TFT-LCD原理及設計課件

TFT-LCD原理及設計OUTLINETFTLCD簡介TFTLCD的操作原理TFTLCD的優(yōu)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(yōu)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(jīng)過液晶,會有不同的光程光經(jīng)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?nèi)绱丝蓪ideo信號(電)轉(zhuǎn)換成亮暗顯示(光)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(zhuǎn)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Tpeak(TN)Tpeak(FFS)主動矩陣式LCDDATADRIVERSSCANDRIVERS主動元件TFTSiNx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?shù)碾妷航又P閉TFT,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?qū)⒄麄€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60~70Hz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(yōu)點畫素各自獨立,可消除串音(crosstalk)現(xiàn)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.Globalparameters2.Readimage3.Mapcolors4.TFTanalysis5.Arrayanalysis6.Cellelectrical7.Liquidcrystalcell8.Opticalanalysis9.Displayimage10.Configurefile11.Medici12.Raphael5GIFcolorsVdataVpixelT%GIF236891274,11LiquidOutlook設計目標解析度:驅(qū)動頻率,驅(qū)動負載,畫素大小面板尺寸:驅(qū)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(zhuǎn)模式:Cstongate,common調(diào)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(zhuǎn)液晶不可在直流電壓下操作過久FrameinversionColumninversionDotinversionRowinversion儲存電容協(xié)助液晶電容之電荷儲存減少Feedthrough效應Cstongate節(jié)省commonbus增加開口率驅(qū)動電壓設計較複雜CgsCstClcCspCgsCstClcCsp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CgsCstClcCspGate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CgsCstClcCspFeedthrough效應Clc,aClc,bDVp,a

DVp,bW=|DVp,a-DVp,b|(愈小愈好)

CgsCstClcCspFeedthrough效應(續(xù))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(nèi)完成充電關電流不致在時間內(nèi)漏電太多Cgs愈小,則feedthrough亦愈小TFT特性需求Oncurrent:Offcurrent:On-to-Offratio:M.Shur,M.Jacunski,H.Slade,M.Hack,"AnalyticalModelsforAmorphousandPolysiliconThinFilmTransistorsforHighDefinitionDisplayTechnology,"J.oftheSocietyforInformationDisplay,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)Forgatebus:Cgd//Cgd'//Cg0//Cgsm//[(Cgp//Cgdm)+(Cpd//Cpd'//Cs//Clc)]//[Cg'p+(Cpd//Cpd'//Cs//Clc)]FordatabusCdg//Cdg'//Cd0//Cgsm//[(Cdp//Cdsm)+(Cpg//Cpg'//Cs//Clc)]//[Cd'p+(Cpg//Cpg'//Cs//Clc)]Rpixelr*[buslength/(buswidth*thickness)]Delay=N(N+1)Rpixel*Cpixel/2L.PillageandR.Rohrer.“TheessenceofAWE,”IEEECircuitsandDevicesMagazine,Sept.1994,pp.12-19光罩vs.TFT基板補償電容曝光分割其他設計考量製程的變動量液晶厚度不均勻性TFT特性漂移Reversetilt,rubbing等與液晶相關的問題ESD防護雷射修補驅(qū)動IC推動能力TFTLCD的設計流程訂定設計規(guī)格,如:尺寸,解析度…選擇設計架構(gòu)收集相關資料起始設計依起始設計作Pixel佈局應用模擬工具驗證設計周邊光罩佈局其他注意事項選擇設計架構(gòu)TFT結(jié)構(gòu)及製程poly-Si,BCE,Tri-Layer,Topgate,FSA…儲存電容方式storageongate或oncommon…驅(qū)動方式Frameinversion,dotinversion…pixel排列方式直條,三角…收集相關資料製程:Busmetal(阻值,厚度,taper),activelayer,insulators(厚度,dielectricconstant)TFT特性:Id-Vg,Id-Vd,Vthuniformity,Cgs……注意:考慮worstcase:VtshiftincludesprocessscatteringandoperationinstabilityMobilityat0oCMarginbetweenVdata,minandVg,offMaximumvoltagedifferenceonTFTLCcell特性(含PI等):電容-電壓,漏電驅(qū)動IC:電壓範圍,驅(qū)動能力起始設計決定Panel/Pixelsize高估Clc面積決定TFT之W及Cst高估RCdelay以決定scanbuswidth應用起始設計程式?jīng)Q定Panel/Pixelsize分割玻璃基板Panelsize=所分割之基板大小+留邊+shortingbar+TAB+拉線+ESD+修補線+pixelarrayPixelsize=arraysize/解析度高估Clc面積自pixelsize中扣除下列各項:bus(data,gate,com):以layoutruleminimum值低估之TFT:L由device特性決定,令W=L低估之,電極所佔面積亦用layoutruleminimum值低估之Cs:以0低估之,(因可能用combuswidth即足夠)其他間隔區(qū)域:以layoutruleminimum值低估由此面積計算Clc,max=epar*Clcarea/cellgap;Clc,min=eprp*Clcarea/cellgapDClc=Clc,max-Clc,minRlc=r/Clcarea*cellgap決定TFT之W及CstIon:(W/L)mCins(Vg-Vt)>(Clc,max+Cs)*ln(2*graylevel)/(1/60Hz/scanline#)Ioff<(Clc,min+Cs)*(Vpixel,max)/graylevel#/(1/60Hz)W=(Vgh-Vgl)*[DClc*Cgs]/[(Clc,max+Cs+Cgs)*(Clc,min+Cs+Cgd)]<graylevelRCdelay=[dataline#*(dataline#+1)]*(Rpixel*Cpixel)/2Retentionratio=exp{-(1/60Hz)/((Rlc//Roff)*(Clc+Cs))}<5%高估RCdelay以決定scanbuswidth一般databus是用metalII(Al)作,其電阻低且厚度大,故通常是受限於layoutrule故主要考慮scanbus的delay:Cpixel,scan=Cscan,data+Cscan,com+(Cgs串聯(lián)Cs+Clc)(取最大值)Rpixel=r*[buslength/(buswidth*thickness)]RCdelay=N*(N+1)*Rpixel*Cpixel/2依RCdelay決定buswidth應用起始設計程式限制線交集處即為可設計範圍(圖中區(qū)域)更動設計值可知各種效應的影響設計者應知何處為高估,以知其設計的改善空間依起始設計作Pixel佈局Bus(data,gate,com)TFTCstClc補償電容Bus間crossover其他,如:lightshield,colorfilter等注意reversetilt,rubbing等與液晶相關的問題應用模擬工具驗證設計依Pixel佈局建立模擬所需參數(shù)液晶電容重新計算各bus寬度雜散電容計算TFT元件SPICE參數(shù)各電壓(scan,data,common)