LCD-驱动电路分析演示幻灯片.ppt

,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）,PMU,P GAMMA,T CON IC,LVDS INPUT,M_LVDS OUTPUT,M_LVDS OUTPUT,传统,T CON,板 架构,现在我们量产的架构,-Samsung 46,寸,MAINBOARD,（,T-CON IC),转接板,PGAMMA,PMU,64 PIN FFC,80 PIN FFC X 2,BL Driver,DIM,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,),缺点,:,1.,由于用,FFC,线,主板灵活性不够,.,VCOM OP,自制,TCON,板简介（三）,-Samsung 46,寸自制,TCON,P-Gamma,PMU,（集成,Level Shift),VCOM OP,接收来自机芯集成的,TCON,信号,信号输出到,Open-Cell,上的,X-Board,，驱动,Panel,信号输出到,Open-Cell,上的,X-Board,驱动,Panel,VCOM,Push-Pull,电路,二,TFT-LCD,基础知识,TFT LCD,的相关知识,TFT LCD,：,Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,超薄膜晶体管液晶显示器,和传统的,CRT,比较，优点如下：,1.,体积小，重量轻，耗电量小；,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,Polarizer,偏光板,CF,Polarizer,偏光板,PCBA,Light Guide,（导光板）,Led L,ight Bar,LC cell,TFT LCD,显示器面板,TFT LCD,相关名词,LC,：,Liquid Crystal,液态晶体。,CF,：,Color Filter,彩色滤光片。分,R,、,G,、,B,三种颜,色的滤光片。,B/L,：,Back light,背光。,L/G,：,Light Guide,导光板。,data line:,数据线，进行数据的传输。,scan line:,扫描线，控制,TFT,的开关。,控制,TFT,上的电晶体是,on/off,。,On,时，资料可以传,输；,off,时，资料不能传输。,1920,1080,液晶分子可改变光的极化状态，穿过扭曲液晶时，光线被液晶分子扭转,90,度。通过,TFT,电压控制开关来控制液晶分子两端的电压，,不同,压,差,下,有不同,穿透率,，极化程度也相应改变，从而达到控制光线的强弱的目的。,偏光板,Polarizer,彩色滤光片,彩色滤光片为液晶显示器彩色化的关键组件,透过彩色滤光片才能使高灰阶的液晶显示器达到全彩色化,所以彩色滤光片之作用在于利用滤光的方式产生,RGB,三原光,再将三原光以不同的强弱比例混合而呈现各种色彩,使,LCD,显示出全彩,.,Black Matrix,目的,:,遮蔽漏光区域，以免看到漏光导致对比度下降,Black Matrix(,黑色矩阵）,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,；,开关打开,开关闭合,液晶,液晶层,液晶互相牵引 做个转向的动作 加电压后转向改变,通过它改变光的强弱,光源,垂直偏光板,玻璃电极,玻璃电极,液晶,水平偏光板,G,D,S,Scan,Data,液晶,亮度的控制原理,三,.TFT,-LCD,显示原理,TFT,结构,G1,G2,G3,Gm,Gm-1,S1,S2,S3,Sn-1,Sn,Source,线,储存电容,Gate,线,液晶电容,TFT,Pixel,dot,每个像素均由三种颜色红,(R),绿,(G),蓝,(B),的小光点,(dot),构成,電腦顯示之圖像均是由一個個的,像素(,pixel),構成,圖像顯示原理,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,先开启第一,行,，其余关闭,。,TFT,玻璃电极,Data Line,Scan Line,ON,OFF,OFF,OFF,T,FT LCD,的显示方式,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,。,ON,OFF,OFF,OFF,颜色深度,(Color depth),：,LCD,可显示的颜色数目,对,6 bit,显示器而言,共可以显示,2,6,x 2,6,x 2,6,=262,144,对,8bit,显示器而言,共可以显示,2,8,x 2,8,x 2,8,=16,777,216,Red,Green,Blue,White,Gray Scale,0,8,16,24,32,40,48,56,63,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,),-,+,+,-,Vpixel(TFT,侧电极,),VCOM,+,-,+,-,Vpixel,正极性驱动,Vpixel Vcom,负极性驱动,Vpixel Vcom,面板的各种极性变换方式,1.,为什么需要极性变换,由于液晶分子还有一种特性,就是不能够一直固定在某一个电压不变,不然时间久了,你即使将电压取消掉,液晶分子会因为特性的破坏,而无法再因应电场的变化来转动,以形成不同的灰阶,.,所以每隔一段时间,就必须将电压恢复原状,以避免液晶分子的特性遭到破坏,.,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,面板的各种极性变换方式,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,Common,电极的电压是一直固定不变驱动方式,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,.,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,Cs,Clc,Cgd,Gate,Vcom,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,OD(Over drive),OD(Over drive),OD(Over drive),面板驱动,面板驱动,Source IC,驱动,Source driver,-Half AVDD,半压电路，其实就是在,AVDD to GND,之间再建立一个电压准位置，同时降低压差，,减少电流，从而降低,Source driver,温度。,这个电压准位的选择一般是介于组成白电压的两个电压之间。这个电压可以用电阻,分压的方式取得，但是必须经过,OP,将电流放大，才能满足,driver,需求；或是通过,Buck,电路来得到此值。,Gate IC,驱动,電壓波形圖,第,N-1,個畫面,第,N,個畫面,第,N+1,個畫面,畫面更新頻率約為,60Hz(16.67 ms),電壓,Gate1,Gate2,Gate599,Gate600,Blanking,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,source data),VGH:TFT-LCD turn on voltage,VGL:TFT-LCD turn off voltage,VDD:Digital power,G,ate driver,輸出波形圖,Gate Drive,硬體架構,Gate IC,驱动,Gate,Circuit,Gate,Circuit,Gate Line,Data Line,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,.,一、,GOA Circuit(1),Architecture of GOP,1 stage GOP,四，自制,TCON,板电路分析,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,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,.,STV :,一帧画面的起始信号,频率为,60Hz,；,TP :,数据从源驱动器到显示屏的输出信号，周期为,1,行频，周期为,14.8us,方波；,POL,:,数据即行反转信号，为了防止液晶老化，而在液,晶上的电压要求反转，频率为,60Hz,方波；,CPV1,2,3:,栅的移动信号，周期是,3,倍行频,44.4us,方波。,29.7us,17.3us,14.8us,2.7us,41.7us,17.3us,29.6us,2.7us,20us,41.7us,2.7us,41.7us,41.7us,3.3V,Gate,驱动输入时序,自制,TCON,板部分,-,电路原理分析（以,MS801,为例）,电路图总览,TCON,板部分,-,电路原理分析,工作过程,:,开机上电后，主机板启动后，主机板输出的,12V,电压输入到,TCON,板，然后,PMU IC,输出,VCC_3.3V,，主机芯通过,I2C,总线,写入,Date,到,PMU,寄存器,AVDD,VGON,Voffe_-11V&VSS_-7.5 V,电压输出,接着,I2C,写入,P-Gamma,寄存器,14,个可编程的,Gamma,电压,同时要求,AVDD,以及,AVDD,分压的四个静态,Gamma,参考,工作电压正常，才能准确输出,14,个,Gamma,电压，另,P-Gamma,的,VCOM,功能模块内置,E2PROM(,电可擦除寄存器），内部已设初始,二进制设定值（掉电不丢失），它的输出电压已在设计阶段通过芯,片外围电路设计好，是个定值，不需,I2C,信号写入初始值。,上述信号准备好后，由机芯板送过来的,Mini-LVDS,以及控制信,号,TP&POL,经由,TCON,板走线直接进入,Source,板驱动,Source IC;,同时机芯板送过来,Gate,相关信号,STV,CPV1,CPV2,，,CPV3,进入,TCON,板，经,PMU,处理后输入,STVP,CKV1&CKVB1,CKV2&CKVB2,CKV3&CKVB3,信号经由,Source,板走线至,Gate,驱动,Gate.,TCON,板 电路分析,-PMU,部分,PMU,输出信号名词解释：,PMU,元件型号：,Richtek RT6905,Boost or Buck Frequency:750KHz,VGON,或,VONE,VGH:Gate,开启电压、,VOFFE_-11V Or VSS_-7.5V,或,VGL:Gate,关闭电压,AVDD:Source IC,模拟电压，,Gamma,参考电压电源,HVDD:AVDD,电压，也叫半压驱动，主要目的降低,Source IC OP,的负载，从而较低,Source IC,温度。,CKV1CKV3&CKVB1&CKVB3:Level Shift,输出的,Gate,开关信号，,输入触发信号来自机芯,CPV1CPV3,；,周期均为,3,倍行频（,44.4us),，高电平,为,VGH:28V,低电平为,VGL:-7.5V.,PMU,电压,Spec.,参数,符号,Min.,Typ.,Max.,Unit,逻辑电压,VDD_3.3V,3,3.3,3.6,V,AVDD,AVDD,16.1,16.6,17.1,V,HAVDD,HAVDD,8,8.3,8.6,V,VSS_-7.5V,VSS_-7.5V,-8.5,-7.5,-6.5,V,VONE,28V,27.16,28,28.84,V,PMU,电压异常结果,参数,符号,Typ.,（,V),输入电源,HVIN_12V,12,输入电压没有，故障：灰屏,逻辑电压,VDD_3.3V,3.3,VDD_3.3,异常，故障：灰屏，,IC,不工作,因机芯开机后需通过,I2C,初始化,PMU,及,P-Gamma,。,AVDD,AVDD,16.6,1.AVDD,电压没有，灰屏，没,AVDD,电压，,P-Gammma,也没有参考电源，,Gamma,电压无输出；,2.AVDD,电压有但很异常，会造成,Gamma,电压异常,有可能造成彩色异常或灰屏,HAVDD,HAVDD,8.3,VSS_-7.5V,VSS_-7.5V,-7.5,VSS,电压偏低，出现像素漏电过快，其灰度至上而下慢慢变黑,VONE,或,VGH,VGON,28V,28,电压偏低，充电速度变慢，画面变暗，且画面容易产生残影。,电压过低，显示屏灰屏,HAVDD,电压未输出，灰屏,PMU,的,Level shift,输出信号,举例：,CKV1,没有输出，画面异常情况如下图，,TCON,板电路,P-Gamma,P-Gamma,器件型号及工作原理：,P-Gamma,拥有四个静态,Gamma,参考电源准位，和,14,个通过,I2C,总线可编程的,Gamma,电压，即液晶屏灰阶校正电压，同时也产生,VCOM,电压。,如果,Gamma,或,VCOM,电压异常，将导致液晶屏闪烁或其子像素,R,G,B,灰阶显示异常，从而造成画面彩色异常。,P-Gamma IC-IML7939,TCON,板电路,VCOM Push-Pull,P-Gamma,输出的,VCOM OutA&OutB,，为了加大其驱动液晶屏,VCOM,能力,增加了,Push-Pull,电路，此电路有,NPN,和,PNP,三极管组合而成，如图所示，另在此电路中加入了,VCOM,负反馈电路，其工作原理是：屏上的,FB_L,或,FB_R,信号线采样,VCOM,电压被拉动变化的信号，然后通过电容,C149,或,C152,反馈交流变化量，通过负反馈输出叠加到原,VCOM,，来反向抵消屏上原,VCOM,电压被拉扯的交流信号，使,VCOM,能稳定维持直流准位。,VCOM,直流准位偏移，超出,Spec,可导致闪烁，超出,Spec.,过多可导致颜色异常，黑底反白,IM7939 IC,操作电压参数,参数,符号,Min.,Typ.,Max.,Unit,逻辑电压,VDD_3.3V,3,3.3,3.6,V,AVDD,AVDD,16.1,16.6,17.1,V,HAVDD,HAVDD,8,8.3,8.6,V,Gamma,校正电压,VGMA1,15.23,15.53,15.83,V,VGMA2,13.53,13.83,14.13,V,VGMA3,12.81,13.11,13.41,V,VGMA4,12.31,12.61,12.91,V,VGMA5,11.86,12.16,12.46,V,VGMA6,11.45,11.75,12.05,V,VGMA7,11.01,11.31,11.61,V,VGMA8,1061,10.91,11.21,V,VGMA9,8.54,8.84,9.14,V,VGMA10,7.34,7.64,7.94,V,VGMA11,5.05,5.35,5.65,V,VGMA12,4.63,4.93,5.23,V,VGMA13,4.14,4.44,4.74,V,VGMA14,3.68,3.98,4.28,V,VGMA15,3.19,3.49,3.79,V,VGMA16,2.65,2.95,3.25,V,VGMA17,1.99,2.14,2.29,V,VGMA18,0.24,0.34,0.44,V,VCOM,电压,VCOMS1,6.25,6.75,7.25,V,VCOMS2,6.29,6.79,7.29,V,F_VCOML,6.27,6.77,7.27,V,VCOMG2L,6.27,6.77,7.27,V,VCOMG1,6.25,6.75,7.25,V,SVCOM,6.25,6.75,7.25,V,VCOMG3,6.25,6.75,7.25,V,VCOMG2R,6.29,6.79,7.29,V,TCON,板电路,存储,VCOM OP,存储,VCOM OP,电路功能：稳定液晶存储电容电压准位，若电压波动,太大，可能引起液晶屏显示闪烁。,VCST,或,VST1,电压规格,:Min:1.1V Typ:1.2V Max:1.3V,TCON,板电路,-,测试点位置分布在其背面,Samsung 46,寸,TCON,板背面上的测试点，,在,Source,板上也可以找到相对应的测试点名称,TCON,板典型故障举例,(,以,MS801T,为例）,一,.,开机黑屏但有背光,可能情况：,1.FFC,线接触不良：造成相关的输入信号,如输入,12V,Mini-LVDS,，,I2C,以及,TP,等信号,TCON,板未接收到。,2.P-Gamma,电压没有输出也会造成黑屏；,a.3.3V,数字电源异常，未能进行,I2C,初始化；,b.PWM IC,未提供模拟电源,AVDD 16.6V;,c.P-Gamma IC,异常；,.,3.PWM IC,功能异常：,a.PWM IC,外围电路异常，比如输入或输,出信号外围电路 短路，造成,PWM IC,自我保护（,PWM,开机可能比较烫）；,b.PWM IC 3.3V,未工,作，造成开机上电,机芯通过,I2C,总,线不能对,PWM IC,以及,P-Gamma,进行初始化，相关,出异常,;,c.PWM IC,自身功能异常。,4.,机芯板故障：未送出,Mini-LVDS,信号，,TP,，,I2C,信号或,12V,电源。,确定是否为机芯板故障可通过,Mini-LVDS,转,LVDS,信号转接板,接普通屏，同时选择相应的,Product ID,，看输出是否正常；,5.,屏故障：屏上的电路异常造成,TCON,板模块工作异常而导致灰屏。,SOC(,整合,TCON)-LVDS,功能,Connector,转接板,Thanks,