[信息与通信]TFT-LCD原理及设计.ppt
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1、TFT-LCD原理及設計,OUTLINE,TFTLCD簡介 TFTLCD的操作原理 TFTLCD的優點 TFTLCD的設計考量 TFTLCD的設計流程,TFTLCD簡介,TFTLCD的特性 TFTLCD的操作原理 TFTLCD的優點,LCD : 一種光電裝置,光 : Dn 光可分為不同的極化方向 不同極化方向的光經過液晶, 會有不同的光程 光經過此光程差再組合後, 會改變其極化的形式 配合偏光片擋去某個極化方向的光, 即可決定光的穿透率,電 : De 不同的電壓下, 液晶會有不同的排列方式 不同的液晶排列方式造成不同的光程差, 因而使得穿透率改變,如此可將video信號(電)轉換成亮暗顯示(光
2、),TN型液晶 : 亮,偏光片1 (垂直),偏光片2 (水平),水平偏極化光出,未偏極化光入,液晶,未施加電壓 : 偏極化光 隨液晶分子扭轉,TN型液晶 : 暗,無光出,未偏極化光入,液晶,V,偏光片1 (垂直),偏光片2 (水平),液晶的光電特性,主動矩陣式 LCD,主動元件 TFT SiNx電容 MIM電容,TFTLCD的操作原理,在主動矩陣式 LCD中, 每個畫素具有一TFT, 其閘極連接至水平向的掃描線, 汲極連接至垂直向的資料線, 而源極連接至液晶電極 顯示器同時間一次起動一條水平掃描線, 以將TFT打開, 而垂直資料線送入對應的視訊信號, 對液晶電極充電至適當的電壓 接著關閉TFT
3、, 直到下次重新寫入信號前, 使得電荷保存在電容上; 同時起動次一條水平掃描線,送入對應的視訊信號 依序將整個畫面的視訊資料寫入, 再自第一條重新寫入信號, 一般此重覆的頻率為6070 Hz 對每個畫素而言, 液晶上所跨的電壓和穿透度具有一定的關係, 而且是完全相同的, 因此, 只要能控制所寫入的電壓, 即可顯示想要的畫面,TFTLCD的優點,畫素各自獨立, 可消除串音(crosstalk)現象 畫素自資料線獨立, 在畫素電容上可保持電荷, 故可使用穿透度隨電壓變化較緩的液晶, 出更多灰階 可製成較大面積與較高解析度,TFTLCD的設計考量,設計原則 : 確保視訊資料不失真 設計考量 : 設計
4、目標 儲存電容 TFT特性 信號線延遲 曝光分割 其他設計考量,1. Global parameters,2. Read image,3. Map colors,4. TFT analysis,5. Array analysis,6. Cell electrical,7. Liquid crystal cell,8. Optical analysis,9. Display image,10. Configure file,11. Medici,12. Raphael,5,GIF,colors,Vdata,Vpixel,T%,GIF,2,3,6,8,9,Liquid Outlook,設計目標,解
5、析度 : 驅動頻率, 驅動負載, 畫素大小 面板尺寸 : 驅動負載, 信號延遲, 畫素大小 操作電壓 : TFT充電能力, Feedthrough效應 極性反轉模式 : Cst on gate, common調變 開口率 : 信號線寬, 儲存電容大小 其他光學目標 : 視角, 反應速度, .,極性反轉,液晶不可在直流電壓下操作過久,Frame inversion,Column inversion,Dot inversion,Row inversion,儲存電容,協助液晶電容之電荷儲存 減少Feedthrough效應 Cst on gate 節省common bus 增加開口率 驅動電壓設計較複
6、雜,液晶電容之電荷儲存,漏電途徑 TFT關電流 液晶 漏電要求 在新視訊資料寫入前, 漏電不可使電壓變化大於一個灰階,Gate 打開 Qn=Cgs(Vn-Vg)+Cst(Vn-Vst)+Clc(Vn-Vcom)+Csp(Vn-Vs)(1),Gate 關閉 Qn=Cgs(Vn-Vg)+Cst(Vn-Vst)+Clc(Vn-Vcom)+Csp(Vn-Vs)(2),(1)-(2) 0=Cgs(Vp-Vg)+Cst(Vp)+Clc(Vp)+Csp (Vp - Vs),電荷守衡,Feedthrough效應,Clc,a,Clc,b,DVp,a DVp,b,W = | DVp,a - DVp,b | (愈小
7、愈好),Feedthrough效應 (續),Feedthrough效應的計算,Clc隨電壓而改變 Cgs隨電壓而改變 不同電壓下, feedthroughk 大小不同,TFT特性,開電流足以在時間內完成充電 關電流不致在時間內漏電太多 Cgs愈小, 則feedthrough亦愈小,TFT 特性需求,On current:,Off current:,On-to-Off ratio:,M. Shur, M. Jacunski, H. Slade, M. Hack, “Analytical Models for Amorphous and Polysilicon Thin Film Transist
8、ors for High Definition Display Technology,“ J. of the Society for Information Display, vol. 3, no. 4, p. 223, 1995,信號線延遲,Cpixel(有些電容可視實際情況忽略或加入) For gate bus : Cgd/Cgd/Cg0/Cgsm/(Cgp/Cgdm)+(Cpd/Cpd/Cs/Clc)/ Cgp+(Cpd/Cpd/Cs/Clc) For data bus Cdg/Cdg/Cd0/Cgsm/(Cdp/Cdsm)+(Cpg/Cpg/Cs/Clc)/ Cdp+(Cpg/Cpg/
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