引言

一些面板由于設(shè)計和工藝等原因，存在著液晶分子特性易遭破壞等問題，所以在設(shè)計驅(qū)動液晶面板的驅(qū)動電路時需要增加特殊的功能電路，來實現(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題。

1系統(tǒng)總體框圖

本設(shè)計系統(tǒng)的基本單元由時序控制器(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。時序控制器是驅(qū)動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)動器和源極驅(qū)動器提供必要的時序控制信號。它將接收前端送過來的LVDS(LowVoltageDifferentialSignaling,低壓差分信號)信號轉(zhuǎn)化為MINI-LVDS信號，通過輸出相應(yīng)的時序控制信號來驅(qū)動液晶面板，使每一個像素點顯示對應(yīng)的像素電壓。微控制器在本系統(tǒng)中起到計數(shù)控制作用，它通過計數(shù)T-CON送過來的相應(yīng)的控制信號，來實現(xiàn)pOL翻轉(zhuǎn)信號翻轉(zhuǎn)的時序控制。極性保護(hù)電路在本設(shè)計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)信號不正常輸出給液晶面板的情況下，通過控制STV信號而使驅(qū)動液晶面板的信號沒有輸出，以達(dá)到防止屏在很短的時間內(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

2.1時序控制器及輸出波形介紹

時序控制器輸出的四個主要控制信號分別為STV、CpV、Tp、pOL信號，如圖2所示。STV信號是一幀圖像的起始信號;CpV信號是T-CON輸出給柵極驅(qū)動器的時鐘信號，通過移位寄存器后依序輸出給每一行的薄膜晶體管(thinfilmtransistor,TFT)，來控制TFT的開啟與關(guān)閉;Tp信號為T-CON輸出給源極驅(qū)動器的數(shù)據(jù)源行鎖存信號，當(dāng)某一行的TFT開啟時，源極驅(qū)動器將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出給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信號為控制像素電壓的極性翻轉(zhuǎn)信號，本設(shè)計采用的是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信號的頻率，同時也相應(yīng)地降低了源極驅(qū)動器的功耗和溫度。在一幀圖像到來之前，pOL信號會根據(jù)已經(jīng)設(shè)定的極性翻轉(zhuǎn)方式來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是這幾個控制信號的時序關(guān)系圖，由圖中可以看出，pOL翻轉(zhuǎn)信號發(fā)生在上一幀的BLANK區(qū)域(無效數(shù)據(jù)區(qū)域)，在下一幀的STV來臨之前已經(jīng)翻轉(zhuǎn)完畢，距離STV上升沿有23.6μs的時間，也就是說某一幀的像素電壓的極性在這一幀起始的時候已經(jīng)設(shè)定好了。在這一幀圖像要傳輸數(shù)據(jù)時，首先STV信號來一個脈沖寬度為21μs的高電平，后延遲4.8μs的時間CpV開始動作，將第一行的所有TFT打開，再延遲4.4μs的時間第一個Tp開始動作，Tp上升沿將數(shù)據(jù)鎖存，Tp高電平的時間為2μs,在下降沿的時刻將第一行的數(shù)據(jù)輸出給TFT的源極端來顯示第一行的數(shù)據(jù)。依照此時序關(guān)系，待這一幀數(shù)據(jù)全部顯示完需要768個Tp信號，60Hz面板前端設(shè)定的Tp數(shù)為789個，從769到789個Tp這段時間為BLANK區(qū)域，該時間里的Tp都為無效的Tp,也就是說這段時間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)DATA送入。

2.2MCU及反轉(zhuǎn)機(jī)制

本設(shè)計中采用8位C-MOS閃存單片機(jī)，該單片機(jī)有5個I/O口，分別為Gp0、Gp1、Gp2、Gp4、Gp5,以及一個僅用作輸入用的接口Gp3,通過單片機(jī)編程可以實現(xiàn)pOL信號的翻轉(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,信號輸入端分別接一個100Ω的電阻作為MCUI/O口的保護(hù)電阻。

T-CON送出來的Tp、pOL_IN、STV信號作為輸入信號，分別輸入到MCU的2、3、4引腳作為計數(shù)信號，當(dāng)MCU正常工作時設(shè)定5腳輸出為低電平，6腳是經(jīng)過反轉(zhuǎn)后的pOL輸出信號。為了在每隔28s的時間內(nèi)能夠觸發(fā)到pOL翻轉(zhuǎn)信號，所以設(shè)定一個觸發(fā)電平，當(dāng)28s反轉(zhuǎn)的時刻，該電平會發(fā)生由高到底或由低到高的電平翻轉(zhuǎn)，易于觸發(fā)。實現(xiàn)28s翻轉(zhuǎn)的機(jī)制是通過MCU計數(shù)STV和Tp個數(shù)來實現(xiàn)的，以60Hz來說，1s是60幀圖面，一幀圖像有一個STV,所以28s的時間有28×60=1,680個STV信號，計數(shù)的機(jī)制就是通過MCU計數(shù)1,679個STV后，然后計數(shù)780個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)束的時刻要落在當(dāng)前圖像幀有效的數(shù)據(jù)源行鎖存信號結(jié)束之后，以及下一圖像幀的起始信號之前。

如圖4所示，1為觸發(fā)電平，2為pOL翻轉(zhuǎn)后的信號，3為STV信號，4為Tp信號，從圖中可以看出，pOL翻轉(zhuǎn)脈沖結(jié)束時刻確實發(fā)生在下一幀的STV信號來之前，這個翻轉(zhuǎn)脈沖的寬度大約是150μs,MCU從檢測到第1,679個STV和780個Tp信號后計數(shù)到pOL信號反轉(zhuǎn)，由于MCU尋址語句的執(zhí)行需要3個Tp的時間，所以在翻轉(zhuǎn)脈沖來之前有3個Tp的時間。由圖中可以看出，pOL翻轉(zhuǎn)前后的電平是一樣的，正常情況時下一幀pOL信號應(yīng)該是高電平，但是圖中經(jīng)過反轉(zhuǎn)后pOL仍然是低電平，也就是說pOL經(jīng)過了一個電平的翻轉(zhuǎn)后將pOL_OUT信號與pOL_IN信號反向輸出，實現(xiàn)了每隔28s的時間將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，2為pOL_OUT信號，3為翻轉(zhuǎn)觸發(fā)電平，常規(guī)的pOL信號是標(biāo)準(zhǔn)高低電平的方波信號，每個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信號進(jìn)行了反轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)脈沖之前28s時間里pOL_OUT信號和pOL_IN信號是同步的，翻轉(zhuǎn)脈沖之后的28s時間里pOL_OUT和pOL_IN是反向的，也就是說每隔28s的時間，MCU將pOL_IN信號做一次反向輸出，這樣做是為了防止pOL極性變換信號的單一變換規(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通過阻值為4.7KΩ的電阻R6與NpN三級管的基極端電連接，并且通過阻值為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阻值為4.7KΩ的電阻R7與電壓端(3.3V)電連接，并且時序控制器輸出的STV信號輸入到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NpN型三極管來控制圖像的起始信號STV信號來達(dá)到保護(hù)液晶屏的目的，當(dāng)MCU正常工作時，編程輸出第5腳為低電平，三極管截止，STV信號只是加了一個上拉電阻到3.3V,增加了STV信號的驅(qū)動電流，不影響信號圖像的正常輸出。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信號被強(qiáng)制拉到地，使畫面沒有輸出，可以保護(hù)液晶屏顯示因為沒有pOL信號的輸出而在很短的時間里發(fā)生極化的現(xiàn)象。

3結(jié)論

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