1、2007年08月12日,a,1,TFT-LCD驅(qū)動(dòng)電路和模塊,1 引言 2 TFT-LCD驅(qū)動(dòng)原理 3 TFT-LCD模塊接口方式 4 TFT-LCD模塊設(shè)計(jì) 5 TFT-LCD模塊的結(jié)構(gòu),2007年08月12日,a,2,1. 引言,首先我們來(lái)介紹由于Cs(storage capacitor)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. Cs(storage capacitor)儲(chǔ)存電容的架構(gòu) 一般最常見(jiàn)的儲(chǔ)存電容架構(gòu)有兩種, 分別是Cs on gate與Cs on common這兩種. 這兩種顧名思義就可以知道, 它的主要差別就在于儲(chǔ)存電容是利用gate走線(xiàn)或是common走線(xiàn)來(lái)完成的

2、. 在上一篇文章中, 我曾提到, 儲(chǔ)存電容主要是為了讓充好電的電壓,能保持到下一次更新畫(huà)面的時(shí)候之用. 所以我們就必須像在CMOS的制程之中, 利用不同層的走線(xiàn), 來(lái)形成平行板電容. 而在TFT LCD的制程之中, 則是利用顯示電極與gate走線(xiàn)或是common走線(xiàn),所形成的平行板電容,來(lái)制作出儲(chǔ)存電容Cs.,2007年08月12日,a,3,圖1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道, Cs on gate由于不必像Cs on common一樣, 需要增加一條額外的common走線(xiàn), 所以它的開(kāi)口率(Aperture ratio)會(huì)比較大. 而開(kāi)口率的大小, 是影響面板的亮度與設(shè)

3、計(jì)的重要因素. 所以現(xiàn)今面板的設(shè)計(jì)大多使用Cs on gate的方式.,2007年08月12日,a,4,圖2的Cs on gate與Cs on common的等效電路而gate走線(xiàn), 顧名思義就是接到每一個(gè)TFT的gate端的走線(xiàn), 主要就是作為gate driver送出信號(hào), 來(lái)打開(kāi)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(xiàn), 送出電壓要打開(kāi)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,a,5,整塊面板的電路架構(gòu),2007年08月12日,a,6,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

4、, 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(lái)代表RGB三原色.,2007年08月12日,a,7,2. TFT-LCD驅(qū)動(dòng)原理,行驅(qū)動(dòng)器控制每行像素點(diǎn)上的TFT開(kāi)關(guān)態(tài)，即提供TFT的柵掃描電壓，可簡(jiǎn)單地開(kāi)或關(guān)某一行所有的TFT，在這一時(shí)刻，只允許訪(fǎng)問(wèn)這一行的像素。 某一列驅(qū)動(dòng)器則控制更新該列像素顏色的明暗程度。 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)。 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“直接”提供交流電壓且幅度可調(diào)。 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

5、(也稱(chēng)COM電極)。,2007年08月12日,a,8,2. TFT-LCD直接驅(qū)動(dòng)法（續(xù)1）,一個(gè)典型的TFT-LCD顯示器件，其顯示像素上的信號(hào)通過(guò)行驅(qū)動(dòng)器(Row Driver)和列驅(qū)動(dòng)器(Column Driver)控制，其結(jié)構(gòu)如右圖所示。 每行和每列的交叉點(diǎn)有一個(gè)TFT (Thin Film Transistor)，TFT與一個(gè)顯示單元相連接為像素。進(jìn)一步的等效分析如下。,2007年08月12日,a,9,2.1 TFT-LCD驅(qū)動(dòng)原理（續(xù)1）,2007年08月12日,a,10,2.1 TFT-LCD驅(qū)動(dòng)原理（續(xù)2）,如上圖所示，寫(xiě)入的電壓由于補(bǔ)償電容Cs和像素等效電容CLC的作用，在撤

6、銷(xiāo)寫(xiě)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，即可以保證液晶處于交流驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。 當(dāng) TFT晶體管的開(kāi)、關(guān)比達(dá)到106 以上時(shí)，則可以滿(mǎn)足液晶像素對(duì)通斷比的要求。 驅(qū)動(dòng)路數(shù)與 TFT晶體管特性有關(guān)，而與液晶的電光響應(yīng)特性無(wú)關(guān)，這就徹底解決了液晶多路驅(qū)動(dòng)的難題。 這種驅(qū)動(dòng)方式?jīng)]有半選通波形，因此也就沒(méi)有交叉效應(yīng)以及對(duì)比度下降等缺陷。 這種驅(qū)動(dòng)也不受響應(yīng)速度的影響，沒(méi)有閃爍也沒(méi)有拖尾。,2007年08月12日,a,11,2.2 TFT-LCD的反轉(zhuǎn)方式驅(qū)動(dòng)原理,為了得到多灰度多彩色的TFT-LCD，要求數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器能夠產(chǎn)生一系列滿(mǎn)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

7、。 而且，對(duì)于高質(zhì)量的顯示，要求驅(qū)動(dòng)不能由于像元的串?dāng)_而引起圖像失真。 目前用于TFT液晶屏，分辨率從VGA到SXGA的有4種反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方法。 所謂“反轉(zhuǎn)”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。,2007年08月12日,a,12,2.2 TFT-LCD的反轉(zhuǎn)方式驅(qū)動(dòng)原理（續(xù)1）,如下圖所示： 圖(a)是幀反轉(zhuǎn)方式，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。 圖(b)是行極性反轉(zhuǎn)，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)，奇偶行的電壓極性互換。 圖(c)是列極性反轉(zhuǎn)，極性變換同行反轉(zhuǎn)類(lèi)似。 圖(d)是點(diǎn)反轉(zhuǎn)方式，相鄰像素點(diǎn)的電壓極性相反。,

8、2007年08月12日,a,13,2.2 TFT-LCD的反轉(zhuǎn)方式驅(qū)動(dòng)原理（續(xù)2）,2007年08月12日,a,14,2.2 TFT-LCD的反轉(zhuǎn)方式驅(qū)動(dòng)原理（續(xù)3）,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4種反轉(zhuǎn)方式，而Vcom反轉(zhuǎn)方式僅能提供幀反轉(zhuǎn)和行反轉(zhuǎn)。 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。 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。 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

9、交叉串?dāng)_。,2007年08月12日,a,15,3. TFT-LCD器件的工作原理,TFT尋址的矩陣液晶顯示屏及其外圍電路的等效電路圖。,圖中包括三個(gè)部分：TFT尋址矩陣液晶屏；掃描電極母線(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)電極母線(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路。 顯示屏有M條信號(hào)電極母線(xiàn)和N條掃描電極母線(xiàn)。,2007年08月12日,a,16,3 TFT-LCD器件的工作原理（續(xù)1）,如圖所示。掃描電極母線(xiàn)（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。 水平移位寄存器是一個(gè)兩相輸入的N位移位寄存器，它與水平移位脈沖同步，依次掃描第一行到最后行（第N行）。 移位寄存器中一對(duì)TFT中的一個(gè)，例如TFTiA截止，則另一個(gè)即TFTiB

10、就導(dǎo)通，這時(shí)源電壓V0將加到正被選取的掃描電極母線(xiàn)上，即第i條掃描電極母線(xiàn)。 TFTij的柵極與第i條掃描電報(bào)母線(xiàn)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線(xiàn)皆為地電位。除TFTij以外的所有TFT皆截止。,2007年08月12日,a,17,3. TFT-LCD器件的工作原理（續(xù)2）,如圖所示。信號(hào)電極母線(xiàn)（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(kāi)關(guān)和信號(hào)驅(qū)動(dòng)器幾個(gè)部分。 垂直移位寄存器是一個(gè)兩相輸入的M位移位寄存器，寄存器中只有一位上產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，所以只有取樣晶體管導(dǎo)通。 行存貯器由M個(gè)信號(hào)取樣晶體管TFTj和相應(yīng)的M個(gè)行存貯電容Cj組成。這

11、些TFTj的漏極與圖像信號(hào)相連。 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。TFTj將從左到右順序?qū)āＳ谑禽斎氲膱D像信號(hào)將按一定的時(shí)間間隔被取樣。 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Cj上了（ j=1M ）。,2007年08月12日,a,18,3. TFT-LCD器件的工作原理（續(xù)3）,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(kāi)關(guān)脈沖SL同步，使所有的行開(kāi)關(guān)晶體管TFTLj（j=1M）導(dǎo)通，存貯電容Cj（j=1M）開(kāi)始放電。 這個(gè)操作是在行回掃時(shí)間內(nèi)完成的。行開(kāi)關(guān)脈沖SL直接反饋到行開(kāi)關(guān)晶體管TFTLj（j=1M）的柵

12、極上。 當(dāng)行存貯電容Cj放電時(shí)，第j列上只有位于被選取行上的液晶像素電容Cij被充電，而電荷將在存貯電容Cj和像素電容Cij之間分配。 綜上所述，隨時(shí)間變化的模擬圖像信號(hào)將變換為M位被取樣的不連續(xù)的N行信號(hào)，N行這樣的信號(hào)依次傳輸?shù)骄仃囈壕恋腘M個(gè)像素上，從而構(gòu)成一幀圖像。,2007年08月12日,a,19,4. TFT-LCD器件參數(shù)的選擇,TFT-LCD器件參數(shù)必須滿(mǎn)足一些條件。 行存貯電容的選擇： 行存貯電容Cj必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于像素電容Cij，必須滿(mǎn)足不等式：CijCj。若Cij=1pF，Cj必須大于10pF。,信號(hào)取樣TFT導(dǎo)通電阻的選擇： 為使行存貯電容的充電過(guò)程在相應(yīng)的信號(hào)取樣TFT

13、被尋址的短暫時(shí)間內(nèi)完成，信號(hào)取樣TFT的導(dǎo)通電阻Ron必須非常小。,TFT開(kāi)關(guān)比的選擇： 在良好的TFT-LCD中，器件的開(kāi)關(guān)比都至少要大于106。,2007年08月12日,a,20,5. TFT-LCD模塊的幾種結(jié)構(gòu)應(yīng)用,TFT-LCD模塊的子系統(tǒng)有數(shù)字接口、顯示控制器、列與門(mén)顯示驅(qū)動(dòng)器和電源等幾大部分。 早先，象素規(guī)格達(dá)SVGA（800600）的場(chǎng)合，主要使用TTL接口，對(duì)于40MHz的象素時(shí)鐘，電磁干擾仍符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 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65MHz時(shí)，TTL接口對(duì)電磁干擾和功耗就會(huì)變得難以處理。因此LVDS已成為現(xiàn)今用于筆記本個(gè)人電腦（NPC）平臺(tái)技術(shù)的實(shí)

14、際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口。,2007年08月12日,a,21,5. TFT-LCD模塊的幾種結(jié)構(gòu)應(yīng)用（續(xù)1）,參考：SXGA TFT-LCD驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，微電子學(xué)，2000年，第30卷，第4期。 低壓差分信號(hào)（LVDS）接口就成了圖象子系統(tǒng)和LCD模塊之間占據(jù)優(yōu)勢(shì)的數(shù)字接口。LVDS（專(zhuān)用IC由：National：DS90C031和DS90C031）提供了一個(gè)低電源低電磁干擾接口，并且減小了圖象引擎和LCD屏之間的連線(xiàn)數(shù)量。 TFT-LCD模塊廣泛用于彩色手機(jī)、PDA、電腦顯示器、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、筆記本電腦、DVD車(chē)載電話(huà)、電視衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)GPS、可視電話(huà)、儀表儀器以及顯示終端等產(chǎn)品。,2007年08月12日,a,22,圖(a)TFT工作原理,Cs,G,S,D,液晶像素,掃描電極,信號(hào)電極,圖(b)一個(gè)a-Si TFT顯示單元的等效電路,Cs,Cgs,Cgd,Roff,CLC,