1、第二章操作原理第1頁(yè)，共113頁(yè)。第一節(jié) 極性反轉(zhuǎn)及其必要性1、什么是極性反轉(zhuǎn)2、為什么可以極性反轉(zhuǎn)3、極性反轉(zhuǎn)的必要性4、像素陣列反轉(zhuǎn)的方式第2頁(yè)，共113頁(yè)。1、極性反轉(zhuǎn) 施加在液晶分子上的電場(chǎng)是有方向性的，若在不同的時(shí)間，以相反方向的電場(chǎng)施加在液晶上，即稱為“極性反轉(zhuǎn)”。在大部分的情況下，電極間距為常數(shù)，電場(chǎng)的方向?qū)?yīng)到電位差的正負(fù)號(hào)，因此“極性反轉(zhuǎn)”也意味著：對(duì)液晶施加正負(fù)號(hào)相反的電位差。第3頁(yè)，共113頁(yè)。2、為什么可以極性反轉(zhuǎn) 首先來(lái)看液晶分子在電場(chǎng)中的電偶極力矩的情形，與第一章不同的是電場(chǎng)方向相反，因而電偶極的方向也是相反的，所以所產(chǎn)生的力矩 和 ，卻因負(fù)負(fù)得正而保持原來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)方

2、向，有差別的地方，在于電場(chǎng)方向不同時(shí)，液晶分子上的電子云不同而已，力矩 和 的大小并沒(méi)有改變，因此極性的方向并不會(huì)影響力矩對(duì)液晶分子的作用，所以可以利用“極性反轉(zhuǎn)”的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶而不影響其排列與穿透度，由第一章液晶分子在電場(chǎng)中受到的力凈力矩 可知，液晶分子在電場(chǎng)中的力矩與電場(chǎng)的平方成正比，這個(gè)力矩用來(lái)克服液晶的彈性，以控制其排列方式，進(jìn)而控制穿透度，當(dāng)電場(chǎng)大小固定時(shí)，即使電場(chǎng)的正負(fù)極性改變，液晶分子上的電子云分布可立即反應(yīng)，因此可視為是處在一個(gè)平衡狀態(tài)下。 /2sin2/12/0Enet第4頁(yè)，共113頁(yè)。電場(chǎng)方向相反時(shí)長(zhǎng)軸和短軸方向上的所受的力矩第5頁(yè)，共113頁(yè)。驅(qū)動(dòng)電壓的均方根 當(dāng)電場(chǎng)

3、大小改變時(shí)，受到液晶的彈性與粘滯系數(shù)的影響，液晶的反應(yīng)會(huì)視電場(chǎng)改變頻率而定。在此先討論電場(chǎng)改變頻率很快，液晶來(lái)不及改變其排列方式的情況。 在這樣的情況下，液晶的排列，會(huì)由其所受的力矩在時(shí)間上的平均值來(lái)決定，而力矩與電場(chǎng)的平方成正比。對(duì)力矩作時(shí)間平均，其實(shí)便是對(duì)電場(chǎng)的平方作時(shí)間平均，穿透度直接對(duì)應(yīng)到液晶的排列，電場(chǎng)直接對(duì)應(yīng)到驅(qū)動(dòng)電壓，因此，穿透度與驅(qū)動(dòng)電壓的均方根相關(guān)。 平均力矩 TdttTaverage/0 t其中t為時(shí)間， 為力矩的時(shí)間函數(shù)，而由于力矩與電壓平方成正比，得到的電壓均方根 第6頁(yè)，共113頁(yè)。RMSV的計(jì)算公式 TdttVVTRMS/202 2/120)/(TdttVVTRMS

4、其中 tV為電壓的時(shí)間函數(shù)，T為 tV為例，其均方根值為的變化周期，以下圖 VTTVRMS354. 16/11/12120162/ 12/ 1222222（1）若周期T甚小于液晶的反應(yīng)時(shí)間，以該圖的電壓波形驅(qū)動(dòng)液晶，其分子排列與穿透度，會(huì)以大小1.354V的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶的情況是相同的。第7頁(yè)，共113頁(yè)。3、為什么必須極性反轉(zhuǎn) 既然液晶的驅(qū)動(dòng)與電壓大小有關(guān)，而與其正負(fù)號(hào)無(wú)關(guān)，是否只要用正電壓或負(fù)電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶即可？答案是不行的，必須以“極性反轉(zhuǎn)”的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)，其原因有兩個(gè)方面。（1）配向膜的直流阻絕效應(yīng) 為了控制液晶在未施加電壓時(shí)的排列狀態(tài)，在夾置液晶的基板表面上，涂布一層如聚酰亞胺（PI）

5、的有機(jī)材料薄膜，并以絨毛滾刷或紫外線照射，以在材料上形成溝槽，以強(qiáng)迫將表面上的液晶分子，固定在所需的排列方向上，這層具有溝槽的薄膜，即為取向膜，因此，施加在電極上的電壓，是透過(guò)取向膜才施加在液晶上的，如圖所示，這樣的結(jié)構(gòu)的等效電路可視為是三個(gè)電容的串聯(lián)，而且，取向膜與液晶并非是理想的絕緣體，本身仍會(huì)有一個(gè)高電阻值，因此，完整的等效電路也將串聯(lián)電阻考慮進(jìn)來(lái)。第8頁(yè)，共113頁(yè)?；倦娮韫綖槠渲袨殡娮杪?，d為電流方向AdR/的距離， A為與電流垂直的截面積，與電容一起考慮等效電路，一般而言，取向膜的厚度約為液晶的1/100，相對(duì)介電系數(shù)則差不多，電阻率則約高于液晶的100000倍，因此：LCOL

6、CC100LCOLRR1000我們知道，電容的阻抗 CjZ/1在施加直流電壓 DCV角頻率 的情況下0故電容的阻抗甚大而可以被忽略，所以液晶上的跨壓 LCV幾乎為施加電壓 DCV的兩千分之一。第9頁(yè)，共113頁(yè)。DCDCOLLCOLLCLCVVRRRRV2000/1/也就是說(shuō)，以直流方式驅(qū)動(dòng)液晶，絕大部分的電壓差會(huì)產(chǎn)生在取向膜上，無(wú)法改變液晶分子的排列，因而也不能控制光閥。相反地，在施加交流電壓 的情況下，若頻率很高，電容的阻抗反而會(huì)小于電阻，而可以忽略電阻的效應(yīng)，此時(shí)液晶上所跨的電壓 ，幾乎等于施加電壓ACVACVLCVACACOLLCOLLCVVCjCjCjCjV/1/1/1/1在電壓施加

7、的瞬間之后，取向膜與液晶上的跨壓隨時(shí)間的變化情況，則視電阻電容值而定， 會(huì)以近似指數(shù)的形式趨于0，以一般的液晶而言，其時(shí)間常數(shù)約為200秒，而且，此變化與液晶面積大小無(wú)關(guān)。LCVLCV第10頁(yè)，共113頁(yè)。 由以上的討論，可知液晶不能只以直流驅(qū)動(dòng)，而必須以高于1/200Hz的頻率做交流驅(qū)動(dòng)，在正常的情況下，考慮到液晶與人眼的反應(yīng)時(shí)間，并不會(huì)以這么低的頻率操作，所以并不考慮這個(gè)效應(yīng)，但是，當(dāng)電極并不直接與液晶接觸時(shí)，直流阻絕效應(yīng)便可能發(fā)生，在開(kāi)發(fā)新的陣列或彩色濾光片的制程結(jié)構(gòu)時(shí)，要注意避免這個(gè)效應(yīng)。第11頁(yè)，共113頁(yè)。（2）可移動(dòng)離子與直流殘留 在液晶的制程中，由于無(wú)法將液晶完全純化，不可避免

8、地會(huì)在其中殘留一些可移動(dòng)離子，如圖所示，在施加電壓時(shí)，會(huì)受電極上與其極性相反的電荷吸引而向電極移動(dòng)，施加的極性相反，離子運(yùn)動(dòng)的方向也跟著相反，若是施加電壓的平均值為零，可移動(dòng)離子向兩個(gè)電極的移動(dòng)會(huì)相互抵消，所以凈距離也會(huì)為零，然而，當(dāng)施加電壓的平均值不為零時(shí)，離子會(huì)趨向其中一個(gè)電極運(yùn)動(dòng)，一直移動(dòng)到液晶與取向膜的界面，而被攫取在此界面上，這些被攫取在界面上的帶電離子，會(huì)與另一電極上相反極性的電荷形成內(nèi)部電場(chǎng)，這個(gè)內(nèi)部電場(chǎng)會(huì)與外加電壓形成的電場(chǎng)加成，而一起影響液晶的排列與穿透度，使得T-V曲線改變，即使完全不施加電壓時(shí)，液晶的排列也會(huì)因內(nèi)部電場(chǎng)而變得與原始排列狀態(tài)不同，這樣的情況，即被稱為“直流殘

9、留”。 第12頁(yè)，共113頁(yè)。直流殘留最明顯的效應(yīng)是，以TN型液晶顯示器為例，若以直流電壓驅(qū)動(dòng)，白底部分不需加電壓，黑色圖案部分則需施加電壓，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，施加電壓的黑色部分，離子已被攫取在界面上，而未施加電壓的白色部分，離子并未向界面移動(dòng)，此時(shí)施加相同的電壓，原本期望會(huì)顯示出灰階相同的全灰色畫(huà)面，但黑色部分由于直流殘留的內(nèi)部電場(chǎng)而改變了施加電壓的效果，在灰色畫(huà)面中可以看出之前的畫(huà)面圖案，也可以說(shuō)是前一畫(huà)面留下了殘影，這樣的現(xiàn)象是不希望在顯示器中發(fā)生而要極力去避免的。第13頁(yè)，共113頁(yè)。為了避免直流殘留發(fā)生，必須使施加電壓的平均值為零，第一步便是使驅(qū)動(dòng)電壓要有正極性和負(fù)極性的，也就是極性反

10、轉(zhuǎn)，這是極性反轉(zhuǎn)的第二個(gè)原因。不僅如此，除了要有極性反轉(zhuǎn)之外，還要使正負(fù)極性的平均值相互抵消，換言之，所施加的電壓不能有直流的成分，不管直流的成分是正是負(fù)，都會(huì)造成直流殘留，而且，直流的成分愈大，產(chǎn)生直流殘留的時(shí)間就愈短，效應(yīng)就越明顯，以下圖電壓波形為例，計(jì)算其平均值：第14頁(yè)，共113頁(yè)。 我們知道，液晶上的電壓像素電壓共電極電壓，真正決定液晶排列的是液晶上的跨壓，所以要使施加電壓的平均值為零，有兩種做法，一是改變所有像素施加電壓，以上圖波形為例，可將所有電壓降下0.5V，得到電壓平均值：VVAVERAGE5 . 06/36/121201VVAVERAGE06/5 . 15 . 15 . 1

11、5 . 15 . 05 . 0第15頁(yè)，共113頁(yè)。順便計(jì)算其均方根值： VVRMS2583. 16/ 5 . 96 /5 . 15 . 15 . 15 . 15 . 05 . 02/ 12/ 1222222（2） 比較（1）和（2）式發(fā)現(xiàn)，雖然將所有電壓降下使平均值改變了0.5V，方均根值卻只差了0.096V，比平均值的改變小了5倍，可知方均根的效應(yīng)，有降低電壓絕對(duì)誤差的效果。第二種做法，是改變共電極電壓在上圖波形中，皆是以0V為相對(duì)參考點(diǎn)，若是將共電極電壓參考值由0V改為0.5V，電壓平均值為： VVAVERAGE06/5 . 015 . 025 . 015 . 025 . 005 . 0

12、1其結(jié)果與第一種做法中的平均電壓結(jié)果相同，這就是公共電極電壓補(bǔ)償?shù)挠^念，在以后的章節(jié)中會(huì)進(jìn)一步討論相關(guān)內(nèi)容第16頁(yè)，共113頁(yè)。4、像素陣列反轉(zhuǎn)的方式 如上面所述，每個(gè)像素液晶本身必須以極性反轉(zhuǎn)的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)，但就像素陣列而言，在陣列中的相鄰像素，卻不一定要以相同的極性來(lái)驅(qū)動(dòng)，因此常見(jiàn)的像素陣列極性反轉(zhuǎn)的方式有圖框反轉(zhuǎn)（幀反轉(zhuǎn)），行反轉(zhuǎn)，列反轉(zhuǎn)和點(diǎn)反轉(zhuǎn)等四種。在一個(gè)圖框開(kāi)始寫(xiě)入之前，如果整個(gè)圖框上的像素所儲(chǔ)存的電壓極性都是相同的，即稱為圖框反轉(zhuǎn)；若是同一欄（列）上的像素所儲(chǔ)存的電壓極性都是相同的，且左右相鄰的欄上的像素所儲(chǔ)存的電壓極性相反，即稱為欄（列）反轉(zhuǎn)，若是同一行上的像素所儲(chǔ)存的電壓極性都

13、是相同的，且上下相鄰的行上的像素所儲(chǔ)存的電壓極性相反，即稱為行反轉(zhuǎn)，若是每個(gè)像素所儲(chǔ)存的電壓極性，都與其上下左右相鄰的像素所儲(chǔ)存的電壓極性相反，即稱為點(diǎn)反轉(zhuǎn)。第17頁(yè)，共113頁(yè)。TFT LCDs Driving Method1 2 3 4 512345Frame NColumnsLines+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +1 2 3 4 512345Frame N+1 ColumnsLines 1 2 3 4 512345Frame NColumnsLines+ + + + + + + + + + + + +1 2 3 4 512345Fram

14、e N+1 ColumnsLines + + + + + + + + + 1 2 3 4 512345Frame NColumnsLines+ + +1 2 3 4 512345Frame N+1 ColumnsLines + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 1 2 3 4 512345Frame NColumnsLines+ + +1 2 3 4 512345Frame N+1 ColumnsLines+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + +Column InversionDot InversionRow Inve

15、rsionFrame Inversion第18頁(yè)，共113頁(yè)。第二節(jié) 充電 依據(jù)TFT的操作方式，除了時(shí)間上的先后順序外，對(duì)于每一行或每一個(gè)像素而言，其動(dòng)作都是一樣的，即“充電”“保持”“放電”（反充）“保持”。本節(jié)首先來(lái)詳細(xì)討論“充電”的過(guò)程。1、充電電流2、充電時(shí)間3、驅(qū)動(dòng)電壓的范圍第19頁(yè)，共113頁(yè)。 由公式 ，就一個(gè)特定液晶電容而言，其電容值是已知的，其操作電壓范圍也是已知的。TFT的操作，即是以一電流 ，在小于特定的充電時(shí)間 內(nèi)，將所需充電的像素電容 ，充電或放電 的電壓范圍，因此，就充電而言，要求： 以下就電流，充電時(shí)間和電壓范圍加以詳細(xì)說(shuō)明。CdVIdtdQechIargech

16、dtargechCargechdVargechechechechdVCdtIargargargarg第20頁(yè)，共113頁(yè)。1、充電與放電電流 像素電位的設(shè)定，在顯示器運(yùn)作的過(guò)程中，并不是由零電位開(kāi)始（只有剛開(kāi)機(jī)時(shí)才是），而是由前一次更新時(shí)所設(shè)定的電位開(kāi)始，由上節(jié)的討論可知，所要設(shè)定的像素電位，其極性需與前一次更新時(shí)所設(shè)定的電位極性相反，當(dāng)前一次的極性為負(fù)時(shí)，所要設(shè)定的電位極性便是正的，因此，需要對(duì)液晶電容做“充電”，而當(dāng)前一次的極性為正時(shí)，所要設(shè)定的電位極性便是負(fù)的，此時(shí)便需要對(duì)液晶電容做“放電”。 在TFT-LCD的操作中，無(wú)論充電或放電，都是將TFT的柵極設(shè)定在一個(gè)電壓以使其導(dǎo)通，來(lái)提供所

17、需的電流，將像素電位設(shè)定到與數(shù)據(jù)線（資料線）上等電位，在這個(gè)充放電的過(guò)程中，數(shù)據(jù)線上的電位是對(duì)應(yīng)所要顯示的灰階而設(shè)定在一定的電壓，由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)IC的輸出端來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)線第21頁(yè)，共113頁(yè)。 與像素電極充放電，而像素電極上的電壓，會(huì)隨著充放電的過(guò)程而逐漸接近數(shù)據(jù)線上設(shè)定的電壓值，由充電電流公式（補(bǔ)充），可以知道，隨著像素電極電壓值接近數(shù)據(jù)線的電壓值而使 得變小，充放電的電流 也會(huì)跟著降低，而并不是以定電流對(duì)像素電極充放電。 另外，在前面，都是以較低電位作為源極電壓 ，而以較高電位作為漏極電壓 ，而資料線對(duì)像素電極充放電，并不一定總是資料線較高。來(lái)比較一下充電和放電兩種情況，當(dāng)放電時(shí)，前一次的像素極性

18、為正，而資料線上所設(shè)定的電位極性是負(fù)的，因此，像素電極為漏極電壓 ，而資料線電極為源極電壓 ，由于放電過(guò)程中資料線電壓為定值，所以柵極源極電壓 亦為定值。而當(dāng)充電時(shí)，前一次的像素極性為負(fù)，資料線上所設(shè)定的電位極性是正的，因此，像素電極為源極電壓 ，而資料線電極為漏極電壓 ，由于像素電極會(huì)隨著充放電VdsIdsVsVdVdVsVgsVsVd第22頁(yè)，共113頁(yè)。 過(guò)程而增加而并非為定值，所以柵極源極電壓 會(huì)因?yàn)樵礃O電壓 的增加而變小，造成充電時(shí)電流降低的情況，要比放電時(shí)嚴(yán)重，因而需要更充足的充電時(shí)間?；诖耍O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮這個(gè)問(wèn)題。VgsVs第23頁(yè)，共113頁(yè)。2、充電時(shí)間 以一個(gè)有M條水平行

19、的顯示器而言，每個(gè)行上的開(kāi)關(guān)，最多僅會(huì)開(kāi)啟整個(gè)畫(huà)面更新時(shí)間的1/M，畫(huà)面更新頻率越快，水平掃描線數(shù)越多，則充電時(shí)間越短，舉例而言，畫(huà)面更新頻率為60Hz，而有1024條水平掃描線，則每行的開(kāi)啟時(shí)間為1/60/1024=16.3微妙，然而，事實(shí)上，真正的充電時(shí)間并不到16.3微妙。 首先配合視訊資料的傳送時(shí)間，在完成一次畫(huà)面之后，下一個(gè)畫(huà)面的資料并不會(huì)立即送到面板，而會(huì)留下一段空白的時(shí)間；類似的，在完成一列像素資料寫(xiě)入之后，下一個(gè)像素資料寫(xiě)入并不會(huì)立即進(jìn)行，亦會(huì)留下一段空白的時(shí)間，這個(gè)空白的時(shí)間需依所采用的視訊系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)而定，如圖為某一種視訊標(biāo)準(zhǔn)，定義出各圖框與掃描時(shí)間的長(zhǎng)度，由表中可查知每條掃描

20、線的時(shí)間為15.6微妙，略小于16.3微妙，對(duì)應(yīng)到相當(dāng)于1066條掃描線的時(shí)間。其次，由于信號(hào)的延遲效應(yīng)，需要提早發(fā)送關(guān)閉信號(hào)，使真正有效的充電時(shí)間縮短。 第24頁(yè)，共113頁(yè)。第25頁(yè)，共113頁(yè)。3、資料驅(qū)動(dòng)IC的電壓范圍 前面章節(jié)中，我們說(shuō)明了TFT-LCD的灰階設(shè)定方式，資料驅(qū)動(dòng)IC需要精確控制電壓來(lái)設(shè)定灰階，舉例而言，6-bit（2664灰階）驅(qū)動(dòng)所需的最小灰階控制電壓，約為30mV左右，而8-bit（28256灰階）驅(qū)動(dòng)所需的最小灰階控制電壓，約在8mV左右。當(dāng)然，這個(gè)最小電壓與液晶的電壓穿透度特性有絕對(duì)的關(guān)系。資料驅(qū)動(dòng)IC需要提供這樣微小的電壓控制，所以一般把資料驅(qū)動(dòng)IC視作類比

21、型的IC。在實(shí)際的TFT-LCD中，為了要達(dá)成極性反轉(zhuǎn)，以一般的液晶需要5V驅(qū)動(dòng)為例，會(huì)把共電極的電壓設(shè)定在5V左右，正極性的電壓設(shè)定在510V，而負(fù)極性的電壓設(shè)定在05V，因此，資料線上最大的充電電壓范圍為010V，當(dāng)然，這個(gè)范圍會(huì)隨所使用的液晶驅(qū)動(dòng)電壓而稍有不同，如IPS模式和MVA模式的液晶便需要較大的電壓，其資料線上最大的充電電壓范圍將擴(kuò)大為014V左右。第26頁(yè)，共113頁(yè)。共電極電壓調(diào)變 利用“共電極電壓調(diào)變”的方式，可以降低資料驅(qū)動(dòng)IC的輸出電壓范圍。其操作原理說(shuō)明如下： 當(dāng)液晶像素需要寫(xiě)入正極性時(shí)，將共電極電壓設(shè)定在0V左右，此時(shí)，資料驅(qū)動(dòng)IC的輸出電壓，依灰階不同而在05V的

22、范圍內(nèi)，即可將畫(huà)素電壓設(shè)定在+0V至5V的范圍，而當(dāng)液晶像素需要寫(xiě)入負(fù)極性時(shí)，將共電極電壓設(shè)定在5V左右，此時(shí)，資料驅(qū)動(dòng)IC的輸出電壓，依灰階而不同，但也在05V的范圍內(nèi)，例如，要在像素電極寫(xiě)入0V，則將資料驅(qū)動(dòng)IC的輸出電壓設(shè)定在5V，如此，像素電壓資料線上電壓共電極電壓（55）V0V；要在像素電壓寫(xiě)入5V，則將資料驅(qū)動(dòng)IC的輸出電壓設(shè)定在0V，如此，像素電壓資料線上電壓共電極電壓（05）V，因而即可將像素電壓設(shè)定在0V至5V的負(fù)極性范圍，如圖所示，前一幅圖為直流共電極驅(qū)動(dòng)第27頁(yè)，共113頁(yè)。 方式，資料驅(qū)動(dòng)IC的輸出電壓范圍大，而后一圖為共電極驅(qū)動(dòng)方式，可將資料驅(qū)動(dòng)IC的輸出電壓范圍縮小

23、為直流電壓驅(qū)動(dòng)的一半。V0V1V2V3V4V5V6V7V7V6V5V4V3V2V1V01 Frame / 1 Line第28頁(yè)，共113頁(yè)。V0V1V2V3V4V5V6V7V7V6V5V4V3V2V1V0第29頁(yè)，共113頁(yè)。共電極電壓范圍 為了使液晶電壓正負(fù)極性對(duì)稱以避免直流殘留效應(yīng)，共電極電壓應(yīng)設(shè)定在資料線電壓的對(duì)稱中心，然而，由于寄生電容效應(yīng)，使畫(huà)素電壓在TFT關(guān)閉時(shí)，受到柵極電壓變化的影響，而偏離由資料線所寫(xiě)入的電壓。為了補(bǔ)償這個(gè)電壓變化，共電極電壓會(huì)調(diào)校到比資料線電壓的對(duì)稱中心低的電壓值，若資料線電壓的電壓范圍為010V而對(duì)稱中心在5V，直流共電極電壓一般會(huì)設(shè)定在4.8V左右，亦即有

24、0.2V左右的共電極電壓補(bǔ)償，若此補(bǔ)償設(shè)定的不對(duì)，會(huì)產(chǎn)生直流電壓和直流殘留效應(yīng)，因此，在共電極電壓調(diào)變下，共電極電壓應(yīng)該在0和5V之間交互切換，但此時(shí)同樣也要考慮電壓耦合效應(yīng)，因此要修正共電極電壓補(bǔ)償至0.2V和4.8V的切換 第30頁(yè)，共113頁(yè)。掃描驅(qū)動(dòng)IC的電壓范圍 由上面的討論，每條掃描線只開(kāi)啟一小段時(shí)間，在這段TFT打開(kāi)的時(shí)間內(nèi)，需要提供足夠的電流來(lái)對(duì)畫(huà)素電容充電，所以要使柵極源極電壓大于TFT的截至電壓到一定程度，這個(gè)電壓的設(shè)定會(huì)與所用柵極絕緣層和所設(shè)計(jì)的TFT尺寸有關(guān)，一般而言，柵極源極電壓通常會(huì)設(shè)定到10V以上，而我們知道，TFT是以較低電位作為源極電壓Vs，而以較高電位作為漏

25、極電壓Vd，因此在TFT-LCD操作時(shí)，柵極源極電壓并非定值，有可能源極電壓Vs和漏極電壓Vd都在接近10V的情況，所以柵極電壓Vg通常會(huì)設(shè)定在20V以上，以使大于10V。 另一方面，為了關(guān)閉TFT，需使柵極源極電壓小于TFT的截至電壓，在共電極直流電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，源極的最低可能電壓為0V，柵極電壓要設(shè)定在0V以下；而在共電極為電壓調(diào)變驅(qū)動(dòng)時(shí)，畫(huà)素電壓可能會(huì)被下拉至5V，因此，柵極電壓要設(shè)定在5V以下。第31頁(yè)，共113頁(yè)。第三節(jié) 電位保持 在完成充放電的動(dòng)作之后，即將TFT關(guān)閉，直到下一次再被掃描線打開(kāi)，一般掃描線的重復(fù)頻率為60Hz，對(duì)應(yīng)到電位保持的時(shí)間為16.67毫秒，理想上，畫(huà)素電位在充放

26、電期間設(shè)定后，可以一直保持在所設(shè)定的電壓，但實(shí)際上，像素電壓由于會(huì)受到兩大主要因素的影響，而使得所設(shè)定的電壓有所變化，而造成液晶電容上所施加的RMS電壓值改變，影響到穿透度。這兩大因素就是漏電流和電容耦合效應(yīng)。本節(jié)先來(lái)討論漏電流對(duì)電位保持的影響。電位保持的考量，就是要確保漏電對(duì)電位和穿透度的影響程度，要小于“可以接受的范圍”。 關(guān)于這個(gè)“可以接受的范圍”，最終的根據(jù)，是使用者不能看出顯示的缺陷。但由于許多視覺(jué)效應(yīng)的影響，并沒(méi)有辦法做明確的規(guī)定。一個(gè)相對(duì)比較可觀的的參考設(shè)計(jì)規(guī)格，是視訊資料信號(hào)的最小電壓差別。如6位的顯示器資料驅(qū)動(dòng)最小信號(hào)差別是30mV，而8位的則為8mV。 第32頁(yè)，共113頁(yè)

27、。漏電對(duì)電位造成的影響，要求漏電流 ，在下次寫(xiě)入的電壓保持時(shí)間 內(nèi)，在保持畫(huà)素電壓的畫(huà)素電容 上的電壓變 化，不可大于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的最小電壓差別 ，因此就電位保持而言,要求：leakIholddtholdCholddVholdholdholdleakdVCdtI其中保持時(shí)間，液晶電容以及電壓的變化都可認(rèn)為是已知的，那么引起像素電壓變化就和漏電流有關(guān)，該漏電流是指從液晶電容的像素電極而產(chǎn)生的漏電流，產(chǎn)生漏電的途徑有許多條，這里先來(lái)討論最重要的兩條漏電途徑，即液晶電容本身的漏電和TFT的漏電。第33頁(yè)，共113頁(yè)。一、漏電的途徑1、液晶電容漏電 純凈的液晶材料本身的阻值很大，可視為絕緣，但液晶材料在合

28、成，儲(chǔ)存和填入的玻璃間隙過(guò)程中，往往會(huì)有雜質(zhì)摻入，而導(dǎo)致其電阻降低，考慮這個(gè)電阻效應(yīng)，可將液晶電容的等效電路，再并聯(lián)上一個(gè)電阻 ，如LCR在電路中我們已經(jīng)知道，對(duì)于電容上的電位 LCV會(huì)以指數(shù)的方式下降： LCLCLCLCCRtVV/exp)0(第34頁(yè)，共113頁(yè)。其中 )0(LCV為一開(kāi)始液晶電容上儲(chǔ)存的電壓，t為時(shí)間。 假設(shè)液晶電容平行電極面積為 LCA，間距為 LCd，介電常數(shù)為 LC，液晶阻值 LC，那么時(shí)間常數(shù) LCLCCR為 LCLCLCLCAdR/)/(0LCLCLCLCdAC0LCLCLCLCCR一般液晶的介電常數(shù) 約為312左右，在早期液晶制程不成熟的時(shí)候，液晶阻值會(huì)低到

29、，假設(shè)液晶電容存儲(chǔ)的電壓是3V，此時(shí)液晶的介電常數(shù)為7，計(jì)算在這樣的情況下的時(shí)間常數(shù)，得到： LCcm1110mscmFcmCRLCLCLCLC62)/1085. 8(7)10(14110第35頁(yè)，共113頁(yè)。 在16.67毫秒的保持時(shí)間內(nèi)，液晶電容上儲(chǔ)存的電壓依公式計(jì)算，會(huì)變成 產(chǎn)生了0.7V的差別，因而會(huì)造成穿透度的明顯變化。 現(xiàn)今的液晶制程已十分成熟，液晶阻值 可以提高到 左右，因而時(shí)間常數(shù)可提高到6.2秒，液晶電容上儲(chǔ)存的電壓在16.67毫秒的保持時(shí)間內(nèi)變成 所產(chǎn)生的電壓變化，只有8mV，便可以符合電位保持的要求。VmsmsVVLC293. 262/67.16exp)3(LCcm131

30、0VsmsVVLC992. 22 . 6/67.16exp)3(第36頁(yè)，共113頁(yè)。2、TFT的漏電 另一個(gè)可能的漏電途徑，是作為畫(huà)素開(kāi)關(guān)的TFT，TFT在柵極施加負(fù)電壓的情況下，仍會(huì)有 安培的漏電流 以一個(gè)對(duì)應(yīng)到17吋 的次畫(huà)素大小 為例，其液晶電容約為 TFT漏電流所造成的存儲(chǔ)電壓變化為： 由這樣的漏電流所造成的電壓變化范圍，看來(lái)恰在可接受與不可接受之間，要注意TFT的漏電流也象開(kāi)電流一樣，并不是定值，而會(huì)隨著柵極-源極電壓和漏極-源極電壓而變，另外要注意的是，當(dāng)TFT面板實(shí)際操作時(shí)，是一直就 處在受到背光源照射的情況，當(dāng)非晶硅材料被光照射的131210SXGAmm88264pFmmmc

31、mFdACLChold288. 05/88264/1085. 87/140mVpFmsACdtIdVholdholdleakhold78. 58 .57288. 0/67.161010/1312第37頁(yè)，共113頁(yè)。 時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，造成漏電流增加，這樣就無(wú)法滿足電位保持的要求了。3、漏電路徑的比較 液晶電容的漏電路徑，是由畫(huà)素電極漏電至共電極，而TFT的漏電路徑，是由畫(huà)素電極漏電至資料線，因此，前者的漏電，所造成的一定會(huì)是施加在液晶電容上的電壓變小，會(huì)使得顯示器的對(duì)比降低，而后者的漏電，卻會(huì)與資料線上的電壓有關(guān)，資料線上電壓隨著視訊信號(hào)和極性反轉(zhuǎn)而設(shè)定，使顯示器產(chǎn)生垂直串音的現(xiàn)象。

32、 第38頁(yè)，共113頁(yè)。二、存儲(chǔ)電容 降低液晶電容和TFT的漏電流，當(dāng)然是使電位保持最直接有效的方法，問(wèn)題是，如果材料上和制程上都已盡力降低漏電流，但仍無(wú)法滿足電位保持的要求時(shí)，是否還有其它方法來(lái)進(jìn)行電位保持呢？舉例來(lái)說(shuō)，如果有會(huì)漏水的水桶和水龍頭，如何保證這個(gè)水桶的水位呢？可以和這個(gè)水桶再連通一個(gè)不會(huì)漏水的水桶，這個(gè)再連通的水桶，可以幫助再儲(chǔ)存水，在相同的漏水情形下，可以幫助保持水位。第39頁(yè)，共113頁(yè)。第40頁(yè)，共113頁(yè)。 同樣觀念，可以用來(lái)幫助保持電位，亦即和液晶電容并聯(lián)一個(gè)不會(huì)漏電的電容，因?yàn)檫@個(gè)電容是用來(lái)幫助存儲(chǔ)電荷的，所以這個(gè)電容被稱為“存儲(chǔ)電容”。舉例來(lái)說(shuō)，如果0.288pF

33、的液晶電容，再并聯(lián)上0.288pF的儲(chǔ)存電容 ，那么 即可使漏電流所造成的電壓變化量減小，增加電位保持的能力。 這樣看來(lái)，存儲(chǔ)電容是否大一些較好呢？事實(shí)并非如此。第一，存儲(chǔ)電容的增加意味著占用像素電極ITO的面積越大，且存儲(chǔ)電容的部分是不stCmVpFmsACdtIdVholdleakhold79. 29 .27576. 0/67.161010/1312第41頁(yè)，共113頁(yè)。 透光的，如果存儲(chǔ)電容放的越大，便會(huì)有更大的面積的光被遮去，而使得開(kāi)口率下降。第二，存儲(chǔ)電容是和液晶電容并聯(lián)的，在充電時(shí)，需要對(duì)兩個(gè)電容同時(shí)充電，存儲(chǔ)電容太大會(huì)使得兩個(gè)并聯(lián)電容增加而導(dǎo)致充電能力不足。 存儲(chǔ)電容是影響TFT

34、-LCD面板特性的重要因素，如何適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)存儲(chǔ)電容的大小是一項(xiàng)非常重要的課題。第42頁(yè)，共113頁(yè)。1、存儲(chǔ)電容參考電位的選擇方式 存儲(chǔ)電容的一端是像素電極，而另一端的選擇即參考電壓可以與液晶電容相同，也可以另外選擇其他的電極， 不同的選擇是否會(huì)影響存儲(chǔ)電容的功能呢？看下圖，和上頁(yè)圖比較，不同的地方在于存儲(chǔ)電容的底部高度不同，但底部高度都是固定的，只要在操作時(shí)，水位的變化不低于底部的高度，是不會(huì)影響到其幫助保持水位的能力，因此，對(duì)應(yīng)到存儲(chǔ)電容，其參考電壓的選擇只要固定，就不會(huì)影響其幫助保持電位的能力。第43頁(yè)，共113頁(yè)。第44頁(yè)，共113頁(yè)。（1）上板共電極與下板共電極 （2）儲(chǔ)存至另一個(gè)固

35、定電壓 所有的液晶電容都是夾置于下板的像素電極和上板的共電極之間，一般如果存儲(chǔ)電容也參考至公共電極，而其公共電極卻處于下板的最下層，因此上板共電極與下板共電極，由于液晶的阻隔，在畫(huà)素陣列中，并不會(huì)直接相連在一起，必須在畫(huà)素陣列之外，以導(dǎo)電膠將上板與下板的共電極連接起來(lái)。 除了和上板電極連通以外存儲(chǔ)電容也可以參考至另外一個(gè)固定電壓，這樣，參考電極仍然會(huì)處于下板的最下層，只是不與上板電極相連接，而是由系統(tǒng)另外提供一個(gè)電壓。第45頁(yè)，共113頁(yè)。（3）儲(chǔ)存至相鄰掃描線 無(wú)論是參考公共電極還是另外的固定電壓，都必須在畫(huà)素中另外布上共電極線，連接到畫(huà)素陣列之外。既然存儲(chǔ)電容要求參考到一個(gè)“固定”的電壓，

36、可以考慮掃描線是否能夠作為參考電極，掃描線在絕大多數(shù)的時(shí)間都是固定的，只有被掃描的那一刻會(huì)有波動(dòng)，那么這一小段“不固定”的部分，對(duì)電位和穿透度的影響程度，如果小于可以接受的范圍，那么掃描線就是可以充當(dāng)存儲(chǔ)電容的參考電極的。一般而言掃描線的線數(shù)越多，掃描線開(kāi)啟的時(shí)間比例越低，對(duì)畫(huà)素電壓所造成的影響就越小，因此，這種方式對(duì)于高解析度的面板而言是可行的。第46頁(yè)，共113頁(yè)。(a)參考至公共電極 (b)參考至固定電壓(c)參考至相鄰掃描線 第47頁(yè)，共113頁(yè)。三、其它的漏電效應(yīng) 還有一些漏電效應(yīng)，是因?yàn)橹瞥躺系牟涣妓斐傻穆╇?，這些漏電會(huì)造成顯示器上的缺陷，由于缺陷發(fā)生的位置只在面板上的畫(huà)素點(diǎn)上，

37、故稱為點(diǎn)缺陷，點(diǎn)缺陷的類型主要有：1、漏電至掃描線 如果畫(huà)素電極漏電至掃描線，畫(huà)素電極會(huì)因?yàn)?此漏電而接近掃描線上的電壓，由于掃描線上的電壓在大部分的時(shí)間，是設(shè)定在使TFT關(guān)閉的電壓掃描線上的電壓會(huì)比共電極電壓小5V以上，所以畫(huà)素電壓會(huì)比共電極電壓小5V以上，就常白模式而言，這個(gè)畫(huà)素會(huì)成為一個(gè)暗點(diǎn)，反之，就常黑模式而言，這個(gè)畫(huà)素會(huì)成為一個(gè)亮點(diǎn)。第48頁(yè)，共113頁(yè)。2、漏電至共電極 如果畫(huà)素電極漏電至公共電極，畫(huà)素電壓會(huì)因?yàn)榇寺╇姸咏搽姌O的電壓，所以，施加在液晶電容上的電壓，會(huì)因?yàn)楫?huà)素電極接近共電極電壓而變?yōu)?V，就常白模式，該點(diǎn)會(huì)成為一個(gè)亮點(diǎn)，就常黑模式而言，這個(gè)畫(huà)素會(huì)成為一個(gè)暗點(diǎn)3、漏

38、電至資料線 如果畫(huà)素電極漏電至資料線，由于資料線上的電壓是隨視訊信號(hào)以及極性反轉(zhuǎn)方式而定，畫(huà)素電極不一定會(huì)變大或變小，所以這種形式的點(diǎn)缺陷，不一定是亮點(diǎn)或暗點(diǎn)，而是會(huì)變化。第49頁(yè)，共113頁(yè)。4、畫(huà)素之間的漏電 如果是畫(huà)素之間的彼此漏電，則與其相關(guān)位置不同與漏電程度而有所差異，如果是上下相鄰的畫(huà)素，在漏電嚴(yán)重的情況下，上方的畫(huà)素會(huì)在其掃描線關(guān)閉后，而在下方掃描線打開(kāi)時(shí)，受到下方資料線視訊信號(hào)寫(xiě)入，變成與下方畫(huà)素一起聯(lián)動(dòng)，而下方畫(huà)素則因?yàn)橐壕щ娙莺痛鎯?chǔ)電容加倍而可能充電不足。如果是左右相鄰的畫(huà)素，其掃描線是一起開(kāi)閉，與漏電至資料線的情況相似，缺陷不一定一直存在。第50頁(yè)，共113頁(yè)。第四節(jié) 電

39、容耦合效應(yīng)1、電容耦合原理 先看一個(gè)例子。假設(shè)有4個(gè)水杯，各個(gè)水杯是連通的，忽略連通管的體積，一開(kāi)始各個(gè)水杯是靜止的，各水杯的水面高度是相同的，在某個(gè)瞬間，將其中一個(gè)水杯提高，由于被提高的水杯水位比別的水位高，水會(huì)向其它水杯流出而使該水杯的水位下降，其他水杯則會(huì)因?yàn)樗魅攵顾簧仙?，最后，各水杯中的水位?huì)再度相同，但是現(xiàn)在的水位比操作前是向上提升了。第51頁(yè)，共113頁(yè)。第52頁(yè)，共113頁(yè)。計(jì)算方法1：按照?qǐng)D中舉例的數(shù)字，計(jì)算一下水位最后的變化量：在水杯中所儲(chǔ)存的水量為Q，等于水位高度乘以各水杯底面積值，即：32222)100/ )2321(2)0(3)0(2)0(1)0(mDCBAmcm

40、DmcmCmcmBmcmA假設(shè)B向上提升了20cm，最后的水位為X，此時(shí)，所有水杯儲(chǔ)存的總水量為：33222224 . 0)100/ )2321(82)(3)(2)20(1)(mmDCBAmXmcmDXmcmCXmcmBXmcmAX由于沒(méi)有水流入或流出的路徑，因此，提升前后的總水量是相同的，則有：第53頁(yè)，共113頁(yè)。可得： 33234 . 0)100/ )2321(8)100/ )2321(mmDCBAmXmDCBAcmmmX58/4 . 023計(jì)算方法2：更簡(jiǎn)單的計(jì)算方法可以直接確定水位的變化量：在變化過(guò)程中，只有底面積2m2的水杯提高了20cm，比原水位高的水量是： 324 . 0202

41、mcmm這些水量再分配到各個(gè)水杯中，使各個(gè)水杯的高度增加了： cmmm52321/4 . 023第54頁(yè)，共113頁(yè)。 在上面的計(jì)算過(guò)程中注意到，如果要知道水杯中水量的總和的話，需要知道每個(gè)水杯杯底的高度，但如果關(guān)心的只是水位的變化時(shí)，其實(shí)并不需要知道每個(gè)水杯杯底的高度，因?yàn)榧词潜赘叨炔煌灰枪潭ǖ?，就不?huì)影響水位的變化量，而且如果把剛才的動(dòng)作反過(guò)來(lái)，即把水杯往下降，計(jì)算方法也是一樣的。 結(jié)論：無(wú)論上升還是下降，在這個(gè)過(guò)程中，有兩個(gè)特點(diǎn)值得注意：第一，在變化前后，總水量是不變的。（水量守恒）第二，在變化前后，無(wú)論底部在那里，無(wú)論面積是多少，水位高度總是會(huì)達(dá)到一致。第55頁(yè)，共113頁(yè)。2

42、、電容耦合效應(yīng)將上述原理運(yùn)用于電路中，以水位代表電位，水量代表電荷量，看一下圖中的情況，圖中各個(gè)電容的其中一個(gè)電極是連通的，一開(kāi)始在各個(gè)電容上的電壓是固定的，因此，在連通的電極上電位是相同的，在某個(gè)瞬間，將其中一個(gè)電容的另一個(gè)電極電位降低，由電路學(xué)中我們知道，電容上的電壓必須是連續(xù)的，在此瞬間，被降低電極電位的電容，在連通電極上的電位比較別的電容在連通電極上的電極低，而連通電極上的電位應(yīng)該是要相等的，因此，電荷會(huì)自其它電容流出而使電位向下降，被降低的電容電位則會(huì)因?yàn)殡姾闪魅攵闺娢幌蛏仙?，最后，?lián)通電極上的電位會(huì)再度相同，但電位會(huì)比原來(lái)的情況向下降低了。第56頁(yè)，共113頁(yè)。以圖中所舉的數(shù)字為

43、例，在電容上所儲(chǔ)存的電荷Q，等于電容上的跨電壓V，乘以該電容值C，所以，連通電極上儲(chǔ)存的電荷總量為：pCDCBApFVDpFVCpFVBpFVA)2321 (2)0(3)0(2)0(1)0(假設(shè)電壓下降了20V，最后的連通電極電位為X，連通電極上儲(chǔ)存的總電荷量為：第57頁(yè)，共113頁(yè)。pFpCDCBApFXpFVDXpFVCXpFVBXpFVAX40)2321 (82)(3)(2)20(1)(由于電荷沒(méi)有流入或流出的路徑，共同連通電極上的電荷不會(huì)增加或減少，因此，電壓B下降前后的連通電極上儲(chǔ)存的總電荷量是相同的，即：pFpCDCBApFXpCDCBA40)2321 (8)2321 (所以： V

44、pFpCX58/40除此以外，也可仿照上面直接計(jì)算電荷變化量：電容值2pF的電容下降了20V，比原電位時(shí)的電荷量變化了第58頁(yè)，共113頁(yè)。pCVpF4 . 0202這些減少的電荷量會(huì)再分配到各個(gè)電容中，使各個(gè)電容在連通電極上的電位變化了VpFpC52321/4 . 0這種情況就叫做“電容耦合效應(yīng)”，可以看到，電容耦合效應(yīng)的的前提是“電荷量守恒”，電荷沒(méi)有流入或流出。一旦電荷有流入或流出路徑，這些電荷增減量，也會(huì)影響連通電極的電位，就不能僅僅考慮“電容耦合效應(yīng)”。 第59頁(yè)，共113頁(yè)。 從這個(gè)例子中可以看出：在電路中，電容耦合效應(yīng)的發(fā)生有兩個(gè)基本條件，即“電荷守恒”和“具有公共連通電極”。那

45、么在電路中就會(huì)出現(xiàn)“牽一發(fā)而動(dòng)全身 ”的效果。那么在TFT-LCD中，對(duì)于每一個(gè)畫(huà)素，在其等效電路中，在什么時(shí)刻，在哪一部分會(huì)出現(xiàn)電容耦合效應(yīng)呢？電容耦合效應(yīng)會(huì)帶來(lái)什么影響，如何解決它所帶來(lái)的影響呢？根據(jù)電容耦合的特點(diǎn)，第一，電荷保持不變，那么就要求這部分電路和外界斷開(kāi)聯(lián)系，我們知道，當(dāng)TFT關(guān)閉以后，液晶電容和存儲(chǔ)電容就要進(jìn)入保持狀態(tài)，和外界不能有電荷流動(dòng)；第二，要有連通電極，在TFT關(guān)閉后，畫(huà)素電極至少連接了我們已知的兩個(gè)電容，這樣，在TFT關(guān)閉時(shí)刻，和畫(huà)素電極相連的電容就會(huì)滿足電容耦合的條件，那么，首先來(lái)看一下，除了已知的液晶電容和存儲(chǔ)電容外，和畫(huà)素電極相連的還有沒(méi)有其它的電容呢？第60

46、頁(yè)，共113頁(yè)。3、畫(huà)素中的電容當(dāng)TFT處于關(guān)閉時(shí)，忽略上節(jié)所述的漏電流，在畫(huà)素中的畫(huà)素電極，就進(jìn)入了所述的“電荷守恒”狀態(tài)，而由于畫(huà)素電極是作為控制液晶電壓的電極，占了畫(huà)素面積的大部分，有許多與此電極相關(guān)的電容，參照畫(huà)素布局圖，對(duì)相關(guān)的電容作討論。Pixel layer第61頁(yè)，共113頁(yè)。Pixel layerContact Hole層 (Passivate)GateCs電極半導(dǎo)體層基板Gate絕緣層Source電極Drain電極ITOChannel (W/L)A第62頁(yè)，共113頁(yè)。液晶畫(huà)素TFTGate LineData LineCsCs液晶畫(huà)素TFTCommonCommonGate

47、LineData LineCsCs Cs on CommonCs on Gate第63頁(yè)，共113頁(yè)。（1）TFT本身的寄生電容（Cgs） 從TFT的結(jié)構(gòu)了解到，柵極線與源/漏極都有重疊，而它們之間是以絕緣層相隔，因此，在柵源之間（Cgs），柵漏之間(Cgd)都會(huì)有寄生電容，這里僅考慮連接至畫(huà)素電極這一側(cè)的電容。而我們知道，TFT的源極和漏極是隨著資料線和畫(huà)素電極的正負(fù)互換并不是固定的，所以在有些文獻(xiàn)中，這兩個(gè)電容是可以互用的，但指的都是連接至畫(huà)素電極這邊的電容。因?yàn)橹挥挟?huà)素電極會(huì)進(jìn)入“電荷守恒”狀態(tài)而有電容耦合效應(yīng)，而至于連接至資料線的TFT的寄生電容，不會(huì)進(jìn)入電荷守恒，所以不會(huì)考慮電容耦合

48、效應(yīng)，但是會(huì)考慮其驅(qū)動(dòng)負(fù)載效應(yīng)。 第64頁(yè)，共113頁(yè)。（2）畫(huà)素電極與掃描線間的寄生電容A、畫(huà)素電極與本身掃描線之間的電容（Cpg）在有畫(huà)素電極存在的區(qū)域，才可以控制液晶的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)設(shè)定畫(huà)素亮度，而沒(méi)有畫(huà)素電極的地方，由于無(wú)法施加電壓而控制液晶的穿透度，所以必須加以遮蔽，除了前面所述的黑色矩陣外，有時(shí)會(huì)利用將畫(huà)素電極與本身掃描線設(shè)計(jì)成有部分重疊，以掃描線來(lái)遮蔽，由于黑色矩陣是置于另一片彩色濾光片基板上，與畫(huà)素電極的對(duì)準(zhǔn)誤差較大，需要較大的遮蔽范圍，而掃描線是與畫(huà)素電極在同一片TFT基板上，可以精準(zhǔn)的遮蔽，因而可以得到較大的開(kāi)口率，這樣的做法，稱為“內(nèi)建型黑色矩陣”，由于畫(huà)素電極與掃描線在制程上是

49、有絕緣層阻隔的二者之間并不會(huì)形成短路，但是會(huì)形成寄生電容。第65頁(yè)，共113頁(yè)。B、畫(huà)素電極與相鄰掃描線之間的電容（Cpg ）同樣，若以相鄰掃描線作為內(nèi)建型黑色矩陣，亦會(huì)產(chǎn)生寄生電容。第66頁(yè)，共113頁(yè)。(3) 畫(huà)素電極與資料線之間的電容A、畫(huà)素電極與本身資料線之間的電容（Cpd）就傳統(tǒng)的制程而言，畫(huà)素電極與本身資料線間是不會(huì)產(chǎn)生寄生電容的，如果將資料線做成內(nèi)建型黑色矩陣，則有可能會(huì)在兩者之間加絕緣層，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生寄生電容。B、畫(huà)素電極與相鄰資料線之間的電容（Cpd ）畫(huà)素電極與相鄰資料線間的電容和上面所述一樣，只有當(dāng)資料線充當(dāng)內(nèi)建型黑色矩陣時(shí)，該寄生電容才會(huì)存在。第67頁(yè)，共113頁(yè)。4、

50、造成信號(hào)延遲與驅(qū)動(dòng)負(fù)載的寄生電容還有一些畫(huà)素中的電容，雖不會(huì)與畫(huà)素電極有關(guān)而產(chǎn)生電容耦合效應(yīng)影響畫(huà)面，但是會(huì)造成信號(hào)延遲與驅(qū)動(dòng)負(fù)載。（1）TFT本身的寄生電容（Cgd）除了上面提到的一端連接至畫(huà)素電極的寄生電容以外，另一端就是柵極與資料線電極之間的寄生電容，因?yàn)閮啥烁髯詴?huì)連接至資料線和掃描線的外部電壓上，會(huì)成為資料線的驅(qū)動(dòng)負(fù)載和掃描線的驅(qū)動(dòng)負(fù)載。第68頁(yè)，共113頁(yè)。（2）資料線和掃描線之間的重疊（Cx1）資料線和掃描線，各自在垂直方向上和水平方向上貫穿整個(gè)畫(huà)素陣列，因此在每個(gè)畫(huà)素上會(huì)有交錯(cuò)跨越的重疊面積，而形成寄生電容，這個(gè)電容也會(huì)成為資料線的驅(qū)動(dòng)負(fù)載和掃描線的驅(qū)動(dòng)負(fù)載。(3) 資料線和下板

51、共電極線的重疊（Cx2 ）資料線和下板共電極線，各自在垂直方向上和水平方向上貫穿整個(gè)畫(huà)素陣列，因此在每個(gè)畫(huà)素上會(huì)有交錯(cuò)跨越的重疊面積，而形成寄生電容，這個(gè)電容也會(huì)成為資料線的驅(qū)動(dòng)負(fù)載和下板共電極線的驅(qū)動(dòng)負(fù)載。如果畫(huà)素是Storage on gate設(shè)計(jì)，則不會(huì)有這個(gè)電容。第69頁(yè)，共113頁(yè)。（4）與上板共電極間的寄生電容（Cd0 ，Cg0 ）想象一下，在整個(gè)的上板和下板之間，上板是布滿的ITO，除了液晶電容以外，下板只要有電極的地方都會(huì)形成寄生電容，這些電容也會(huì)成為資料線的驅(qū)動(dòng)負(fù)載和掃描線的驅(qū)動(dòng)負(fù)載。第70頁(yè)，共113頁(yè)。5、加入電容的畫(huà)素等效電路 討論了這些電容以后，將這些電容也納入畫(huà)素等

52、效電路中，與畫(huà)素電極相連的電容，共有接至下板共電極的存儲(chǔ)電容Cs，接至上板共電極的液晶電容Clc，TFT的寄生電容Cgs，接至自身資料線的電容Cpd，接至相鄰資料線的電容Cpd，接至本身掃描線的電容Cpg，接至相鄰掃描線的電容Cpg，需要考慮這些電容的電容耦合效應(yīng)。若未采用內(nèi)建型黑色矩陣的TFT設(shè)計(jì)，則Cpd，Cpd，Cpg，Cpg的值甚小而可以忽略。 而負(fù)載電容包括：掃描線和資料線之間的電容Cx1，下板共電極和資料線之間的電容Cx2，TFT的寄生電容Cgd，資料線和上板共電極之間的電容Cd0，掃描線和上板共電極之間的電容Cg0第71頁(yè)，共113頁(yè)。這樣畫(huà)素的等效電路如下圖所示：和畫(huà)素相關(guān)的電

53、容有： Cs， Clc， Cgs， Cpd， Cpd， Cpg， Cpg驅(qū)動(dòng)負(fù)載電容： Cx1， Cx2， Cgd， Cd0，Cg0第72頁(yè)，共113頁(yè)。6、掃描線對(duì)畫(huà)素電極的電容耦合效應(yīng)在電荷守恒的前提下，掃描線上的電壓變化為 onoffVV則畫(huà)素電壓的變化量 V為 pdpdpgpggdLCspggdONOFFCCCCCCCCCVVV)(忽略Cpd，Cpd，Cpg，Cpg，則得到： gdLCsgdONOFFCCCCVVV)(第73頁(yè)，共113頁(yè)。Gate 打開(kāi)Qn=Cgs(Vn-Vg)+Cst(Vn-Vst)+Clc(Vn-Vcom)+Csp(Vn-Vs)(1)Gate 關(guān)閉Qn=Cgs(V

54、n-Vg)+Cst(Vn-Vst)+Clc(Vn-Vcom)+Csp(Vn-Vs)(2)(1)-(2)0=Cgs(Vp-Vg)+Cst(Vp)+Clc(Vp)+Csp (Vp - Vs)totalgsoffonpgsgspssplcstgsspsgsgpCCVVVCVCVCCCCCVCVV小很多，可忽略比一般 CgsCstClcCsp電荷守恒電荷守恒附：直接計(jì)算法第74頁(yè)，共113頁(yè)。 這個(gè)電壓變化量會(huì)與 的變化成正比，與TFT的寄生電容成正比，而與TFT的寄生電容，存儲(chǔ)電容和液晶電容的總和成反比。 onoffVV 再次強(qiáng)調(diào)，在電荷守恒的前提下，當(dāng)TFT由關(guān)變開(kāi)的時(shí)候，便開(kāi)始做充放電的動(dòng)作，此

55、時(shí)畫(huà)素電極與資料線之間有電荷的流動(dòng)，并非電荷守恒，但是，當(dāng)TFT由開(kāi)變關(guān)的時(shí)候，畫(huà)素電極上的電荷不再流動(dòng)至資料線，因而進(jìn)入“電荷守恒”的狀態(tài)而發(fā)生電容耦合。這個(gè)變化量，會(huì)使得由資料線寫(xiě)入所設(shè)定的畫(huà)素電壓，在TFT關(guān)閉后有所變動(dòng)，這個(gè)變動(dòng)電壓有兩個(gè)效應(yīng)，一是使畫(huà)素最后所顯示的灰階，偏離原來(lái)寫(xiě)入電壓所希望表現(xiàn)的灰階，二是使原來(lái)資料線寫(xiě)入正負(fù)極性大小對(duì)稱的電壓，向下偏離，而產(chǎn)生直流殘留效應(yīng)。第75頁(yè)，共113頁(yè)。VCVCOMT1vv第一圖場(chǎng)第二圖場(chǎng)一圖框T2VGVIDVP(a)驅(qū)動(dòng)波形圖v第76頁(yè)，共113頁(yè)。7、解決掃描線電容耦合效應(yīng)的方法（1）減小變化量我們可以找出減少變化量的幾個(gè)方向：首先是降

56、低 ，但需考慮如中所述的電壓范圍，無(wú)法降得太多。其次是降低TFT的寄生電容，但需考慮TFT開(kāi)電流特性需求。最后是增加儲(chǔ)存電容和液晶電容的總和，其中增加液晶電容量是比較不合適的，原因之一是液晶電容是由畫(huà)素面積大小和所選擇的液晶介電常數(shù)而決定，前者依據(jù)產(chǎn)品規(guī)格而定，后者會(huì)以光學(xué)特性的考量為主，不會(huì)因?yàn)殡娙菪枨蠖鬟x擇。所以最有效減少變化量的方法，是增加儲(chǔ)存電容，而增加儲(chǔ)存電容會(huì)使開(kāi)口率變小。儲(chǔ)存電容可以減少因電容耦合效應(yīng)而產(chǎn)生的電壓變化量，這便是儲(chǔ)存電容的第二個(gè)角色 。ONOFFVV第77頁(yè)，共113頁(yè)。（2）資料線電壓補(bǔ)正 資料線的電壓是由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)所要顯示的灰階來(lái)設(shè)定的，可以將因電容耦合效

57、應(yīng)產(chǎn)生的電壓變化量 預(yù)先設(shè)置于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，根據(jù)所要顯示的灰階定出所希望的畫(huà)素電壓V，再將電壓變化量 加在所希望的畫(huà)素電壓上，設(shè)定在資料線上，如此真正寫(xiě)入畫(huà)素的電壓會(huì)是 ,在經(jīng)過(guò)TFT關(guān)閉時(shí)的電容耦合效應(yīng)，畫(huà)素電壓會(huì)變成 ,即是所要顯示的灰階所對(duì)應(yīng)的畫(huà)素電壓。VVVVVVVV第78頁(yè)，共113頁(yè)。（3）共電極電壓補(bǔ)償真正決定液晶排列和穿透度的，是液晶電容上的跨壓 ，它是畫(huà)素電壓 與共電極電壓 的差，即 ，只要 是定值，并不會(huì)影響電荷存儲(chǔ)和電容耦合效應(yīng)，既然寫(xiě)入的畫(huà)素因電容耦合而變成 ，把共電極電壓也設(shè)為 ，這樣，液晶電容上的跨壓變成與上面的結(jié)果相同，這就是前面提到的共電極電壓補(bǔ)償，它只能解決部分

58、問(wèn)題，主要原因是液晶電容是可變的。 LCVPIXELVCOMVCOMPIXELLCVVVCOMVVVPIXELVVCOM COMPIXELCOMPIXELLCVVVVVVV第79頁(yè)，共113頁(yè)。8、液晶電容的影響我們知道，在 的表達(dá)式中，其他電容一旦確定都是固定不變的，采用何種補(bǔ)償方法，對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓也會(huì)確定，而液晶電容在工作過(guò)程中確是隨著灰階電壓而改變，因此將上節(jié)公式修正為 VgdLCsgdONOFFCVCCCVVVV)()(液晶上的跨壓是根據(jù)所要顯示的灰階而設(shè)定，所以， 會(huì)隨所要顯示的灰階而改變，看下表，在不同灰階下的變化量 。VV第80頁(yè)，共113頁(yè)?；译A對(duì)應(yīng)電壓（V）CLC(pF)CS

59、(pF)Cgd(pF)VOFF-VON(V)V(V)資料線補(bǔ)正電壓(V)正極性04.01.20.90.06 200.5564.55613.11.00.90.06200.6123.17222.60.90.90.06200.6453.24532.20.80.90.06200.6822.88241.80.70.90.06200.7232.52351.30.60.90.06200.7692.06960.60.50.90.06200.8221.42270.10.30.90.06200.9521.052負(fù)極性70.10.30.90.06200.9520.85260.60.50.90.06200.8220.

60、22251.30.60.90.06200.7690.53141.80.70.90.06200.7231.07732.20.80.90.06200.6821.51822.60.90.90.06200.6451.95513.11.00.90.06200.6122.4880.01.20.90.06200.5563.444第81頁(yè)，共113頁(yè)。由表可以看出，變化量 會(huì)隨著灰階不同而改變。其變動(dòng)的最大值與最小值各為：VgdMINLCsgdONOFFMAXCCCCVVV,gdMAXLCsgdONOFFMINCCCCVVV,所以，變動(dòng)的平均值和變動(dòng)范圍分別是：gdMAXLCsgdMINLCsgdONOFFM