液晶显示器TFT和原理
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3.在必要時可將保持電容與液晶電容並聯，以改善其保持 特性。
6
掃描線
信
G
號
線
SD
RON ROFF
液晶
保持電容
1.上圖為TFT一個畫素的等效電路圖，掃描線連接同一列 所有TFT閘極電極，而信號線連接同一行所有TFT源極 電極。
2.當ON時信號線的資料寫入液晶電容，此時，TFT元件成 低阻抗(RON)，當OFF時TFT元件成高阻抗(ROFF)，可防 止信號線資料的洩漏。
13
VID CGS
VG
1.△V的大小關係如下: CGD:閘極與汲極間電容 CLC:液晶電容 CST:保持電路
CGD CST
VP CLC
VCOM
(b)電路圖
2.此下降電壓△V與影像信號的極
性無關，永遠比畫素電位VP 下 降此一電壓值。因此，只要將彩
色濾光片的共用電極電位VCOM設 定成相對於信號線的中心電壓VC 低一偏移值△V，便可以使加在
TFT元件結構及原理
1
TFT-LCD的面板構造
2
Array面板說明
S1 S2 S3
Sn-1 Sn
G1 G2 G3
Gm-1 Gm
TFT Source 線 Gate 線 液晶電容 儲存電容
ITO
CLC
com
3
單一畫素結構
L
A
TFT
W
A’ A
儲存電容(Cst)
B
B
B’
DS
A’ G
B’
4
Array 面板示意圖
S
G
D
S
CLC
G
com
1.TFT元件在閘極(G)給予適當電壓。當VGS小於起始電壓 時沒有感應出載子則通道成斷路。
2.故TFT元件可看成開關,當VGS>Vth則ON,當VGS<Vth則 OFF。
10
TFT元件的運作原理
D
S
Ids
線性區
飽和區 Vgd<Vth
Vgs=Vth+8 Vgs=Vth+6 Vgs=Vth+4 Vgs=Vth+2
Vg(V)
12
T1
T2
△v
VC VCOM
△v
VID
VP
VG
△v
第一圖場
第二圖場
一圖框
(a)驅動波形圖
1.VG為掃描線電壓，VID為信號線電壓，分別加在TFT 的閘極，源極。
2.在T1時域(水平選擇期間)TFT ON，畫素電極電位VP會被 充電至信號電位VID 。在T2 時域(非選擇期間)TFT OFF， 在OFF的瞬間，VP會下降△V，此△V的大小與TFT元件 的閘極與汲極間的寄生電容CGD有關，因此在設計與製 程元件時盡量避免寄生電容的產生。
S1 S2 S3
G1 G2 G3
Sn-2 Sn-1 Sn
Gm-2 Gm-1 Gm
5
TFT元件
液晶 加入電壓
保持電容
Fra Baidu bibliotek
1.因TFT元件的動作類似一個開關(Switch)，液晶元件的 作用類似一個電容，藉Switch的ON/OFF對電容儲存的 電壓值進行更新/保持。
2.SW ON時信號寫入(加入、記錄)在液晶電容上，在以外 時間 SW OFF，可防止信號從液晶電容洩漏。
3.一般RON與ROFF電阻比至少約為105以上。
7
認識 TFT
D
S
D
SD
S
G
G
G
1. TFT為一三端子元件。 2.在LCD的應用上可將其視為一開關。 3.為何要採 Inverted Staggered 之結構？
8
TFT元件的運作原理
VSD
D
S
VGS > Vth
G
D
S
(1)Vgs>Vth：訊號讀取
Drain側通道消失) 3. 4.
Cox：Gate到Channel的電容 W/L
11
TFT之Vg V.S. Log Id圖
Log Id
1.0x10-5 1.0x10-6 1.0x10-7 1.0x10-8 1.0x10-9 1.0x10-10 1.0x10-11
-20 -10
0
10
20
註：此圖為一特定之Vds下所量得
D
D
S
S G
CLC
G
com
G
TFT元件在閘極(G)給予適當電壓(VGS>起始電壓Vth ,註), 使通道(a-Si)感應出載子(電子)而使得源極(S)汲極(D)導
通。
【註】：Vth 為感應出載子所需最小電壓 。
9
TFT元件的運作原理 VSD
D
S
VGS〈Vth
G
D
S
G
(2)Vgs<Vth：訊號保持
D
畫素電極上的電壓成為正負對稱
的波形，使直流位準的電壓降誤
差到最小值。
14
儲存電容
Vg 目的：降低TFT關閉時，因Cgs所引 起的
畫素電壓變化(Voltage Offset)。
線
Source
Vs Gate 線
G
Cgs
DS
Cst
CLC
Com
A
Vg VS
A’
A
A’
畫素電壓
V
15
TFT-LCD關於Array之重要參數
1. 臨界電壓：Vth 2. 電子遷移率(Mobility)：un
Vp=unE 3. Ion/Ioff 4. 開口率(Aperture Ratio)
(1)TFT；(2)Gate&Source 線；(3)Cst； (4)上下基板對位誤差；(5)Disclination of LC 5. 因Cgs產生之DC Voltage Offset 6. 訊號傳輸時的時間延遲(Time Delay)及 失真(Distortion)
G
Vgs〈Vth
VDS
一 Vgs<Vth：感應通道未形成
Ids=0
影響Ids之重要參數
二 Vgs&Vgd>Vth：形成感應通道
1. Vth
u Ids=1/2 nCox(W/L)[(Vgs-Vth)Vds-Vds2]
2. un：Mobility
三
Vgs>Vth&Vgd<Vth：進入夾止區(在
Ids=1/2unCox(W/L)(Vgs-Vth)2
16
Gate Driver
Array面板訊號傳輸說明
Source Driver
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掃描線
信
G
號
線
SD
RON ROFF
液晶
保持電容
1.上圖為TFT一個畫素的等效電路圖，掃描線連接同一列 所有TFT閘極電極，而信號線連接同一行所有TFT源極 電極。
2.當ON時信號線的資料寫入液晶電容，此時，TFT元件成 低阻抗(RON)，當OFF時TFT元件成高阻抗(ROFF)，可防 止信號線資料的洩漏。
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VID CGS
VG
1.△V的大小關係如下: CGD:閘極與汲極間電容 CLC:液晶電容 CST:保持電路
CGD CST
VP CLC
VCOM
(b)電路圖
2.此下降電壓△V與影像信號的極
性無關，永遠比畫素電位VP 下 降此一電壓值。因此，只要將彩
色濾光片的共用電極電位VCOM設 定成相對於信號線的中心電壓VC 低一偏移值△V，便可以使加在
TFT元件結構及原理
1
TFT-LCD的面板構造
2
Array面板說明
S1 S2 S3
Sn-1 Sn
G1 G2 G3
Gm-1 Gm
TFT Source 線 Gate 線 液晶電容 儲存電容
ITO
CLC
com
3
單一畫素結構
L
A
TFT
W
A’ A
儲存電容(Cst)
B
B
B’
DS
A’ G
B’
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Array 面板示意圖
S
G
D
S
CLC
G
com
1.TFT元件在閘極(G)給予適當電壓。當VGS小於起始電壓 時沒有感應出載子則通道成斷路。
2.故TFT元件可看成開關,當VGS>Vth則ON,當VGS<Vth則 OFF。
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TFT元件的運作原理
D
S
Ids
線性區
飽和區 Vgd<Vth
Vgs=Vth+8 Vgs=Vth+6 Vgs=Vth+4 Vgs=Vth+2
Vg(V)
12
T1
T2
△v
VC VCOM
△v
VID
VP
VG
△v
第一圖場
第二圖場
一圖框
(a)驅動波形圖
1.VG為掃描線電壓，VID為信號線電壓，分別加在TFT 的閘極，源極。
2.在T1時域(水平選擇期間)TFT ON，畫素電極電位VP會被 充電至信號電位VID 。在T2 時域(非選擇期間)TFT OFF， 在OFF的瞬間，VP會下降△V，此△V的大小與TFT元件 的閘極與汲極間的寄生電容CGD有關，因此在設計與製 程元件時盡量避免寄生電容的產生。
S1 S2 S3
G1 G2 G3
Sn-2 Sn-1 Sn
Gm-2 Gm-1 Gm
5
TFT元件
液晶 加入電壓
保持電容
Fra Baidu bibliotek
1.因TFT元件的動作類似一個開關(Switch)，液晶元件的 作用類似一個電容，藉Switch的ON/OFF對電容儲存的 電壓值進行更新/保持。
2.SW ON時信號寫入(加入、記錄)在液晶電容上，在以外 時間 SW OFF，可防止信號從液晶電容洩漏。
3.一般RON與ROFF電阻比至少約為105以上。
7
認識 TFT
D
S
D
SD
S
G
G
G
1. TFT為一三端子元件。 2.在LCD的應用上可將其視為一開關。 3.為何要採 Inverted Staggered 之結構？
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TFT元件的運作原理
VSD
D
S
VGS > Vth
G
D
S
(1)Vgs>Vth：訊號讀取
Drain側通道消失) 3. 4.
Cox：Gate到Channel的電容 W/L
11
TFT之Vg V.S. Log Id圖
Log Id
1.0x10-5 1.0x10-6 1.0x10-7 1.0x10-8 1.0x10-9 1.0x10-10 1.0x10-11
-20 -10
0
10
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註：此圖為一特定之Vds下所量得
D
D
S
S G
CLC
G
com
G
TFT元件在閘極(G)給予適當電壓(VGS>起始電壓Vth ,註), 使通道(a-Si)感應出載子(電子)而使得源極(S)汲極(D)導
通。
【註】：Vth 為感應出載子所需最小電壓 。
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TFT元件的運作原理 VSD
D
S
VGS〈Vth
G
D
S
G
(2)Vgs<Vth：訊號保持
D
畫素電極上的電壓成為正負對稱
的波形，使直流位準的電壓降誤
差到最小值。
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儲存電容
Vg 目的：降低TFT關閉時，因Cgs所引 起的
畫素電壓變化(Voltage Offset)。
線
Source
Vs Gate 線
G
Cgs
DS
Cst
CLC
Com
A
Vg VS
A’
A
A’
畫素電壓
V
15
TFT-LCD關於Array之重要參數
1. 臨界電壓：Vth 2. 電子遷移率(Mobility)：un
Vp=unE 3. Ion/Ioff 4. 開口率(Aperture Ratio)
(1)TFT；(2)Gate&Source 線；(3)Cst； (4)上下基板對位誤差；(5)Disclination of LC 5. 因Cgs產生之DC Voltage Offset 6. 訊號傳輸時的時間延遲(Time Delay)及 失真(Distortion)
G
Vgs〈Vth
VDS
一 Vgs<Vth：感應通道未形成
Ids=0
影響Ids之重要參數
二 Vgs&Vgd>Vth：形成感應通道
1. Vth
u Ids=1/2 nCox(W/L)[(Vgs-Vth)Vds-Vds2]
2. un：Mobility
三
Vgs>Vth&Vgd<Vth：進入夾止區(在
Ids=1/2unCox(W/L)(Vgs-Vth)2
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Gate Driver
Array面板訊號傳輸說明
Source Driver
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