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。

如像素电位的设置在刚开始时是零电位。

液晶要实现交流驱动，以后索要设定的电位，其极性与前一次相反的。

液晶分子的驱动电压不能固定在某一个值不变，否则，时间久了，液晶分子会发生极化现象，从而逐渐失去旋光特性。

因此，为了避免液晶分子的特性遭到破坏，液晶分子的驱动电压必须进行极性变换，这就需要将液晶显示屏内的显示电压分成两种极性，一个是正极性，另一个是负极性。

当显示电极的电压高于common(公共电极)电极电压时，就称为正极性;当显示电极的电压低于common电极电压时，就称为负极性。

不管是正极性或负极性，都会有一组相同亮度的灰阶，所以当上下两层玻璃的压差绝对值是固定时，所表现出来的灰阶是一模一样的。

不过这两种情况下，液晶分子的转向却完全相反，也就可以避免上述当液晶分子转向一直固定在一个方向时所造成的特性破坏。

常见的极性变换方式有四种，即逐帧倒相方式、逐行倒相方式、逐列倒相方式和逐点倒相方式. 对于逐帧倒相方式，在同一帧中，整个画面所有相邻的点都拥有相同的极性，而相邻的帧极性则不同;对于逐行倒相方式，在同一行上拥有相同的极性，而相临的行极性不同;对于逐列倒相方式，在同一列上拥有相同的极性，而相邻的列极性不同;对于逐点倒相方式，则是每个点与自己相邻的上、下、左、右四个点，极性都是不一样。

Flicker现象是看液晶显示器画面时，会感觉画面有闪烁的感觉。

原因是显示的画面灰阶在每次更新画面时，会有轻微扰动，让人眼感觉到画面在闪烁。

Crosstalk现象指的是相邻像素之间，要显示的信息会影响到对方，以至于画面会有不正确的状况。

四种极性变换方式性能比较。