltage
100% 80% 60% 40% 20% 0%
0
Gamma 2.2
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧ LC polarity control(2/5)：
Row inversion
++++ ---++++ ----
---++++ ---++++
- Higher power - Reduced flicker - Lower vertical cross-talk - Sensitive to horizontal corss talk -V(common)電極可連接在一起.
TFT LCD液晶顯示器顯示原理
Shih-hao Ou / 歐士豪 開發三部 開發二課 #56869
Outline
‧TFT-LCD Panel的構造 ‧TFT-LCD 顯示器產品特性與規格 ‧TFT-LCD 驅動原理簡介
TFT-LCD Panel的構造
TFT-LCD Panel的構造
TFT-LCD結構示意圖
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧AC Driving：
避免DC殘留，造成image sticking 液晶須以AC訊號驅動
V-T curve of ZCM5057
100% 80% 60% 40% 20% 0% -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
even frame
odd frame 16.67ms
TFT-LCD 顯示器產品特性與規格
‧廣視角技術─MVA：
。VA：不加電壓時垂直排列 。Multi-Domain的目的：產生視覺上平均的效果
資料來源：FUJITSU Sci. Tech. J.,35, 2 (Dec. 1999)
TFT-LCD 顯示器產品特性與規格
‧MVA─產生domain的方法：
LCD Module LCD Panel Center of the Screen
Photometer (TOPCON BM-5A)
Field of View = 2º 500 mm
Light Shield Room
TFT-LCD 顯示器產品特性與規格
‧反應時間： signal
Response Time (TR, TF): TR+TF
解析度
水平
(Resolution) (Horizontal)
VGA
640
SVGA
800
XGA
1024
WXGA
1280
SXGA
1280
SXGA+
1400
UXGA
1600
垂直
(Vertical) 480 600 768 800 1024 1050 1200
比例
4:3 4:3 4:3 16:9 5:4 4:3 4:3
Gate line
Cst on gate
ITO TFT
TFT ITO
Cst on common
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧ Cst on common ：
ITO電極區
能夠控制液晶分子排列的區域
金屬不透光區 Cst
BM遮進來的區域
A.R.(Aperture Rate) = 61 % ( for 100μm* 300μm pixel)
電壓越低，穿透的光越多
電壓越高，穿透的光越少
小
大 Voltage
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧V-T Curve：
Driving signal: 30Hz, square
5v
3v
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧V-T Curve：
X
02 4 6
8
10
Dark state (Off ): LC perpendicular to substra Bright state (On): LC lies down and parallel t
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧ LC polarity control(3/5)：
Column inversion
+-++-++-++-+-
-+-+ -+-+ -+-+ -+-+
- Lower power - Reduced flicker - Lower horizontal cross-talk
Data from：SHARP’s website
TFT-LCD 驅動原理簡介
不管是顯示電極的電壓高，或是Common電極的電壓高，所表現 出來的灰階是一樣的，不過液晶分子的轉向卻是完全相反的。
資料來源：SHARP’s website
以90度TN為例
TFT-LCD 驅動原理簡介
Transmittance(%)
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧ Cs on common：
Common電壓固定不動，造成Feed Through電壓影響顯示電極的 主因只有Gate Driver經由Cgd寄生電容所引起的電壓變化。
Voltage(Feed Through) = (Vg2-Vg1)*Cgd/Cgd+Clc+Cs
TFT-LCD 驅動原理簡介
16
32
48
gray scale
The engineers in PD could only determine the voltage of gray scale 0, 16, 32, 48, 63 for 6 bits and 0, 32, 64, …, 255, etc. for 8 bits. The others are determined by the data driver IC.
在同一尺寸下，解析度越高，畫質就越細膩
尺寸 顏色深度 解析度 對比 亮度 反應時間 廣視角 省電 重量
NB 10.4"~17"
v
v
v
Monitor 15"~20"
v
v
v
v
v
TV
>20"
v
v
v
v
v
TFT-LCD 顯示器產品特性與規格
‧顏色深度：
Gray Scale 0 8 16 24 32 40 48 56 63 Red Green Blue White
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧ TFT-LCD信號寫入原理：
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧ Storage Capacitor ：
To improve the retention characteristics of the signal charge
Data line
Gate line
Data line
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧ LC polarity control(4/5)：
Dot inversion
+-+-+-+ +-+-+-+
-+-+ +-+-+-+ +-+-
- Higher power - Minimum flicker - Highest image quality -以60Hz(1024*768)更新頻率來說，亦即每16.67ms更改一次Frame的極性.
Data Line 訊號線
電腦圖像顯示 Scan Line 掃描線
液晶 Scan Line 掃描線
TFT-LCD Panel的構造
Polarizer 偏光
CF
Data Line 訊號線
TFT
Polarizer 偏光板
PCB 燈管
TFT-LCD Panel的構造
‧Backlight Optical Configuration：
Light
Lamp reflector
CCFL
Protector(diffuser)
Prism I
Prism II Diffuser Light Guide Plate Reflection Plate
TFT-LCD Panel的構造
‧TN Module穿透率：
Polarizer 偏光板 CF
TFT
-------------
- Lower power - Sensitive to flicker due to lack of spatial averaging -Sensitive to horizontal and vertical cross-talk -V(common)電極可連接在一起.
time
TFT-LCD 驅動原理簡介
‧Flicker：
Applied voltage shifts
V-T curve of ZCM5057
Wrong Vcom 16.67ms
100%
80%
60%
40%
time
20%
0%
0
2
4
6
8
pixel voltage
所謂的Flicker現象，就是當看液晶顯示器畫面上時，畫面會有閃爍的感覺。 這是因為顯示的畫面灰階在每次更新畫面時，會有些微的變動，讓人眼感受 到畫面在閃爍。最容易發生在使用Frame Inversion的極性變換方式。