LCD_TFT培訓(xùn)教材

1、2007年08月12日整理課件1 2007年08月12日整理課件2n首先我們來介紹由于首先我們來介紹由于Cs(storage capacitor)儲(chǔ)存電容架構(gòu)不同儲(chǔ)存電容架構(gòu)不同, 所形成不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)的原理所形成不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)的原理. nCs(storage capacitor)儲(chǔ)存電容的架構(gòu)儲(chǔ)存電容的架構(gòu)n 一般最常見的儲(chǔ)存電容架構(gòu)有兩種一般最常見的儲(chǔ)存電容架構(gòu)有兩種, 分別是分別是Cs on gate與與Cs on common這兩種這兩種. 這兩種顧名思義就可以知道這兩種顧名思義就可以知道, 它的主要差它的主要差別就在于儲(chǔ)存電容是利用別就在于儲(chǔ)存電容是利用gate走線或是走線或是c

2、ommon走線來完成的走線來完成的. 在上一篇文章中在上一篇文章中, 我曾提到我曾提到, 儲(chǔ)存電容主要是為了讓充好電的儲(chǔ)存電容主要是為了讓充好電的電壓電壓,能保持到下一次更新畫面的時(shí)候之用能保持到下一次更新畫面的時(shí)候之用. 所以我們就必須所以我們就必須像在像在CMOS的制程之中的制程之中, 利用不同層的走線利用不同層的走線, 來形成平行板電來形成平行板電容容. 而在而在TFT LCD的制程之中的制程之中, 則是利用顯示電極與則是利用顯示電極與gate走線走線或是或是common走線走線,所形成的平行板電容所形成的平行板電容,來制作出儲(chǔ)存電容來制作出儲(chǔ)存電容Cs. 2007年08月12日整理課件

3、3n圖圖1就是這兩種儲(chǔ)存電容架構(gòu)就是這兩種儲(chǔ)存電容架構(gòu), 從圖中我們可以很明顯的知從圖中我們可以很明顯的知道道, Cs on gate由于不必像由于不必像Cs on common一樣一樣, 需要增加一需要增加一條額外的條額外的common走線走線, 所以所以它的開口率它的開口率(Aperture ratio)會(huì)會(huì)比較大比較大. 而開口率的大小而開口率的大小, 是是影響面板的亮度與設(shè)計(jì)的重影響面板的亮度與設(shè)計(jì)的重要因素要因素. 所以現(xiàn)今面板的設(shè)計(jì)所以現(xiàn)今面板的設(shè)計(jì)大多使用大多使用Cs on gate的方式的方式. 2007年08月12日整理課件4圖2的Cs on gate與Cs on commo

4、n的等效電路而gate走線, 顧名思義就是接到每一個(gè)TFT的gate端的走線, 主要就是作為gate driver送出信號(hào), 來打開TFT, 好讓TFT對(duì)顯示電極作充放電的動(dòng)作. 所以當(dāng)下一條gate走線, 送出電壓要打開下一個(gè)TFT時(shí) ,便會(huì)影響到儲(chǔ)存電容上儲(chǔ)存電壓的大小. 2007年08月12日整理課件52007年08月12日整理課件6l 從圖3中我們可以看到整片面板的等效電路, 其中每一個(gè)TFT與Clc跟Cs所并聯(lián)的電容, 代表一個(gè)顯示的點(diǎn). 而一個(gè)基本的顯示單元pixel,則需要三個(gè)這樣顯示的點(diǎn),分別來代表RGB三原色. 2007年08月12日整理課件7n行驅(qū)動(dòng)器控制每行像素點(diǎn)上的行驅(qū)

5、動(dòng)器控制每行像素點(diǎn)上的TFT開關(guān)態(tài)，即提供開關(guān)態(tài)，即提供TFT的的柵掃描電壓，可簡單地開或關(guān)某一行所有的柵掃描電壓，可簡單地開或關(guān)某一行所有的TFT，在這一時(shí)，在這一時(shí)刻，只允許訪問這一行的像素?？?，只允許訪問這一行的像素。n某一列驅(qū)動(dòng)器則控制更新該列像素顏色的明暗程度。某一列驅(qū)動(dòng)器則控制更新該列像素顏色的明暗程度。n為了防止液晶器件老化，在液晶顯示像素上需要加正負(fù)電壓為了防止液晶器件老化，在液晶顯示像素上需要加正負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)。n所謂直接驅(qū)動(dòng)法是指在所謂直接驅(qū)動(dòng)法是指在TFT-LCD的模塊中列驅(qū)動(dòng)器芯片的模塊中列驅(qū)動(dòng)器芯片“直接直接”提供交流電壓且幅度可調(diào)。提供交流電壓且幅度可調(diào)。n其它的

6、驅(qū)動(dòng)方式是依靠系統(tǒng)中附加的芯片提供正負(fù)電壓，列其它的驅(qū)動(dòng)方式是依靠系統(tǒng)中附加的芯片提供正負(fù)電壓，列驅(qū)動(dòng)器僅能使電壓可調(diào)，而需附加芯片驅(qū)動(dòng)公共電極驅(qū)動(dòng)器僅能使電壓可調(diào)，而需附加芯片驅(qū)動(dòng)公共電極(也稱也稱COM電極電極)。2007年08月12日整理課件8n一個(gè)典型的一個(gè)典型的TFT-LCD顯示器件，其顯示像素顯示器件，其顯示像素上的信號(hào)通過行驅(qū)動(dòng)器上的信號(hào)通過行驅(qū)動(dòng)器(Row Driver)和列驅(qū)動(dòng)和列驅(qū)動(dòng)器器(Column Driver)控制，控制，其結(jié)構(gòu)如右圖所示。其結(jié)構(gòu)如右圖所示。n每行和每列的交叉點(diǎn)有每行和每列的交叉點(diǎn)有一個(gè)一個(gè)TFT (Thin Film Transistor)，TFT與

7、一與一個(gè)顯示單元相連接為像個(gè)顯示單元相連接為像素。進(jìn)一步的等效分析素。進(jìn)一步的等效分析如下。如下。 2007年08月12日整理課件92007年08月12日整理課件10如如上上圖所示，圖所示，寫入的電壓由于補(bǔ)償電容寫入的電壓由于補(bǔ)償電容Cs和和像像素等效電素等效電容容CLC的作用，在撤銷寫入后會(huì)自行保持一段時(shí)間，可以的作用，在撤銷寫入后會(huì)自行保持一段時(shí)間，可以設(shè)定保持半幀；下半幀時(shí)，改變一下輸入極性，即可以保設(shè)定保持半幀；下半幀時(shí)，改變一下輸入極性，即可以保證液晶處于交流證液晶處于交流驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。狀態(tài)。當(dāng)當(dāng) TFT晶體管晶體管的開、關(guān)的開、關(guān)比達(dá)到比達(dá)到106 以上時(shí)，則可以滿足液以上時(shí)，則可

8、以滿足液晶晶像像素對(duì)通斷比的要求。素對(duì)通斷比的要求。驅(qū)動(dòng)路數(shù)驅(qū)動(dòng)路數(shù)與與 TFT晶體管特性晶體管特性有關(guān)，而有關(guān)，而與液晶的電光響應(yīng)與液晶的電光響應(yīng)特性無特性無關(guān)關(guān)，這就徹底解決了液晶多，這就徹底解決了液晶多路驅(qū)動(dòng)的路驅(qū)動(dòng)的難難題。題。這種這種驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)方式?jīng)]有半選通波形沒有半選通波形，因此因此也也就沒有交叉效應(yīng)就沒有交叉效應(yīng)以及對(duì)比度下降等缺陷。以及對(duì)比度下降等缺陷。這種這種驅(qū)動(dòng)也驅(qū)動(dòng)也不受響應(yīng)速度的影響，沒有閃爍也沒有拖尾。不受響應(yīng)速度的影響，沒有閃爍也沒有拖尾。2007年08月12日整理課件11n為了得到多灰度多彩色的為了得到多灰度多彩色的TFT-LCD，要求數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器能夠要求數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

9、器能夠產(chǎn)生一系列滿足灰度級(jí)要求的輸出電壓和顯示多灰度的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生一系列滿足灰度級(jí)要求的輸出電壓和顯示多灰度的驅(qū)動(dòng)方法。方法。n而且，對(duì)于高質(zhì)量的顯示，要求驅(qū)動(dòng)不能由于而且，對(duì)于高質(zhì)量的顯示，要求驅(qū)動(dòng)不能由于像像元的串?dāng)_而元的串?dāng)_而引起圖像失真。引起圖像失真。n目前用于目前用于TFT液晶屏，分辨率從液晶屏，分辨率從VGA到到SXGA的有的有4種種反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)方法。n所謂所謂“反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)”方式，就是指加在像素點(diǎn)上的電壓正負(fù)極性是方式，就是指加在像素點(diǎn)上的電壓正負(fù)極性是交替變化的。交替變化的。2007年08月12日整理課件12如如下下圖所示：圖所示：n圖圖(a)是是幀反轉(zhuǎn)方式幀反轉(zhuǎn)方式，如果整個(gè)

10、顯示在第一幀被正電壓刷新，如果整個(gè)顯示在第一幀被正電壓刷新，則第二幀被負(fù)電壓刷新。則第二幀被負(fù)電壓刷新。n圖圖(b)是是行極性反轉(zhuǎn)行極性反轉(zhuǎn)，在一幀圖像內(nèi)，如果奇數(shù)行加正電壓，在一幀圖像內(nèi)，如果奇數(shù)行加正電壓，則偶數(shù)行加負(fù)電壓。在下一幀信號(hào)輸入時(shí)，奇偶行的電壓極則偶數(shù)行加負(fù)電壓。在下一幀信號(hào)輸入時(shí)，奇偶行的電壓極性互換。性互換。n圖圖(c)是是列極性反轉(zhuǎn)列極性反轉(zhuǎn)，極性變換同行反轉(zhuǎn)類似。，極性變換同行反轉(zhuǎn)類似。n圖圖(d)是是點(diǎn)反轉(zhuǎn)方式點(diǎn)反轉(zhuǎn)方式，相鄰像素點(diǎn)的電壓極性相反。，相鄰像素點(diǎn)的電壓極性相反。2007年08月12日整理課件132007年08月12日整理課件14n列反轉(zhuǎn)和點(diǎn)反轉(zhuǎn)在功耗和圖

11、像質(zhì)量方面有較大的改進(jìn)。直接列反轉(zhuǎn)和點(diǎn)反轉(zhuǎn)在功耗和圖像質(zhì)量方面有較大的改進(jìn)。直接驅(qū)動(dòng)法能提供上述所有的驅(qū)動(dòng)法能提供上述所有的4種反轉(zhuǎn)方式，而種反轉(zhuǎn)方式，而Vcom反轉(zhuǎn)方式僅反轉(zhuǎn)方式僅能提供幀反轉(zhuǎn)和行反轉(zhuǎn)。能提供幀反轉(zhuǎn)和行反轉(zhuǎn)。n閃爍是影響閃爍是影響TFT-LCD圖像質(zhì)量的一個(gè)因素。幀反轉(zhuǎn)方式的圖像質(zhì)量的一個(gè)因素。幀反轉(zhuǎn)方式的閃爍是最強(qiáng)的；而點(diǎn)反轉(zhuǎn)方式閃爍是較弱的，圖像質(zhì)量是最閃爍是最強(qiáng)的；而點(diǎn)反轉(zhuǎn)方式閃爍是較弱的，圖像質(zhì)量是最好的。好的。n交叉串?dāng)_是影響圖像質(zhì)量的另一因素。交叉串?dāng)_是由于相鄰交叉串?dāng)_是影響圖像質(zhì)量的另一因素。交叉串?dāng)_是由于相鄰像素具有相似電壓極性而引起的誤顯示。像素具有相似電壓

12、極性而引起的誤顯示。n相鄰像素使用不同的極性反轉(zhuǎn)方式有助于消除交叉串?dāng)_。直相鄰像素使用不同的極性反轉(zhuǎn)方式有助于消除交叉串?dāng)_。直接驅(qū)動(dòng)法的反轉(zhuǎn)方式能消除在行方向和列方向的交叉串?dāng)_。接驅(qū)動(dòng)法的反轉(zhuǎn)方式能消除在行方向和列方向的交叉串?dāng)_。2007年08月12日整理課件15nTFT尋址的矩陣液晶顯示屏及其外圍電路的等效電路圖。尋址的矩陣液晶顯示屏及其外圍電路的等效電路圖。n圖中包括三個(gè)部分：圖中包括三個(gè)部分：TFT尋址矩陣液晶屏尋址矩陣液晶屏；掃描電極母線驅(qū)動(dòng)電掃描電極母線驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)電極母線驅(qū)路和信號(hào)電極母線驅(qū)動(dòng)電路。動(dòng)電路。n顯示屏有顯示屏有M條信號(hào)電條信號(hào)電極母線和極母線和N條掃描電條掃描電極母

13、線。極母線。2007年08月12日整理課件16n如圖所示。如圖所示。掃描電極母線（圖的左部）驅(qū)動(dòng)電路是由水平移掃描電極母線（圖的左部）驅(qū)動(dòng)電路是由水平移位寄存器和掃描驅(qū)動(dòng)器組成。位寄存器和掃描驅(qū)動(dòng)器組成。n水平移位寄存器是一個(gè)兩相輸入的水平移位寄存器是一個(gè)兩相輸入的N位移位寄存器，它與水位移位寄存器，它與水平移位脈沖同步，依次掃描第一行到最后行（第平移位脈沖同步，依次掃描第一行到最后行（第N行）。行）。n移位寄存器中一對(duì)移位寄存器中一對(duì)TFT中的一個(gè)，例如中的一個(gè)，例如TFTiA截止，則另一截止，則另一個(gè)即個(gè)即TFTiB就導(dǎo)通，這時(shí)源電壓就導(dǎo)通，這時(shí)源電壓V0將加到正被選取的掃描電極將加到正被

14、選取的掃描電極母線上，即第母線上，即第i條掃描電極母線。條掃描電極母線。nTFTij的柵極與第的柵極與第i條掃描電報(bào)母線直接相連，于是條掃描電報(bào)母線直接相連，于是TFTij（j=1M）導(dǎo)通。因?yàn)槭侵鹦袙呙?，所以其它的掃描電極母）導(dǎo)通。因?yàn)槭侵鹦袙呙?，所以其它的掃描電極母線皆為地電位。除線皆為地電位。除TFTij以外的所有以外的所有TFT皆截止。皆截止。2007年08月12日整理課件17n如圖所示。如圖所示。信號(hào)電極母線（圖的上部）驅(qū)動(dòng)電路包括垂直移信號(hào)電極母線（圖的上部）驅(qū)動(dòng)電路包括垂直移位寄存器、行存貯器、行開關(guān)和信號(hào)驅(qū)動(dòng)器幾個(gè)部分。位寄存器、行存貯器、行開關(guān)和信號(hào)驅(qū)動(dòng)器幾個(gè)部分。n垂直移位

15、寄存器是一個(gè)兩相輸入的垂直移位寄存器是一個(gè)兩相輸入的M位移位寄存器，寄存器位移位寄存器，寄存器中只有一位上產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，中只有一位上產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，所以所以只有取樣晶體管導(dǎo)通。只有取樣晶體管導(dǎo)通。n行存貯器由行存貯器由M個(gè)信號(hào)取樣晶體管個(gè)信號(hào)取樣晶體管TFTj和相應(yīng)的和相應(yīng)的M個(gè)行存貯電個(gè)行存貯電容容Cj組成。這些組成。這些TFTj的漏極與圖像信號(hào)相連。的漏極與圖像信號(hào)相連。n工作時(shí)，圖像信號(hào)同時(shí)加在行存貯器的所有信號(hào)取樣晶體管工作時(shí)，圖像信號(hào)同時(shí)加在行存貯器的所有信號(hào)取樣晶體管TFTj的源極上。的源極上。TFTj將從左到右順序?qū)?。于是輸入的圖像將從左到右順序?qū)?。于是輸入的圖像信號(hào)將按一

16、定的時(shí)間間隔被取樣。信號(hào)將按一定的時(shí)間間隔被取樣。n結(jié)果，串行的圖像信號(hào)變換成并行的模擬信號(hào)而存貯在行存結(jié)果，串行的圖像信號(hào)變換成并行的模擬信號(hào)而存貯在行存貯器內(nèi)的行存貯電容貯器內(nèi)的行存貯電容Cj上了（上了（ j=1M ）。）。2007年08月12日整理課件18n如圖所示。如圖所示。當(dāng)與一掃描行對(duì)應(yīng)的圖像信號(hào)存貯以后，由行開當(dāng)與一掃描行對(duì)應(yīng)的圖像信號(hào)存貯以后，由行開關(guān)脈沖關(guān)脈沖SL同步，使所有的行開關(guān)晶體管同步，使所有的行開關(guān)晶體管TFTLj（j=1M）導(dǎo)通，）導(dǎo)通，存貯電容存貯電容Cj（j=1M）開始放電。）開始放電。n這個(gè)操作是在行回掃時(shí)間內(nèi)完成的。行開關(guān)脈沖這個(gè)操作是在行回掃時(shí)間內(nèi)完成的

17、。行開關(guān)脈沖SL直接反饋直接反饋到行開關(guān)晶體管到行開關(guān)晶體管TFTLj（j=1M）的柵極上。）的柵極上。n當(dāng)行存貯電容當(dāng)行存貯電容Cj放電時(shí)，第放電時(shí)，第j列上只有位于被選取行上的液晶列上只有位于被選取行上的液晶像素電容像素電容Cij被充電，而電荷將在存貯電容被充電，而電荷將在存貯電容Cj和像素電容和像素電容Cij之之間分配。間分配。n綜上所述，隨時(shí)間變化的模擬圖像信號(hào)將變換為綜上所述，隨時(shí)間變化的模擬圖像信號(hào)將變換為M位被取樣位被取樣的不連續(xù)的的不連續(xù)的N行信號(hào)，行信號(hào)，N行這樣的信號(hào)依次傳輸?shù)骄仃囈壕列羞@樣的信號(hào)依次傳輸?shù)骄仃囈壕恋牡腘M個(gè)像素上，從而構(gòu)成一幀圖像。個(gè)像素上，從而構(gòu)成一

18、幀圖像。2007年08月12日整理課件19TFT-LCD器件參數(shù)必須滿足一些條件。器件參數(shù)必須滿足一些條件。行存貯電容的選擇：行存貯電容的選擇：n行存貯電容行存貯電容Cj必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于像素電容必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于像素電容Cij，必須滿足不等式：，必須滿足不等式：CijCj。若若Cij=1pF，Cj必須大于必須大于10pF。信號(hào)取樣信號(hào)取樣TFT導(dǎo)通電阻的選擇導(dǎo)通電阻的選擇：n為使行存貯電容的充電過程在相應(yīng)的信號(hào)取樣為使行存貯電容的充電過程在相應(yīng)的信號(hào)取樣TFT被尋址的被尋址的短暫時(shí)間內(nèi)完成，信號(hào)取樣短暫時(shí)間內(nèi)完成，信號(hào)取樣TFT的導(dǎo)通電阻的導(dǎo)通電阻Ron必須非常小。必須非常小。TFT開關(guān)比的選擇開關(guān)比的

19、選擇：n在良好的在良好的TFT-LCD中，器件的開關(guān)比都至少要大于中，器件的開關(guān)比都至少要大于106。2007年08月12日整理課件20nTFT-LCD模塊的子系統(tǒng)有數(shù)字接口、顯示控制器、列與門顯模塊的子系統(tǒng)有數(shù)字接口、顯示控制器、列與門顯示驅(qū)動(dòng)器和電源等幾大部分。示驅(qū)動(dòng)器和電源等幾大部分。n早先，象素規(guī)格達(dá)早先，象素規(guī)格達(dá)SVGA（800600）的場(chǎng)合，主要使用的場(chǎng)合，主要使用TTL接口，對(duì)于接口，對(duì)于40MHz的象素時(shí)鐘，電磁干擾仍符合國際標(biāo)的象素時(shí)鐘，電磁干擾仍符合國際標(biāo)準(zhǔn)。準(zhǔn)。n然而當(dāng)顯示分辨率增加到然而當(dāng)顯示分辨率增加到XGA級(jí)且相應(yīng)的時(shí)鐘速率達(dá)到級(jí)且相應(yīng)的時(shí)鐘速率達(dá)到65MHz時(shí)，

20、時(shí)，TTL接口對(duì)電磁干擾和功耗就會(huì)變得難以處理。接口對(duì)電磁干擾和功耗就會(huì)變得難以處理。因此因此LVDS已成為現(xiàn)今用于已成為現(xiàn)今用于筆記本個(gè)人電腦（筆記本個(gè)人電腦（NPC）平臺(tái)）平臺(tái)技術(shù)技術(shù)的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口。的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口。2007年08月12日整理課件21參考：參考：SXGA TFT-LCD驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，微電子學(xué)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，微電子學(xué)，2000年，年，第第30卷，第卷，第4期期。n低壓差分信號(hào)（低壓差分信號(hào)（LVDS）接口就成了圖象子系統(tǒng)和接口就成了圖象子系統(tǒng)和LCD模塊模塊之間占據(jù)優(yōu)勢(shì)的數(shù)字接口。之間占據(jù)優(yōu)勢(shì)的數(shù)字接口。LVDS（專用專用IC由：由：National：DS90C031和和DS90C031）提供了一個(gè)低電源低電磁干擾接口，）提供了一個(gè)低電源低電磁干擾接口，并