Архитектура TFT ЖК-панели для миниатюрных телевизионных приемников

Компоненты 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

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

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