基础原理.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/11/6,#,单击此处编辑母版标题样式,2019/11/6,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,TFT LCD,基本结构,TFT,-,LCD,显示原理,TFT LCD TFT,制作工艺,TFT-L,CD,基本驅動方式,及应用,TFT,-,LCD,驅動電路架構,補充：,MVA,显示原理介绍,主要内容,TFT LCD,簡介,TFT LCD,：,Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,。,超薄膜晶体管液晶显示器,LC,：,Liquid Crystal,液态晶体。,CF,：,Color Filter,彩色濾光片。分,R,、,G,、,B,三种颜,色的滤光片。,B/L,：,Back light,背光。,L/G,：,Light Guide,导光板。,data line:,數據线，進行資料的傳輸。,scan line:,扫描线，控制,TFT,的開關。,控制,TFT,上的电晶体是,on/off,。,On,时，资料可以传,输；,off,时，资料不能传输。,TFT LCD,名词,1280,1024,TFT,Polarizer,CF,Polarizer,Back light,LED,LC cell,TFT LCD,基本结构,TFT LCD,生產流程,液晶分子可改變光的極化狀態,，,穿过扭曲液晶时,，,光线被液晶分子扭转,90,度,。,通过,TFT,电压控制开关来控制液晶分子两端的电压,，,不同,压,差,下,有不同,穿透率,，极化程度也相应改变,，,从而达到控制光线的强弱的目的,。,偏光板,Polarizer,彩色濾光片為液晶顯示器彩色化的關鍵元件,透過彩色濾光片才能使高灰階的液晶顯示器達到全彩色化,所以彩色濾光片之作用在於利用濾光的方式產生,RGB,三原光,再將三原光以不同的強弱比例混合而呈現各種色彩,使,LCD,顯示出全彩,.,彩色濾光片,Color Filter,ITO sputter B R G,黑色矩陣,TFT-LCD,用無鹼玻璃,註解,:,最基本的彩色濾光片其結構為玻璃基板,(Glass substrate),上製作防反射之黑色遮光層,即為,BM,層,再依序製作上具有透光性紅,綠,藍三,原,色之彩色濾光膜層,(,濾光層之形狀,尺寸,色澤配列依不同用途之液晶顯示器而異,),最後濺鍍上透明導電膜,(ITO,Indium Tin Oxide,).,Black Matrix,目的,:,遮蔽漏光區域,，,以免看到漏光導致對比下降,Black Matrix,材料,:,Cr,CrO,2,resin,1.,液晶可以被光穿透，並影響光的偏振性；,2.,在液晶分子兩端所加電壓的不同，液晶分子的翻轉程,度不同，根據液晶角度的不同透過光的偏振性也不同；,開関打開,開関閉合,液晶,液晶層,液晶互相牽引 做個轉向的動作 加電壓后轉向改變,通過它改變光的強弱,TFT LCD,显示原理,液晶極性反轉驅動,液晶必須以交流信號驅動,長時間維持某一極性,液晶分子可能受到破壞,VCOM,(CF,側電極,),-,+,+,-,Vpixel(,TFT,側電極,),VCOM,+,-,+,-,Vpixel,正極性驅動,Vpixel Vcom,負極性驅動,Vpixel Vcom,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,Frame Inversion,+,+,+,+,-,-,-,-,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,-,-,-,-,+,+,+,+,row Inversion,column Inversion,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,dot Inversion,+,-,+,-,-,+,-,+,+,-,+,-,-,+,-,+,-,+,-,+,+,-,+,-,-,+,-,+,+,-,+,-,2-line Inversion,+,-,+,-,+,-,+,-,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,-,+,-,+,-,+,-,:bad,:Normal,:Good,TFT,結構,G1,G2,G3,Gm,Gm-1,S1,S2,S3,Sn-1,Sn,Source,線,儲存電容,Gate,線,液晶電容,TFT,TFT,-LCD,显示原理,G1,G2,G3,Gm,Gm-1,S1,S2,S3,Sn-1,Sn,Source,線,儲存電容,Gate,線,液晶電容,TFT,TFT LCD,电路结构,薄膜晶体管是一种绝缘栅场效应晶体管,.,它的工作状态可以利用,Weimer,表征的单晶硅,MOSFET,工作原理来描 述,.,以,n,沟,MOSFET,为例,物理结构如图,2.,当栅极施以正电压时,栅压在栅绝缘层中产生电场,电力线由栅电极指向半导体表面,并在表面处产生感应电 荷,.,随着栅电压增加,半导体表面将由耗尽层转变为电子积累层,形成反型层,.,当达到强反型时,(,即达到开启电压 时,),源,漏间加上电压就会有载流子通过沟道,.,当源漏电压很小时,导电沟道近似为一恒定电阻,漏电流随源漏电 压增加而线性增大,.,当源漏电压很大时,它会对栅电压产生影响,使得栅绝缘层中电场由源端到漏端逐渐减弱,半导体表面反型层 中电子由源端到漏端逐渐减小,沟道电阻随着源漏电压增大而增加,.,漏电流增加变得缓慢,对应线性区向饱和区过 渡,.,当源漏电压增到一定程度,漏端反型层厚度减为零,电压在增加,器件进入饱和区,.,在实际,LCD,生产中,主 要利用,a-Si:H TFT,的开态,(,大于开启电压,),对像素电容快速充电,利用关态来保持像素电容的电压,从而实现快 速响应和良好存储的统一,.,TFT panel model,C,S,Data line,Gate line,C,LC,C,GD,V,COM,S,D,G,電腦顯示之圖像均是由一個個的,像素(,pixel),構成,圖像顯示原理,Pixel,dot,每個像素均由三種顏色紅,(R),綠,(G),藍,(B),的小光點,(dot),構成,混色效果,分別控制,RGB dot,亮度,，,自由組成各種圖案,三角形越大,所能顯示的顏色越豐富,先開啟第一,行,，其餘關閉,。,TFT,玻璃電,極,Data Line,Scan Line,ON,OFF,OFF,OFF,T,FT LCD,的顯示方式,接著關閉第一列，電壓已經固定，所以顯示顏色也已固定。開啟第二列，其餘仍保持關閉。依此類推，可完成整個畫面之顯,示,。,ON,OFF,OFF,OFF,電腦顯示之圖像均是由一個個的,像素(,pixel),構成,顏色深度,(Color depth),：,LCD,可顯示的顏色數目,對,6 bit,顯示器而言,共可以顯示2,6,x,2,6,x,2,6,=262,144,對8,bit,顯示器而言,共可以顯示2,8,x,2,8,x,2,8,=16,777,216,Red,Green,Blue,White,Gray Scale,0,8,16,24,32,40,48,56,63,.256 Color,8,（,R,）*,8,（,G,）*,4,（,B,）,=256 Color,.High Color,32,（,R,）*,64,（,G,）*,32,（,B,）,=65536 Color,.Full Color,64,（,R,）*,64,（,G,）*,64,（,B,）,=262144 Color,.True Color,256,（,R,）*,256,（,G,）*,256,（,B,）,=16777216 Color,True color,256 color,TFT-LCD,的穿透率,：,TFT-LCD,面板的宿命：光学穿透率不佳。,開口率：液晶分子中光線能透過的有效區域的比例。即液晶 分子中有效的透光區域與全部面積的比例，就稱之爲 開口率。,100%,開口率,=B/A*100%,A,B,光学穿透率不佳原因：,1,，,TFT,的开口率：约,60%,以上。,2,，,CF,的滤光效率：约,1/3,以下。,3,，偏光板的极化效率（含两片吸收）：约,40%,上下。,三項相乘,60%1/3 40%,約為,8,%,所以，在,TFT LCD,的設計中，要盡量提高開口率，因爲只有提高開口率，便可以增加亮度，而同時背光板的亮度也不用那麽高，可以節省耗電及花費。,D,S,ITO Pixel,Gate Line,Source Line,TFT-LCD,常见问题及原因,Flicker,即屏闪,其形成原理如下图所示,在,frame1,和,frame2,，液晶像素两端的电压差不一致，其显示的灰阶也不一致，表现在,panel,上就会出现,flicker,。,Feed Through,G,D,S,Data line,Scan line,Vst,Vcom,Clc,Cst,Cgs,Vg,Vd,Vs,V=(Vgh-Vgl),Cgs,+Cst+Clc,Cgs,Vgh-Vgl,根據公式,Q=CU,由電荷不滅定律,可求得,feed through,V,(Vd-Vgh)Cgs+(Vd-Vst)Cst+(Vd-Vcom)Clc=,(Vs-Vgl)Cgs+,(Vs-Vst)Cst+(Vs-Vcom)Clc,V,=Vd-Vs,Vcom,Vg,Vd,Vs,V,Vgh,Vgl,1 line,1 frame,V,feed through,电压,它的成因主要是因为面板上其它电压的变化,经由寄生电容或是储存电容,影响到显示电极电压的正确性,.,在,LCD,面板上主要的电压变化来源有,3,个,分别是,gate driver,电压变化,source driver,电压变化,以及,common,电压变化,.,而这其中影响最大的就是,gate driver,电压变化,(,经由,Cg,s,或是,Cs),。,G,D,S,Data line,Vcom,Clc,Cst,Cgs,Vd,Vs,V,+Voltage,-Voltage,Transmittance,Vd,Vs,Vcom,Optimized Vcom for each gray,VCOM,液晶本身感受到的電壓是,Vcom,與,Gamma,電壓之間的壓差。但實際上，每一灰階是由,Vcom,與兩正負周期的,Gamma Voltage,組成。所以當正負周期的壓差不一樣時，就會產生,Flicker,的現象。,残影,残像：,由于液晶受到长时间的信号驱动而被极化，导致切换画面至下一画面显示内容时，液晶分子不能立即随驱动信号电压控制而正常偏转，显示屏仍然可以看到前一幅画面痕迹的现象。,拖尾：,由于液晶响应时间偏大，液晶显示器在显示画面尤其是动态图像画面时，在从第,N,帧画面切换至第,N+1,帧画面时，液晶分子转向改变速度跟随不上切换画面的频率而产生有尾影拖曳的画面。,造成残影的原因：,设计、材料、驱动、液晶的动态响应时间、显示器的保持特性,残影（即可分为残像和拖尾）,设计原因：,IPSTFT,基板上像素电极和,COMM,电极之间的横向电场，如图，电极在面内呈间隔分布，电场不均一便容易形成横向,DC,偏置，同时没有,TN,那得的,ITO,屏蔽层，如果在,CF,的有基层上存在电荷聚集，这些电荷和,TFT,基层上的电极就容易形成,DC,偏置，造成设计残影不良。,材料方面,1,、液晶材质（,LC,）和取向层材料（,PI,）的极化作用,2,、杂质离子聚集,3,、液晶材料电压保持率,4,、取向层材料界面锚定能,液晶极化，,VCOM,正负电压不一致，在,LCD,充放电的时候，液晶盒内不可避免的会产生,DC,，当这个,DC,够大的时候，液晶分子变不收信号电压的驱动，从而产生,Area Image,液晶分子是通过自身的转动来改变红、绿、蓝三个子像素的明暗度，最终显示出不同颜色，液晶分子转动导致画面从黑到白再到黑的过程称之为黑白响应时间。很明显如果液晶分子转动速度过慢，改变颜色所需要的时间就会延长，在第一帧还未显示完成，就马上要显示第二帧画面，于是画面就产生拖尾现象。较常见的,-20,的低温拖尾，是由于液晶在低温,-20,的条件下，液晶的响应速度会比常温的要慢很多（见举例），于是在显示第二帧画面时第一帧还未显示完，产生拖尾。,改善对策：,提高液晶的响应速度可采用过驱动方式和选择快响应的液晶材料,液晶的动态响应时间,例：,Positive LC A,不同温度下响应时间,RT,对比,液晶显示技术的成像原理依赖于液晶分子在驱动信号作用下的扭转、复原过程，而这两个过程都需要较长的响应时间，从而导致像素的亮度改变总是明显滞后于驱动信号的变化；另一方面，液晶显示器的驱动方式也使得屏幕在较长时间内维持一帧画面的显示状态，直到加载了下一帧画面时屏幕上的内容才稍有变化，这种长时间不改变的情况，加重了人眼视觉暂留的效果。液晶显示器这种“,Hold Type(,保持型,)”,的驱动和光输出模式，正是导致严重拖影的原因。,改善对策：,A.,提高刷屏帧数。,B.,脉冲驱动方式,-,插黑技术（在原有视频图像的基础上，每两帧画面之间插入一个全黑的中间帧，并使帧频率增加一倍）,C.,脉冲式背光技术,使液晶面板的背光灯在每个帧周期内闪烁,(,亮,-,灭,),一次，即原来每帧图像的显示周期都被分成两个时间段,在第一个时间段内背光灯被打开、正常显示图像帧，第二个时间段内则关闭背光灯、出现全黑屏幕,(,实际上这时液晶层仍然有图像在显示，但是没有背光通过所以表现为全黑,).,一、,Corsstalk,：,即串扰现象，又称做交叉效应，是指,LCD,显示屏在显示时，,LCD,中的某一个像素（,pixel,），因为其相邻像素或操作电源状态的变动，影响到这个像素原本的显示状态，而出现画面不正常的状况。,简单来说就是指相邻的点之间,要显示的资料会影响到对方,以致于显示的画面会有不正确的状况,.,常见的,crosstalk,现象主要有水平和竖直,crosstalk,两种，如下现象,现象示意图,主要原因：,1,、,VCOM,（电容耦合）,2,、,OP,driving,能力不足,(SOURCE OP/GAMMA OP),3,、,TFT leakage,（,TFT,在,OFF,状态漏电流过大）,解决方法,:,1,、横向,crosstalk,：,增强,VCOM driving ability,延长充电时间（,1,、,source,充电时间；,2,、,降低,frame rate,）,2,、竖直,crosstalk,：,加大,VGL,电压,.(TFT off voltage),增加,frame rate,Line/dot inversion(,因为每隔一行水平扫描周期，,Source,资料的极性会翻转一次，可有效抑制耦合效应,),Pixel,Cgd,Cgs,Csd,Csdb,Csdb,Cgs:,源极电容,Cgd:,汲极电容,Csc,Csc,Csc,Color Filter Substrate,像素电极,上板共,电极,(Vcommon voltage),上板共,电极与,Data,线之间产生的电容,Csc,电容耦合,当,Source A,上的电压改变时，同时在,Vcom,的波形会由于,Csc,的电容耦合效应产生一个同极性的突波，造成,Vcom,的电压升高。同时,Source B,资料写入液晶电容时，液晶电容所参考,Vcom,电压也升高，所以导致水平,Crosstalk,128 Gray Level,128Gray Level,Black Level,Common,Waveform,Signal of A Line,Signal of B Line,D,V,frame Inversion,Data of A Line,Data of B Line,VCOM,abnormal waveform,A,B,Line Inversion,+,_ _ _ _ _,+,_ _ _ _ _,normal waveform,当,source A,B,线输出为较低的电位时，对,Vcom,产生耦合效应较小。,当,source A,线输出变为高电位时，对,Vcom,产生耦合效应较大。,所以，,Vcom,的产考电压提高，造成区域性的水平,Crosstalk,，在画面上与黑色图框相同的水平方向的背景范围会比其他区域的亮度高。,Op-Amp driver output,Gamma resistance,OUTPUT,MULTIPLEXER,NEGATIVE,POSITIVE,INPUT,MULTIPLEXER,OUT 1,OUT 2,H63,D16:0,D26:0,POL,H0,L0,L63,(+),(-),OP-A,OP-B,1.Gamma,分,压后会有,一,OP:OP_A,a.OP-A diving,能力不足,:,显示该灰阶的所有,source line,皆,异常,2.IC,最后输出到液晶面板的,source line,还有,有一,OP:OP-B,a.OP-B driving,能力不足,:,单条,ource line,显示异常,此区域中间为黑色,所以,loading,较重。,如果,OP driving,能力不足,则会导致,A,与,B,区域的电压不到位,Cell,压差较,小所以,较,上下,两区域,亮,点,NW panel,A,B,TFT,漏电流,液晶,电容的像素电极漏电致共电极。,a.,此漏电会造成施加在液晶电容上的跨压变小，使得显示器的对比降低。如图，,因黑色窗口的功耗更大，当,TFT,漏电时，像素的电压将变改变。,TFT OFF,时间越长,漏电量越大,.,降低,frame rate,，将使,TFT,处于关闭时间越长，这将使,Crosstalk,现象更明显,TFT,按压水波纹,The End,Thank you!,