LCD 驱动电路分析
lcd驱动ic原理
lcd驱动ic原理
LCD驱动IC是一种用于控制液晶显示屏（LCD）的集成电路。
它负责接收来自主控芯片的指令，并将图像、文本等数据转换为适合液晶显示的信号。
LCD驱动IC的原理主要包括以下几
个方面：
1. 数据处理：LCD驱动IC接收来自主控芯片的指令和数据，
通过内部的逻辑电路对这些数据进行解析和处理。
根据不同的指令和数据格式，LCD驱动IC会执行相应的操作。
2. 显示控制：LCD驱动IC需要根据指令和数据来控制液晶显
示屏的像素点亮和灭。
一般来说，液晶显示屏由一组行和列组成的像素阵列，LCD驱动IC根据接收到的数据来选择哪些像
素点亮、哪些像素灭，从而显示出图像或文字。
3. 电源控制：LCD驱动IC还负责控制液晶显示屏的电源供应。
它可以通过控制不同的电压信号来调节液晶的对比度、亮度等参数，以达到最佳的显示效果。
4. 时序控制：液晶显示屏的像素点亮和灭需要按照一定的时序来进行。
LCD驱动IC会通过内部的时序生成电路来生成准确
的时序信号，确保像素点能够按照正确的时序进行驱动。
5. 数据传输：LCD驱动IC需要将处理后的数据传输给液晶显
示屏，通常采用并行或串行的方式进行。
并行传输通常速度较快，适用于大尺寸液晶显示屏；串行传输则需要较少的线材，适用于小尺寸液晶显示屏。
总之，LCD驱动IC是一种重要的芯片，负责控制液晶显示屏的显示和电源供应。
通过合理的数据处理、显示控制、电源控制、时序控制以及数据传输，LCD驱动IC能够实现高质量的图像和文字显示效果。
LCD显示屏电路分析与检修
LCD显示屏电路分析与检修数码相机的LCD显示屏主要用来取景、设置功能菜单、浏览照片、播放视频等，一般由背光灯、液晶面板等组成。
LCD显示屏背光电路分析由于液晶本身不会发光，LCD显示屏需要专用的背光灯为其提供背光，因此就需要专用的背光电路来控制背光灯的亮度。
LCD显示屏的背光方式主要有两种。
早期的数码相机一般采用高压驱动氖管作为数码相机的背光光源。
因为高压氖管的背光驱动线路复杂，要求驱动电压高，背光不均匀，已基本被淘汰。
另一种背光光源为高亮度发光二极管（LED）。
半导体LED，尤其是氮化物白光发光二极管，具有体积小、电压低、寿命长、回应快、无频闪、耗能少、发热少等优点，因此目前的数码相机液晶背光源一般都采用LED背光光源。
数码相机背光驱动电路主要有两种方式：一种是背光电流驱动方式，一种是背光恒流驱动方式。
背光电流驱动方式背光电流驱动方式主要是由微处理器发出控制信号，然后通过软件调节改变控制信号占空比，从而控制单位时间内流过发光二极管的电流，来改变LCD显示屏的亮度。
背光电流驱动方式电路如图所示。
图中三极管Q5、Q6组成一个恒流源电路。
Q5、Q6工作在放大状态，当Q5工作时，调节B极电阻R23，使Q5的C 极电流达到额定电流值。
因为LED发光二极管导通后，内阻会变小，电流会逐渐增大，增加Q6的目的是分流Q5的B极电流，调节反馈电阻R205就可以控制流过背光发光二极管的电流并通过Q6使电流达到稳定。
工作时，微处理器的LCD_BKLT_ON引脚发出控制信号，此信号为方波，信号频率是固定的，例如7.5KHZ。
通过软件调节改变信号占空比，控制Q5的导通时间，可控制单位时间内流过发光二极管的电流，改变LCD显示屏的亮度。
从图中可以看出，背光电流驱动方式线路简单，软件调整方便。
但由于背光LED差异，很难确保LCD显示屏亮度控制的一致性，因此实际效果不理想。
背光恒流驱动方式背光恒流驱动方式主要为了保证驱动电流的可靠性，使驱动LED的电流低于LED额定值。
LCD驱动方式图解
LCD驱动方式图解2006-4-10一、静态驱动基本思想:在相对应的一对电极间连续外加电场或不外加电场。
如图1所示；驱动电路原理:如图2所示：驱动波形：根据此电信号，笔段波形不是与公用波形同相就是反相。
同相时液晶上无电场，LCD 处于非选通状态。
反相时，液晶上施加了一矩形波。
当矩形波的电压比液晶阈值高很多时，LCD处于选通状态。
二、多路驱动基本思想：电极沿X、Y方向排列成矩阵(如图4)，按顺序给X电极施加选通波形，给Y电极施加与X电极同步的选通或非选通波形，如此周而复始。
通过此操作，X、Y电极交点的相素可以是独立的选态或非选态。
图4、电极阵列驱动X电极从第一行到最后一行所需时间为帧周期Tf(频率为帧频)，驱动每一行所用时间Tr与帧周期的比值为占空比：Duty=Tr/Tf=1/N。
电压平均化：从多路驱动的基本思想可以看出，不仅选通相素上施加有电压，非选通相素上也施加了电压。
非选通时波形电压与选通时波形电压之比为偏压比Bias=1/a。
为了使选通相素之间及非选通相素之间显示状态一致，必须要求选点电压Von一致，非选点电压Voff一致。
为了使相素在选通电压作用下被选通；而在非选通电压作用下不选通，必须要求LCD的光电性能有阈值特性，且越陡越好。
但由于材料和模式的限制，LCD电光曲线陡度总是有限的。
因而反过来要求Von、Voff拉得越开越好，即Von/Voff越大越好。
经理论计算，当Duty、Bias满足以下关系时，Von/Voff取极大值。
满足以下公式的a，即为驱动路数为N的最佳偏压值。
公式：。
在一帧中每行的选择时间是相等的。
假设一帧的扫描行数为N，扫描时间为1，那么一行所占有选择时间为一帧时间的1/N。
这就是液晶显示驱动的占空比系数，也称为占空比。
克服交叉效应在动态驱动方式下，要使某一位置如（i，j）点显示，就需在第i列和第j行上同时施加选择电压，使该点的变电场强最大，但此时除（i，j）点外，第i列和第j行的其余各点也承受了一定电压，这些点称为半选择点。
LCD驱动电路说明
液晶显示驱动电路1、LCD基础：液晶（Liquid Crystal）：是一种介于固态和液态之间的具有规则性分子排列，及晶体的光学各向异性的有机化合物，液晶在受热到一定温度的时候会呈现透明状的液体状态，而冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态，因为物理上具有液体与晶体的特性，故称之为“液晶”。
液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）：是新型平板显示器件。
显示器中的液晶体并不发光，而是控制外部光的通过量。
当外部光线通过液晶分子时，液晶分子的排列扭曲状态不同，使光线通过的多少就不同，实现了亮暗变化，可重现图像。
液晶分子扭曲的大小由加在液晶分子两边的电压差的大小决定。
因而可以实现电到光的转换。
即用电压的高低控制光的通过量，从而把电信号转换成光像。
TN（扭曲向列型）LCD：TN是指在两块导电玻璃基片之间充入约10微米具有正介名向异性的向列液晶，液晶分子沿面排列，但分子长轴在上下基片之间连续扭曲90度，形成扭曲（TN）排列的液晶显示器。
图中所表示的是TN型液晶显示器的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。
在不加电场的情况下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液晶层旋转90度。
在离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，所以光线能顺利通过，使整个电极面呈光亮。
当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致。
液晶层也因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，这样电极面就呈现黑暗的状态。
TN型的显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板的透明导电玻璃间，液晶分子会依附向膜的细沟槽方向，按序旋转排列。
如果电场未形成，光线就会顺利的从偏光板射入，液晶分子将其行进方向旋转，然后从另一边射出。
如果在两片导电玻璃通电之后，玻璃间就会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。
基于mPower1203测量评估一款2寸 LCD屏的背光驱动电路
近期需要评估一款2寸LCD，是一款mcu 屏，自己搭了背光驱动电路，想验证下驱动电路。
测试了一下背光电流来计算验证一下电路具体电路如下：GPIO拉高，Q2导通，随即Q1导通, 背光点亮。
根据LCD的规格书，背光二级管的导通电压范围是3V~3.4V,典型值3.2V所以背光驱动的理论电流为(5V-3.2V)/51R=35.3mA，背光功耗5V*35.3mA=176.5mW后面进行实测，测量方法为先不开背光，测量整板的功耗，记录下数据；然后打开背光，测量下整板的功耗，记录下数据，前后数据相减就是背光的功耗。
测试仪器：mPower1203功耗分析仪测试条件：室温，3.8V供电，电源拓扑为电池电压（3.5V~4.2V）boost到5V给背光电路实测图片如下：①测量不开背光的整机功耗，测量波形如下取了2分钟的平均值测量后得到平均电流730.8uA，最大值2.99mA 平均功耗：P1=6730.8uA*3.8V=2.78mW②测量开背光的整机功耗取了2分钟的平均值测量后得到平均电流60.989mA平均功耗：P2=60.989mA*3.8V=231.758mW由以上测试数据可以计算得到背光+boost内部消耗产生的功耗P=P2-P1=228.978mW③用万用表测量是验证二级管导通电压测得导通电压Vf=2.9V，由此可以计算得到背光电流为（5V-2.9V）/51R=41.18mA背光功耗为：Pbk=41.18mA*5V=205.9mW④可以计算出boost消耗的功率为Pboost=P-Pbk=228.978-205.9=23.078mW⑤通过以上可以计算出boost的电源转换效率为1-23.078/228.978≈90%符合boost规格书标明值至此，评估结束，该电路符合规格书要求以及应用场景。
TFTLCD驱动控制电路解析
LVDS in
T/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
■ 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 )
DE (Data Enable)
STH
TP
MPOL
Active Area
Horizontal Blanking Area
Data Output
Clk
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
Texas Instruments
NEC OKI
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、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。
Module Process bonding
Panel/PCBA Assy.
Backlight unit
Module Process Assy.
TFT-LCD Module
LCD电视背光驱动电路设计
LCD电视背光驱动电路设计挑战分析和方案设计LCD电视应用中可以采用多种架构产生驱动CCFL所需的交流波形，驱动多个CCFL时所要面对的三个关键的设计挑战是选择最佳的驱动架构、多灯驱动、灯频和脉冲调光频率控制。
本文对四种常用驱动架构进行了对比分析，并提出多灯设计中解决亮度不均以及驱动频率可能干扰画面等问题的方法，并给出基于DS3984/DS3988的电路方案。
液晶显示器(LCD)正在成为电视的主流显示技术。
LCD面板实际上是电子控制的光阀，需要靠背光源产生可视的图像，LCD电视通常用冷阴极荧光灯提供光源。
其他背光技术，例如发光二极管也受到一定的重视，但由于成本过高限制了它的应用。
由于LCD电视是消费品，压倒一切的设计考虑是成本—当然必须满足最低限度的性能要求。
驱动背光灯的CCFL逆变器不能明显缩短灯的寿命。
此外，由于要用高压驱动，安全性也是一个必须考虑的因素。
LCD电视应用中，驱动多个CCFL时所要面对的三个关键的设计挑战是：挑选最佳的驱动架构；多灯驱动；灯频和脉冲调光频率的严格控制。
挑选最佳的驱动架构可以用多种架构产生驱动CCFL所需的交流波形，包括Royer(自振荡，self-oscillating)、半桥、全桥和推挽。
表1详细归纳了这四种架构各自的优缺点。
1. Royer架构Royer架构(图1)的最佳应用是在不需要严格控制灯频和亮度的设计中。
由于Royer架构是自振荡设计，受元件参数偏差的影响，很难严格控制灯频和灯电流，而这两者都会直接影响灯的亮度。
因此，Royer架构很少用于LCD电视，尽管它是本文所述四种架构中最廉价的。
图1：Royer驱动器简单，但不太精确。
2．全桥架构全桥架构最适合于直流电源电压非常宽的应用(图2)，这就是几乎所有笔记本PC都采用全桥方式的原因。
在笔记本中，逆变器的直流电源直接来自系统的主直流电源，其变化范围通常在7V(低电池电压)至21V(交流适配器)。
有些全桥方案要求采用p沟道MOSFET，比n沟道MOSFET更贵。
LCD基本电路原理分析
LCD基本电路原理分析LCD（液晶显示器）的基本电路原理可以分为电压驱动和信号驱动两种类型。
1.电压驱动液晶显示器电路原理电压驱动液晶显示器主要由液晶元件、触摸层、驱动电路和控制电路等组成。
液晶元件:液晶单元是液晶显示器的核心部件，由两片平行排列的玻璃基板封装起来，两片基板上分别涂有透明的导电层，并在中间加入液晶材料。
液晶材料是一种有机化合物，其分子结构可以根据电场的变化而改变排列状态，从而控制光的透过程度。
驱动电路:驱动电路负责给液晶单元提供所需的电场。
在横向和纵向各涂一层透明导电层，并根据屏幕的分辨率设计导电线网状结构。
通过外部的驱动电源分别给纵向和横向的导电层施加电压，形成一个均匀的电场。
控制电路:控制电路接收到来自计算机或者其他信号源的图像信号，将图像信号转换为控制电压并传输给驱动电路。
同时还会接收用户的输入指令，如触摸屏的触摸操作。
2.信号驱动液晶显示器电路原理信号驱动液晶显示器与电压驱动液晶显示器相比，最大的区别是信号驱动液晶显示器不需要驱动电路。
它的驱动原理利用了TFT（薄膜晶体管）。
TFT:TFT是一种特殊的薄膜晶体管，可用于控制像素点的亮度和颜色。
每个像素点都有一个对应的TFT，单个像素点由三个互相组合的TFT组成，分别对应红、绿、蓝三个颜色通道。
这样就能够分别控制每个像素点的亮度和颜色输出。
信号驱动液晶显示器使用TFT作为驱动元件，通过控制TFT的导通与截止状态，从而控制液晶分子的排列，实现亮度和颜色的输出。
计算机或者其他信号源通过信号线向TFT传输图像信号，控制TFT的导通与截止，从而控制每个像素点的亮度和颜色。
总结起来，LCD的基本电路原理分为电压驱动和信号驱动两种类型。
电压驱动液晶显示器需要驱动电路提供均匀的电场给液晶单元，而信号驱动液晶显示器通过TFT控制液晶分子的排列，实现亮度和颜色的输出。
无论是哪种驱动方式，控制电路都起着传输图像信号和接收用户输入指令的作用。
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CKV
STV
GOP #1 GL1
RESET CARRY
GOP #2 GL2
RESET CARRY
GOP #3 GL3
GOP #N GLN
STV 1 stage GOP
Pull-up Control Circuit
Pull-up Output
Circuit
GL1
Pull-down Control Circuit
加电压后转向改变
液晶亮度的控制原理
光源
垂直偏光板 玻璃电极
液晶
玻璃电极
水平偏光板
G
S
D
Scan Data
三. TFT-LCD 显示原理
TFT结构
S1 S2 S3
Sn-1 Sn
G1 G2 G3
Gm-1 Gm
TFT Source 线 Gate线 液晶电容 储存电容
dot
Pixel
每个像素均由三种 颜色红(R)绿(G)蓝 (B)的小光点(dot) 构成
True color
256 color
整块面板的等效电路
16.67ms/Vtt(1125)=14.8 us
Cs(storage capacitor)储存电容的架构
液晶极性反转驱动
•液晶必须以交流信号驱动 •长时间维持某一极性,液晶分子可能受到破坏
VCOM (CF側電極) ----
++++
VCOM ++++
2.怎么进行极性变换 显示电压就分成了两种极性, 一个是正极性, 而另一个是负极性. 当显示
电极的电压高于common电极电压时, 就称之为正极性. 而当显示电极的电 压低于common电极的电压时, 就称之为负极性
面板的各种极性变换方式
对于同一点而言，它的极性是不停的按帧变换的。而相邻的点是否拥 有相同的极性，那可就依照不同的极性转换方式来决定了。首先是 frame inversion，其整个画面所有相邻的点，都是拥有相同的极性； 而row inversion与column inversion则各自在相邻的行与列上拥有相 同的极性；另外在dot inversion上，则是每个点与自己相邻的上下左 右四个点，是不一样的极性
OFF 接着关闭第一行，电压已经固定，所以显示颜色也已固定。开启第二行， 其余仍保持关闭。依此类推，可完成整个画面之显示。
颜色深度(Color depth)：LCD可显示的颜色数目
Gray Scale 0 8 16 24 32 40 48 56 63 Red Green Blue White
对6 bit显示器而言, 共可以显示26x 26x 26= 262,144 对8bit显示器而言, 共可以显示28x 28x 28 = 16,777,216
Gate Line
Gate Circuit
… Data Line
Gate Circuit
考虑到,GOA方式的gate circuit的driving能力有限,因此panel采用双边 gate circuit驱动,可以改善gate line delay之问题.
Architecture of GOP
CKVB VGL
现在我们量产的架构---Samsung 46寸
1.T-CON与主IC集成在一块, 省一颗T-CON的钱(主IC的价 格略有上升)
2.主板与Source板的连接线用 FFC线(比LVDS便宜)
80 PIN FFC X 2
VCOM
PMU 转接板PGAMMA OP
BL Driver
64 PIN FFC
缺点:
source data) ➢ VGH:TFT-LCD turn on voltage ➢ VGL:TFT-LCD turn off voltage ➢ VDD: Digital power
Gate driver輸出波形圖
Gate Drive 硬體架構
Gate IC驱动 一、 GOA Circuit (1)
Pull-down Output Circuit
Pull-up Control Circuit
Pull-down Control Circuit
Pull-up Control Circuit
Pull-down Control Circuit
Pull-up Output
Circuit
GL2
Pull-down Output Circuit
面板的各种极性变换方式 Common电极的电压是一直固定不变驱动方式
Common电极的电压是一直固定不动的, 而显示电极的电压却是依照其灰阶的不 同, 不停的上下变动
面板的各种极性变换方式
为了达到极性不停变换这个目的, 我们也可以让common电压不停的变动, 同样也 可以达到让Clc两端的压差绝对值固定不变, 而灰阶也不会变化的效果, 而这种方 法, 就是图6所显示的波形变化. 这个方法只是将common电压 一次很大, 一次很 小的变化. 当然啦, 它一定要比灰阶中最大的电压还大, 而电压小的时候则要比灰 阶中最小的电压还要小才行. 而各灰阶的电压与图5中的一样, 仍然要一次大一次 小的变化.
Pull-up Output
Circuit
GL3
Pull-down Output Circuit
Pull-up Control Circuit
Pull-down Control Circuit
Pull-up Output Circuit
Pull-down Output Circuit
GLN
四，自制TCON 像均是由一個個的像素(pixel)構成
混色效果 分别控制RGB dot亮度，自由组成各种图案
三角形越大所能显示的颜色越丰富
TFT LCD的显示方式
ON OFF OFF OFF
先开启第一行，其余关闭。
Scan Line TFT
玻璃电极 Data Line
OFF ON
OFF
TFT-LCD 模块的时序控制器
Timing Controller（集成在MS801T 主机芯片上）
T/CON的定义： T/CON : Timing Controller的缩写 从Video Card出来的要在TFT-LCD显示屏上显示的数据 在 TCON 中经过变换生成显示的数据信号和驱动器的控制信号
缺点： 1.响应速度慢，运动图像拖尾； 2.操作温度范围有限制； 3.需要背光源。
TFT LCD显示器面板
CF TFT Led Light Bar
Polarizer 偏光板
LC cell Polarizer 偏光板
PCBA Light Guide（导光板）
TFT LCD相关名词
• LC：Liquid Crystal液态晶体。
Black Matrix(黑色矩阵）
Black Matrix目的: 遮蔽漏光区域，以免看到漏光导致对比度下降
液晶层
1.液晶可以被光穿透，并影响光的偏振性； 2.在液晶分子两端所加电压的不同，液晶分子的翻转程
度不同，根据液晶角度的不同透过光的偏振性也不同；
开
液晶
关 打
开
开 关 闭 合
液晶互相牵引 做个转向的动作 通过它改变光的强弱
2.7us 17.3us
14.8us 41.7us
2.7us
17.3us 29.6us
41.7us
20us
2.7us
41.7us
41.7us
Gate 驱动输入时序
3.3V
自制TCON 板部分---电路原理分析（以MS801为例）
Gate IC 驱动
電壓
Gate1 Gate2
電壓波形圖
畫面更新頻率約為60Hz (16.67 ms)
Gate599 Gate600
第N-1個畫面
Blanking
第N個畫面
第N+1個畫面
Gate IC 相關訊號與訊號
➢ CPV: Gate内部移位寄存器所需之clock. ➢ STV:使Gate输出的触发讯号 ➢ OE:为High时,所有Gate output为Low.(避免同时开启两条Gate line) ➢ XON:为Low时,所有Gate output为High.(关机时清除所有
TFT LCD 驱动电路分析
内容概要
一 自制TCON 板简介 二 TFT-LCD 基础知识 三 TFT 显示原理 四 自制TCON 板电路分析
自制TCON 简介（一）
M_LVDS OUTPUT
M_LVDS OUTPUT
PMU
T CON IC
P GAMMA
LVDS INPUT 传统T CON板 架构
T/CON输入输出信号：
1.LVDS (Low Voltage Differential Signaling)
TCON 输出信号： 1. 2Ports/6 Pairs/ 8 bits Mini-LVDS; 2. 控制信号STV,TP, POL,CPV1，CPV2，CPV3; 3. I2C 总线设备控制读写信号:SDA ,SCL,WP
面板的各种极性变换方式
比较高的SOURCE 驱 动电压
比较低的SOURCE 驱 动电压
面板的各种极性变换方式
Vcom
Cs
Clc
Cgd
Gate
由此可见△V与Vp-p 是成正比关系的,如果 要想△V最少,那么我 们可以减少Vp-p
Gate 驱动与削角驱动 单个TFT的等效电路图
GPM (Gate Pulse Modulation)(削角功能)为了解决由于VCOM而引起的 闪烁的问题
1.由于用FFC线,主板灵 活性不够.
MAINBOARD（T-CON IC) DIM