【ＡＶ ＴＦＴ－ＬＣＤ显示驱动的影响行为分析】
摘要：AV TFT-LCD的显示效果和驱动因素密切相关。本文在对AV TFT-LCD的驱动机理论述后，分析研究了VCOM、VGH和VGL、DCLK、 HSYNC和VSYNC、DE等各驱动信号对AV图像显示效果的影响行为，并提出了得到最佳显示效果的解决方案，对TFT-LCD的良好应用具有重要的参考意义与实用价值。
关键词：AV TFT-LCD；驱动机理；影响行为
中图分类号：TN141.9 文献标识码：A
Analysis of Effect of Drive Signal in AV TFT-LCD Display
ZHANG Yong-dong, LIU Xiao-rong, ZHOU Li-hong
( Shenzhen Tianma Microelectronics Co., LTD，Shenzhen 518118, China )
Abstract: Display performance was correlated with drive signal nearly. Drive theory of AV TFT-LCD was introduced. The paper analyzed the effect of drive signal such as VCOM, VGH, VHL, DCLK, HSYNC, and VSYNC in AV TFT-LCD. The resolution of optimized display performance was presented at the same time. The result was valued for application of AV TFT-LCD.
Keywords: AV TFT-LCD; drive theory; effect
1引言
随着多媒体信息时代的发展，人们对人机界面的要求越来越高。做为人机交互的显示界面，TFT-LCD以其丰富的层次感，细腻的画质，广泛用于手机、MP3、MP4、数码相框、GPS、工业控制、游戏机等AV领域。深入分析TFT-LCD的驱动机理和其显示效果的影响行为，可以更好地提升显示界面的性能，以来满足用户越来越高的要求。
本文详细分析了TFT-LCD的驱动机理，在大量总结应用实践的基础上，结合机理分析，给出了达到最佳显示效果的解决方案。
2驱动机理
TFT-LCD的数字驱动信号分为两组：电压信号VGH、VGL、VCOM、VDD（模拟电压）、VCC（数字电压）和时序信号Data、DCLK、VSYNC、HSYNC、DE等。时序控制信号随接口而异，不同的接口有不同的时序控制信号。
常用的PARELLEL RGB接口类型的TFT-LCD的驱动系统框图如1所示。LCD 控制器输出时序控制信号DCLK、HSYNC、VSYNC、DE及显示信息Data，时序控制器把时序控制信号转换为驱动：门驱动和源驱动的驱动信号，驱动Driver在TFT-LCD上显示信息。通过DC/DC提供TFT工作的栅源电压VGH/VGL，通过VCOM电路提供COMMON电极的电压。
3驱动信号的影响分析
PARELLEL RGB接口类型的TFT-LCD的驱动信号构成主要为：电源部分信号VCOM、VGH、VGL，时序控制信号DCLK、HSYNC、VSYNC、DE和数据信号DATA。
3.1VCOM对Flicker和灰阶的影响
采用VCOM交流驱动的TFT-LCD，如果其正周期与负周期加载在液晶上的电压绝对值不相等，那该显示点在正负周期的灰阶就不一致，在正负周期帧切换的时候，就会感觉到该显示点的闪烁，产生Flicker[1]。Flicker的严重程度，与正负周期加载在液晶上的电压差△V和正负周期切换的模式（反转模式）有关。△V 越大，Flicker越严重。
正常情况下，VCOMH-VSOURCEH=VSOURCEL- VCOML，而一旦VCOM波形整体向上或向下偏移，造成VCOMH-VSOURCEH≠VSOURCEL -VCOML,Flicker便产生，如图2所示。不同的显示电压对应不同的灰阶，显示电压的调整对应灰阶亮度变化。若维持中心值不变，使VCOM幅值加大，则与正常情况相比，同样的Source电压，加载在液晶上的电压会变大，如果LCD是常白模式，则LCD的透过率会下降，画面偏黑，反之，VCOM幅值减小，画面偏白。VCOM值偏离严重时，甚至会出现灰阶反转。实际调试中，设定灰阶调试画面，VCOM的中心值和幅值配合调试，找到亮度和对比度的显示最佳点，如图3所示。
3.2VGH/VGL对TFT-LCD亮度和对比度的影响
VGH决定TFT管打开时的充电电流的大小，当0＜VGS≤VT时，处于亚阈值区，电流较小，亮态暗态区分不明显，对比度差。当VT＜VGS≤VDS+VT时，处于饱和区，电流比同VDS下的亚阈值区显著增大，但是，电流随VDS的变化不大，所以，此一区域随VGS的增大，亮态暗态区分趋于明显，对比度显著增大。及至VGS＞VDS+VT，处于线性区，TFT管充分开启，而且充电电流与VDS呈线性关系，各级灰度电压区分达到最佳，对比度达到最佳。在此区域再提高VGH，对对比度的影响不大。
VGL决定TFT管的关态漏电流的大小，当-VT＜VGS＜0时，处于亚阈值区，漏电流较大，导致亮态暗态区分不明显，对比度差。当VGS＜-VT时，由于浮体效应的存在，电流会随VGS的减小而略有增大，但较为平稳，对对比度的影响不大。
通过测试Normally White模式的TFT-LCD，厂商给定的Gate导通/关闭典型值电压是VGH=+15V，VGL=-10V，验证实际的效果。
从图4可以看出，在VGL=-10V的条件下,从VGH=+12V~0V，全黑画面的亮度逐渐增加，并且增加的幅度越来越大，对比度也相应的下降。在VGH=0V的极端驱动条件下，对比度接近1，显示画面灰蒙，并且拖影严重。
结合图5，在VGH=+15V条件下，从-6V到0V，全黑画面的亮度逐渐增加，并且增加的幅度越来越大，对比度也相应的下降。在VGL=0V的极端驱动条件下，对比度接近1，画面有灰蒙竖条。原因主要是VGL偏高，非导通行未正确关断，SOURCE Driver的显示信号加载到显示行。
3.3DCLK对TFT-LCD显示效果的影响
驱动TFT-LCD，要求LCD Driver输出的时序和驱动端时序控制器要求的时序匹配一致。驱动端时序控制器要求DCLK&DATA关系一般如下：
DCLK&DATA关系一：DCLK的下降沿开始Set Up Data，上升沿Latch Data，如图6所示。
图6中，TCLK=DCLK Period，TCL=DCLKLow Time，TCH= DCLK High Time；TDS=Step Up Time，TDH=Hold Time
DCLK&DATA关系二：DCLK的上升沿开始Set Up Data， 下降沿Latch Data，如图7所示。
如果LCD控制器输出的时序和驱动端时序控制器要求的时序不匹配，出现DCLK极性反的问题，就有可能出现数据丢失现象。从显示效果上看，有的表现为个别像素不稳定，有的则表现为显示有残影，有的行反转工作方式的模块相邻行亮度不一致，效果上隔行有图像显示。解决办法是修改DCLK的极性，既可以在LCD控制器端，也可以在时序控制器驱动端修改。
3.4VSYNC 、HSYNC和DE对TFT-LCD显示效果的影响
VSYNC为垂直同步信号，指示新的一帧图像的开始，控制图像垂直方向的位置；HSYNC为水平同步信号，指示新的一行扫描信号的开始，控制图像水平方向的位置；DE为数据输出使能控制。对TFT-LCD显示效果的影响，可以从以下两个方面考虑：
3.4.1.VSYNC 、HSYNC和DE的电平极性
驱动端TCON一般在同步信号VSYNC 、HSYNC边沿（上升沿或下降沿）动作，如果同步信号的电平极性相反，上升沿变下降沿，下降沿变上升沿， TCON解出的时序和显示信息不匹配，造成图像的偏移等问题。对于时序要求比较严的TFT-LCD，还有可能出现其它的显示问题。
DE信号分高电平有效或低电平有效。参考图8，垂直方向V DE和水平方向H DE的有效电平就如开了一个显示窗口，其余为消隐区，显示信息失效。如果TFT-LCD要求的DE信号为高有效，而驱动信号输入DE信号为低有效，TFT-LCD显示黑屏。有TFT-LCDDE信号内部切断，去除DE就可以显示图像。
3.4.2. 同步信号的脉冲宽度\后沿\前沿
同步信号的脉冲宽度\后沿\前沿参数控制显示的消隐区，可以控制有效显示区窗口和图像显示的位置。假设模块扫描方向从上到下、从左到右。结合图8，增大HSYNC的后沿(THB)，图像右移；增大VSYNC的后沿(TVB)，图像下移。前沿主要控制有效显示区。因此实际调试时要结合扫描方向来分析，解决图像显示偏移或部分显示的问题。
4结论
TFT-LCD的显示效果与驱动的电压和时序紧密相关。VCOM的电压偏离中心值将会引起Flicker，对于VCOM交流驱动方式来说，VCOM的幅值还将影响灰阶。而VGH，VGL的电压偏低将会使黑屏亮度增加，从而导致对比度的下降。时序控制信号DCLK、DE、HSYNC、VSYNC控制显示视窗大小，其时序特征和信号极性将控制显示数据的准确性。所以对于TFT-LCD实际应用来说，调试时电压和时序信号的设置必须严格按照TFT-LCD和LCD Driver、TCON的参数合理设置，才能达到最佳的显示效果。
参考文献
[1] 谢崇凯.TFT LCD液晶显示器的驱动原理（一）（二）（三）[C].
[2] 高鸿锦，董友梅.《液晶与平板显示技术》[M].北京:北京邮电大学出版社.2007.省略。