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TFT液晶显示驱动电路事理_电压_栅极

admin 2024-11-30 02:38:00 0

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在没有给场效应管的栅极G施加电压时,犹如三极管的事情事理一样,纵然在漏极D和源极S之间施加电压,也因其电子流方向有一个N-P结而不会产生电流,场效应管处于截止状态,也称为关断状态,如图(b)左图所示。
当在栅极G上施加一个正电压时,由于电场的浸染,源极S和漏极D的负电子被吸引出来而涌向栅极G,但由于氧化膜的阻挡,使得吸引出来的电子聚拢在氧化膜的P型半导体中,如图(b)右图所示,当电子聚拢到一定量时,沿氧化膜在两个N型半导体之间的P型半导体中建立了一个电子连通带,使得源极S和漏极D之间导通,形成电子流。
此状态称为场效应管的导通状态。
此时栅极电压的大小决定这个连通带的大小,从而决定通过源极S和漏极D的电流大小。
我们知道,三极管是电流放大型的事情事理,即通过调制基极的输入电流来掌握三极管的集电极和发射极之间的输出电流。
比拟三极管,场效应管属于电压放大型,是通过调制栅极G上的输入电压(或称电场)来掌握漏极D和源极S之间的输出电流。
在电压施加在场效应管栅极G上时,栅极G的泄电流极小或没有,表现出该器件具有非常高的输入阻抗,由此我们称之为场效应管。

归纳起来,场效应管的事情特性如下。

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电压掌握型。
源极S和漏极D可以双向事情,在栅极电压大于源极电压的条件下,源极S和漏极D之间的电流方向将随它们之间电场方向的变革而变革。
导通电阻RON和关断电阻ROFF。
导通电阻RON为源极S与漏极D之间的电阻,随栅极电压的增加而减小。

关断电阻ROFF为栅极G与源极S之间的电阻,具有非常大的阻值,在107以上。
TFT液晶显示器件便是利用了场效应管的事情事理,结合液晶材料在电路中的电容特色,实现对液晶显示的驱动。
TFT液晶显示驱动的直不雅观示意图如图2所示。
像素的一个电极接到场效应管的漏极D上,另一个电极接到公共电源VCOM上,场效应管的栅极G作为像素的选通掌握连接到选通信号SEL SIGNAL上,决定场效应管的导通与关断;场效应管的源极S作为像素数据的输入连接到一个D/A转换器的输出,该D/A转换器的输入是该像素的显示数据,以此组建TFT的像素驱动电路。

当在场效应管的栅极G上施加正向的导通电压Ug时,场效应管进人导通态 ,同时显示数据通过D/A转换器产生仿照电压Us给源极S及漏极D,利用场效应管的导通电阻RON与容性负载的液晶材料CLC形成较小的充电韶光常数T=RONCLC,在像素上迅速建立电压Ud,且Ud靠近Us电压值,呈现显示效果,如图3所示中的T1周期波形。
当去掉栅极电压后,场效应管进入关断状态,源极S上的电压Us变革不影响漏极D上的电压Ud 。
由于场效应管的关断电阻ROFF与容性负载的液晶CLC形成比较大的放电韶光常数T=RONCLC,使得像素上的电压Ud缓慢地开释,使得该像素的显示效果可以保持相称一段韶光。
如图3所示中的T2周期波形。

为了达到良好的显示效果TFT液晶显示的驱动电路哀求在如图3所示中的选通韶光T_1内要使像素CLC上的Ud电压充满到所输入电压U_s的99%以上。
在不选通韶光T_2内要保持像素CLC上的电压Ud丢失应小于5%以下。
因此,TFT液晶显示的驱动对场效应管的导通电阻RON和关断电阻ROFF之比有着比较高的哀求,一样平常哀求在5个数量级以上,当考虑到温度的升高会影响到ROFF的降落,以是这个比值扩大到7个数量级以上。
接在漏极上的电容 C(补偿电容)起到坚持U_s至一帧的韶光。
至此,TFT液晶显示的驱动事理可以总结以下几个观点。

像素选通的独立性:在TFT液晶显示的驱动电路下,由于每个像素都连接一个场效应管,当某一个像素上的场效应管处于关断状态时,驱动系统对其他像素的操作不构成对该像素的影响,以是TFT液晶显示的驱动没有交叉效应,也没有因占空比的低落(扫描行数的增多)给比拟度带来的降落。
像素电压的保持性:TFT液晶显示的驱动电路在像素不选通的状态下,原施加在像素上的电压可以保持一段韶光。
因此在同样的帧扫描韶光内,TFT液晶显示驱动的行数比STN液晶显示驱动要多得多。
如果认为液晶负载的容性值不足大,还可以在漏极D上并人一个补偿电容C,以增加像素上驱动电压的保持韶光,见图4。
幅值驱动法:TFT液晶显示的驱动电路在源极S上施加的电压值不同,建立在像素上的电场强度就不同,液晶的电光效应也就不同,从而在液晶显示器件上产生灰阶的显示效果,以是称TFT液晶显示的驱动方法为幅值驱动法

TFT液晶显示器件的构造示意图如图4所示。
TFT液晶显示器件的后玻璃上有薄薄的一层硅,在硅层内光刻有许多场效应管,每个场效应管的源极D连接到一个像素的驱动电极,一个像素行的所有场效应管栅极G都连接起来,形成行驱动电极;一个像素列的所有场效应管源极S都连接起来,形成列驱动电极,构成对像素的驱动矩阵电路。
为了增加像素的弛豫韶光,在每个像素上都并联一个电容,如图5所示。
这些连接都是在硅层中实现的。
在TFT液晶显示器件的前玻璃上,分布着像素的另一个电极,所有这些电极全部连接在一起,形成一起电极COM。
彩色滤色膜(Color Filter)在贴近前玻璃的位置上。

图5 TFT液晶显示驱动电路构造​

TFT液晶显示的驱动电路与STN液晶显示驱动电路的构造基本是一样的。
TFT液晶显示器件的所有行电极连接到栅极驱动器(gate driver)上,相称于STN液晶显示驱动电路的行驱动器;所有的列电极连接到源极驱动器(source driver)上,相称于STN液晶显示驱动电路的列驱动器。
栅极驱动器和源极驱动器也同样利用驱动的路数冠之驱动器名首。

TFT液晶显示驱动电路的事情事理也采取的是逐行扫描办法。
栅极驱动器选通一行,将该行上所有的场效应管都导通;同时源极驱动器将显示旗子暗记分别施加给该行的每个像素上,实现显示效果。
当选通韶光到,栅极驱动器切换到下一行选通后,该行的场效应管全部进人关断状态,不管源极驱动器的输出如何变革,都不会影响到该行场效应管的漏极电压,即该行像素上的驱动电压可以保持一段韶光,这个韶光靠近或即是一帧的韶光,而与扫描行数N 无关。
这样就彻底办理了STN液晶显示器件驱动时涌现的交叉效应和占空比的问题。

栅极驱动器,也便是行驱动器。
图6为256路栅极驱动器的电路框图。
栅极驱动器的构造同STN的行驱动器,由256位移位寄存器、256路电平转换器和256路驱动电路组成。
256位移位寄存器是1位串行输入,256位并行输出的寄存器。
为了电路连接方便,移位寄存用具有双方向输入和移位的功能,数据输入/输出端为DL和DR,SHL旗子暗记设置DL 和DR的输入/输出功能。
在TFT液晶显示驱动电路中,栅极驱动器的数据输入旗子暗记被定义为帧同步旗子暗记VSYNC,而移位脉冲旗子暗记被定义为场同步旗子暗记HSYNC0。
256路电平转换器将移位寄存器并行输出的逻辑电平旗子暗记转换成驱动电平。
256路驱动电路是栅极驱动器的输出,直接连接到TFT液晶显示器件的栅极电极上。

源极驱动器,也便是列驱动器。
TFT液晶显示的驱动特性都是从源极驱动器的电路构造与功能表示出来。
图7为128 × RGB源极驱动器的电路示意图。
源极驱动器由数据寄存器、数据锁存器、数模转换器DAC和输出电路等组成。

128 × 18位数据寄存器由128个18位宽的寄存器组成,每个寄存器的18位输出直接连接到数据锁存器的输入端。
每个寄存器的18位输人均对应并联在一起,形成驱动器的数据输入端,分别定义为R [ 5:0 ]、G [ 5:0 ] 和 B [ 5:0 ] 。
128个寄存器在像素脉冲旗子暗记DCLK 的浸染下,依次当选通,将显示数据保存起来。

384 × 6位数据锁存器由128 × 3 个6位宽的数据锁存器组成,每个锁存器的6位输出连接一个数模转换器DAC的输入端。
锁存器的输入对应接在数据寄存器的输出端。
384位数据错存器的浸染是在选通韶光内担保输出的数据不变。
当一行的显示数据全部写入到128x18位数据寄存器后,数据锁存器在场同步旗子暗记HSYNC的浸染下将数据寄存器的数据全部保存到数据锁存器中,并按照6位一组的形式输出到384路数模转换器DAC的输入端。

384路数模转换器DAC的浸染是将掌握系统供应的6位数字旗子暗记转换成仿照旗子暗记输出。
每路数模转换器DAC的精度表现在输入的数字旗子暗记位数上,6位数字旗子暗记表示DAC可以实现64级数模转换,作为彩色显示器,一个彩色像素由3个子像素组成 ,这3个子像素分别是赤色像素R、绿色像素G和蓝色像素B。
一个子像素的显示可以实现64级变革,则一个彩色像素可以实现64 × 64 × 64=256K级颜色的变革,这便是TFD液晶显示驱动电路的最大特性——采取仿照量驱动,实现全彩色显示。
TFT液晶显示驱动利用了电光特性曲线的全过程,通过对驱动电压的掌握,从理论上可以实现无级调节透过率,实现高灰阶或高彩色度。
由于液晶的电光特性为非线性曲线,要想使数模转换器输出的电压都重合在电光特性曲线上,就须要对数模转换器DAC输出的电压进行调制。
电压调制的基本思路是 :

将液晶的电光特性曲线分段线性化仿照;调节各段直线的斜率和起始点值,向液晶材料的电光特性曲线靠近;在电路中采取最大略的电阻分压电路,实现数模转换功能;利用数字旗子暗记选择每一级的电平。

以此完备逼近地表现液晶的电光特性曲线。
参照电视色度调节,称这种调节方法为γ校正。
数模转换器的电路构造是比较大略的,由一组基准电压、数字电阻排阵和电压选择器组成。
数模转换器的基准电压VGMA1~VGMA10是通过对TFT液晶显示器件的电光特性曲线的测试和打算得出的一组γ校正电压。
有的源极驱动器将这组电压制作在驱动器内部,然后供应一个SPI接口给掌握系统软件设置。
数字电阻排阵将基准电压通过分压与合成,形成64级驱动电压。
电压选择器则是根据数据锁存器的输出选择64级驱动电压中的一级给驱动输出,以驱动相应的像素。

384路驱动输出直接连接到TFT液晶显示器件的电极上,驱动输出是仿照电压输出。
TFT液晶显示的驱动同STN液晶显示的驱动一样,也须要进行互换驱动。
这个互换驱动通过给TFT液晶显示像素的另一个电极COM施加一个方波驱动电压VCOM来实现。
由于TFT液晶显示器件的COM电极与栅极和源极不在一起,以是有的栅极驱动器和源极驱动器都不包含该电极的驱动,须要掌握系统供应驱动。
但互换驱动须要源极驱动器的输出电压给予合营,以是在源极驱动器中供应了一个极性输入旗子暗记POL用于实现互换驱动的功能。

为了实现互换驱动,在源极驱动器中的数模转换电路中,将基准电压VGMA1~VGMA10分为两组,以VCOM的电压为中线,一组为VGMA1~VGMA5, 大于VCOM值,称为正向电压;一组为VGMA6~VGMA10, 小于VCOM值,称为负向电压,如图8所示。
这两组电压由POL旗子暗记选择。
在掌握系统中将POL旗子暗记与VCOM电压组合掌握,通过像素电极COM的电压与另一个电极的电压组合的变革,实现互换驱动,如图9所示的互换驱动旗子暗记波形。
当VCOM在负半周时,设置POL=H,选择数模转换器的VGMA1~VGMA5电压组,即大于VCOM值的γ校正电压曲线;当VCOM在正半周时,设置POL=L,选择数模转换器的VGMA6~VGMA10,即小于VCOM值的γ校正电压曲线。
从而实现互换驱动的效果。

TFT液晶显示驱动系统是源极驱动器和栅极驱动器的凑集。
驱动时序旗子暗记如下。

垂直同步旗子暗记VSYNC:负脉冲序列水平同步旗子暗记HSYNC:负脉冲序列。
像素时钟旗子暗记DCLK:显示数据输入脉冲旗子暗记。
显示数据:R [ 7:0 ]、G [ 7:0]B [ 7:0 ]。

TFT液晶显示驱动系统的时序图如图10所示。

图10 TFT液晶显示驱动系统的时序图​

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