lcd_2440_linux_fb_驱动原理

S3C2440A下彩色液晶显示系统的设计

摘要：以三星公司的嵌入式微处理器S3C2440A和夏普公司3.5inLCD屏LQ035Q7DH01为基础,设计了显示硬件电路,介绍了帧缓冲设备的处理机制及底层驱动的接口函数,针对本显示系统给出了如何开发其Linux帧缓冲设备驱动程序。不论是显示硬件电路还是软件驱动程序,都有很强的可移植性,可以方便地移植到不同的平台。

嵌入式系统已成为当今最热门的概念之一,对大多数嵌入式系统开发者而言,显示系统的硬件和软件开发是不可回避的关键性技术。三星公司开发的S3C2440A是一款以ARM920T 为内核的嵌入式微处理器,它的最高工作频率达533MHz,内含3通道的异步串行口,USB主、从单元设备接口,摄像头接口,触摸屏接口,LCD控制器等众多片上外设接口,且具低功耗、高性能,广泛适用于PDA、便携式媒体播放器、手持式导航仪等领域。目前国内对该款高性价比嵌入式微处理器的开发应用才起步不久。

夏普公司生产的LCD屏LQ035Q7DH01为3.5in透反射式TFT-LCD显示器,屏幕分辨率为320×240,能提供262144种色彩,显示亮度达到100nit,使设计人员能够在各种照明条件下利用它来生动地展示图像和文字信息。本文以S3C2440A和LQ035Q7DH01为硬件基础,设计了显示硬件电路。

软件平台采用Linux 2.4.20, 交叉编译器为arm-linux-gcc 2.95.3,完成了对LQ035Q7DH01显示屏的驱动程序开发。

1显示系统硬件电路

1.1 LCD控制器电路

LCD控制器用来传输图像数据并产生相应的控制信号,S3C2440A LCD控制器能支持高达4K色STN屏和256K色TFT屏,支持1024×768分辨率下的各种液晶屏, 具有LCD专用DMA。LCD控制器产生的控制信号和数据信号主要有：

V：LCD 控制器和LCD驱动器之间的帧同步信号, LCD控制器在一个完整帧显示完成后插入一个V信号,开始新一帧的显示。

VLINE：LCD控制器和LCD驱动器之间的行同步信号,LCD控制器在整行数据移入LCD驱动器后插入一个VLINE信号。

VCLK：LCD控制器和LCD驱动器之间的像素时钟信号, 由LCD控制器送出的数据在VCLK 的上升沿处送出,在VCLK的下降沿处被LCD驱动器采样。

VM：数据输出使能信号,在VM 信号跃变成高电平后行数据信号开始由LCD控制器

输出至LCD驱动器,当VM信号跃变为低电平后数据输出停止。

数据线：也就是RGB信号线,S3C2440A LCD控制器有VD[0:23]共24根数据线,数据格式不同,接线方式就不同。本文用的是RGB565方式,只需要16根数据线(红色5根,绿色6根,蓝色5根)。其数据线接线方式如表1所示：

LCD控制器电路如图1所示：

1.2 时序和数据匹配电路

由于S3C2440A 的LCD控制器与LCD屏LQ035Q7DH01在数据格式及显示时序上无法匹配,需要选用一种时序控制IC或者用CPLD(也就是通常所说的LCD伴侣芯片)来对不同数据格式的数据接口进行映射。但CPLD面积较大、成本较高,因而通常只在需要对电路进行灵活配置的情况下才使用。本文时序控制IC选用夏普公司的LZ9FC22。该芯片专用于对TFT型QVGA屏幕(屏幕分辨率320×240)的LCD进行时序控制。这是一个18bit(R6G6B6)的控制器,由于本文采用的是RGB565 16位工作模式,所以将其输入引脚R0和B0接地。时序和数据匹配电路如图2所示：

1.3 多路电压产生电路

LCD屏内集成有数字电路和模拟电路,需要外部提供数字电压和模拟电压。另外,为了完成数据扫描,需要TFT轮流开启/关闭。当TFT开启时,数据通过源极驱动器加载到显示电极,显示电极和公共电极问的电压差再作用于液晶实现显示,因此需要控制LCD的开启电压、关闭电压,以及加到公共电极上的电压, 本系统采用松下公司生产的芯片LM1117DT-3.3来产生LCD所需要的数字电压,采用美国MAXIM 公司推出的有源矩阵液晶显示器电源芯片MAX1664来产生其他电压,MAX1664内部集成有两个DC-DC变换器,可以为小型TFT LCD 提供高效的调节电压。LCD所需各电压如表2所示：

多路电压产生电路如图3所示

1.4 显示驱动和LQ035Q7DH01的接口电路

显示驱动和LQ035Q7DH01的接口电路如图4所示：

1.5 显示系统整体结构框图

显示系统整体结构框图如图5所示。

图5 显示系统结构框图

2 Linux下的帧缓冲( buffer)设备

Linux下编写显示设备的驱动程序有两种方法：一种是把显示设备抽象成一般的字符设备,驱动程序的写法和一般的字符设备驱动类似;第二种就是帧缓冲设备驱动程序的编写。由于第一种方法不规范,而且实现功能有限,故一般不提倡;而帧缓冲驱动程序比较简单,也容易实现,因而在嵌入式系统里得到了广泛应用。

帧缓冲设备是一个提供显示内存和显示芯片寄存器从物理内存映射到进程地址空间中的设备,是Linux为图形设备提供的一个抽象接口,它将显示设备抽象为帧缓冲区。帧缓冲允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。这种操作是抽象的、统一的。应用程序不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。

帧缓冲设备属于字符设备,采用“文件层-驱动层”的接口方式。

Linux内核include/fnux/fb.h中定义了帧缓冲设备的驱动层接口fb_info结构体,fb_info定义了当前工作的显示卡的状态和帧缓冲设备的操作函

数, 它仅对内核可见。文件fb.h中还定义了fb_var_screeninfo(显示卡可变特性,这些特性在程序运行期间可以由应用程序动态改变)、fb_fix_screeninfo(显示卡不可变特性,这些特性在硬件初始化时就被定义了, 以后不得修改)、fb_cmap(RGB颜色映射表)等结构体,帧缓冲设备驱动程序主要依靠这几个结构体工作。除了结构体fb_info只能在内核空间访问外,其他三个结构体都可以在用户空间访问。

Linux内核drivers\video\fbmem.c中定义了帧缓冲设备的文件层接口file_operations结构体,它对应用程序可见,结构体中功能函数open()和

release()不需要底层的支持.而read()、write()、mmap()则需要调用fb_get_fix()、fb_get_var()、fb_set_var()、fb_get_cmap、fb_set_cmap()(这些函数位于结构体fb_info中指针fbops指向的结构体变量中)等与底层LCD硬件相关的函数的支持。另一个功能函数是ioctl(),ioctl()是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数,应用程序通过ioctl()系统调用来调用fb_get_fix()、fb_get_var()、fb_set_var()、fb_set_cmap()、fb_get_cmap()等来获得和设置结构体fb_info中fb_var_screeninfo结构变量var、fb_fix_screeninfo 结构变量fix 和fb_cmap结构变量cmap等变量的信息。在fbmem.c中给出了ioctl()命令和fb_info中结构体fb_ops的成员函数的对应关系如下：

FBIOGET_VSCREENINFO fb_get_var

FBIOPUT_VSCREENINFO fb_set_var

FBIOGET_FSCREENINFO fb_get_fix

FBIOPUTCMAP fb_set_cmap

FBIOGETCMAP fb_get_cmap

用户应用程序只需要调用FBIOXXXX来操作LCD硬件。

文件fbmem.c中还定义了帧缓冲设备底层驱动的管理函数：

register_buffer(struct fb_info 3 fb_info)

unregister_buffer(struct fb_info 3 fb_info)

帧缓冲设备在驱动层所要做的工作仅仅是对Linux为帧缓冲的驱动层接口fb_info进行初始化.然后调用这两个函数对其注册或注销。帧缓冲设备驱动层接口直接对LCD设备硬件进行操作,而fbmem.c可以记录和管理多个底层设备驱动。

3 显示系统帧缓冲驱动的编写

3.1 定义LCD控制器结构体

前面已经说过,LCD控制器的功能是传输图像数据并产生相应的控制信号来驱动LCD显示器,驱动程序需要根据当前具体显示硬件的特性,通过读写一系列的LCD控制寄存器来完成设定显示器分辨率和显示数据的格式,设置控制信号时序,指定显示缓中区地址等,从而提供给显示设备合适的数据信号和控制信号。文中根据需要为S3C2440A的LCD 控制器定义了一个专用结构体s3c2440fb_mach_info：

struct s3c2440fb_mach_info{

u_long pixclock; /* 像素时钟频率*/

u_char bpp; /* 每像素需要的bit数*/

u_short xres; /* 显示器行分辨率*/

u_short yres; /* 显示器列分辨率*/

u_char hsync_len; /* 行同步信号的长度*/

u_char vsync_len; /* 帧同步信号的长度*/

u_char left_margin;/* 从本行图象数据输出结束到下一行的行同步信号开始之间的像素时钟数*/

u_char right_margin; /* 从行同步信号结束到该行的图象数据开始输出之间的像素时钟数*/ u_char upper_margin;/*从本帧图象数据输出结束到下一帧的帧同步信号开始之间的无效行数*/

u_char lower_margin; /*从帧同步信号结束到该帧图象数据开始输出之间的无效行数*/

u_char sync;

struct s3c2440fb_lcd_reg reg; /*S3C2440A

LCD控制寄存器结构体*/

};

驱动程序通过定义一个s3c2440fb_mach_info结构变量并给该变量赋值来完成LCD控制器的初始化。

3.2 编写结构体fb_info中fb_ops对应的成员函数

对于本嵌入式系统的实现,需要下列5个函数：

static struct fb_ops s3c2440fb_ops={

owner:THIS_MODULE,/*THIS_MODULE宏用来防止驱动模块在使用状态下被卸载/

fb_get_fix:s3c2440fb_get_fix,

fb_get_var:s3c2440fb_get_var,

fb_set_var:s3c2440fb_set_var,

fb_get_cmap:s3c2440fb_get_cmap,

fb_set_cmap:s3c2440fb_set_cmap,

};

结构体fb_ops在Linux内核include/linux/fb.h中定义。

这些函数都是用来设置和获取驱动层接口fb_info结构体中的成员变量的,前文已提过当应用程序对设备文件进行ioctl操作时会调用它们。对于fb_get_fix()和fb_get_var()应用程序传入的是fb_info中的结构变量fix和var,fb_set_var()函数则是对var变量进行设置。同样fb_get_cmap()和

fb_set_cmap()则是对结构变量cmap内容进行读取和设置。在这5个函数中,fb_set_var()设置了显示设备的显示模式,是最重要的一个函数。文中根据需要为当前显示硬件定义一个专有结构体s3c2440fb_info,该结构体包括一个fb_info结构变量,及其它与所选LCD硬件有关的所有参数.因此结构体fb_ops中成员函数对结构体fb_info的操作实际上就是对结构体s3c2440fb_info的操作。该结构体定义如下：

struct s3c2440fb_info{

struct fb_info fb; /* fb_info结构变量*/

signed int currcon; /* 当前终端控制台的序号*/

u_int max_xres;/*屏幕能显示的最大行分辨率*/

u_int max_yres;/* 屏幕能显示的最大列分辨率*/

struct s3c2440fb_lcd_reg reg;

/*S3C2440A LCD控制寄存器*/

……

/* 其他与LCD硬件有关的参数*/

};

结构体fb_ops中的成员函数流程相似,本文在此仅给出函数s3c2440fb_set_var()的流程图和程序代码。

函数s3c2440fb_set_var()流程图如图6所示：

static struct fb_ops s3c2440fb_ops={

owner:THIS_MODULE,/*THIS_MODULE宏用来防止驱动模块在使用状态下被卸载/

fb_get_fix:s3c2440fb_get_fix,

fb_get_var:s3c2440fb_get_var,

fb_set_var:s3c2440fb_set_var,

fb_get_cmap:s3c2440fb_get_cmap,

fb_set_cmap:s3c2440fb_set_cmap,

};

结构体fb_ops在Linux内核include/linux/fb.h中定义。

这些函数都是用来设置和获取驱动层接口fb_info结构体中的成员变量的,前文已提过当应用程序对设备文件进行ioctl操作时会调用它们。对于fb_get_fix()和fb_get_var()应用程序传入的是fb_info中的结构变量fix和var,fb_set_var()函数则是对var变量进行设置。同样fb_get_cmap()和

fb_set_cmap()则是对结构变量cmap内容进行读取和设置。在这5个函数中,fb_set_var()设置了显示设备的显示模式,是最重要的一个函数。文中根据需要为当前显示硬件定义一个专有结构体s3c2440fb_info,该结构体包括一个fb_info结构变量,及其它与所选LCD硬件有关的所有参数.因此结构体fb_ops中成员函数对结构体fb_info的操作实际上就是对结构体

s3c2440fb_info的操作。该结构体定义如下：

struct s3c2440fb_info{

struct fb_info fb; /* fb_info结构变量*/

signed int currcon; /* 当前终端控制台的序号*/

u_int max_xres;/*屏幕能显示的最大行分辨率*/

u_int max_yres;/* 屏幕能显示的最大列分辨率*/

struct s3c2440fb_lcd_reg reg;

/*S3C2440A LCD控制寄存器*/

……

/* 其他与LCD硬件有关的参数*/

};

结构体fb_ops中的成员函数流程相似,本文在此仅给出函数s3c2440fb_set_var()的流程图和程序代码。

函数s3c2440fb_set_var()流程图如图6所示：

图6 函数s3c2440fb_set_var()流程图

函数s3c2440fb_set_var()程序如下：

static int s3c2440fb_set_var(struct fb_var_screeninfo *var,int con,struct fb_info *info){

struct s3c2440fb_info *fbi= (struct s3c2440fb_info *)info; /* 将显示模式读入结构体s3c2440fb_info*/

struct fb_var_screeninfo *dvar= get_con_var(&fbi->fb,con);

int err;

err= s3c2440fb_validate_var(var,fbi); /* 显示模式是否有效*/

if(err) /* 无效返回*/

return err;

dvar->red=fbi->rgb[rgbidx]->red; /* 将显示参数写入结构体fb_var_screeninfo */

dvar->green=fbi->rgb[rgbidx]->green;

dvar->blue=fbi->rgb[rgbidx]->bIue;

dvar->transp=fbi->rgb[rgbidx]->transp;

display->var= *dvar;

……

s3c2440fb_hw_set_var (dvar,fbi); /* 设置

RGB颜色信息,设置S3C2440A的LCD控制寄存器*/

return 0;

}

3.3 编写初始化函数

初始化函数首先初始化LCD控制器和结构体s3c2440fb_info,填充s3c2440fb_info中结构变量fb_info的成员变量,这些成员变量的参数值由LCD

显示器厂商的手册获得。然后通过consistent_alloc函数分配一片连续的空间。显示系统采用的LCD显示方式为320×240,16位彩色。需要分配的显示缓冲区为320×240×16/8=150k字节,缓冲区通常分配在片外SDRAM 中,起始地址和末地址保存在LCD控制器寄存器LCDSADDR1和LCDSADDR2里,最后调用register_buffer(&fbi->fb)将fb_info结构变量fb 登记入内核。初始化函数如下：

int _init s3c2440fb_init(void)(

struct s3c2440fb_info *fbi;

int ret;

fbi=s3c2440fb_init_fbinfo(); /* 初始化LCD控制器和s3c2440fb_info */

ret=s3c2440fb_map_video_memory (fbi); /*分配150K字节大小的LCD显示缓冲区*/

if(ret) /* 出错返回*/

{

if(fbi)

kfree(fbi);

return ret;

}

s3c2440fb_set_var (&fbi->fb.var,-1,&fbi->fb);

ret=register_buffer(&fbi->fb);/* 将fb注册到内核*/

if(ret) /* 出错返回*/

{

if(fbi)

kfree(fbi);

return ret;

}

printk ("Installed S3C2440 bufferkn");/*在控制台显示安装显示驱动程序成功*/

MOD_INC_USE_COUNT;/* 该宏用来管理自己被使用的计数,模块在被使用时,是不允许被卸载的*/

return 0;

}

4 驱动程序嵌入到内核

驱动程序嵌入到内核有两种方式：一种是直接编译入内核,随Linux启动的时候加载;另一种是编译成模块,动态加载。如果要将其直接编译入Linux内核,则需要将源代码文件拷贝到Linux内核源代码的相应路径里,并修改Makefile文件和config.in文件,这种方法会增加内核的大小,而且不能动态卸载,不利于调试,所以目前一般推荐采用第二种方式,如果这样,在本驱动程序的最后还需要加上宏module_init(s3c2440fb_init);这是告诉编译器该驱动程序的入口地址为初始化函数s3c2440fb_init()。需要注意的是初始化函数必须在宏module_init(s3c2440fb_init)使用前定义,否则会出现编译错误。而且在编译时至少要加上-D_KERNEL_ -DMODULE -DLINUX这几个参数,编译完成后通过insmod命令将驱动

模块加载进内核, 通过rmmod命令卸载驱动模块。

5 应用程序对帧缓冲设备的使用

Linux将所有的设备都当作文件进行处理,各种设备通常以文件的形式放在/dev目录下。帧缓冲设备和其它位于/dev目录下面的设备类似,其驱动程序的设备文件一般是/dev/fb0、/dev/fb1等等。在应用程序中,操作/dev/fb的一般流程如图7所示：

图7 应用程序对帧缓冲设备的操作流程

其典型应用程序如下：

Main()

{

int fbfd=O;

struct fb_var_screeninfo vinfo;

struct fb_fix_screeninfo finfo;

unsigned char *fbp;

fbfd=open ("/dev/fb0",O_RDWR);

/* 打开设备文件*/

if(!fbfd){ /* 失败返回*/

printf("Error:cannot open buffer device.\n ");

exit(1);

}

Printf ("The buffer device was opened successfully.\n");

ioctl (fbfd,FBIOGET_FSCREENINFO,&finfo);

/* 获取显示设备特性*/

ioctl(fbfd,FBIOGET_VSCREENINFO,&vinfo);

screensize=vinfo.xres*vinfo.yres*vinfo.bits_per_pixel/8 /* 计算屏幕缓冲区的大小*/

fbp= (unsigned char*)mmap (0,screensize,PORT_READ|PORT_WRITE,MAP_SHARED,fbfd,0);/* 将屏幕缓冲区映射到用户地址空间,然后应用程序就可以通过fbp访问缓冲区了*/

memset (fbp,0,screensize); /* 用memset将屏幕清空*/

}

6 结束语

在显示系统硬件设计中,显示硬件的整体设计考虑全面是设计过程中的重点,这就要求对显示硬件的各特性参数有全面的了解。软件设计中,由于其中涉及到的数据结构比较多,同时又和控制台联系在一起,有一定的难度。只有在深刻理解各个变量和操作函数的具体意义后, 才能分析编写自己需要的LCD驱动程序。在编写的过程中,最好的参考莫过于Linux内核

drivers/video目录下的源代码。

TFT LCD液晶显示器的驱动原理

TFT LCD液晶显示器的驱动原理 我们针对feed through电压,以及二阶驱动的原理来做介绍.简单来说Feed through电压主要是由于面板上的寄生电容而产生的,而所谓三阶驱动的原理就是为了解决此一问题而发展出来的解决方式,不过我们这次只介绍二阶驱动,至于三阶驱动甚至是四阶驱动则留到下一次再介绍.在介绍feed through电压之前,我们先解释驱动系统中gate driver所送出波形的timing图. SVGA分辨率的二阶驱动波形 我们常见的1024*768分辨率的屏幕,就是我们通常称之为SVGA分辨率的屏幕.它的组成顾名思义就是以1024*768=786432个pixel来组成一个画面的数据.以液晶显示器来说,共需要1024*768*3个点(乘3是因为一个pixel需要蓝色,绿色,红色三个点来组成.)来显示一个画面.通常在面板的规划,把一个平面分成X-Y轴来说,在X轴上会有1024*3=3072列.这3072列就由8颗384输出channel的source driver 来负责推动.而在Y轴上,会有768行.这768行,就由3颗256输出channel的gate driver来负责驱动.图1就是SVGA分辨率的gate driver输出波形的timing图.图中gate 1 ~ 768分别代表着768个gate

driver的输出.以SVGA的分辨率,60Hz的画面更新频率来计算,一个frame的周期约为16.67 ms.对gate 1来说,它的启动时间周期一样为16.67ms.而在这16.67 ms之间,分别需要让gate 1 ~ 768共768条输出线,依序打开再关闭.所以分配到每条线打开的时间仅有16.67ms/768=21.7us而已.所以每一条gate d river打开的时间相对于整个frame是很短的,而在这短短的打开时间之内,source driver再将相对应的显示电极充电到所需的电压. 而所谓的二阶驱动就是指gate driver的输出电压仅有两种数值,一为打开电压,一为关闭电压.而对于common电压不变的驱动方式,不管何时何地,电压都是固定不动的.但是对于common电压变动的驱动方式,在每一个frame开始的第一条gate 1打开之前,就必须把电压改变一次.为什么要将这些输出电压的t iming介绍过一次呢?因为我们接下来要讨论的feed through电压,它的成因主要是因为面板上其它电压的变化,经由寄生电容或是储存电容,影响到显示电极电压的正确性.在LCD面板上主要的电压变化来源有3个,分别是gate driver电压变化,source driver电压变化,以及common电压变化.而这其中影响最大的就是gate driver电压变化(经由Cgd或是Cs),以及common电压变化(经由Clc或是Cs+Clc). Cs on common架构且common电压固定不动的feed through电压 我们刚才提到,造成有feed through电压的主因有两个.而在common电压固定不动的架构下,造成f eed through电压的主因就只有gate driver的电压变化了.在图2中,就是显示电极电压因为feed thro ugh电压影响,而造成电压变化的波形图.在图中,请注意到gate driver打开的时间,相对于每个frame 的时间比例是不正确的.在此我们是为了能仔细解释每个frame的动作,所以将gate driver打开的时间画的比较大.请记住,正确的gate driver打开时间是如同图1所示,需要在一个frame的时间内,依序将7

TFT-LCD液晶显示器的工作原理

TFT-LCD液晶显示器的工作原理 我一直记得，当初刚开始从事有关液晶显示器相关的工作时，常常遇到的困扰，就是不知道怎么跟人家解释，液晶显示器是什么? 只好随着不同的应用环境，来解释给人家听。在最早的时候是告诉人家，就是掌上型电动玩具上所用的显示屏，随着笔记型计算机开始普及，就可以告诉人家说，就是使用在笔记型计算机上的显示器。随着手机的流行，又可以告诉人家说，是使用在手机上的显示板。时至今日，液晶显示器，对于一般普罗大众，已经不再是生涩的名词。而它更是继半导体后另一种可以再创造大量营业额的新兴科技产品，更由于其轻薄的特性，因此它的应用范围比起原先使用阴极射线管(CRT，cathode-ray tube)所作成的显示器更多更广。 如同我前面所提到的，液晶显示器泛指一大堆利用液晶所制作出来的显示器。而今日对液晶显示器这个名称，大多是指使用于笔记型计算机，或是桌上型计算机应用方面的显示器。也就是薄膜晶体管液晶显示器。其英文名称为Thin-film transistor liquid crystal display，简称之TFT LCD。从它的英文名称中我们可以知道，这一种显示器它的构成主要有两个特征，一个是薄膜晶体管，另一个就是液晶本身。我们先谈谈液晶本身。 液晶(LC，liquid crystal)的分类 我们一般都认为物质像水一样都有三态，分别是固态液态跟气态。其实物质的三态是针对水而言，对于不同的物质，可能有其它不同的状态存在。以我们要谈到的液晶态而言，它是介于固体跟液体之间的一种状态，其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程，只要材料具有上述的过程，即在固态及液态间有此一状态存在，物理学家便称之为液态晶体。

LED液晶显示器的驱动原理

LED液晶显示器的驱动原理 艾布纳科技有限公司 前两次跟大家介绍有关液晶显示器操作的基本原理, 那是针对液晶本身的特性,与TFT LCD 本身结构上的操作原理来做介绍. 这次我们针对TFT LCD 的整体系统面来做介绍, 也就是对其驱动原理来做介绍, 而其驱动原理仍然因为一些架构上差异的关系, 而有所不同. 首先我们来介绍由于Cs(storage capacitor)储存电容架构不同, 所形成不同驱动系统架构的原理. Cs(storage capacitor)储存电容的架构 一般最常见的储存电容架构有两种, 分别是Cs on gate与Cs on common这两种. 这两种顾名思义就可以知道, 它的主要差别就在于储存电容是利用gate走线或是common走线来完成的. 在上一篇文章中, 我曾提到, 储存电容主要是为了让充好电的电压,能保持到下一次更新画面的时候之用. 所以我们就必须像在CMOS的制程之 中, 利用不同层的走线, 来形成平行板电容. 而在TFT LCD的制程之中, 则是利用显示电极与gate走线或是common走线,所形成的平行板电容,来制作出储存电容Cs. For personal use only in study and research; not for commercial use

图1就是这两种储存电容架构, 从图中我们可以很明显的知道, Cs on gate由于不必像Cs on common一样, 需要增加一条额外的common走线, 所以它的开口率(Aperture ratio)会比较大. 而开口率的大小, 是影响面板的亮度与设计的重要因 素. 所以现今面板的设计大多使用Cs on gate的方式. 但是由于Cs on gate的方 式, 它的储存电容是由下一条的gate走线与显示电极之间形成的.(请见图2的Cs on gate与Cs on common的等效电路) 而gate走线, 顾名思义就是接到每一个TFT 的gate端的走线, 主要就是作为gate driver送出信号, 来打开TFT, 好让TFT对显 示电极作充放电的动作. 所以当下一条gate走线, 送出电压要打开下一个TFT时, 便会影响到储存电容上储存电压的大小. 不过由于下一条gate走线打开到关闭的时间很短,(以1024*768分辨率, 60Hz更新频率的面板来说. 一条gate走线打开的时间约为20us, 而显示画面更新的时间约为16ms, 所以相对而言, 影响有限.) 所以当下一条gate走线关闭, 回复到原先的电压, 则Cs储存电容的电压, 也会随之恢复到正常. 这也是为什么, 大多数的储存电容设计都是采用Cs on gate的方式的原因. For personal use only in study and research; not for commercial use

液晶显示器的工作原理

液晶显示器的工作原理 我们很早就知道物质有固态、液态、气态三种型态。液体分子质心的排列虽然不具有任何规律性，但是如果这些分子是长形的(或扁形的)，它们的分子指向就可能有规律性。于是我们就可将液态又细分为许多型态。分子方向没有规律性的液体我们直接称为液体，而分子具有方向性的液体则称之为“液态晶体”，又简称“液晶”。液晶产品其实对我们来说并不陌生，我们常见到的手机、计算器都是属于液晶产品。液晶是在1888年，由奥地利植物学家Reinitzer发现的，是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。一般最常用的液晶型态为向列型液晶，分子形状为细长棒形，长宽约1nm～10nm，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。 1. 被动矩阵式LCD工作原理 TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD之间的显示原理基本相同，不同之处是液晶分子的扭曲角度有些差别。下面以典型的TN-LCD为例，向大家介绍其结构及工作原理。 在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶显示屏面板中，通常是由两片大玻璃基板，内夹着彩色滤光片、配向膜等制成的夹板? 外面再包裹着两片偏光板，它们可决定光通量的最大值与颜色的产生。彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色构成的滤片，有规律地制作在一块大玻璃基

板上。每一个像素是由三种颜色的单元(或称为子像素)所组成。假如有一块面板的分辨率为1280×1024，则它实际拥有3840×1024个晶体管及子像素。每个子像素的左上角(灰色矩形)为不透光的薄膜晶体管，彩色滤光片能产生RGB三原色。每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽，上下夹层中填充了多层液晶分子(液晶空间不到5×10-6m)。在同一层内，液晶分子的位置虽不规则，但长轴取向都是平行于偏光板的。另一方面，在不同层之间，液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90度。其中，邻接偏光板的两层液晶分子长轴的取向，与所邻接的偏光板的偏振光方向一致。在接近上部夹层的液晶分子按照上部沟槽的方向来排列，而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列。最后再封装成一个液晶盒，并与驱动IC、控制IC 与印刷电路板相连接。 在正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上偏光板导入上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出，形成一个完整的光线穿透途径。而液晶显示器的夹层贴附了两块偏光板，这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同。当液晶层施加某一电压时，由于受到外界电压的影响，液晶会改变它的初始状态，不再按照正常的方式排列，而变成竖立的状态。因此经过液晶的光会被第二层偏光板吸收而整个结构呈现不透光的状态，结果在显示屏上出现黑色。当液晶层不施任何电压时，液晶是在它的初始状态，会把入射光的方向扭转90度，因此让背光源的入射光能够通过整个结构，结果在显示屏上出现白

液晶显示器工作原理

液晶显示器工作原理 现在市场上的液晶显示器都采用了TFT液晶面板，这种液晶面板的是目前最先进的液晶显示器技术，从结构上看，液晶屏由两片线性偏光器和一层液晶所构成。其中，两片线性偏光器分别位于液晶显示器的内外层，每片只允许透过一个方向的光线，它们放置的方向成90度交叉（水平、垂直），也就是说，如果光线保持一个方向射入，必定只能通过某一片线性偏光器，而无法透过另一片，默认状态下，两片线性偏光器间会维持一定的电压差，滤光片上的薄膜晶体管就会变成一个个的小开关，液晶分子排列方向发生变化，不对射入的光线产生任何影响，液晶显示屏会保持黑色。一旦取消线性偏光器间的电压差，液晶分子会保持其初始状态，将射入光线扭转90度，顺利透过第二片线性偏光器，液晶屏幕就亮起来了。当然这是一个很简单的原理模型，真正的液晶显示器内还有更复杂的电路结构。 红绿蓝三原色大家都知道，当这三种颜色同时混合时就会产生白色，这当然实在三原色强度一样的情况下才能够显示器纯正的白色，这样，从图中我们可以看见液晶面板的每一个像素中都有三种原色，这三种原色如果强度不同变化就可以产生不同的混色效果，这样全屏就有1024×768这样的像素，所以真实分辨率就是1024×768。低端的液晶显示板,各个基色只能表现6位色,即2的6次方=64种颜色.可以很简单的得出,每个独立像素可以表现的最大颜色数是64×64× 64=262144种颜色,高端液晶显示板利用FRC技术使得每个基色则可以表现8位色,即2的8次方=256种颜色,则像素能表现的最大颜色数为 256×256×256=16777216种颜色.这种显示板显示的画面色彩更丰富,层次感也好.现在基本上显示器都拥有FRC技术，可以显示器16777216种颜色 什么是TFT-LCD 其中彩色LCD又分为STN和TFT两种屏,其中TFT-LCD是英文Thin Film Transi stor-Liquid Crystal Display的缩写,即薄膜晶体管液晶显示器,也就是大家 常说的真彩液晶显示屏,显示效果较好;而DSTN-LCD,即双扫瞄液晶显示器,则是STN-LCD的一种显示 液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变化，而产生色彩。 液晶屏幕后面有一个背光，这个光源先穿过第一层偏光板，再来到液晶体上，而当光线透过液晶体时，就会产生光线的色泽改变，从液晶体射出来的光线，还得必须经过一块彩色滤光片以及第二块偏光板。由于两块偏光板的偏振方向成90度，再加上电压的变化和一些其它的装置，液晶显示器就能显示我们想要的颜色了。 液晶显示有主动式和被动式两种，其实这两种的成像原理大同小异，只是背光源和偏光板的设计和方向有所不同。主动式液晶显示器又使用了fet场效晶体管以及共通电极，这样可以让液晶体在下一次的电压改变前一直保持电位状态。这样主动式液晶显示器就不会产生在被动式液晶显示器中常见的鬼影、或是画面延迟的残像等。现在最流行的主动式液晶屏幕是tft(thin film transistor薄

液晶显示屏背光驱动集成电路工作原理

对“剖析液晶屏逻辑板TFT偏压电路”一文的一点看法（此文为技术探讨） 在国内某知名刊物2010年12月份期刊看到一篇关于介绍液晶屏逻辑板TFT偏压电路的文章，文章的标题是：“剖析液晶屏逻辑板TFT偏压电路”这是一篇选题极好的文章、目前液晶电视出现的极大部分屏幕故障例如：图像花屏、彩色失真、灰度失真、对比度不良、亮度暗淡、图像灰暗等等故障都与此电路有关，维修人员在维修此类故障时往往的面对液晶屏图像束手无策，而介绍此电路、无疑对类似故障的分析提供了极大的帮助，目前在一般的期刊书籍介绍分析此电路的文章极少。 什么是TFT屏偏压电路？现代的液晶电视都是采用TFT屏作为图像终端显示屏，由于我们现在的电视信号（包括各种视频信号）是专门为CRT显示而设计的，液晶屏和CRT的显示成像方式完全不同，液晶屏要显示专门为CRT而设计的电视信号，就必须对信号的结构、像素排列顺序、时间关系进行转换，以便液晶屏能正确显示。 图像信号的转换，这是一个极其复杂、精确的过程；先对信号进行存储，然后根据信号的标准及液晶屏的各项参数进行分析计算，根据计算的结果在按规定从存储器中读取预存的像素信号，并按照计算的要求重新组合排列读取的像素信号，成为液晶屏显示适应的信号。这个过程把信号的时间过程、排列顺序都进行了重新的编排，并且要产生控制各个电路工作的辅助信号。重新编

排的像素信号在辅助信号的协调下，施加于液晶屏正确的重现图像。 每一个液晶屏都必须有一个这样的转换电路，这个电路就是我们常说的“时序控制电路”或“T-CON（提康）电路”，也有称为“逻辑板电路”的。这个电路包括液晶屏周边的“行、列驱动电路”构成了一个液晶屏的驱动系统。也是一个独立的整体。这个独立的整体是由时序电路、存储电路、移位寄存器、锁存电路、D/A变换电路、译码电路、伽马（Gamma）电路（灰阶电压）等组成，这些电路的正常工作也需要各种不同的工作电压，并且还要有一定的上电时序关系，不同的屏，不同的供电电压。为了保证此电路正常工作，一般对这个独立的驱动系统单独的设计了一个独立的开关电源供电（这个向液晶屏驱动系统供电的开关电源一般就称为：TFT偏压电路）；由整机的主开关电源提供一个5V或12V 电压，给这个开关电源供电，并由CPU控制这个开关电源工作；产生这个独立的驱动系统电路提供所需的各种电压，就好像我们的电视机是一个独立的系统他有一个单独的开关电源，DVD机是一个独立的系统他也有一个单独的开关电源一样。是非常重要也是故障率极高的部分（开关电源都是故障率最高的部分，要重点考虑）。图1所示是液晶屏驱动系统框图。从图中可以看出，其中的“TFT偏压供电开关电源”就是这个独立系统电路的供电电源它产生这个驱动系统电路需要的各种电压，有VDD、VDA、VGL和VGH电压供各电路用。

led液晶显示器的驱动原理

led液晶显示器的驱动原理 LED液晶显示器的驱动原理 艾布纳科技有限公司 前两次跟大家介绍有关液晶显示器操作的基本原理, 那是针对液晶本身的特性,与 TFT LCD 本身结构上的操作原理来做介绍. 这次我们针对 TFT LCD 的整体系统面来做介绍, 也就是对其驱动原理来做介绍, 而其驱动原理仍然因为一些架构上差异的关系, 而有所不同. 首先我们来介绍由于 Cs(storage capacitor)储存 电容架构不同, 所形成不同驱动系统架构的原理. Cs(storage capacitor)储存电容的架构 一般最常见的储存电容架构有两种, 分别是Cs on gate与Cs on common这两种. 这两种顾名思义就可以知道, 它的主要差别就在于储存电容是利用gate走线或是common走线来完成的. 在上一篇文章中, 我曾提到, 储存电容主要是为了让充好电的电压,能保持到下一次更新画面的时候之用. 所以我们就必须像在 CMOS 的制程之中, 利用不同层的走线, 来形成平行板电容. 而在TFT LCD的制程之中, 则是利用显示电极与gate走线或是common走线,所形成的平行板电容,来制作出储存电容Cs.

图1就是这两种储存电容架构, 从图中我们可以很明显的知道, Cs on gate由于不必像Cs on common一样, 需要增加一条额外的common走线, 所以它的开口率(Aperture ratio)会比较大. 而开口率的大小, 是影响面板的亮度与设计的重要因素. 所以现今面板的设计大多使用Cs on gate的方式. 但是由于Cs on gate的方式, 它的储存电容是由下一条的gate走线与显示电极之间形成的.(请见图2的Cs on gate与Cs on common的等效电路) 而gate走线, 顾名思义就是接到每一个TFT 的gate端的走线, 主要就是作为gate driver送出信号, 来打开TFT, 好让TFT对显示电极作充放电的动作. 所以当下一条gate走线, 送出电压要打开下一个TFT时 , 便会影响到储存电容上储存电压的大小. 不过由于下一条gate走线打开到关闭的时间很短,(以1024*768分辨率, 60Hz更新频率的面板来说. 一条gate走线打开的时间约为20us, 而显示画面更新的时间约为16ms, 所以相对而言, 影响有限.) 所以当下一条gate走线关闭, 回复到原先的电压, 则Cs储存电容的电压, 也会随之恢复到正常. 这也是为什么, 大多数的储存电容设计都是采用Cs on gate的方式的原因.

液晶显示器电源工作原理及维修

液晶显示器电源工作原理及维修 详细介绍液晶显示器电源的作用、工作原理、维修及代换， 一、电源的作用 1、电源的基本知识 液晶电源的作用是为整机提供能量，常见的电源适配器外观如图所示 它的输入是220V交流电，输出为12V、4A直流电。电源适配器的内部电路结构如图所示

2、液晶电源的常见存在形式 常见的液晶电源有内置式和外置式两种。内置式电源一般是和高压板做在一起，形成二合一电源板，驱动板需要的各路电压均有电源板产生。外置式电源也就是通常所说的电源适配器，它一般是220V交流电输入，12V直流电输出，驱动板需要的其他电原在驱动板上进行变换。 二、电源的工作原理 由于LCD采用低电压工作，而一般市电提供提是110V或220V的交流电压，因此显示器需要配备电源。电源的作用是将市电的220V交流电压转变成12V或其它低压直流电，以向液晶显示器供电。 LCD显示器中的电源部分均采用开关电源。由于开关电源具有体积小、重量轻、变换效率高等优点，因此被广泛应用于各种电子产品中，特别是脉宽调制（PWM）型的开关电源。PW M型开关电源的特点是固定开关频率、通过改变脉冲宽度的占空比来调节电压。 PWM开关电源的基本工作原理是：交流电220V输入电源经整流滤波是路变成300V直流电压，再由开关功率管控制和高频变压器降压，得到高频矩形波电压，经整流滤波后获得显示器所需要的各种直流输出电压。脉宽调制器是这类开关电源的核心，它能产生频率固定具脉冲宽度可调的驱动信号，控制开关功率管的导通与截止的占空比，用来调节输出电压的高低，从而达到稳压的目的。 以下将要介绍的电源适配器就是此类开关电源，我们以采用UC3842脉宽调制集成控制器的电源为例讲解相关电路。 1、UC3842的性能特点 （1）它属于电流型单端PWM调制器，具有管脚数量少，外围是路简单、安装调试方便、性能优良、价格低廉等优点。而且通过高频变压器与电网隔离，适合构成无工频变压器的20-50W小功率开关电源。 （2）最高开关频率为500KHZ，频率稳定度高达0.2%。电源效率高，输出电流大，能直接驱动双极型功率晶体管或VMOS管、DMOS管、TMOS管工作。 （3）内部有高稳定的基准电压源，档准值为5V，允许有+0.1%的偏差，温度系数为

液晶显示驱动原理1

TFT LCD液晶显示器的驱动原理(一) 谢崇凯 前两次跟大家介绍有关液晶显示器操作的基本原理, 那是针对液晶本身的特性,与TFT LCD本身结构上的操作原理来做介绍. 这次我们针对TFT LCD的整体系统面来做介绍, 也就是对其驱动原理来做介绍, 而其驱动原理仍然因为一些架构上差异的关系, 而有所不同. 首先我们来介绍由于CS(storage capacitor)储存电容架构不同, 所形成不同驱动系统架构的原理. CS(storage capacitor)储存电容的架构 一般最常见的储存电容架构有两种, 分别是cs on gate与cs on common这两种. 这两种顾名思义就可以知道, 它的主要差别就在于储存电容是利用gate走线或是common走线来完成的. 在上一篇文章中, 我曾提到, 储存电容主要是为了让充好电的电压,能保持到下一次更新画面的时候之用. 所以我们就必须像在CMOS的制程之中, 利用不同层的走线, 来形成平行板电容. 而在TFT LCD的制程之中, 则是利用显示电极与gate走线或是common走线,所形成的平行板电容,来制作出储存电容CS. 图1就是这两种储存电容架构, 从图中我们可以很明显的知道, cs on gate由于不必像cs on common一样, 需要增加一条额外的common走线, 所以它的开口率(Aperture ratio)会比较大. 而开口率的大小, 是影响面板的亮度与设计的重要因

素. 所以现今面板的设计大多使用cs on gate的方式. 但是由于cs on gate的方式, 它的储存电容是由下一条的gate走线与显示电极之间形成的.(请见图2的cs on gate 与cs on common的等效电路) 而gate走线, 顾名思义就是接到每一个TFT的gate端的走线, 主要就是作为gate driver送出信号, 来打开TFT, 好让TFT对显示电极作充放电的动作. 所以当下一条gate走线, 送出电压要打开下一个TFT时 ,便会影响到储存电容上储存电压的大小. 不过由于下一条gate走线打开到关闭的时间很短,(以1024*768分辨率, 60Hz更新频率的面板来说. 一条gate走线打开的时间约为20us, 而显示画面更新的时间约为16ms, 所以相对而言, 影响有限.) 所以当下一条gate 走线关闭, 回复到原先的电压, 则cs储存电容的电压, 也会随之恢复到正常. 这也是为什么, 大多数的储存电容设计都是采用cs on gate的方式的原因. 至于common走线, 我们在这边也需要顺便介绍一下. 从图2中我们可以发现, 不管您采用怎样的储存电容架构, Clc的两端都是分别接到显示电极与common. 既然液晶是充满在上下两片玻璃之间, 而显示电极与TFT都是位在同一片玻璃上, 则common电极很明显的就是位在另一片玻璃之上. 如此一来, 由液晶所形成的平行板电容Clc, 便是由上下两片玻璃的显示电极与common电极所形成. 而位于cs储存电容上的common电极, 则是另外利用位于与显示电极同 一片玻璃上的走线, 这跟Clc上的common电极是不一样的, 只不过它们最后都是接到相同的电压就是了.

TFT-LCD液晶显示器的工作原理(上)

TFT-LCD液晶显示器的工作原理(上) 谢崇凯 我一直记得，当初刚开始从事有关液晶显示器相关的工作时，常常遇到的困扰，就是不知道怎么跟人家解释，液晶显示器是什么? 只好随着不同的应用环境，来解释给人家听。在最早的时候是告诉人家，就是掌上型电动玩具上所用的显示屏，随着笔记型计算机开始普及，就可以告诉人家说，就是使用在笔记型计算机上的显示器。随着手机的流行，又可以告诉人家说，是使用在手机上的显示板。时至今日，液晶显示器，对于一般普罗大众，已经不再是生涩的名词。而它更是继半导体后另一种可以再创造大量营业额的新兴科技产品，更由于其轻薄的特性，因此它的应用范围比起原先使用阴极射线管(CRT，cathode-ray tube)所作成的显示器更多更广。 如同我前面所提到的，液晶显示器泛指一大堆利用液晶所制作出来的显示器。而今日对液晶显示器这个名称，大多是指使用于笔记型计算机，或是桌上型计算机应用方面的显示器。也就是薄膜晶体管液晶显示器。其英文名称为Thin-film transistor liquid crystal display，简称之TFT LCD。从它的英文名称中我们可以知道，这一种显示器它的构成主要有两个特征，一个是薄膜晶体管，另一个就是液晶本身。我们先谈谈液晶本身。 液晶(LC，liquid crystal)的分类 我们一般都认为物质像水一样都有三态，分别是固态液态跟气态。其实物质的三态是针对水而言，对于不同的物质，可能有其它不同的状态存在。以我们要谈到的液晶态而言，它是介于固体跟液体之间的一种状态，其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程(请见图1)，只要材料具有上述的过程，即在固态及液态间有此一状态存在，物理学家便称之为液态晶体。

液晶显示器高压板电路基本工作原理

液晶显示器高压板电路基本工作原理2010-06-11 10:21

高压板电路是一种DC/AC(直流/交流)变换器，它的工作过程就是开关电源工作的逆变过程。开关电源是将市电电网的交流电压转变为稳定的12V直流电压，而高压板电路正好相反，将开关电源输出的12V直流电压转变为高频(40～80kHz)的高压(600～800V)交流电。 电路主要由驱动电路(振荡电路、调制电路)、直流变换电路、Royer结构的驱动电路、保护检测电路、谐振电容、输出电流取样、CCFL等组成。在实际的高压板中，常将振荡器、调制器、保护电路集成在一起，组成一块小型集成电路，一般称为PWM控制IC。 驱动电路采用Royer结构形式。Royer结构的驱动电路也称为自激式推挽多谐振荡器，主要由功率输出管及升压变压器等组成， 、 组成一个具有亮度调整和保护功能的高压板电路。 图中的ON/OFF为振荡器启动/停止控制信号输入端，该控制信号来自驱动板(主板)微控制器(MCU)。当液晶显示器由待机状态转为正常工作状态后，MCU向振荡器送出启动工作信号(高/低电平变化信号)，振荡器接收到信号后开始工作，产生频率40～80kHz的振荡信号送入调制器，在调制器内部与PWM激励脉冲信号，送往直流变换电路，使直流变 Royer L1(相当于电感)组成自激振荡电路，产生的振荡信号经功率放大和升压变压器升压耦合，输出高频交流高压，点亮背光灯管。 为了保护灯管，需要设置过电流和过电压保护电路。过电流保护检测信号从串联在背光灯管上的取样电阻R上取得，输送到驱动控制IC IC。当输出电压及背光灯管工作电流出现异常时，驱动控制IC控制调制器停止输出，从而起到保护的作用。 调节亮度时，亮度控制信号加到驱动控制IC，通过改变驱动控制IC输出的PWM脉冲的占空比，进而改变直流变换器输出的直流电压大小，也就改变了加在驱动输出管上的电压大小，即改变了自激振荡的振荡幅度，从而使升压变压器输出的信号幅度、CCFL两端的电压幅度发生变化，达到调节亮度的目的。 该电路只能驱动一只背光灯管。由于背光灯管不能并联或串联应用，所以，若需要驱动多只背光灯管，必须由相应的多个升压变压器输出电路及相适配的激励电路来驱动。

液晶屏原理

液晶屏原理 1.液晶显示器（LCD）目前科技信息产品都朝着轻、薄、短、小的目标发展，在计算机周边中拥有悠久历史的显示器产品当然也不例外。在便于携带与搬运为前题之下，传统的显示方式如CRT映像管显示器及LED显示板等等，皆受制于体积过大或耗电量甚巨等因素，无法达成使用者的实际需求。而液晶显示技术的发展正好切合目前信息产品的潮流，无论是直角显示、低耗电量、体积小、还是零辐射等优点，都能让使用者享受最佳的视觉环境。 2.液晶的诞生要追溯液晶显示器的来源，必须先从「液晶」的诞生开始讲起。在公元1888年，一位奥地利的植物学家，菲德烈．莱尼泽（Friedrich Reinitzer）发现了一种特殊的物质。他从植物中提炼出一种称为螺旋性甲苯酸盐的化合物，在为这种化合物做加热实验时，意外的发现此种化合物具有两个不同温度的熔点。而它的状态介于我们一般所熟知的液态与固态物质之间，有点类似肥皂水的胶状溶液，但它在某一温度范围内却具有液体和结晶双方性质的物质，也由于其独特的状态，后来便把它命名为「Liquid Crystal」，就是液态结晶物质的意思。不过，虽然液晶早在1888年就被发现，但是真正实用在生活周遭的用品时，却是在80年后的事情了。公元1968年，在美国RCA公司（收音机与电视的发明公司）的沙诺夫研发中心，工程师们发现液晶分子会受到电压的影响，改变其分子的排列状态，并且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用此一原理，RCA公司发明

了世界第一台使用液晶显示的屏幕。尔后，液晶显示技术被广泛的用在一般的电子产品中，举凡计算器、电子表、手机屏幕、医院所使用的仪器（因为有辐射计量的考虑）或是数字相机上面的屏幕等等。令人玩味的是，液晶的发现比真空管或是阴极射线管还早，但世人了解此一现象的并不多，直到1962年才有第一本，由RCA研究小组的化学家乔．卡司特雷诺（Joe Castellano）先生所出版的书籍来描述。而与映像管相同的，这两项技术虽然都是由美国的RCA公司所发明的，却分别被日本的新力（Sony）与夏普（Sharp）两家公司发扬光大。 3.什么是液晶液晶显示器是以液晶材料为基本组件，由于液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性，所以已经可以说是一个中间相。而要了解液晶的所产生的光电效应，我们必须来解释液晶的物理特性，包括它的黏性（visco-sity）与弹性（elasticity）和其极化性（polarizalility）。液晶的黏性和弹性从流体力学的观点来看，可说是一个具有排列性质的液体，依照作用力量不同的方向，应该有不同的效果。就好像是将一把短木棍扔进流动的河水中，短木棍随着河水流着，起初显得凌乱，过了一会儿，所有短木棍的长轴都自然的变成与河水流动的方向一致，这表示着次黏性最低的流动方式，也是流动自由能最低的一个物理模型。此外，液晶除了有黏性的反应外，还具有弹性的反应，它们都是对于外加的力量，呈现了方向性的效果。也因此光线射入液晶物质中，必然会按照

显示屏工作原理

2 显示扫描原理 各个企业制造的LED显示屏的控制结构有所不同，但是，显示屏的显示扫描电路基本相同。双基色LED显示屏的显示扫描电路如图1所示。在图1中，IC1、IC2是数据锁存器电路74HC595，分别锁存红色、绿色数据，它们的性能是：①串行输入8位并行输出；②数据锁存、数据清除功能；③输出具有比较强的驱动能力。电阻RPB1、RPB2是限流电阻，根据颜色和模块的亮度来选择他们的数值。ML1是双色LED显示模块，共有8行×8列＝64个LED，其中，8个引脚是红色信号输入端，8个引脚是绿色信号输入端，8个引脚是行控制输入端，共有24个引脚。三极管 Q0，Q2，…Q7是行选通、驱动作用。IC3是3－8地址译码电路74HC138，8个选通输出端分别控制相应的行。图中电路是显示屏的原理电路，其数据传送方式是数据传送与行信号异步进行：首先，同时传送8位红、绿颜色数据到电路IC1、IC2并将数据锁存，然后再传送行控制信号点亮一行LED，接下来重复上述操作，只是行信号移至下一行，依次到第八行为止，即是一次完整的扫描过程。 显示扫描电路板的设计要求具有比较低的生产成本，因此，许多企业都设计成双面电路板，这样可以节省约三分之一的电路板成本。在显示模块的相应尺寸范围内，要安放上图中的全部元器件，其对应的双层印刷电路板编制具有较大难度，所以IC1电路特别适合点阵扫描原理的LED显示模块的驱动。显示扫描电路都是采用串行方式传送数据，这样既可以节省电路板的位置，又适合显示屏与计算机之间的数据传送。 3 工作状态分析 显示扫描电路的原理是动态扫描方式，不能静态测量其工作电流，因此，要计算出工作电流，就要分析动态参数。图２是一个LED的工作电路图。电路中Q8是驱动电路，正端接电源，控制端接74HC138的输出，输出端接LED发光二极管Ｄ，与限流电阻连接，电阻接74HC595的数据输出端。LED的点亮方式是：控制74HC138的片选信号无效，为不选通，之后74HC595输出电平，低电平为点亮信号，再选通74HC138，控制输出选通信号，此时，有电流I0从Q8输出，流过D、R1后，进入74HC595的数据输出端。 在图中，V ab是加在LED上的电压，红、绿色高亮度发光二极管的压降均约2～3V，Vbc是加在限流电阻两端上的电压，通过调节限流电阻的数值，就可以改变电路的工作电流I0，当电阻R1＝0时，电路依靠74HC595的输出有源电阻作为限流电阻。 在扫描电路中可以看出，电路结构比较简单，合理地调整各个部分工作参数就能够使电路工作在最佳状态。在选择电路时，还要准确掌握各个公司电路的性能，以及之间的技术参数的差别。不同型号的器件技术参数也有所区别，表1是74H C595的技术参数，表中给出了Texas Instru-ments,ST,Philips公司的74HC595的技术参数。在表中可以看出不同的公司生产的电路略有不同，因此，一块显示屏尽量要使用同一公司的电路器件，以免由于参数的差别影响显示屏的显示效果。 在表1中，Iik为输入尖峰脉冲电流，Iok为输出尖峰脉冲电流，I0为连续输出电流，Vcc为最高供电电压，f max表示在25℃时的最大工作频率（随着负载电容的不同，工作频率也不同），ta为工作温度。表中元件SN74HC595、M74HC595、74HC595对应公司是Texas Instryments，ST，Philips。 4 亮度和颜色的调整 4.1 亮度和颜色的调整 制造大屏幕时，首先要按照亮度指标选择LED或者显示模块，其次是根据选择的产品红、绿、蓝颜色的亮度比来确定哪一种颜色为基准，一般是将亮度比例低的一种作为亮度基准，当基准的一种已经达到最大亮度时，调整另外一种（双色）或两种（全彩）。显示屏幕是双色时，大多数情况下以绿色为基准，调整红色二极管的工作电流。一般是降低工作电流，以平衡颜色黄色为调整标准，这样就要减小整个显示屏幕的亮度。显示屏的颜色调整至最佳平衡状态，则会使屏的亮度降低。如果显示屏幕为了

LCD液晶显示屏工作原理

LCD 液晶显示屏工作原理 一、工作原理和概念术语 1、液晶显示屏的工作原理 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。 （1）、液晶分子的电－光特性（如图2-1所示） （2）、液晶的电光控制特性（如图2-2所示） (a) （光 光控制电压010 9050%液晶显示器的电光特性（常暗模式） 101009050%b ）液晶显示器的电光特性（常亮模式） 液晶显示器的电光控制特性 图中Uth —阈值电压（临界电压）；Usat —饱和电压 透过率透过率控制电压 图2-1液晶的电－光特性图 图2-2 旋光性

（3）、 液晶分子排列状态的改变可实现对光的控制 液晶分子在偏光板间排列成多层，在不同层间， 液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90°，与偏光板的偏振光方向一致的偏振光，垂直射向无外加电场的液晶分子时，入射光将因其偏振方向随液晶分子轴的扭曲而旋转射出。故称为扭曲向列型液晶显示器。 当给液晶层施以某一电压差时，液晶分子会改变它的初始排列状态而不扭转，不改变光的极化方向，因此经过液晶的光会被第二层偏光片吸收而整个结构呈现不透光的状态。 2、概念和术语 （1）、光学的各向异性 液晶的特有性质，改变液晶两端电压，可改变液晶某一方向折射出的光的大小 （2）、偏振片（器） 只能在特定方向上透过光线的器件 （3）、像素、子像素、节距、分辨率(如图2-3所示) （4）、视角 当背光源的入射光通过偏极片、液晶后，输出光便具备了特定的方向特性，假如从一个非常斜的角度观看一个全白的画面，我们可能会看到黑色或是色彩失真。这个效应在某些场合有用，但在大部分的应用上是我们不希望要的。制造商们已经花了很多时间来试图改善液晶显示器的视角特性，有数种广视角技术被提出：IPS(IN-PLANE -SWITCHING 、MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL ALIGNMENT)、TN+FILM 。 这些技术都能把液晶显示器的视角增加到160度，甚至更多，就如同CRT 屏幕的视角特性一样。最大视角的定义是对比值至少能达到10:1的视角(通常有四个方向，上/下/左/右)，如图2-4。 平板显示器的象素结构 绿、蓝三个组成一个像1024 列） 图2-3 平板显示器的像素结构 水平视角 显示器件的视角 图2-4 显示器件的视角

液晶显示器工作原理

液晶显示器工作原理

液晶显示器工作原理 现在市场上的液晶显示器都采用了TFT液晶面板，这种液晶面板的是目前最先进的液晶显示器技术，从结构上看，液晶屏由两片线性偏光器和一层液晶所构成。其中，两片线性偏光器分别位于液晶显示器的内外层，每片只允许透过一个方向的光线，它们放置的方向成90度交叉（水平、垂直），也就是说，如果光线保持一个方向射入，必定只能通过某一片线性偏光器，而无法透过另一片，默认状态下，两片线性偏光器间会维持一定的电压差，滤光片上的薄膜晶体管就会变成一个个的小开关，液晶分子排列方向发生变化，不对射入的光线产生任何影响，液晶显示屏会保持黑色。一旦取消线性偏光器间的电压差，液晶分子会保持其初始状态，将射入光线扭转90度，顺利透过第二片线性偏光器，液晶屏幕就亮起来了。当然这是一个很简单的原理模型，真正的液晶显示器内还有更复杂的电路结构。 红绿蓝三原色大家都知道，当这三种颜色同时混合时就会产生白色，这当然实在三原色强度一样的情况下才能够显示器纯正的白色，这样，从图中我们可以看见液晶面板的每一个像素中都有三种原色，这三种原色如果强度不同变化就可以产生不同的混色效果，这样全屏就有1024×768这样的像素，所以真实分辨率就是1024×768。低端的液晶显示板,各个基色只能表现6位色,即2的6次方=64种颜色.可以很简单的得出,每个独立像素可以表现的最大颜色数是64×64×64=262144种颜色,高端液晶显示板利用FRC技术使得每个基色则可以表现8位色,即2的8次方=256种颜色,则像素能表现的最大颜色数为

256×256×256=16777216种颜色.这种显示板显示的画面色彩更丰富,层次感也好.现在基本上显示器都拥有FRC技术，可以显示器16777216种颜色 什么是TFT-LCD 其中彩色LCD又分为STN和TFT两种屏,其中TFT-LCD是英文Thin Film T ransistor-Liquid Crystal Display的缩写,即薄膜晶体管液晶显示器,也就是大家常说的真彩液晶显示屏,显示效果较好;而DSTN-LCD,即双扫瞄液晶显示器,则是STN-LCD的一种显示 液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变化，而产生色彩。 液晶屏幕后面有一个背光，这个光源先穿过第一层偏光板，再来到液晶体上，而当光线透过液晶体时，就会产生光线的色泽改变，从液晶体射出来的光线，还得必须经过一块彩色滤光片以及第二块偏光板。由于两块偏光板的偏振方向成90度，再加上电压的变化和一些其它的装置，液晶显示器就能显示我们想要的颜色了。 液晶显示有主动式和被动式两种，其实这两种的成像原理大同小异，只是背光源和偏光板的设计和方向有所不同。主动式液晶显示器又使用了fet场效晶体管以及共通电极，这样可以让液晶体在下一次的电压改变前一直保持电位状态。这样主动式液晶显示器就不会产生在被动式液晶显示器中常见的鬼影、或是画面延迟的残像等。现在最流行的主动式液晶屏幕是tft(thin film transistor薄膜晶体管)，被动式液晶屏幕有stn(super tn超扭曲向列lcd)和dstn(double

TFT-LCD液晶显示器的驱动原理

TFT-LCD液晶显示器的驱动原理 LCD显示器在近年逐渐加快了替代CRT显示器的步伐，你打算购买一台LCD吗？你了解LCD吗？液晶显示器和传统的CRT显示器，在其发光的技术原理上有什么不同？传统的CRT 显示器主要是依靠显象管内的电子枪发射的电子束射击显示屏内侧的荧光粉来发光，在显示器内部人造磁场的有意干扰下，电子束会发生一定角度的偏转，扫描目标单元格的荧光粉而显示不同的色彩。而TFT-LCD却是采用“背光（backlight）”原理，使用灯管作为背光光源，通过辅助光学模组和液晶层对光线的控制来达到较为理想的显示效果。 液晶是一种规则性排列的有机化合物，它是一种介于固体和液体之间的物质，目前一般采用的是分子排列最适合用于制造液晶显示器的nematic细柱型液晶。液晶本身并不能构发光，它主要是通过因为电压的更改产生电场而使液晶分子排列产生变化来显示图像。 液晶面板主要是由两块无钠玻璃夹着一个由偏光板、液晶层和彩色滤光片构成的夹层所组成。偏光板、彩色滤光片决定了有多少光可以通过以及生成何种颜色的光线。液晶被灌在两个制作精良的平面之间构成液晶层，这两个平面上列有许多沟槽，单独平面上的沟槽都是平行的，但是这两个平行的平面上的沟槽却是互相垂直的。简单的说就是后面的平面上的沟槽是纵向

排列的话，那么前面的平面就是横向排列的。位于两个平面间液晶分子的排列会形成一个Z轴向90度的逐渐扭曲状态。背光光源即灯管发出的光线通过液晶显示屏背面的背光板和反光膜，产生均匀的背光光线，这些光线通过后层会被液晶进行Z 轴向的扭曲，从而能够通过前层平面。如果给液晶层加电压将会产生一个电场，液晶分子就会重新排列，光线无法扭转从而不能通过前层平面，以此来阻断光线。 LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶(LC)材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。 液晶显示器的缺点在于亮度、画面均匀度、可视角度和反应