CC BY
118Компоненты и технологии, № 1'2005
Архитектура TFT ЖК-панели
для миниатюрных телевизионных приемников
В настоящей статье рассматривается схемотехника TFT-дисплеев, предназначенных для применения в портативных телевизионных приемниках — в них используются столбцовые драйверы с аналоговой формой хранения буфера строки изображения.
Александр Самарин
samar@zelax.ru
F пиксель
F строчная
Цифровые
данные
BTFT-панелях, предназначенных для применения в портативных телевизионных приемниках, может использоваться как цифровой, так и аналоговый видеоинтерфейс. Если применяется аналоговый интерфейс, то на входе схемы управления ЖК-панелью сигналы основных цветов преобразуются в цифровую форму, а затем поступают по внутренней цифровой шине в схемы столбцовых драйверов. Хранение буфера на строку производится в цифровой форме, а на выходе сигналы опять преобразуются в аналоговую форму и подаются на столбцовые электроды. Нарис. 1 показана структура столбцового драйвера с применением ЦАП на выходах.
Однако возможна и другая схема управления TFT ЖК-панелью, при которой не применяется преобразование видеосигналов в цифровую форму. Весь тракт прохождения видеосигналов целиком остается аналоговым.
В портативных телевизионных ЖК-приемниках, производимых в конце 80-х и начале 90-х годов, применялась именно такая схема управления. В пер-
сдвиговый регистр на N разрядов
6...8 бит 6...8 бит 6...8 бит 6...8 бит
ЦАП ЦАП ЦАП ЦАП
Буферные каскады
Рис. 1. Столбцовый драйвер с цифровым входным интерфейсом
Fпиксель
Видеосигнал
сдвиговый регистр на N разрядов
п
п
ГЧ
паразитная емкость
шины столбца ,, ,, ,,
Рис. 2. Простейший столбцовый аналоговый драйвер первого поколения
устройство памяти
п
«ЧН-
вых простейших портативных телевизорах использовалась упрощенная схема столбцового драйвера. Его структура показана на рис. 2.
В качестве аналоговой памяти на строку использовались паразитные емкости столбцовых электродов TFT-матрицы. На рис. 3 показана эквивалентная схема управления TFT-матрицей дисплея.
На рис. 4 показаны временные диаграммы квантования видеосигнала в памяти столбцового драйвера.
В начале развертки строки производится запись «1» в первый разряд цифрового сдвигового регистра. Далее по тактовым сигналам, частота которых соответствует числу пикселей в строке, логическая единица продвигается по разрядам сдвигового регистра. Выходные сигналы сдвигового регистра производят последовательное открывание транзисторных ключей, через которые текущий уровень видеосигнала заряжает емкость памяти. Таким образом, обеспечивается квантование видеосигнала в соответствии с числом пикселей, содержащихся в одной строке. Затем строчным импульсом производится перезапись профиля аналогового сигнала строки в регистр аналоговой TFT-матрицы.
Верхний драйвер столбцов
G1
G2
G3
G4
Драйвер строк
1 1D1 1 |D3
А -^L X
^1 х -^L x
-&L х -^L X
1
D2
1
D4
Нижний драйвер столбцов
Di - шины столбцов (Data)
Gj - шины строк — шины управления затворами (Gate) матричной строки
Рис. 3. Эквивалентная схема управления TFT-матрицей дисплея
Компоненты и технологии, № 1'2005
Уровень видеосигнала
среднеквадратичный уровень напряжения на пикселе
Рис. 4. Временная диаграмма квантования входного видеосигнала в памяти столбцового аналогового регистра
Разделение столбцового драйвера на верхнюю и нижнюю секции позволяет увеличить шаг контактных площадок на ЖК-панели и тем самым упростить процесс монтажа драйверов.
В дальнейшем в структуре столбцового аналогового драйвера были введены устройства аналоговой памяти на строку — устройства выборки и хранения мгновенной амплитуды видеосигнала с буферным выходным каскадом. Введение «честного» устройства памяти на строку позволило улучшить качество изображения на экране ЖК-дисплея.
На рис. 5 показана структура аналогового драйвера столбцов со встроенной памятью на строку и буферными выходными каскадами.
Структура управления ЖК-дисплеем с аналоговым RGB-интерфейсом и аналоговыми столбцовыми драйверами применяется в настоящее время в недорогих ЖК-панелях среднего разрешения, предназначенных для использования, например, в портативных или автомобильных телевизионных приемниках.
ТРТ-экран миниатюрного телевизионного приемника
На рис.6 показан внешний вид портативного телевизионного приемника с цветным ЖК-экраном.
Видеосигнал с выхода декодера не преобразуется в цифровую форму, а через согласующие каскады подается непосредственно на входы столбцовых драйверов. На рис. 7 показан
? строчная сдвиговый регистр на N разрядов
Видеосигнал
^ II ч ч ч , усгаойство памяти ^ л
^ II ’ > ^ Буферные каскады ^
Рис. 5. Принцип работы аналогового столбцового драйвера с буферными каскадами
Компоненты и технологии, № 1'2GG5
1 2 3_________________________________________________________________________________________________________________
959
960
2-я строка
240-я строка
Ш Ш
Формат ТВ экрана 320 (RGB)x240 ІІ
Рис. S. Топология экрана миниатюрного телевизионного приемника
пример структуры TFT-дисплея портативного телевизионного приемника с цветным ЖК-экраном. В качестве драйверов могут использоваться микросхемы фирмы Sharp: столбцовые драйверы LH1684F, строчные — LH1691F.
Входные сигналы RGB поступают через согласующие схемы непосредственно на входы драйверов LH1684F. В приведенном примере схемы для поддержки формата 320(RGB)x240 пикселей используется четыре столбцовых драйвера LH1684F (по 240 выходов) и один строчный LH1691F (на 240 выходов). Для телевизоров, работающих в формате PAL, экран будет отображать в режиме прогрессивной развертки 240 строк изображения. В итоге будет отображаться 480 видимых строк формата PAL с совмещением изображения четных и нечетных кадров. Развертку обеспечивает простенький селектор синхроимпульсов, по которым с помощью ФАПЧ формируются сигналы битовой синхронизации. Уровень черного и белого обеспечивается ручной подстройкой резисторов смещения. На вход каждого столбцового драйвера поступают все три сигнала RGB. Квантование и распределение по аналоговым регистрам всех четырех столбцовых драйверов обеспечивается схемой синхронизации, которая фазирована с сигналом строчной развертки. Смена полярности управляющих сигналов для ЖК-панели производится инверсией видеосигналов в модуле видеоинтерфейса.
Столбцовые драйверы фирмы Sharp для TFT-дисплеев
с аналоговым интерфейсом
Данный тип драйвера предназначен для применения в недорогих телевизионных приемниках, например автомобильных. Информация с выхода радиоканала не преобразуется в цифровую форму, а подается через согласующие каскады непосредственно на входы столбцовых драйверов. Хранение информации на строку выполняется в аналоговой форме на конденсаторных ячейках выборки и хранения (аналоговом регистре).
Основные характеристики драйвера LH1684F:
• Число выходов — 240.
• Частота квантования видеосигнала — до 20 МГц.
• Выходное напряжение 4 В (размах пик-пик).
• Каскадирование микросхем.
В качестве строчного драйвера для работы в паре с данным столбцовым драйвером может использоваться строчный драйвер LH1691F. На рис. 10 показана топология столбцового драйвера на TCP-носителе.
На рис. 12 показана одна ячейка аналоговой памяти, на основе которой формируется регистровый массив для запоминания аналоговой информации одной строки.
Схема работает в конвейерном режиме. На конденсаторах А и В поочередно запоминаются аналоговые уровни напряжения видеосигнала для пикселя смежных строк. Аналоговые ключи на входах обеспечивают поочередное подключение то одного конденсатора ко входу, то второго. Операционный усилитель обеспечивает хранение и повторение сигнала на выходной каскад. На рис. 11 показаны временные диаграммы работы драйверов с привязкой к синхронизации сигналов видео.
Двунаправленный сдвиговый регистр
Схема управления фазами конвейера выборки и хранения
Схема выборки и хранения видеоизображения на строку
Выходные каскады с регулировкой уровней
VCC GND OS1..............OS24D
Рис. 9. Структура столбцового драйвера LH1684F фирмы Sharp с аналоговым интерфейсом
U =? п см г- м і-
US р Р Г
7F, У СО С/5 t/> СО
Незадействованные в рабочем режиме контактные площадки
Рис. 1G. Топология столбцового драйвера на TCP-носителе
-е-
период кадровый следования гасящий реального импульс видеосигнала <-----X----------------►
видеосигналы
SP
период
I___ ___I развертки I ____________I
1—1 одной строки ([) 1—1 о.
период „ развертки . одной строки (j+1
_ГП_
импульс кадровой синхронизации
J L
внутренний дисплейный сигнал кадровой развертки
S1 ___________П__________________________П_
_П_
S240
Л
сигналы «нарезки» видеосигнала по числу столбцов
ОБ1 «о 05240 диаграмма по всем 240 выходам столбцового драйвера
Ш"1_
ли и
AJ
интервалы сохранения I интервалы сохранения интервалы сохранения на выходйх столбцового на выходах столбцового на выходах столбцового драйвера запомненных драйвера запомненных драйвера запомненных
НІ I (|) й+1)
импульс перезаписи строки изображения на столбцах
Рис. 11. Временные диаграммы управления TFT-дисплеем с аналоговым интерфейсом
Есть еще одна особенность применения аналоговых столбцовых драйверов. «Обычные» цифровые столбцовые драйверы, как правило, работают с экраном высокого разрешения, который имеет цветные фильтры с линейчатой топологией. В недорогих телевизионных экранах для портативных телевизионных приемников в основном используется гексагональная топология цветных фильтров. Однако столбцовый драйвер ЬИ1684Р имеет возможность работать с экранами, имеющими различные топологии цветных фильтров. На рис. 13 показан режим распределения видеосигналов по строке для линейной топологии цветных фильтров.
Компоненты и технологии, № 1'2GG5
На рис. 14 показан режим согласования распределения квантованных цветовых сигналов с гексагональной топологией цветных фильтров экрана. Порядок работы синхронизатора-распределителя определяется режимным входом микросхемы.
Можно заметить, что в этом случае выполняется специальное чередование цветов от строки к строке с конкретной привязкой к топологии экрана. ММ
Литература
1. 5V Drive 240 Outputs TFT_LCD Source Driver LH1684F. Specifications. SHARP. 1996.
System A of sample and hold circuits
Видео- Сигнал выборки и запоминания сигнала для канала А А Внутренний конденсатор — элемента аналоговой памяти на строку А
сигнал
Т Сигнал выборки и запоминания сигнала для канала В — Внутренний конденсатор элемента аналоговой — памяти на строку В
System В of sample and hold circuits Рис. 12. Схема выборки ихранения видеосигнала
Операционный усилитель выходного каскада с повторителем
Выходной вывод микросхемы столбцового драйвера
Видеосигналы G R В
000 S S S
1 2 3
/■
Квантованные уровни напряжений для строк изображения
1 rd line 2rd line 3rd line
111
VA VB VC LH1684F
ООО
S S S 238239 240
R G В R В R G В
R G В R В R G В
R G В R В R G В
MODE=«H»
MODE=«H»
MODE=«H»
Рис. 13. Режим распределения видеосигналов по строке для линейной топологии цветных фильтров
Видеосигналы G R В
000 S S S
1 2 3
VA VB VC LH1684F
ООО S S S 238239240
Квантованные уровни напряжений для строк изображения
1 rd line 2rd line 3rd line
R G В R
\\\\
В R G В
// //
R G В R
В R G В
MODE=«H»
\\\\\
R G В R G
/ // //
MODE=«b
В R G В
MODE=«H»
\\\\\
Рис. 14. Режим согласования распределения квантованных цветовых сигналов с топологией дельта цветных фильтров TFT-экрана
