LCD驱动电路的设计
LCD驱动电路的设计[20200128193101]
摘要
随着TFT_LCD技术的迅猛发展，并且它拥有着性能优良、大规模生产特性好、自动化程度高、原材料成本低廉等很多的优点，从而广泛应用于诸多领域。在这样的背景下，对其驱动电路也提出了更高的要求。
本文即旨在进行TFT_LCD列驱动电路设计，设计结构分为数字部分和模拟部分两大部分，主要包括双向移位寄存器、数据锁存器、电平位移、D/A变换和输出缓冲五个部分。首先会对列驱动电路的原理和工作过程做一定的了解，然后在参考已有经验的基础上，提出了本设计的总体结构和功能模块的划分。
电路对其原理图进行绘制，并进行部分电路图的设计，结果表明所设计的驱动电路基本满足液晶显示器的性能要求。
摘要 3
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:TFT_LCD、驱动电路、双向移位寄存器
一、引言 5
(一) 研究背景 5
（二）TFT_LCD主要的技术特点 5
（三）课题研究内容及意义 6
二、显示原理 6
（一）液晶显示基本原理 6
（二）TFT元件的结构特性和工作原理 7
三、LCD驱动电路的的组成部分 8
（一）液晶显示总框图 8
（二）驱动电路的主要组成部分 10
四、TFT-LCD驱动电路的设计 12
（一）硬件电路设计 12
（二）系统功能及实现 13
（三）图像优化 14
（四）时基校正及系统控制 14
（五）系统软件实现 15
五、总结与展望 17
致谢 18
参考文献 19
一、引言
(一) 研究背景
20世纪60年代初，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或者折射。反复的实验之后，人们又发现了光电效应，即向列液晶的透明薄层通电时会出现浑浊现象。随着时间的推移，越来越多的实验让人们对液晶结构的特性和应用有了更加深刻的认识。终于，1971年发明了第一台液晶显示器，就是最初的TN_LCD，即扭曲向列。这一技术迅速普及开来，在很多领域得到了推广应用，包括计算器，电子表等。美国人最先提出了TFT_LCD技术，自此登上舞台。但是TFT-LCD技术真正的发展是在1993年，日本率先实现了TFT_LCD大规模生产，液晶显示器开始向廉价，低成本方向发展之后，薄膜式晶体管TFT_LCD开始进一步向高端发展。1997年，第一批大基板尺寸第三代TFT_LCD生产线在日本建成。早期液晶作为显示屏的材料很不稳定，作为商用尚存在着许多需要解决的问题。因此，制造商们不断去寻找更好的方法以提高液晶显示器的性器发展的难题，科技的进步恰恰为这一切提供了可能。经过将近40年的发展，液晶显示器的技术接近成熟。
目前，由于薄膜晶体管液晶显示器具有重量轻、平板化、低功耗、无辐射、显示品质优良等特点，其应用领域正在逐步扩大。同时随着应用领域的扩大，对液晶显示器的要求也正在向大尺寸，高分辨率，高彩色化发展，这也使得人们研究和开发新的驱动方案，如目前的新的IC驱动技术。
（二）TFT_LCD主要的技术特点
TFT_LCD从1960发明开始经过不断的改良和发展，在二十世纪几十年代才真正发展起来，是采用新材料和新工艺的大规模半导体全集成电路制造技术。TFT是在玻璃或塑料基板等非单晶片上通过溅射，化学沉积工艺形成制造电路必须的各种膜，通过对膜的加工制作的大规模半导体集成电路。
TFT_LCD之所以能迅速成长至此，这与它自身的特点是分不开的，它主要有以下三特点：
（1）适用范围广：在很大的温度范围内都可以正常使用（-20℃到50℃），而且经过温度加固处理的TFT_LCD低温工作温度甚至可达到-80℃，同时它既可以用移动终端显示，也可以用台式终端显示，连投影都可以，是性能优良且全面的全尺寸显示终端。
（2）适用特性好：TFT_LCD产品还有着较高的安全性和可靠性，再加上目前已经平板化，又轻薄方便多了。此外，TFT_LCD的功耗极低，可以节省大量能源，升级容易，使用寿命长，高分辨率，显示方式多样等诸多优点。
（3）TFT_LCD大规模工业化生产特性好:目前TFT_LCD技术已经基本成熟，大规模生产成品率也极高。同时它还易于集成和更新换代，由于是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合，继续发展潜力巨大。目前已经有非晶，多晶和单晶硅TFT_LCD，将来肯定还会有其它材料的TFT出现。
显而易见的，TFT_CD的更易于集成和更新换代的特点赋予了它广阔的发展前景。此外，除了上面所说的外，TFT_LCD还有着大面积，功能强大，应用领域广泛等其他的特点。
（三）课题研究内容及意义
随着液晶发展的机遇和挑战。为了更好的掌握产业发展的主动权。本文针对这一发展趋势的要求，研究与设计了TFT_LCD列驱动电路的主要电路图的设计，参照了现有产品的部分设计经验，根据数字电路和模拟显示的蓬勃发展，TFT_LCD驱动芯片业迎来了巨大的市场，其中最为明显的拟电路设计流程设计思想首先对电路进行层次化功能划分;然后进行各个功能模块的原理图输入设计，最后分析了驱动电路设计的流程。
本文根据工作原理，介绍了液晶显示器的基本原理、TFT原件的结构特性和工作原理，驱动电路的主要组成部分，然后对驱动电路的流程进行分析。
二、显示原理
（一）液晶显示基本原理
1、LCD器件结构
液晶显示器件的面板是由20多项材料以及元件构成的，面板的厚度约1cm，非常轻而且短小，并且不同的显示器所需的材质也不相同。一般情况下，一个液晶盒中的LCD包括玻璃基板、彩色滤光片偏光板、配向膜、印制电路板等多种材料，灌入液晶材料后，就可以形成一个液晶显示器了
2、液晶显示原理
液晶是指向具有某种规律、介于固体和液体之间并具有规则性排列的。它具有流动性与双折射性。液晶的特点是液晶的分子指向是有规律的，而分子间的相对位置没有规律的，前者是使液晶具有晶体才有的各向异性，而后者则是使之具有液体才具有的流动性。
当光源照射时，是通过下面的偏光板透出到上面，然后通过液晶分子去传导光线。因为上下火层的电极为公共电极和FET电极，当FET电极在导通时，液晶分子的排列状态就会发生改变，通过透光与遮光达到一个显示的目的。但是， FET晶体管是有电容效应的，它能保持一定的电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式为止。
（二）TFT元件的结构特性和工作原理
1、TFT元件的结构
在TFT_LCD中，TFT表示的是电气开关。TFT元件的平面图和截面图如图2.1所示。它是三端器件，源极和漏极在其两端有与之相连接，并通过栅极绝缘膜与半导体层相对放置，设有栅极。利用施加于栅极的电压V来控制源、漏电极之间的电流。
2、TFT工作原理
TFT_LCD的象元是阵列基板侧面的液晶象元电极，封闭在两者之间的液晶和公共电极构成，象元通过一个薄膜晶体管控制加到其上的电压，如图2.2所示：
TFT_LCD的象素在显示系统中的结构如图2.3所示:当扫描驱动器施加给扫描电极一个选择电压时，TFT_LCD显示的灰度级由数据驱动器的电压和存储在象元上的电压决定。即当TFT的栅极G与源极S未选通时，TFT处于截止态，源极S与漏极D之间相当于开路，外电路电压不会施加到液晶像素上。当行扫描信号选通了某一行所有TFT的栅极G后，源扫描信号依次选通此行上TFT的源极S。行扫描信号和源扫描信号同时选通的TFT将被打开，源、漏极之间导通，源扫描信号即数据信号写入液晶像素和补偿电容Cs。因为液晶像素与补偿电容对电荷的存储特性，在TFT截止后，写入的数据信号会保存一段时间。可以设定这个保存时间为半帧周期，下半帧时，改变写入信号的极性，即可保证液晶像素处于交流驱动状态。
三、LCD驱动电路的的组成部分
（一）液晶显示总框图
1、液晶显示器总体连接图如图3.1所示：
2、液晶显示电源原理图如图3.2所示：
3、模拟/数字输入电路如图3.3所示：
（二）驱动电路的主要组成部分
1、双向移位寄存器
移位寄存器是依次产生高电平来实现栅极线依次选通。它分为静态和动态。静态移位寄存器是将电平存在一个存储单元里，他是一直保持稳定的状态；并且是由4个反相器和4个传输门组成；而动态移位寄存器则是把电荷存在电极的节点上，是由2个反相器和2个传输门组成。该电路通过R/L信号控制来实现双向移位功能，，具体方法如图3.4所示，R/L作为信号选择电路的控制端，设输入信号分别为A、B，输出为OUT，利用R/L来控制寄存器的左移或右移。
摘要
随着TFT_LCD技术的迅猛发展，并且它拥有着性能优良、大规模生产特性好、自动化程度高、原材料成本低廉等很多的优点，从而广泛应用于诸多领域。在这样的背景下，对其驱动电路也提出了更高的要求。
本文即旨在进行TFT_LCD列驱动电路设计，设计结构分为数字部分和模拟部分两大部分，主要包括双向移位寄存器、数据锁存器、电平位移、D/A变换和输出缓冲五个部分。首先会对列驱动电路的原理和工作过程做一定的了解，然后在参考已有经验的基础上，提出了本设计的总体结构和功能模块的划分。
电路对其原理图进行绘制，并进行部分电路图的设计，结果表明所设计的驱动电路基本满足液晶显示器的性能要求。
摘要 3
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:TFT_LCD、驱动电路、双向移位寄存器
一、引言 5
(一) 研究背景 5
（二）TFT_LCD主要的技术特点 5
（三）课题研究内容及意义 6
二、显示原理 6
（一）液晶显示基本原理 6
（二）TFT元件的结构特性和工作原理 7
三、LCD驱动电路的的组成部分 8
（一）液晶显示总框图 8
（二）驱动电路的主要组成部分 10
四、TFT-LCD驱动电路的设计 12
（一）硬件电路设计 12
（二）系统功能及实现 13
（三）图像优化 14
（四）时基校正及系统控制 14
（五）系统软件实现 15
五、总结与展望 17
致谢 18
参考文献 19
一、引言
(一) 研究背景
20世纪60年代初，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或者折射。反复的实验之后，人们又发现了光电效应，即向列液晶的透明薄层通电时会出现浑浊现象。随着时间的推移，越来越多的实验让人们对液晶结构的特性和应用有了更加深刻的认识。终于，1971年发明了第一台液晶显示器，就是最初的TN_LCD，即扭曲向列。这一技术迅速普及开来，在很多领域得到了推广应用，包括计算器，电子表等。美国人最先提出了TFT_LCD技术，自此登上舞台。但是TFT-LCD技术真正的发展是在1993年，日本率先实现了TFT_LCD大规模生产，液晶显示器开始向廉价，低成本方向发展之后，薄膜式晶体管TFT_LCD开始进一步向高端发展。1997年，第一批大基板尺寸第三代TFT_LCD生产线在日本建成。早期液晶作为显示屏的材料很不稳定，作为商用尚存在着许多需要解决的问题。因此，制造商们不断去寻找更好的方法以提高液晶显示器的性器发展的难题，科技的进步恰恰为这一切提供了可能。经过将近40年的发展，液晶显示器的技术接近成熟。
目前，由于薄膜晶体管液晶显示器具有重量轻、平板化、低功耗、无辐射、显示品质优良等特点，其应用领域正在逐步扩大。同时随着应用领域的扩大，对液晶显示器的要求也正在向大尺寸，高分辨率，高彩色化发展，这也使得人们研究和开发新的驱动方案，如目前的新的IC驱动技术。
（二）TFT_LCD主要的技术特点
TFT_LCD从1960发明开始经过不断的改良和发展，在二十世纪几十年代才真正发展起来，是采用新材料和新工艺的大规模半导体全集成电路制造技术。TFT是在玻璃或塑料基板等非单晶片上通过溅射，化学沉积工艺形成制造电路必须的各种膜，通过对膜的加工制作的大规模半导体集成电路。
TFT_LCD之所以能迅速成长至此，这与它自身的特点是分不开的，它主要有以下三特点：
（1）适用范围广：在很大的温度范围内都可以正常使用（-20℃到50℃），而且经过温度加固处理的TFT_LCD低温工作温度甚至可达到-80℃，同时它既可以用移动终端显示，也可以用台式终端显示，连投影都可以，是性能优良且全面的全尺寸显示终端。
（2）适用特性好：TFT_LCD产品还有着较高的安全性和可靠性，再加上目前已经平板化，又轻薄方便多了。此外，TFT_LCD的功耗极低，可以节省大量能源，升级容易，使用寿命长，高分辨率，显示方式多样等诸多优点。
（3）TFT_LCD大规模工业化生产特性好:目前TFT_LCD技术已经基本成熟，大规模生产成品率也极高。同时它还易于集成和更新换代，由于是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合，继续发展潜力巨大。目前已经有非晶，多晶和单晶硅TFT_LCD，将来肯定还会有其它材料的TFT出现。
显而易见的，TFT_CD的更易于集成和更新换代的特点赋予了它广阔的发展前景。此外，除了上面所说的外，TFT_LCD还有着大面积，功能强大，应用领域广泛等其他的特点。
（三）课题研究内容及意义
随着液晶发展的机遇和挑战。为了更好的掌握产业发展的主动权。本文针对这一发展趋势的要求，研究与设计了TFT_LCD列驱动电路的主要电路图的设计，参照了现有产品的部分设计经验，根据数字电路和模拟显示的蓬勃发展，TFT_LCD驱动芯片业迎来了巨大的市场，其中最为明显的拟电路设计流程设计思想首先对电路进行层次化功能划分;然后进行各个功能模块的原理图输入设计，最后分析了驱动电路设计的流程。
本文根据工作原理，介绍了液晶显示器的基本原理、TFT原件的结构特性和工作原理，驱动电路的主要组成部分，然后对驱动电路的流程进行分析。
二、显示原理
（一）液晶显示基本原理
1、LCD器件结构
液晶显示器件的面板是由20多项材料以及元件构成的，面板的厚度约1cm，非常轻而且短小，并且不同的显示器所需的材质也不相同。一般情况下，一个液晶盒中的LCD包括玻璃基板、彩色滤光片偏光板、配向膜、印制电路板等多种材料，灌入液晶材料后，就可以形成一个液晶显示器了
2、液晶显示原理
液晶是指向具有某种规律、介于固体和液体之间并具有规则性排列的。它具有流动性与双折射性。液晶的特点是液晶的分子指向是有规律的，而分子间的相对位置没有规律的，前者是使液晶具有晶体才有的各向异性，而后者则是使之具有液体才具有的流动性。
当光源照射时，是通过下面的偏光板透出到上面，然后通过液晶分子去传导光线。因为上下火层的电极为公共电极和FET电极，当FET电极在导通时，液晶分子的排列状态就会发生改变，通过透光与遮光达到一个显示的目的。但是， FET晶体管是有电容效应的，它能保持一定的电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式为止。
（二）TFT元件的结构特性和工作原理
1、TFT元件的结构
在TFT_LCD中，TFT表示的是电气开关。TFT元件的平面图和截面图如图2.1所示。它是三端器件，源极和漏极在其两端有与之相连接，并通过栅极绝缘膜与半导体层相对放置，设有栅极。利用施加于栅极的电压V来控制源、漏电极之间的电流。
2、TFT工作原理
TFT_LCD的象元是阵列基板侧面的液晶象元电极，封闭在两者之间的液晶和公共电极构成，象元通过一个薄膜晶体管控制加到其上的电压，如图2.2所示：
TFT_LCD的象素在显示系统中的结构如图2.3所示:当扫描驱动器施加给扫描电极一个选择电压时，TFT_LCD显示的灰度级由数据驱动器的电压和存储在象元上的电压决定。即当TFT的栅极G与源极S未选通时，TFT处于截止态，源极S与漏极D之间相当于开路，外电路电压不会施加到液晶像素上。当行扫描信号选通了某一行所有TFT的栅极G后，源扫描信号依次选通此行上TFT的源极S。行扫描信号和源扫描信号同时选通的TFT将被打开，源、漏极之间导通，源扫描信号即数据信号写入液晶像素和补偿电容Cs。因为液晶像素与补偿电容对电荷的存储特性，在TFT截止后，写入的数据信号会保存一段时间。可以设定这个保存时间为半帧周期，下半帧时，改变写入信号的极性，即可保证液晶像素处于交流驱动状态。
三、LCD驱动电路的的组成部分
（一）液晶显示总框图
1、液晶显示器总体连接图如图3.1所示：
2、液晶显示电源原理图如图3.2所示：
3、模拟/数字输入电路如图3.3所示：
（二）驱动电路的主要组成部分
1、双向移位寄存器
移位寄存器是依次产生高电平来实现栅极线依次选通。它分为静态和动态。静态移位寄存器是将电平存在一个存储单元里，他是一直保持稳定的状态；并且是由4个反相器和4个传输门组成；而动态移位寄存器则是把电荷存在电极的节点上，是由2个反相器和2个传输门组成。该电路通过R/L信号控制来实现双向移位功能，，具体方法如图3.4所示，R/L作为信号选择电路的控制端，设输入信号分别为A、B，输出为OUT，利用R/L来控制寄存器的左移或右移。
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