平板显示驱动技术题目二

平板显示驱动技术报告

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题目二、TFTLCD驱动技术

1、要求

1）查阅相关资料，基于交叉串扰、驱动电压、响应时间、灰度控制和显示时序等参数，说明TFTLCD的工作机理，并与PMLCD进行对比。

2）TFTLCD如何实现交流驱动，并对比点、行、列和帧极性反转对显示质量的影响。

1）

从TFT-LCD的切面结构图可以看到LCD是由二层玻璃基板夹住液晶组成的，形成

一个平行板电容器，通过嵌入在下玻璃基板上的TFT对这个电容器和内置的存储电容充电，维持每幅图像所需要的电压直到下一幅画面更新。液晶的彩色都是透明的必须给LCD衬以白色的背光板上才能将五颜六色表达出来，而要使白色的背光板有反射就需要在四周加上白色灯光。因此在TFT-LCD的底部都组合了灯具，如CCFL或LED。TFT-LCD需要背光，由于LCD面板本身并不发光，因此需要背光，液晶显示器就必须加上一个背光板, 来提供一个高亮度，而且亮度分布均匀的光源。LCD实际上是打开来自其后面光源的光来表现其色彩的。目前的常用背光源是CCFL或LED。同一般液晶显示器件类似，TFT液晶显示器件也是在两块玻璃之间封入液晶。但是玻璃基板则与普通液晶显示器不一样，在下基板上要光刻出行扫描线和列寻址线，构成一个矩阵，在其交点上制作出TFT有源器件和像素电极，液晶显示屏的结构见下图。

其等效电路如图 4-8 所示。同一行中与各像TFT素串联的的栅极是连在一起的，故行电极X也称栅极母线。而信号电极Y将同一列中各TFT的源极连在一起，故列电极也称漏极母线。而TFT的漏极则与液晶的像素电极相连。为了增加液晶像素的弛豫时间，还对液晶像素并联上一个合适电容。

液晶显示的原理基于液晶的透光率随其所施电压大小而变化的特性。当光通过上偏振片后，变成线性偏振光，偏振方向与偏振片振动方向一致，与上下玻璃基板上面液晶分子排列顺序一致。当光通过液晶层时，由于受液晶折射，线性偏振光被分解为两束光。又由于这两束光传播速度不同（相位相同），因而当两束光合成后，必然使振光的振动方向发生变化。通过液晶层的光，则被逐渐扭曲。当光达到下偏振片时，其光轴振动方向被扭曲了90度，且与下偏振片的振动方向保持一致。这样，光线通过下偏振片形成亮场。加上电压以后，液晶在电场作用下取向，扭曲消失。这时，通过上偏振片的线性偏振光，在液晶层不再旋转，无法通过下偏振片而形成暗场。可见液晶本身不发光，在外光源的调制下，才能显示，在整个显示过程中，液晶起到一个电压控制的光阀作用。TFT-LCD的工作原理则可简述为：当栅极正向电压大于施加电压时，漏源电极导通，当栅极正向电压等于0或负电压时，漏源电极断开。漏电极与ITO象素电极连结，源电极与源线（列电极）连结，栅极与栅线（行电极）连结。这就是TFT-LCD的简单工作原理。

交叉串扰效应

采用矩阵结构的显示器件，由于许多发光像素都与同一根电极线相连，当被寻址的像素上加有信号时，未被寻址的像素通过网络上的其他像素也能联上信号端，加上部分信号电压，特别在像素本身无极性的情况更如此，这样未被寻址的像素也能发光，产生了交叉效应。

当扫描到某一行时，扫描脉冲使该行上的全部TFT导通。同时各列将信号电

压施加到液晶像素上，即对并联的电容器充电。这一行扫描过后，各TFT处于开路状态，不管以后列上信号如何变化，对未扫描行上的像素都无影响，即信号电压可在液晶像素上保持接近一帧时间，使占空比达到百分之百，而与扫描行数N 无关，这样就解决了普通矩阵中交叉效应与占空比随N增加而变小的问题。TFT-LCD屏与PMLCD屏最大的不同在于前者利用TFT最为开关，将每一个液晶的像素电极与其他的分开，这就解决了PMLCD的交叉串扰效应，并且是普通TN型的工作方式。

驱动电压

由于动态驱动采用了偏压法，使输出驱动的脉冲序列有四种电压变化形式，如表3-12所示，行驱动器是（V1、V5、V6和V2）一组，列驱动器是（V6、V4、V1和V3）一组。并且行驱还伴有相位的偏移，因此在驱动电路中就不能简单地采用异或门电路。当某一瞬间，加在液晶象素上的电压只能是其中的一个，从4种电压中选取1种电压时，一般采取两组开关电路。

动态驱动电路的实现可以等效为两组“开关”电路。如下图所示。该图是一个液晶显示列驱动器原理图。M为一个周期是2倍帧周期的方波；当方波为高电平时，V6、V4开关接通，这组电压接入供各列选用；当方波为低电平时，通过非门使V1、V3开关接通，该组电压接入。达到每帧对液晶供电改变极性的目的辑。每根列引线，在扫描某一行时，是接选通电压，还是接未选通电压，由显示数据信号，通过逻电路来控制，使连接在每一列上的两个开关中一个接通即可。例如，当显示数据为“1”时，则驱动输出接选择电压V1或V6；当显示数据为“0”时，则驱动输出接未选择电压。

响应时间

响应时间定义如下：当一个像素电从白色转为黑色，电极电压从0变为最大值，即最大电压激励状态下，液晶分子迅速转换到新的位置，这一过程所用的时间被称为上升时间段。当一个像素由黑转白，像素所加电压切断，液晶分子迅速回到加电前位置，这一过程称为下降时间。整个响应时间过程就是由上升时间加上下降时间获得的数值。

响应时间愈小愈好，它反应了液晶显示器各象素点对输入信号反应的速度，即pixel由暗转亮或由亮转暗的速度。响应时间越小则使用者在看运动画面时不会出现尾影拖拽的感觉。一般会将反应速率分为两个部份：Rising和Falling；而表示时以两者之和为准。

灰度控制

灰度是图像从亮到暗之间的层次。要显示一幅高质量的图像，除了高亮度和高对比度，还要具有足够的灰度等级。灰度等级也称灰阶，其实就是亮度等级。PM-LCD 在列驱动器中加入灰度控制电路是液晶产生灰度变化。这种灰度控制的液晶显示驱动器通常用于TFT单色或彩色液晶显示器件的驱动系统中。这种灰度的控制为驱动输出电平幅值的控制，所以称之为灰度的幅值控制法。TFT-LCD的TN模式可以通过调节电压的大小，显示介于亮态和暗态之间的灰度。在STN模式中一般提供反复显示亮态与暗态，对亮态与暗态进行时间平均的方法显示灰度，这种方法称为帧频控制法。

2）

同PM-LCD一样，TFT-LCD屏需交流驱动。如下图所示，写入的电压由于补偿电容Cs和像素等效电容CLC的作用，在撤销写入后会自行保持一段时间，可以设定保持半帧；下半帧时，改变一下输入极性，即可以保证液晶处于交流驱动状态。