引言

一些面板由于設(shè)計(jì)和工藝等原因，存在著液晶分子特性易遭破壞等問(wèn)題，所以在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)液晶面板的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)需要增加特殊的功能電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)液晶分子偏轉(zhuǎn)方向的控制。本文介紹了一種控制液晶顯示器像素電壓的極性變換的方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中由于極性變換信號(hào)的單一極性變換規(guī)律使得液晶分子的特性容易遭到破壞的問(wèn)題。

1系統(tǒng)總體框圖

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本單元由時(shí)序控制器(T-CON)、微控制單元(MCU)、極性保護(hù)電路、液晶面板構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。時(shí)序控制器是驅(qū)動(dòng)液晶面板的核心器件，它的主要功能是為TFT-LCD面板中的柵極驅(qū)動(dòng)器和源極驅(qū)動(dòng)器提供必要的時(shí)序控制信號(hào)。它將接收前端送過(guò)來(lái)的LVDS(LowVoltageDifferentialSignaling,低壓差分信號(hào))信號(hào)轉(zhuǎn)化為MINI-LVDS信號(hào)，通過(guò)輸出相應(yīng)的時(shí)序控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶面板，使每一個(gè)像素點(diǎn)顯示對(duì)應(yīng)的像素電壓。微控制器在本系統(tǒng)中起到計(jì)數(shù)控制作用，它通過(guò)計(jì)數(shù)T-CON送過(guò)來(lái)的相應(yīng)的控制信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)pOL翻轉(zhuǎn)信號(hào)翻轉(zhuǎn)的時(shí)序控制。極性保護(hù)電路在本設(shè)計(jì)中的主要功能是考慮到如果MCU不正常工作而導(dǎo)致pOL翻轉(zhuǎn)信號(hào)不正常輸出給液晶面板的情況下，通過(guò)控制STV信號(hào)而使驅(qū)動(dòng)液晶面板的信號(hào)沒(méi)有輸出，以達(dá)到防止屏在很短的時(shí)間內(nèi)極化的作用。系統(tǒng)中還包括電源管理芯片，其主要作用是給T-CON、MCU和保護(hù)電路提供正常工作所需的電源電壓，電源管理單元使用的芯片是DC/DC芯片和LDO(LowDropoutRegulator,低壓差線性穩(wěn)壓器)轉(zhuǎn)換，DC/DC芯片將輸入的12V電壓經(jīng)過(guò)BUCK電路(降壓式變換電路)轉(zhuǎn)換成3.3V,LDO將3.3V電壓線性轉(zhuǎn)換為1.8V電壓。

2整體設(shè)計(jì)

2.1時(shí)序控制器及輸出波形介紹

時(shí)序控制器輸出的四個(gè)主要控制信號(hào)分別為STV、CpV、Tp、pOL信號(hào)，如圖2所示。STV信號(hào)是一幀圖像的起始信號(hào);CpV信號(hào)是T-CON輸出給柵極驅(qū)動(dòng)器的時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)移位寄存器后依序輸出給每一行的薄膜晶體管(thinfilmtransistor,TFT)，來(lái)控制TFT的開(kāi)啟與關(guān)閉;Tp信號(hào)為T-CON輸出給源極驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)源行鎖存信號(hào)，當(dāng)某一行的TFT開(kāi)啟時(shí)，源極驅(qū)動(dòng)器將輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出給TFT的源極端，Tp上升沿鎖存數(shù)據(jù)，下降沿輸出數(shù)據(jù);pOL信號(hào)為控制像素電壓的極性翻轉(zhuǎn)信號(hào)，本設(shè)計(jì)采用的是ZINVERSION的極性反轉(zhuǎn)方式，由于特殊的面板架構(gòu)(即相鄰兩列相同極性的像素點(diǎn)都是連在一起的)，使它的極性反轉(zhuǎn)頻率等于幀頻，這樣可以大大降低pOL信號(hào)的頻率，同時(shí)也相應(yīng)地降低了源極驅(qū)動(dòng)器的功耗和溫度。在一幀圖像到來(lái)之前，pOL信號(hào)會(huì)根據(jù)已經(jīng)設(shè)定的極性翻轉(zhuǎn)方式來(lái)控制這一幀圖像像素電壓的極性。以60Hz1,366×768分辨率的液晶面板為例，圖2是這幾個(gè)控制信號(hào)的時(shí)序關(guān)系圖，由圖中可以看出，pOL翻轉(zhuǎn)信號(hào)發(fā)生在上一幀的BLANK區(qū)域(無(wú)效數(shù)據(jù)區(qū)域)，在下一幀的STV來(lái)臨之前已經(jīng)翻轉(zhuǎn)完畢，距離STV上升沿有23.6μs的時(shí)間，也就是說(shuō)某一幀的像素電壓的極性在這一幀起始的時(shí)候已經(jīng)設(shè)定好了。在這一幀圖像要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，首先STV信號(hào)來(lái)一個(gè)脈沖寬度為21μs的高電平，后延遲4.8μs的時(shí)間CpV開(kāi)始動(dòng)作，將第一行的所有TFT打開(kāi)，再延遲4.4μs的時(shí)間第一個(gè)Tp開(kāi)始動(dòng)作，Tp上升沿將數(shù)據(jù)鎖存，Tp高電平的時(shí)間為2μs,在下降沿的時(shí)刻將第一行的數(shù)據(jù)輸出給TFT的源極端來(lái)顯示第一行的數(shù)據(jù)。依照此時(shí)序關(guān)系，待這一幀數(shù)據(jù)全部顯示完需要768個(gè)Tp信號(hào)，60Hz面板前端設(shè)定的Tp數(shù)為789個(gè)，從769到789個(gè)Tp這段時(shí)間為BLANK區(qū)域，該時(shí)間里的Tp都為無(wú)效的Tp,也就是說(shuō)這段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)DATA送入。

2.2MCU及反轉(zhuǎn)機(jī)制

本設(shè)計(jì)中采用8位C-MOS閃存單片機(jī)，該單片機(jī)有5個(gè)I/O口，分別為Gp0、Gp1、Gp2、Gp4、Gp5,以及一個(gè)僅用作輸入用的接口Gp3,通過(guò)單片機(jī)編程可以實(shí)現(xiàn)pOL信號(hào)的翻轉(zhuǎn)。

MCU管腳定義分別為1-VDD、2-Tp、3-pOL_IN、4-STV、5-默認(rèn)低電平、6-pOL_OUT、7-28s翻轉(zhuǎn)觸發(fā)電平、8-VSS,信號(hào)輸入端分別接一個(gè)100Ω的電阻作為MCUI/O口的保護(hù)電阻。

T-CON送出來(lái)的Tp、pOL_IN、STV信號(hào)作為輸入信號(hào)，分別輸入到MCU的2、3、4引腳作為計(jì)數(shù)信號(hào)，當(dāng)MCU正常工作時(shí)設(shè)定5腳輸出為低電平，6腳是經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)后的pOL輸出信號(hào)。為了在每隔28s的時(shí)間內(nèi)能夠觸發(fā)到pOL翻轉(zhuǎn)信號(hào)，所以設(shè)定一個(gè)觸發(fā)電平，當(dāng)28s反轉(zhuǎn)的時(shí)刻，該電平會(huì)發(fā)生由高到底或由低到高的電平翻轉(zhuǎn)，易于觸發(fā)。實(shí)現(xiàn)28s翻轉(zhuǎn)的機(jī)制是通過(guò)MCU計(jì)數(shù)STV和Tp個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以60Hz來(lái)說(shuō)，1s是60幀圖面，一幀圖像有一個(gè)STV,所以28s的時(shí)間有28×60=1,680個(gè)STV信號(hào)，計(jì)數(shù)的機(jī)制就是通過(guò)MCU計(jì)數(shù)1,679個(gè)STV后，然后計(jì)數(shù)780個(gè)Tp后將pOL翻轉(zhuǎn)。由于MCU的指令周期，所以需要限定pOL反轉(zhuǎn)結(jié)束的時(shí)刻要落在當(dāng)前圖像幀有效的數(shù)據(jù)源行鎖存信號(hào)結(jié)束之后，以及下一圖像幀的起始信號(hào)之前。

如圖4所示，1為觸發(fā)電平，2為pOL翻轉(zhuǎn)后的信號(hào)，3為STV信號(hào)，4為Tp信號(hào)，從圖中可以看出，pOL翻轉(zhuǎn)脈沖結(jié)束時(shí)刻確實(shí)發(fā)生在下一幀的STV信號(hào)來(lái)之前，這個(gè)翻轉(zhuǎn)脈沖的寬度大約是150μs,MCU從檢測(cè)到第1,679個(gè)STV和780個(gè)Tp信號(hào)后計(jì)數(shù)到pOL信號(hào)反轉(zhuǎn)，由于MCU尋址語(yǔ)句的執(zhí)行需要3個(gè)Tp的時(shí)間，所以在翻轉(zhuǎn)脈沖來(lái)之前有3個(gè)Tp的時(shí)間。由圖中可以看出，pOL翻轉(zhuǎn)前后的電平是一樣的，正常情況時(shí)下一幀pOL信號(hào)應(yīng)該是高電平，但是圖中經(jīng)過(guò)反轉(zhuǎn)后pOL仍然是低電平，也就是說(shuō)pOL經(jīng)過(guò)了一個(gè)電平的翻轉(zhuǎn)后將pOL_OUT信號(hào)與pOL_IN信號(hào)反向輸出，實(shí)現(xiàn)了每隔28s的時(shí)間將pOL_OUT與pOL_IN做一次反向輸出的功能。

2.3pOL_IN與pOL_OUT波形

如圖5所示，1為pOL_IN信號(hào)，2為pOL_OUT信號(hào)，3為翻轉(zhuǎn)觸發(fā)電平，常規(guī)的pOL信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)高低電平的方波信號(hào)，每個(gè)高低電平分別控制一幀圖像的像素電壓極性，高電平和低電平的圖像幀像素電壓極性不同。從圖中可以看出，MCU將輸入的pOL_IN信號(hào)進(jìn)行了反轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)脈沖之前28s時(shí)間里pOL_OUT信號(hào)和pOL_IN信號(hào)是同步的，翻轉(zhuǎn)脈沖之后的28s時(shí)間里pOL_OUT和pOL_IN是反向的，也就是說(shuō)每隔28s的時(shí)間，MCU將pOL_IN信號(hào)做一次反向輸出，這樣做是為了防止pOL極性變換信號(hào)的單一變換規(guī)律而導(dǎo)致液晶分子的特性遭到破壞發(fā)生極化現(xiàn)象。

2.4保護(hù)電路工作原理

極性保護(hù)單元的電路結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，單片機(jī)的引腳5通過(guò)阻值為4.7KΩ的電阻R6與NpN三級(jí)管的基極端電連接，并且通過(guò)阻值為4.7KΩ的電阻R5與電壓端(3.3V)電連接。NpN三極管的集電極端通過(guò)阻值為4.7KΩ的電阻R7與電壓端(3.3V)電連接，并且時(shí)序控制器輸出的STV信號(hào)輸入到NpN三極管的集電極端。

NpN三極管的發(fā)射極接地。保護(hù)電路工作的原理是利用一個(gè)NpN型三極管來(lái)控制圖像的起始信號(hào)STV信號(hào)來(lái)達(dá)到保護(hù)液晶屏的目的，當(dāng)MCU正常工作時(shí)，編程輸出第5腳為低電平，三極管截止，STV信號(hào)只是加了一個(gè)上拉電阻到3.3V,增加了STV信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電流，不影響信號(hào)圖像的正常輸出。當(dāng)MCU一旦不正常工作，第5腳默認(rèn)為高阻態(tài)，三極管的基極接兩個(gè)4.7KΩ的電阻到3.3V,三極管基極電壓大于0.7V正常導(dǎo)通，接在集電極端的STV信號(hào)被強(qiáng)制拉到地，使畫面沒(méi)有輸出，可以保護(hù)液晶屏顯示因?yàn)闆](méi)有pOL信號(hào)的輸出而在很短的時(shí)間里發(fā)生極化的現(xiàn)象。

3結(jié)論

應(yīng)用MCU搭建翻轉(zhuǎn)電路實(shí)現(xiàn)了控制液晶分子像素電壓極性的功能，該設(shè)計(jì)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、低成本、低損耗和高效率等優(yōu)點(diǎn)，已成功解決了由于極性控制信號(hào)單一翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的極化問(wèn)題。