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1、摘要随着TFT_LCD技术的迅猛发展，并且它拥有着性能优良、大规模生产特性好、自动化程度高、原材料成本低廉的很多的优点，从而广泛应用于诸多领域。在这样的背景下，对其驱动电路也提出了更高的要求。本文即旨在进行TFT_LCD列驱动电路设计和仿真，设计结构分为数字部分和模拟部分两大部分，主要包括双向移位寄存器、数据寄存器、数据锁存器、电平位移、D/A变换和输出缓冲六个部分。首先会对列驱动电路的原理和工作过程做深入的了解，然后在参考已有经验的基础上，提出了本设计的总体结构和功能模块的划分。其次，通过Multisim和Cadence仿真工具对设计方案的结果进行验证。最后，在各个模块的基础上，建立了整体芯
2、片的结构框图。电路设采用Multisim和Cadence工具进行仿真，仿真结果表明，所设计的驱动电路基本满足液晶显示器的性能要求。 关键字：列驱动；薄膜晶体管；校正；D/A变换AbstractAs TFT_LCD technology is developing rapidly, and it has excellent performance characteristics of large-scale production, high degree of automation, low-cost raw materials as well as many other advantages,
3、which are widely used in many fields.In this context,the driving circuit is also put forward higher requirements. This article aims to conduct TFT_LCD column driver circuit design and simulation design structure is divided into the digital part and analog part of two major parts, including bi-direct
4、ional shift register, data register, data latches, level displacement, D/A conversion and output buffer six parts. We will first column drive circuit of the principle and process in-depth understanding. Then, in reference to previous experience on the basis of this design, we will present the overal
5、l structure and the division of functional modules. Secondly, we use Multisim and Cadence simulation tools to verify the results of the design. Finally, in each module on the basis ,we create a block diagram of the overall chip.Circuit design using Multisim and Cadence tool for simulation, simulatio
6、n results show that the drive circuit basically designed to meet the performance requirements of the liquid crystal display. Keywords: column-driven；thin-film transistor；the -correction；the D/A conversion第一章 绪论1.1 液晶显示技术的发展历程液晶，最早是奥地利植物学家莱尼茨尔在1888年某次测定有机物的熔点时偶然发现的，。他经常从胡萝卜中萃取胆固醇，有一天，他注意到了加热一种苯甲酸胆固醇所
7、产生的颜色变化:当加热至摄氏145度，固态化合物慢慢熔化成钻稠白云状的液体，继续加热，温度上升至摄氏179度，钻稠白浊的特性消失，变成了清澈透明的液体，这种化合物似乎有两个不一样的熔点，而当该化合物冷却时，同样的现象重复出现，只是次序反转，最后形成固态的结晶体。后来他发现有机物融化后在加热的状态下都会由透明的白色浑浊液体变成透明清亮的液体，这是人们对液晶最原始的认识。正是莱尼泽的这一发现，直接将液晶呈现在了世人的面前。不久，德国物理学家莱曼观察发现这些液体还会显示出各向异性的晶体所有的双折射性，因此把它命名为“液晶”。早期液晶作为显示屏的材料很不稳定，作为商用尚存在着许多需要解决的问题。因此，
8、制造商们不断去寻找更好的方法以提高液晶显示器的性器发展的难题，科技的进步恰恰为这一切提供了可能。经过将近40年的发展，液晶显示器的技术接近成熟。20世纪60年代初，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或者折射。反复的实验之后，人们又发现了光电效应，即向列液晶的透明薄层通电时会出现浑浊现象。随着时间的推移，越来越多的实验让人们对液晶结构的特性和应用有了更加深刻的认识。终于，1971年发明了第一台液晶显示器，就是最初的TN_LCD，即扭曲向列。这一技术迅速普及开来，在很多领域得到了推广应用，包括计算器，电子表等。美国人最先提出了TFT_LCD技术，自此登上舞台。但是TFT-LC
9、D技术真正的发展是在1993年，日本率先实现了TFT_LCD大规模生产，液晶显示器开始向廉价，低成本方向发展之后，薄膜式晶体管TFT_LCD开始进一步向高端发展。1997年，第一批大基板尺寸第三代TFT_LCD生产线在日本建成。目前，由于薄膜晶体管液晶显示器具有重量轻、平板化、低功耗、无辐射、显示品质优良等特点，其应用领域正在逐步扩大。同时随着应用领域的扩大，对液晶显示器的要求也正在向大尺寸，高分辨率，高彩色化发展，这也使得人们研究和开发新的驱动方案，如目前的新的IC驱动技术。1.2 TFT_LCD主要的技术特点TFT_LCD从1960发明开始经过不断的改良和发展，在二十世纪几十年代才真正发展
10、起来，是采用新材料和新工艺的大规模半导体全集成电路制造技术。TFT是在玻璃或塑料基板等非单晶片上通过溅射，化学沉积工艺形成制造电路必须的各种膜，通过对膜的加工制作的大规模半导体集成电路。随着近年来TFT技术的日益成熟，彩色液晶平板显示器也得以迅速发展，于1991年成功转型为笔记型计算机用面板，TFT_LCD已迅速成长为主流显示器，从此进入TFT_LCD的时代。从1991年的第一代开始，目前已发展至第9代，甚至第10代生产线。与之对应的是，面板的尺寸，像素数，像素数密度也在按类似于摩尔定律的规模增加。特别是进入五代线以后，面积与产能不断扩大，TFT_LCD已经成为主流。当然，这项技术仍然在不断地
11、进步，工艺越来越简化，生产效率越来越高，直接使得价格越来越低。TFT_LCD之所以能迅速成长至此，这与它自身的特点是分不开的，它主要有以下四特点：（1）适用范围广：在很大的温度范围内都可以正常使用（-20到50），而且经过温度加固处理的TFT_LCD低温工作温度甚至可达到-80，同时它既可以用移动终端显示，也可以用台式终端显示，连投影都可以，是性能优良且全面的全尺寸显示终端。（2）适用特性好：TFT_LCD产品还有着较高的安全性和可靠性，再加上目前已经平板化，又轻薄方便多了。此外，TFT_LCD的功耗极低，可以节省大量能源，升级容易，使用寿命长，高分辨率，显示方式多样等诸多优点。（3）TFT_
12、LCD制造技术拥有着很高的自动化程度，大规模工业化生产特性好，目前TFT_LCD技术已经基本成熟，大规模生产成品率也极高。同时它还易于集成和更新换代，由于是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合，继续发展潜力巨大。目前已经有非晶，多晶和单晶硅TFT_LCD，将来肯定还会有其它材料的TFT出现。（4）环保特性好：最重要的是它没有辐射，不会损害使用者的健康。伴随着TFT_LCD电子书的出现，无纸办公，无知印刷时代开启，是人类学习，传播和记载方式的革命。显而易见的，TFT_CD的更易于集成和更新换代的特点赋予了它广阔的发展前景。此外，除了上面所说的外，TFT_LCD还有着大面积，功能强大，应用
13、领域广泛等其他的特点。1.3 TFT_LCD国内外状况的对比要看TFT_LCD国内外状况的对比，我们首先来看下全球大尺寸TFT_LCD面板各地区市场占有率：下图可以看出主要是台湾，韩国，日本占据了这片市场，而我国显然还十分稚嫩，图中显示韩国大尺寸TFT_LCD出货量在2001年超过日本，成为全球第一大TFT_LCD生产国。之后稳居第一位，维持了市场支配性地位。然而好景不长，韩国遭到来自台湾企业的猛烈冲击，虽然在2002年第1季度曾出现过一段市场占有率逆转的现象。从下半年开始，随着韩国国内企业的第5代生产线正式投入批量生产，韩国的市场占有率又重新出现增长，最终仍以39.9%的占有率排名第一位。技
14、术上，目前TFT_LCD技术已经成熟，困扰液晶平板显示器的三大难题：视角、色饱和度、亮度已经获得解决。再看一下中日韩台TFT_LCD产业技术现状对比：从上面我们可以明显的看出目前我国大陆和台湾地区，韩国以及日本的发展差距，就这种状况，我们不可能不依赖进口。世界TFT_LCD产业的现状及发展方向决定了中国大陆TFT_LCD产业的发展的规模及前景。中国大陆TFT_LCD产业发展比日韩及欧美发达国家要晚近二十年。但中国大陆TFT_LCD产业发展有其独特的特点和局限，主要有以下特点：（1）中国大陆TFT_LCD产业来势凶猛，良性循环机率低，产业链失衡，生产线、设备落后。 （2）中国大陆TFT_LCD产
15、业一开始就受到当地政界的大力支持，产业发展的相关上游材料生产都有待极大开发生产。（3）中国兴起的FPD产业，将逐渐成为世界FPD产业的核心，中国FPD产业的发展也将面临艰巨的挑战，同时中国TFT_LCD产业仍是全球的焦点。至今，国内仅能生产电脑显示器、笔记本电脑用中等尺寸和小尺寸面板产品，全球市场份额不足10%，尚没有液晶电视用大尺寸面板的生产能力。与几乎同时起步的韩国和台湾相比，我国TFT_LCD产业存在巨大差距，亟须大力发展。1.4 课题研究内容及意义随着液晶显示的蓬勃发展，TFT_LCD驱动芯片业迎来了巨大的市场，其中最为明显的是TFT_LCD驱动IC的增长。为了在这个巨大的市场中占有一
16、席之地，我国的IC行业面临着发展的机遇和挑战。为了更好的掌握产业发展的主动权。本文针对这一发展趋势的要求，研究与设计了TFT_LCD列驱动电路，参照了现有产品的部分设计经验，根据数字电路和模拟电路设计流程和“自顶向下”的设计思想首先对芯片进行层次化功能划分;然后进行各个功能模块的原理图输入和仿真。最后，依据芯片资料提出的功能、性能指标、对芯片的功能、性能进行了模拟验证。本文采用的仿真验证工具是Multisim和Cadence，数字部分与模拟部分均采用原理图输入的方法。根据工作原理，本文将把整个电路划分为六个模块:双向移位寄存器、数据寄存器、数据锁存器、电平位移、D/A转换器和输出缓冲器。其中前二个部分为数字模块，后两个部分是模拟模块。在第二章中，本文将首先介绍源驱动芯片的工作原理和系统架构;第二章将介绍数字部分电路的设计;第四章介绍电平位移模块和模拟部分电路的设计;第五章则给出
