第二章TFT操作原理

第二章TFT操作原理第一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第一節(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)的方式第二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日1、極性反轉(zhuǎn)施加在液晶分子上的電場是有方向性的，若在不同的時間，以相反方向的電場施加在液晶上，即稱為“極性反轉(zhuǎn)”。在大部分的情況下，電極間距為常數(shù)，電場的方向?qū)?yīng)到電位差的正負(fù)號，因此“極性反轉(zhuǎn)”也意味著：對液晶施加正負(fù)號相反的電位差。第三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日2、為什么可以極性反轉(zhuǎn)首先來看液晶分子在電場中的電偶極力矩的情形，與第一章不同的是電場方向相反，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)得正而保持原來的轉(zhuǎn)動方向，有差別的地方，在于電場方向不同時，液晶分子上的電子云不同而已，力矩和的大小并沒有改變，因此極性的方向并不會影響力矩對液晶分子的作用，所以可以利用“極性反轉(zhuǎn)”的方式來驅(qū)動液晶而不影響其排列與穿透度，由第一章液晶分子在電場中受到的力凈力矩可知，液晶分子在電場中的力矩與電場的平方成正比，這個力矩用來克服液晶的彈性，以控制其排列方式，進(jìn)而控制穿透度，當(dāng)電場大小固定時，即使電場的正負(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平衡狀態(tài)下。第四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日電場方向相反時長軸和短軸方向上的所受的力矩第五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日驅(qū)動電壓的均方根當(dāng)電場大小改變時，受到液晶的彈性與粘滯系數(shù)的影響，液晶的反應(yīng)會視電場改變頻率而定。在此先討論電場改變頻率很快，液晶來不及改變其排列方式的情況。在這樣的情況下，液晶的排列，會由其所受的力矩在時間上的平均值來決定，而力矩與電場的平方成正比。對力矩作時間平均，其實便是對電場的平方作時間平均，穿透度直接對應(yīng)到液晶的排列，電場直接對應(yīng)到驅(qū)動電壓，因此，穿透度與驅(qū)動電壓的均方根相關(guān)。平均力矩

其中t為時間，為力矩的時間函數(shù)，而由于力矩與電壓平方成正比，得到的電壓均方根第六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日的計算公式

其中

為電壓的時間函數(shù)，T為

為例，其均方根值為的變化周期，以下圖（1）若周期T甚小于液晶的反應(yīng)時間，以該圖的電壓波形驅(qū)動液晶，其分子排列與穿透度，會以大小1.354V的電壓來驅(qū)動液晶的情況是相同的。第七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日3、為什么必須極性反轉(zhuǎn)既然液晶的驅(qū)動與電壓大小有關(guān)，而與其正負(fù)號無關(guān)，是否只要用正電壓或負(fù)電壓來驅(qū)動液晶即可？答案是不行的，必須以“極性反轉(zhuǎn)”的方式來驅(qū)動，其原因有兩個方面。（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）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，本身仍會有一個高電阻值，因此，完整的等效電路也將串聯(lián)電阻考慮進(jìn)來。第八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日基本電阻公式為其中ρ為電阻率，d為電流方向的距離，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，相對介電系數(shù)則差不多，電阻率則約高于液晶的100000倍，因此：我們知道，電容的阻抗

在施加直流電壓角頻率

的情況下故電容的阻抗甚大而可以被忽略，所以液晶上的跨壓

幾乎為施加電壓的兩千分之一。第九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日也就是說，以直流方式驅(qū)動液晶，絕大部分的電壓差會產(chǎn)生在取向膜上，無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，電容的阻抗反而會小于電阻，而可以忽略電阻的效應(yīng)，此時液晶上所跨的電壓，幾乎等于施加電壓在電壓施加的瞬間之后，取向膜與液晶上的跨壓隨時間的變化情況，則視電阻電容值而定，會以近似指數(shù)的形式趨于0，以一般的液晶而言，其時間常數(shù)約為200秒，而且，此變化與液晶面積大小無關(guān)。第十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

由以上的討論，可知液晶不能只以直流驅(qū)動，而必須以高于1/200Hz的頻率做交流驅(qū)動，在正常的情況下，考慮到液晶與人眼的反應(yīng)時間，并不會以這么低的頻率操作，所以并不考慮這個效應(yīng)，但是，當(dāng)電極并不直接與液晶接觸時，直流阻絕效應(yīng)便可能發(fā)生，在開發(fā)新的陣列或彩色濾光片的制程結(jié)構(gòu)時，要注意避免這個效應(yīng)。第十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（2）可移動離子與直流殘留在液晶的制程中，由于無法將液晶完全純化，不可避免地會在其中殘留一些可移動離子，如圖所示，在施加電壓時，會受電極上與其極性相反的電荷吸引而向電極移動，施加的極性相反，離子運(yùn)動的方向也跟著相反，若是施加電壓的平均值為零，可移動離子向兩個電極的移動會相互抵消，所以凈距離也會為零，然而，當(dāng)施加電壓的平均值不為零時，離子會趨向其中一個電極運(yùn)動，一直移動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，會與另一電極上相反極性的電荷形成內(nèi)部電場，這個內(nèi)部電場會與外加電壓形成的電場加成，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，液晶的排列也會因內(nèi)部電場而變得與原始排列狀態(tài)不同，這樣的情況，即被稱為“直流殘留”。第十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日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，白底部分不需加電壓，黑色圖案部分則需施加電壓，經(jīng)過一段時間后，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，此時施加相同的電壓，原本期望會顯示出灰階相同的全灰色畫面，但黑色部分由于直流殘留的內(nèi)部電場而改變了施加電壓的效果，在灰色畫面中可以看出之前的畫面圖案，也可以說是前一畫面留下了殘影，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。第十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日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)動電壓要有正極性和負(fù)極性的，也就是極性反轉(zhuǎn)，這是極性反轉(zhuǎn)的第二個原因。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)，都會造成直流殘留，而且，直流的成分愈大，產(chǎn)生直流殘留的時間就愈短，效應(yīng)就越明顯，以下圖電壓波形為例，計算其平均值：第十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

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：第十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日順便計算其均方根值：

（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：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)中會進(jìn)一步討論相關(guān)內(nèi)容第十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日4、像素陣列反轉(zhuǎn)的方式如上面所述，每個像素液晶本身必須以極性反轉(zhuǎn)的方式來驅(qū)動，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驅(qū)動，因此常見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。在一個圖框開始寫入之前，如果整個圖框上的像素所儲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）上的像素所儲存的電壓極性都是相同的，且左右相鄰的欄上的像素所儲存的電壓極性相反，即稱為欄（列）反轉(zhuǎn)，若是同一行上的像素所儲存的電壓極性都是相同的，且上下相鄰的行上的像素所儲存的電壓極性相反，即稱為行反轉(zhuǎn)，若是每個像素所儲存的電壓極性，都與其上下左右相鄰的像素所儲存的電壓極性相反，即稱為點(diǎn)反轉(zhuǎn)。第十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日TFTLCDsDrivingMethodColumnInversionDotInversionRowInversionFrameInversion第十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)充電

依據(jù)TFT的操作方式，除了時間上的先后順序外，對于每一行或每一個像素而言，其動作都是一樣的，即“充電”－“保持”－“放電”（反充）－“保持”－…。本節(jié)首先來詳細(xì)討論“充電”的過程。1、充電電流2、充電時間3、驅(qū)動電壓的范圍第十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

由公式，就一個特定液晶電容而言，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，充電時間和電壓范圍加以詳細(xì)說明。第二十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日1、充電與放電電流像素電位的設(shè)定，在顯示器運(yùn)作的過程中，并不是由零電位開始（只有剛開機(jī)時才是），而是由前一次更新時所設(shè)定的電位開始，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所設(shè)定的電位極性相反，當(dāng)前一次的極性為負(fù)時，所要設(shè)定的電位極性便是正的，因此，需要對液晶電容做“充電”，而當(dāng)前一次的極性為正時，所要設(shè)定的電位極性便是負(fù)的，此時便需要對液晶電容做“放電”。在TFT-LCD的操作中，無論充電或放電，都是將TFT的柵極設(shè)定在一個電壓以使其導(dǎo)通，來提供所需的電流，將像素電位設(shè)定到與數(shù)據(jù)線（資料線）上等電位，在這個充放電的過程中，數(shù)據(jù)線上的電位是對應(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IC的輸出端來對數(shù)據(jù)線第二十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

與像素電極充放電，而像素電極上的電壓，會隨著充放電的過程而逐漸接近數(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，充放電的電流也會跟著降低，而并不是以定電流對像素電極充放電。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，而資料線對像素電極充放電，并不一定總是資料線較高。來比較一下充電和放電兩種情況，當(dāng)放電時，前一次的像素極性為正，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，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，由于像素電極會隨著充放電第二十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

過程而增加而并非為定值，所以柵極－源極電壓會因為源極電壓的增加而變小，造成充電時電流降低的情況，要比放電時嚴(yán)重，因而需要更充足的充電時間?；诖耍O(shè)計時需要考慮這個問題。第二十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日2、充電時間以一個有M條水平行的顯示器而言，每個行上的開關(guān)，最多僅會開啟整個畫面更新時間的1/M，畫面更新頻率越快，水平掃描線數(shù)越多，則充電時間越短，舉例而言，畫面更新頻率為60Hz，而有1024條水平掃描線，則每行的開啟時間為1/60/1024=16.3微妙，然而，事實上，真正的充電時間并不到16.3微妙。首先配合視訊資料的傳送時間，在完成一次畫面之后，下一個畫面的資料并不會立即送到面板，而會留下一段空白的時間；類似的，在完成一列像素資料寫入之后，下一個像素資料寫入并不會立即進(jìn)行，亦會留下一段空白的時間，這個空白的時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間的長度，由表中可查知每條掃描線的時間為15.6微妙，略小于16.3微妙，對應(yīng)到相當(dāng)于1066條掃描線的時間。其次，由于信號的延遲效應(yīng)，需要提早發(fā)送關(guān)閉信號，使真正有效的充電時間縮短。第二十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第二十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日3、資料驅(qū)動IC的電壓范圍前面章節(jié)中，我們說明了TFT-LCD的灰階設(shè)定方式，資料驅(qū)動IC需要精確控制電壓來設(shè)定灰階，舉例而言，6-bit（26＝64灰階）驅(qū)動所需的最小灰階控制電壓，約為30mV左右，而8-bit（28＝256灰階）驅(qū)動所需的最小灰階控制電壓，約在8mV左右。當(dāng)然，這個最小電壓與液晶的電壓－穿透度特性有絕對的關(guān)系。資料驅(qū)動IC需要提供這樣微小的電壓控制，所以一般把資料驅(qū)動IC視作類比型的IC。在實際的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)動為例，會把共電極的電壓設(shè)定在5V左右，正極性的電壓設(shè)定在5－10V，而負(fù)極性的電壓設(shè)定在0－5V，因此，資料線上最大的充電電壓范圍為0－10V，當(dāng)然，這個范圍會隨所使用的液晶驅(qū)動電壓而稍有不同，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0－14V左右。第二十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日共電極電壓調(diào)變利用“共電極電壓調(diào)變”的方式，可以降低資料驅(qū)動IC的輸出電壓范圍。其操作原理說明如下：當(dāng)液晶像素需要寫入正極性時，將共電極電壓設(shè)定在0V左右，此時，資料驅(qū)動IC的輸出電壓，依灰階不同而在0－5V的范圍內(nèi)，即可將畫素電壓設(shè)定在+0V至＋5V的范圍，而當(dāng)液晶像素需要寫入負(fù)極性時，將共電極電壓設(shè)定在5V左右，此時，資料驅(qū)動IC的輸出電壓，依灰階而不同，但也在0－5V的范圍內(nèi)，例如，要在像素電極寫入－0V，則將資料驅(qū)動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＝（5－5）V＝－0V；要在像素電壓寫入－5V，則將資料驅(qū)動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＝（0－5）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)動第二十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

方式，資料驅(qū)動IC的輸出電壓范圍大，而后一圖為共電極驅(qū)動方式，可將資料驅(qū)動IC的輸出電壓范圍縮小為直流電壓驅(qū)動的一半。V0V1V2V3V4V5V6V7V7V6V5V4V3V2V1V01Frame/1Line第二十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日V0V1V2V3V4V5V6V7V7V6V5V4V3V2V1V0第二十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日共電極電壓范圍為了使液晶電壓正負(fù)極性對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稱中心，然而，由于寄生電容效應(yīng)，使畫素電壓在TFT關(guān)閉時，受到柵極電壓變化的影響，而偏離由資料線所寫入的電壓。為了補(bǔ)償這個電壓變化，共電極電壓會調(diào)校到比資料線電壓的對稱中心低的電壓值，若資料線電壓的電壓范圍為0－10V而對稱中心在5V，直流共電極電壓一般會設(shè)定在4.8V左右，亦即有－0.2V左右的共電極電壓補(bǔ)償，若此補(bǔ)償設(shè)定的不對，會產(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的切換第三十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日掃描驅(qū)動IC的電壓范圍由上面的討論，每條掃描線只開啟一小段時間，在這段TFT打開的時間內(nèi)，需要提供足夠的電流來對畫素電容充電，所以要使柵極－源極電壓大于TFT的截至電壓到一定程度，這個電壓的設(shè)定會與所用柵極絕緣層和所設(shè)計的TFT尺寸有關(guān)，一般而言，柵極－源極電壓通常會設(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極電壓Vd，因此在TFT-LCD操作時，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)動時，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)動時，畫素電壓可能會被下拉至－5V，因此，柵極電壓要設(shè)定在－5V以下。第三十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第三節(jié)電位保持

在完成充放電的動作之后，即將TFT關(guān)閉，直到下一次再被掃描線打開，一般掃描線的重復(fù)頻率為60Hz，對應(yīng)到電位保持的時間為16.67毫秒，理想上，畫素電位在充放電期間設(shè)定后，可以一直保持在所設(shè)定的電壓，但實際上，像素電壓由于會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)先來討論漏電流對電位保持的影響。電位保持的考量，就是要確保漏電對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“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。但由于許多視覺效應(yīng)的影響，并沒有辦法做明確的規(guī)定。一個相對比較可觀的的參考設(shè)計規(guī)格，是視訊資料信號的最小電壓差別。如6位的顯示器資料驅(qū)動最小信號差別是30mV，而8位的則為8mV。第三十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日漏電對電位造成的影響，要求漏電流，在下次寫入的電壓保持時間內(nèi)，在保持畫素電壓的畫素電容上的電壓變化，不可大于驅(qū)動信號的最小電壓差別，因此就電位保持而言,要求：其中保持時間，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。第三十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日一、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，但液晶材料在合成，儲存和填入的玻璃間隙過程中，往往會有雜質(zhì)摻入，而導(dǎo)致其電阻降低，考慮這個電阻效應(yīng)，可將液晶電容的等效電路，再并聯(lián)上一個電阻，如在電路中我們已經(jīng)知道，對于電容上的電位

會以指數(shù)的方式下降：

第三十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日其中

為一開始液晶電容上儲存的電壓，t為時間。

假設(shè)液晶電容平行電極面積為

，間距為

，介電常數(shù)為

，液晶阻值

，那么時間常數(shù)

為

一般液晶的介電常數(shù)約為3~12左右，在早期液晶制程不成熟的時候，液晶阻值會低到，假設(shè)液晶電容存儲的電壓是3V，此時液晶的介電常數(shù)為7，計算在這樣的情況下的時間常數(shù)，得到：第三十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

在16.67毫秒的保持時間內(nèi)，液晶電容上儲存的電壓依公式計算，會變成產(chǎn)生了0.7V的差別，因而會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，因而時間常數(shù)可提高到6.2秒，液晶電容上儲存的電壓在16.67毫秒的保持時間內(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。第三十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日2、TFT的漏電另一個可能的漏電途徑，是作為畫素開關(guān)的TFT，TFT在柵極施加負(fù)電壓的情況下，仍會有安培的漏電流以一個對應(yīng)到17吋的次畫素大小為例，其液晶電容約為

TFT漏電流所造成的存儲電壓變化為：由這樣的漏電流所造成的電壓變化范圍，看來恰在可接受與不可接受之間，要注意TFT的漏電流也象開電流一樣，并不是定值，而會隨著柵極-源極電壓和漏極-源極電壓而變，另外要注意的是，當(dāng)TFT面板實際操作時，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第三十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

時候，會產(chǎn)生電子-空穴對，造成漏電流增加，這樣就無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，是由畫素電極漏電至共電極，而TFT的漏電路徑，是由畫素電極漏電至資料線，因此，前者的漏電，所造成的一定會是施加在液晶電容上的電壓變小，會使得顯示器的對比降低，而后者的漏電，卻會與資料線上的電壓有關(guān)，資料線上電壓隨著視訊信號和極性反轉(zhuǎn)而設(shè)定，使顯示器產(chǎn)生垂直串音的現(xiàn)象。

第三十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日二、存儲電容

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，問題是，如果材料上和制程上都已盡力降低漏電流，但仍無法滿足電位保持的要求時，是否還有其它方法來進(jìn)行電位保持呢？舉例來說，如果有會漏水的水桶和水龍頭，如何保證這個水桶的水位呢？可以和這個水桶再連通一個不會漏水的水桶，這個再連通的水桶，可以幫助再儲存水，在相同的漏水情形下，可以幫助保持水位。第三十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第四十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

同樣觀念，可以用來幫助保持電位，亦即和液晶電容并聯(lián)一個不會漏電的電容，因為這個電容是用來幫助存儲電荷的，所以這個電容被稱為“存儲電容”。舉例來說，如果0.288pF的液晶電容，再并聯(lián)上0.288pF的儲存電容，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，存儲電容是否大一些較好呢？事實并非如此。第一，存儲電容的增加意味著占用像素電極ITO的面積越大，且存儲電容的部分是不第四十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

透光的，如果存儲電容放的越大，便會有更大的面積的光被遮去，而使得開口率下降。第二，存儲電容是和液晶電容并聯(lián)的，在充電時，需要對兩個電容同時充電，存儲電容太大會使得兩個并聯(lián)電容增加而導(dǎo)致充電能力不足。

存儲電容是影響TFT-LCD面板特性的重要因素，如何適當(dāng)?shù)脑O(shè)計存儲電容的大小是一項非常重要的課題。第四十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日1、存儲電容參考電位的選擇方式存儲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，不同的選擇是否會影響存儲電容的功能呢？看下圖，和上頁圖比較，不同的地方在于存儲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，水位的變化不低于底部的高度，是不會影響到其幫助保持水位的能力，因此，對應(yīng)到存儲電容，其參考電壓的選擇只要固定，就不會影響其幫助保持電位的能力。第四十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第四十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（1）上板共電極與下板共電極

（2）儲存至另一個固定電壓

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，在畫素陣列中，并不會直接相連在一起，必須在畫素陣列之外，以導(dǎo)電膠將上板與下板的共電極連接起來。

除了和上板電極連通以外存儲電容也可以參考至另外一個固定電壓，這樣，參考電極仍然會處于下板的最下層，只是不與上板電極相連接，而是由系統(tǒng)另外提供一個電壓。第四十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（3）儲存至相鄰掃描線

無論是參考公共電極還是另外的固定電壓，都必須在畫素中另外布上共電極線，連接到畫素陣列之外。既然存儲電容要求參考到一個“固定”的電壓，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)的時間都是固定的，只有被掃描的那一刻會有波動，那么這一小段“不固定”的部分，對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，掃描線開啟的時間比例越低，對畫素電壓所造成的影響就越小，因此，這種方式對于高解析度的面板而言是可行的。第四十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日(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

第四十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日三、其它的漏電效應(yīng)

還有一些漏電效應(yīng)，是因為制程上的不良所造成的漏電，這些漏電會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素點(diǎn)上，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素電極漏電至掃描線，畫素電極會因為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間，是設(shè)定在使TFT關(guān)閉的電壓掃描線上的電壓會比共電極電壓小5V以上，所以畫素電壓會比共電極電壓小5V以上，就常白模式而言，這個畫素會成為一個暗點(diǎn)，反之，就常黑模式而言，這個畫素會成為一個亮點(diǎn)。第四十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日2、漏電至共電極如果畫素電極漏電至公共電極，畫素電壓會因為此漏電而接近共電極的電壓，所以，施加在液晶電容上的電壓，會因為畫素電極接近共電極電壓而變?yōu)?V，就常白模式，該點(diǎn)會成為一個亮點(diǎn)，就常黑模式而言，這個畫素會成為一個暗點(diǎn)3、漏電至資料線如果畫素電極漏電至資料線，由于資料線上的電壓是隨視訊信號以及極性反轉(zhuǎn)方式而定，畫素電極不一定會變大或變小，所以這種形式的點(diǎn)缺陷，不一定是亮點(diǎn)或暗點(diǎn)，而是會變化。第四十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日4、畫素之間的漏電如果是畫素之間的彼此漏電，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素，在漏電嚴(yán)重的情況下，上方的畫素會在其掃描線關(guān)閉后，而在下方掃描線打開時，受到下方資料線視訊信號寫入，變成與下方畫素一起聯(lián)動，而下方畫素則因為液晶電容和存儲電容加倍而可能充電不足。如果是左右相鄰的畫素，其掃描線是一起開閉，與漏電至資料線的情況相似，缺陷不一定一直存在。第五十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第四節(jié)電容耦合效應(yīng)1、電容耦合原理先看一個例子。假設(shè)有4個水杯，各個水杯是連通的，忽略連通管的體積，一開始各個水杯是靜止的，各水杯的水面高度是相同的，在某個瞬間，將其中一個水杯提高，由于被提高的水杯水位比別的水位高，水會向其它水杯流出而使該水杯的水位下降，其他水杯則會因為水流入而使水位上升，最后，各水杯中的水位會再度相同，但是現(xiàn)在的水位比操作前是向上提升了。第五十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第五十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日計算方法1：按照圖中舉例的數(shù)字，計算一下水位最后的變化量：在水杯中所儲存的水量為Q，等于水位高度乘以各水杯底面積值，即：假設(shè)B向上提升了20cm，最后的水位為X，此時，所有水杯儲存的總水量為：由于沒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：第五十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日可得：計算方法2：更簡單的計算方法可以直接確定水位的變化量：在變化過程中，只有底面積2m2的水杯提高了20cm，比原水位高的水量是：這些水量再分配到各個水杯中，使各個水杯的高度增加了：第五十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

在上面的計算過程中注意到，如果要知道水杯中水量的總和的話，需要知道每個水杯杯底的高度，但如果關(guān)心的只是水位的變化時，其實并不需要知道每個水杯杯底的高度，因為即是杯底高度不同，只要是固定的，就不會影響水位的變化量，而且如果把剛才的動作反過來，即把水杯往下降，計算方法也是一樣的。

結(jié)論：無論上升還是下降，在這個過程中，有兩個特點(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，無論底部在那里，無論面積是多少，水位高度總是會達(dá)到一致。第五十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日2、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，圖中各個電容的其中一個電極是連通的，一開始在各個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，在某個瞬間，將其中一個電容的另一個電極電位降低，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，電荷會自其它電容流出而使電位向下降，被降低的電容電位則會因為電荷流入而使電位向上升，最后，聯(lián)通電極上的電位會再度相同，但電位會比原來的情況向下降低了。第五十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日以圖中所舉的數(shù)字為例，在電容上所儲存的電荷Q，等于電容上的跨電壓V，乘以該電容值C，所以，連通電極上儲存的電荷總量為：假設(shè)電壓下降了20V，最后的連通電極電位為X，連通電極上儲存的總電荷量為：第五十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日由于電荷沒有流入或流出的路徑，共同連通電極上的電荷不會增加或減少，因此，電壓B下降前后的連通電極上儲存的總電荷量是相同的，即：所以：

除此以外，也可仿照上面直接計算電荷變化量：電容值2pF的電容下降了20V，比原電位時的電荷量變化了第五十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日這些減少的電荷量會再分配到各個電容中，使各個電容在連通電極上的電位變化了這種情況就叫做“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，也會影響連通電極的電位，就不能僅僅考慮“電容耦合效應(yīng)”。第五十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

從這個例子中可以看出：在電路中，電容耦合效應(yīng)的發(fā)生有兩個基本條件，即“電荷守恒”和“具有公共連通電極”。那么在電路中就會出現(xiàn)“牽一發(fā)而動全身”的效果。那么在TFT-LCD中，對于每一個畫素，在其等效電路中，在什么時刻，在哪一部分會出現(xiàn)電容耦合效應(yīng)呢？電容耦合效應(yīng)會帶來什么影響，如何解決它所帶來的影響呢？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聯(lián)系，我們知道，當(dāng)TFT關(guān)閉以后，液晶電容和存儲電容就要進(jìn)入保持狀態(tài)，和外界不能有電荷流動；第二，要有連通電極，在TFT關(guān)閉后，畫素電極至少連接了我們已知的兩個電容，這樣，在TFT關(guān)閉時刻，和畫素電極相連的電容就會滿足電容耦合的條件，那么，首先來看一下，除了已知的液晶電容和存儲電容外，和畫素電極相連的還有沒有其它的電容呢？第六十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日3、畫素中的電容當(dāng)TFT處于關(guān)閉時，忽略上節(jié)所述的漏電流，在畫素中的畫素電極，就進(jìn)入了所述的“電荷守恒”狀態(tài)，而由于畫素電極是作為控制液晶電壓的電極，占了畫素面積的大部分，有許多與此電極相關(guān)的電容，參照畫素布局圖，對相關(guān)的電容作討論。Pixellayer第六十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日PixellayerContactHole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’第六十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日液晶畫素TFTGateLineDataLineCsCs液晶畫素TFTCommonCommonGateLineDataLineCsCs

CsonCommonCsonGate第六十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（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)都會有寄生電容，這里僅考慮連接至畫素電極這一側(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，這兩個電容是可以互用的，但指的都是連接至畫素電極這邊的電容。因為只有畫素電極會進(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，不會進(jìn)入電荷守恒，所以不會考慮電容耦合效應(yīng)，但是會考慮其驅(qū)動負(fù)載效應(yīng)。第六十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（2）畫素電極與掃描線間的寄生電容A、畫素電極與本身掃描線之間的電容（Cpg）在有畫素電極存在的區(qū)域，才可以控制液晶的轉(zhuǎn)動來設(shè)定畫素亮度，而沒有畫素電極的地方，由于無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，有時會利用將畫素電極與本身掃描線設(shè)計成有部分重疊，以掃描線來遮蔽，由于黑色矩陣是置于另一片彩色濾光片基板上，與畫素電極的對準(zhǔn)誤差較大，需要較大的遮蔽范圍，而掃描線是與畫素電極在同一片TFT基板上，可以精準(zhǔn)的遮蔽，因而可以得到較大的開口率，這樣的做法，稱為“內(nèi)建型黑色矩陣”，由于畫素電極與掃描線在制程上是有絕緣層阻隔的二者之間并不會形成短路，但是會形成寄生電容。第六十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日B、畫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，亦會產(chǎn)生寄生電容。第六十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日(3)畫素電極與資料線之間的電容A、畫素電極與本身資料線之間的電容（Cpd）就傳統(tǒng)的制程而言，畫素電極與本身資料線間是不會產(chǎn)生寄生電容的，如果將資料線做成內(nèi)建型黑色矩陣，則有可能會在兩者之間加絕緣層，此時就會產(chǎn)生寄生電容。B、畫素電極與相鄰資料線之間的電容（Cpd’

）畫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，該寄生電容才會存在。第六十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日4、造成信號延遲與驅(qū)動負(fù)載的寄生電容還有一些畫素中的電容，雖不會與畫素電極有關(guān)而產(chǎn)生電容耦合效應(yīng)影響畫面，但是會造成信號延遲與驅(qū)動負(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，因為兩端各自會連接至資料線和掃描線的外部電壓上，會成為資料線的驅(qū)動負(fù)載和掃描線的驅(qū)動負(fù)載。第六十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（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畫素陣列，因此在每個畫素上會有交錯跨越的重疊面積，而形成寄生電容，這個電容也會成為資料線的驅(qū)動負(fù)載和掃描線的驅(qū)動負(fù)載。(3)資料線和下板共電極線的重疊（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畫素陣列，因此在每個畫素上會有交錯跨越的重疊面積，而形成寄生電容，這個電容也會成為資料線的驅(qū)動負(fù)載和下板共電極線的驅(qū)動負(fù)載。如果畫素是Storageongate設(shè)計，則不會有這個電容。第六十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（4）與上板共電極間的寄生電容（Cd0，Cg0

）想象一下，在整個的上板和下板之間，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形成寄生電容，這些電容也會成為資料線的驅(qū)動負(fù)載和掃描線的驅(qū)動負(fù)載。第七十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日5、加入電容的畫素等效電路討論了這些電容以后，將這些電容也納入畫素等效電路中，與畫素電極相連的電容，共有接至下板共電極的存儲電容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，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第七十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日這樣畫素的等效電路如下圖所示：和畫素相關(guān)的電容有：Cs，Clc，Cgs，Cpd，Cpd’，Cpg，Cpg’驅(qū)動負(fù)載電容：

Cx1，Cx2，Cgd，Cd0，Cg0第七十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日6、掃描線對畫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則畫素電壓的變化量

為忽略Cpd，Cpd’，Cpg，Cpg’，則得到：第七十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日Gate打開Qn=Cgs(Vn-Vg)+Cst(Vn-Vst)+Clc(Vn-Vcom)+Csp(Vn-Vs)…(1)Gate關(guān)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)CgsCstClcCsp電荷守恒附：直接計算法第七十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

這個電壓變化量會與的變化成正比，與TFT的寄生電容成正比，而與TFT的寄生電容，存儲電容和液晶電容的總和成反比。

再次強(qiáng)調(diào)，在電荷守恒的前提下，當(dāng)TFT由關(guān)變開的時候，便開始做充放電的動作，此時畫素電極與資料線之間有電荷的流動，并非電荷守恒，但是，當(dāng)TFT由開變關(guān)的時候，畫素電極上的電荷不再流動至資料線，因而進(jìn)入“電荷守恒”的狀態(tài)而發(fā)生電容耦合。這個變化量，會使得由資料線寫入所設(shè)定的畫素電壓，在TFT關(guān)閉后有所變動，這個變動電壓有兩個效應(yīng)，一是使畫素最后所顯示的灰階，偏離原來寫入電壓所希望表現(xiàn)的灰階，二是使原來資料線寫入正負(fù)極性大小對稱的電壓，向下偏離，而產(chǎn)生直流殘留效應(yīng)。第七十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日VCVCOMT1△v△v第一圖場第二圖場一圖框T2VGVIDVP(a)驅(qū)動波形圖△v第七十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日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方向：首先是降低，但需考慮如中所述的電壓范圍，無法降得太多。其次是降低TFT的寄生電容，但需考慮TFT開電流特性需求。最后是增加儲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，后者會以光學(xué)特性的考量為主，不會因為電容需求而作選擇。所以最有效減少變化量的方法，是增加儲存電容，而增加儲存電容會使開口率變小。儲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，這便是儲存電容的第二個角色。第七十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（2）資料線電壓補(bǔ)正資料線的電壓是由驅(qū)動系統(tǒng)，根據(jù)所要顯示的灰階來設(shè)定的，可以將因電容耦合效應(yīng)產(chǎn)生的電壓變化量預(yù)先設(shè)置于驅(qū)動系統(tǒng)中，根據(jù)所要顯示的灰階定出所希望的畫素電壓V，再將電壓變化量加在所希望的畫素電壓上，設(shè)定在資料線上，如此真正寫入畫素的電壓會是,在經(jīng)過TFT關(guān)閉時的電容耦合效應(yīng)，畫素電壓會變成,即是所要顯示的灰階所對應(yīng)的畫素電壓。第七十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（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，它是畫素電壓與共電極電壓的差，即，只要是定值，并不會影響電荷存儲和電容耦合效應(yīng)，既然寫入的畫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，它只能解決部分問題，主要原因是液晶電容是可變的。第七十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日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，對應(yīng)的補(bǔ)償電壓也會確定，而液晶電容在工作過程中確是隨著灰階電壓而改變，因此將上節(jié)公式修正為液晶上的跨壓是根據(jù)所要顯示的灰階而設(shè)定，所以，會隨所要顯示的灰階而改變，看下表，在不同灰階下的變化量。第八十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日灰階對應(yīng)電壓（V）CLC(pF)CS(pF)Cgd(pF)VOFF-VON(V)－ΔV(V)資料線補(bǔ)正電壓(V)正極性04.01.20.90.06－20－0.5564.55613.11.00.90.06－20－0.6123.17222.60.90.90.06－20－0.6453.24532.20.80.90.06－20－0.6822.88241.80.70.90.06－20－0.7232.52351.30.60.90.06－20－0.7692.06960.60.50.90.06－20－0.8221.42270.10.30.90.06－20－0.9521.052負(fù)極性7－0.10.30.90.06－20－0.952－0.8526－0.60.50.90.06－20－0.822－0.2225－1.30.60.90.06－20－0.769－0.5314－1.80.70.90.06－20－0.723－1.0773－2.20.80.90.06－20－0.682－1.5182－2.60.90.90.06－20－0.645－1.9551－3.11.00.90.06－20－0.612－2.4880－.01.20.90.06－20－0.556－3.444第八十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日由表可以看出，變化量會隨著灰階不同而改變。其變動的最大值與最小值各為：所以，變動的平均值和變動范圍分別是：第八十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日再來看看前面的方法，降低，降低TFT的寄生電容，增加存儲電容，都有助于減少變動的平均值與變動的范圍，若是增加液晶電容，雖然會使分母變大，但同時也會使變大，讓變動范圍的降低大打折扣，而且，液晶電容依產(chǎn)品規(guī)格和液晶材料而定，沒有特別改動的機(jī)會。第八十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日設(shè)定共電極電壓來補(bǔ)償電壓變化量，可以將變動的平均值補(bǔ)償?shù)簦枪搽姌O只有一個值，而灰階卻有多種可能，在各位置，各時間都可能不相同，無法以單一個共電極電壓補(bǔ)償設(shè)定值，去補(bǔ)償各灰階的變動范圍。這個特別的變動范圍，有時也會用來表示Clc,aClc,bDVp,aDVp,bW=|DVp,a-DVp,b|(愈小愈好)CgsCstClcCsp第八十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日9、資料線的電容耦合效應(yīng)畫素電極與資料線間的寄生電容為和，資料線對畫素電極的電容耦合效應(yīng)為其中，，，，各為畫素本身資料線與相鄰資料線變化前后的電壓，由于資料線電壓隨著所要顯示的畫面和極性反轉(zhuǎn)的方式而定，而且每開啟一條掃描線就會變化一次，如果寄生電容，無法忽略，便會產(chǎn)生顯示畫質(zhì)不良。第八十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第五節(jié)信號延遲

顯示器在操作過程中，需要將驅(qū)動掃描線或資料線的信號源，從一個電壓轉(zhuǎn)換到另一個電壓，例如，將掃描線由TFT的開電壓切換成關(guān)電壓，或?qū)①Y料線由正極性切換成負(fù)極性電壓，這樣的電壓切換，在驅(qū)動信號源端的IC，希望將此切換速度設(shè)計的很快，也就是說，使其電壓波形接近理想的方波，充分利用所分配到的充電時間，然而，事實并非如此。

第八十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日1、信號延遲原理在電路中學(xué)過，對于一階R－C電路，若A點(diǎn)的電位瞬間由切換至，則B點(diǎn)也會由起始值向改變

，而且是以指數(shù)形式漸進(jìn)。第八十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

以這樣的變化規(guī)律，當(dāng)時間t等于的3倍時，B點(diǎn)的電壓與A點(diǎn)的電壓誤差為5％。再來分析這個電路。一個瞬間切換的方波，可視為由不同頻率的弦波所組成，電容的阻抗為若A點(diǎn)施加的頻率越高，則電容C的阻抗越低，而B點(diǎn)的電壓也就越小，反之，若頻率越低，電容C的阻抗越高，B點(diǎn)的電壓就越接近于輸入端的電壓，所以這種R-C電路，是一種低通高阻的濾波器，在高頻成分被濾掉后，方波就變成了指數(shù)形式的波形。以信號源近端A點(diǎn)的方波而言，切換發(fā)生后，信號源遠(yuǎn)端B點(diǎn)的波形需要一段時間從一個值切換到另一個值，這種情形，就稱為“信號延遲”第八十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日2、TFT-LCD中的等效R-C電路在顯示器面板中，每一個畫素單元的電阻和電容效應(yīng)可簡化為一級電阻的低通濾波器，在一條有N個畫素單元的掃描線或資料線上，假設(shè)總電阻和總電容為R和C，那么和分別為R/N和C/N，一條信號線可視為下圖所示的一維分散型電阻和電容的串接電路。第八十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日要知道掃描線或資料線上的信號變化情況，就必須解析每個單元的等效電路。在實際的畫素單元中，電阻和電容都是雜散在畫素中的，所以等效電路也可以有其他的解法，如下圖所示。無論何種形式，當(dāng)他們串接在一起的時候，只有開始和結(jié)束的地方稍有差別，中間的部分都是相同的，因此，單一畫素的等效形式對延遲效應(yīng)的計算并無太大影響。第九十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日3、信號延遲的計算方法（1）利用電腦輔助計算信號延遲要精確計算電壓切換在一維分散型電阻－電容串接電路上的變化情況，需要利用傅立葉轉(zhuǎn)換，將各頻率成分計算出來，再針對各頻率成分利用電阻－電容的阻抗分壓，求各頻率成分落在每個串接點(diǎn)上的分壓，再利用傅立葉反轉(zhuǎn)換，將各頻率成分組合回電壓隨時間的變化情形，這樣的計算必須借助于電腦。（2）另外，目前的電路模擬軟件也比較成熟，也可直接用來計算波形，比如SPICE軟件。第九十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（3）利用簡單的公式估計信號延遲對于一維電阻－電容的等效電路，以指數(shù)形式由起始值V1向V2改變，這種情況也可以采用簡單的方法來計算：其中的時間常數(shù)，可以近似為其中為每個單元的電阻，為每個單元的電容，N為一維串接級數(shù)。以一條信號線而言，假設(shè)一條線上的總電阻和總電容分別為為R和C，則，，代入公式可得通過這個公式，也會很快得到延遲信號的電壓波形。第九十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日4、信號延遲的計算結(jié)果比較假設(shè)有一個SXGA（1280×RGB×1024）的TFT-LCD面板，在掃描線上的次畫素等效電阻和等效電容各為0.542Ω和0.129pF，將這樣的次畫素，展開成對應(yīng)到3840個畫素陣列中，則線上的總電阻和總電容各為2.08KΩ和0.494nF，信號端的電壓由起始值在0秒時改變至，于12.9秒時再回到起始值，利用前面講過的三種方法分別計算結(jié)果，所得的延遲波形如圖所示，三種計算結(jié)果計算的延遲時間基本相同，只是波形有些許差異而已。第九十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第九十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日5、掃描線的次畫素等效電路如前所述，可將掃描線的次畫素等效電路等效成電阻-電容低通濾波器的串接，等效電阻和等效電容的計算方法如下：（1）等效電阻掃描線上的次畫素等效電阻，可利用基本電阻公式計算其中為掃描線所用金屬的電阻系數(shù)，為次畫素中掃描線的長度，即次畫素的寬度。為掃描線的剖面面積，一般就是掃描線金屬寬度以其厚度，其中為金屬的片阻值，為金屬線布局的長寬比，二者相乘可得到電阻值。第九十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日若實際的畫素布局并不是矩形，可將復(fù)雜的形狀切割成矩形加以串聯(lián)或并聯(lián)，即可求得總電阻。（2）等效電容的計算以畫素單元的電容等效電路來看，需要從這個電路上計算出畫素在掃描線上的等效電容，方法是除了掃描線本身以外的其它信號源都視為接地。一般而言，存儲電容和液晶電容遠(yuǎn)大于TFT的寄生電容和掃描線至畫素電極的寄生電容，所以當(dāng)TFT關(guān)閉時，和與，，，，等電容串接到接地點(diǎn)，和直接接到接地點(diǎn)，若TFT是打開的，和會經(jīng)由TFT的通道連接至資料線，因此其電容效應(yīng)也可被視為接到接地點(diǎn)，同理，由于掃描線與上方畫素之間的寄生電容會經(jīng)由TFT的通道

第九十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日圖A圖B第九十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日連接至資料線，因此其電容效應(yīng)也可被視為接到接地點(diǎn)，同理，由于掃描線與上方畫素之間的寄生電容遠(yuǎn)小于存儲電容和液晶電容，故其電容效應(yīng)也可被視為接到接地點(diǎn)，所以，掃描線等效電容電路可簡化為圖B，掃描線上的次畫素等效電容可表示為：注意到上面公式第四項，這個電容當(dāng)TFT是關(guān)閉時，由于通道內(nèi)沒有導(dǎo)電的電荷，所以其值接近于0，而當(dāng)TFT開啟時，由于通道內(nèi)充滿導(dǎo)電的電荷，所以是可視為柵極金屬和導(dǎo)電的半導(dǎo)體之間夾置一層?xùn)艠O絕緣層的電容值，若TFT的通道寬度和長度第九十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日各為W和L，柵極絕緣層介電常數(shù)和厚度各為和，則TFT可視為

因為掃描線的電壓，只有在要將TFT打開或關(guān)閉時才會變化，所以討論掃描線上信號延遲的目的，便是要了解TFT由關(guān)閉到打開，或是由打開到關(guān)閉，因為掃描線的信號延遲所造成的關(guān)閉速度變化，來決定TFT何時作充電的動作，何時進(jìn)入電荷保持的狀態(tài)，但是卻會隨連接至其柵極上的掃描線電壓而變動，象這樣的情況，該如何評估掃描線上的信號延遲呢？建議以上面公式在TFT開啟時的電容值來帶入計算掃描線次畫素等效電容簡單的說，這樣的計算方法，也會高估掃描線上的信號延遲效應(yīng)，采取比較保守的設(shè)計，可以確保設(shè)計的成功。第九十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日6、資料線上的信號延遲與掃描線等效電路相似，資料線上的次畫素等效電阻為，其中為資料線所用金屬的電阻系數(shù)，為次畫素中資料線的長度，即為次畫素的高度，為資料線的剖面面積，一般即為資料線金屬的寬度乘以厚度。同樣，將圖A中的畫素等效電路，把除了資料線本身以外的其它信號源都視為接地，由于資料線與本身及左方畫素之間的寄生電容和遠(yuǎn)小于存儲電容和液晶電容，故其電容效應(yīng)也可被視為接到接地點(diǎn)，再者，由于資料線上的所有畫素，同時間只會有一個畫素的TFT是打開的，當(dāng)掃描線數(shù)很多時，計算資