《液晶显示器件的有源驱动TFT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液晶显示器件的有源驱动TFT（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课次课次13. 有源矩阵液晶显示器有源矩阵液晶显示器1. 有源矩阵液晶显示器件分类有源矩阵液晶显示器件分类 普普通通矩矩阵阵TN液液晶晶显显示示器器件件的的电电光光特特性性很很难难满满足足高高质质量图像，特别是视频图像的显示。量图像，特别是视频图像的显示。 高分辨率要求的高扫描行数高分辨率要求的高扫描行数N，会导致：，会导致： (1) 驱动路数的宽容度驱动路数的宽容度随随N的增加而迅速下降；的增加而迅速下降； (2) 每每个个像像素素的的占占空空比比1/N随随N的的增增加加而而下下降降，这这将将导致驱动电压的提高，同时要求更亮的背光源。导致驱动电压的提高，同时要求更亮的背光源。1. 有源矩阵液
2、晶显示器件分类有源矩阵液晶显示器件分类1. 有源矩阵液晶显示器件分类有源矩阵液晶显示器件分类 我我们们希希望望设设计计一一个个具具有有存存储储性性的的非非线线性性有有源源器器件件：使使每每个个像像素素可可以以独独立立驱驱动动，从从而而克克服服直直接接动动态态驱驱动动中中的的交交叉叉效效应应，实实现现多多路路视视频频显显示示；同同时时解解决决由由于于驱驱动动路数路数N增加，占空比变小所带来的种种问题。增加，占空比变小所带来的种种问题。 有有源源矩矩阵阵(Active Matrix)液液晶晶显显示示器器：利利用用有有源源器器件驱动的液晶显示器件，根据有源器件的种类分：件驱动的液晶显示器件，根据有源
3、器件的种类分：1. 有源矩阵液晶显示器件分类有源矩阵液晶显示器件分类三端有源方式：三端有源方式： 扫扫描描输输入入与与寻寻址址输输入入可可以以分分别别优优化化处处理理，所所以以图图像像质质量量好好，但但工工艺艺制制作作复复杂杂，投投资资额额度度大大，以以10亿亿美美元元为单位；为单位；二端有源方式：二端有源方式： 工工艺艺相相对对简简单单，开开口口率率较较大大，投投资资额额度度小小，但但图图像像质量比三端有源略差（袖珍电视产品应用）。质量比三端有源略差（袖珍电视产品应用）。 1. 有源矩阵液晶显示器件分类有源矩阵液晶显示器件分类被被动动矩矩阵阵：行行列列电电极极分分别别在在液液晶晶盒盒两两边边
4、，电电极极宽宽度度决决定像素大小定像素大小主主动动矩矩阵阵：行行列列电电极极都都在在液液晶晶盒盒一一边边，电电极极宽宽度度与与像像素大小无关素大小无关2. 二端有源器件二端有源器件1. 二极管寻址矩阵液晶显示二极管寻址矩阵液晶显示 普普通通矩矩阵阵液液晶晶显显示示屏屏扫扫描描行行数数存存在在极极限限的的原原因因之之一一在在于于液液晶晶像像素素的的电电容容性性负负载载（即即具具有有对对称称性性，或或双双向向导通特性）。导通特性）。 解解决决办办法法：在在每每个个像像素素上上串串联联一一个个二二极极管管，使使像像素素电路具有非线性，就可突破上述极限。电路具有非线性，就可突破上述极限。 设设二二极极
5、管管正正向向导导通通电电压压为为Vb，外外加加电电压压为为Vo，当当二二极管与液晶像素串联后：极管与液晶像素串联后： 当当VoVb时，液晶像素上的电压为时，液晶像素上的电压为Vo-Vb。 2. 二端有源器件二端有源器件1. 二极管寻址矩阵液晶显示二极管寻址矩阵液晶显示 此时液晶显示器件的电光特性曲线的陡度此时液晶显示器件的电光特性曲线的陡度可表示可表示为： 如如果果二二极极管管伏伏安安特特性性曲曲线为理理想想L形形，且且Vb足足够大大时，则值可可非非常常接接近近于于1。这样就就突突破破了了TN液液晶晶屏屏的的扫描极限。描极限。2. 二端有源器件二端有源器件1. 二极管寻址矩阵液晶显示二极管寻址
6、矩阵液晶显示2. 二端有源器件二端有源器件1. 二极管寻址矩阵液晶显示二极管寻址矩阵液晶显示 如图所示：每个像素如图所示：每个像素Pi,j上部都串联一个二极管上部都串联一个二极管Di,j。 扫描行扫描行Xi ：零电压；未扫描行：零电压；未扫描行Xi：负电平。：负电平。 寻址列寻址列Yi：负电平；未寻址列：负电平；未寻址列Yi：零电压：零电压 。 被被选选择择像像素素： 行行电电压压 零零，列列电电压压 负负值值-VXF ，二极管正向导通，像素电压二极管正向导通，像素电压VXF VbV90； 未未被被选选择择像像素素：行行电电压压负负值值-VXF，列列电电压压零零，二极管反向截止，像素电压二极管
7、反向截止，像素电压0。 因此，完全消除了交叉效应。因此，完全消除了交叉效应。2. 二端有源器件二端有源器件1. 二极管寻址矩阵液晶显示二极管寻址矩阵液晶显示 一一般般来来说，二二极极管管反反向向截截止止，即即其其反反向向电阻阻远大大于于液液晶晶像像素素的的漏漏阻阻。因因此此被被选择的的像像素素充充上上电压后后，在在寻址信号移去后仍能保持。址信号移去后仍能保持。 像像素素上上的的电荷荷只只能能靠靠自自身身的的漏漏电才才能能泄泄放放掉掉。所所需需时间这取决于液晶像素的取决于液晶像素的介介质驰豫常数豫常数LC。 介介质驰豫豫常常数数LC应小小于于帧周周期期TF，否否则影影响响器器件件的的响响应特性。
8、特性。 因因此此，上上述述单二二极极管管有有源源矩矩阵的的存存储特特性性是是不不可可能能太大的，只太大的，只对减少减少闪烁起作用。起作用。2. 二端有源器件二端有源器件2. 二极管环寻址矩阵液晶显示二极管环寻址矩阵液晶显示 为了了充充分分利利用用上上述述存存储特特性性，需需采采用用双双阈值元元件件寻址，即址，即对每个像素串每个像素串联一一对反向并反向并联的二极管的二极管组。2. 二端有源器件二端有源器件2. 二极管环寻址矩阵液晶显示二极管环寻址矩阵液晶显示2. 二端有源器件二端有源器件2. 二极管环寻址矩阵液晶显示二极管环寻址矩阵液晶显示 行扫描脉冲：行扫描脉冲：正的置位脉冲和负的复位脉冲组成
9、。正的置位脉冲和负的复位脉冲组成。 复复位位脉脉冲冲幅幅值值-nVb，使使像像素素上上保保持持的的电电荷荷全全部部泄放掉，即被泄放掉，即被“清零清零”； 置置位位脉脉冲冲幅幅值值nVb，与与信信号号脉脉冲冲叠叠加加实实现现像像素素的的显示与否。显示与否。 这这样样介介质质驰驰豫豫常常数数LC可可以以设设计计的的足足够够大大，使使被被选选择择像素在一帧内充上的电荷基本保持不变。像素在一帧内充上的电荷基本保持不变。 列信号脉冲：列信号脉冲：幅值为幅值为-VY！2. 二端有源器件二端有源器件2. 二极管环寻址矩阵液晶显示二极管环寻址矩阵液晶显示 被被选选择择像像素素：行行电电压压nVb，列列电电压压
10、 -VY，一一组组二二极极管管导导通通，像像素素电电压压VYV90，信信号号撤撤去去之之后后，行行列电压均为列电压均为0，两组二极管均截止，像素电压保持不变。，两组二极管均截止，像素电压保持不变。 未未被被选选择择像像素素：行行电电压压nVb，列列电电压压0，两两组组二二极极管管均均截截止止，像像素素电电压压0，信信号号撤撤去去之之后后，行行列列电电压压均均为为0，两两组组二二极极管管均均截截止止，像像素素电电压压保保持持不不变变。 。 被被选选择择像像素素复复位位：行行电电压压 -nVb，列列电电压压0，像素电压，像素电压VY，另一组二极管导通，至像素电压为，另一组二极管导通，至像素电压为0
11、。 未未被被选选择择像像素素复复位位：行行电电压压 -nVb，列列电电压压0，像素电压像素电压0，两组二极管均截止。，两组二极管均截止。2. 二端有源器件二端有源器件2. 二极管环寻址矩阵液晶显示二极管环寻址矩阵液晶显示 单单晶晶硅硅二二极极管管正正向向压压降降为为0.60.7V； -Si二二极极管管正正向向压压降降为为1V。正正向向压压降降小小，且且多多个个二二极极管管串串联联不不易易实实施，会导致开口率下降。施，会导致开口率下降。 PIN二极管正向压降较大，且导通后阻抗很小。二极管正向压降较大，且导通后阻抗很小。 PIN二二极极管管：在在p区区和和n区区之之间间加加了了一一层层本本征征层层
12、I，本本征征层层是是高高阻阻，所所以以使使正正向向压压降降Vb较较大大。在在正正向向工工作作时时，由由于于p区区或或n区区的的载载流流子子注注入入而而电电阻阻下下降降，注注入入电电流流越越大，等效电阻越小。大，等效电阻越小。2. 二端有源器件二端有源器件3. MIM寻址矩阵液晶显示寻址矩阵液晶显示 MIM：金金属属-绝绝缘缘体体-金金属属结结构构（五五氧氧化化二二钽钽层层夹夹在在两层金属膜之间）。两层金属膜之间）。 该该结结构构在在强强电电场场作作用用下下电电导导率率具具有有很很强强的的非非线线性性，故可用于液晶显示的有源矩阵中。故可用于液晶显示的有源矩阵中。 MIM-LCD的的性性能能和和价
13、价格格介介于于STN-LCD和和TFT-LCD之间。之间。2. 二端有源器件二端有源器件3. MIM寻址矩阵液晶显示寻址矩阵液晶显示 MIM液晶显示器件等效电路液晶显示器件等效电路 RNIM 非线性电阻非线性电阻 CMIMMIM电容电容 RLC液晶阻抗液晶阻抗 CLC液晶容抗液晶容抗2. 二端有源器件二端有源器件4. ZnO变阻器寻址矩阵液晶显示变阻器寻址矩阵液晶显示 将将ZnO粉粉末末与与少少量量其其他他金金属属氧氧化化物物CoO或或Sn2O3混混合合烧烧结结，即即形形成成金金属属氧氧化化物物变变阻阻材材料料陶陶瓷瓷，其其中中半半导导电电的的ZnO颗颗粒粒被被薄薄薄薄的的绝绝缘缘层层边边界界
14、包包围围。如如果果加加上上外电场，其具有很强的非线性伏安特性。外电场，其具有很强的非线性伏安特性。 ZnO变变阻阻器器与与液液晶晶像像素素串串联联后后使使电电光光特特性性曲曲线线右右移移，曲线陡度趋近于曲线陡度趋近于1。 优优点点：温温度度系系数数小小，高高非非线线性性伏伏安安特特性性，适适于于制制作作大面积显示屏。大面积显示屏。 缺点：缺点：ZnO不透光，仅能工作于反射式液晶显示器。不透光，仅能工作于反射式液晶显示器。3. 三端有源器件三端有源器件1. TFT寻址矩阵液晶显示器的结构寻址矩阵液晶显示器的结构 TFT-LCD使使液液晶晶显显示示器器件件进进入入高高画画质质、真真彩彩色色显显示示
15、的新阶段。的新阶段。 TFT-LCD中采用的是中采用的是TN液晶显示方式。液晶显示方式。 目前目前TFT-LCD的市场产值占有比已超过的市场产值占有比已超过90%。 全全世世界界的的TFT-LCD生生产产线线分分布布在在日日本本、韩韩国国、台台湾湾和中国大陆。和中国大陆。3. 三端有源器件三端有源器件1. TFT寻址矩阵液晶显示器的结构寻址矩阵液晶显示器的结构3. 三端有源器件三端有源器件1. TFT寻址矩阵液晶显示器的结构寻址矩阵液晶显示器的结构3. 三端有源器件三端有源器件1. TFT寻址矩阵液晶显示器的结构寻址矩阵液晶显示器的结构 在在两两块块玻玻璃璃之之间间封封入入液液晶晶，工工作作在
16、在TN方方式式。在在下下玻玻璃璃基基板板上上光光刻刻出出行行扫扫描描线线和和列列寻寻址址线线，构构成成一一个个矩矩阵阵。在其交叉点上制作出场效应管有源器件和像素电极。在其交叉点上制作出场效应管有源器件和像素电极。 同同一一行行中中各各像像素素串串联联的的场场效效应应管管（FET）栅栅极极是是连连在一起的，行电极在一起的，行电极X栅极母线栅极母线。 同同一一列列中中各各像像素素串串联联的的场场效效应应管管（FET）漏漏极极是是连连在一起的，列电极在一起的，列电极Y漏极母线漏极母线。 场效应管（场效应管（FET）源极与液晶的像素电极相连。）源极与液晶的像素电极相连。 为为了了增增加加液液晶晶像像素
17、素的的驰驰豫豫时时间间，还还对对液液晶晶像像素素并并联联上一个合适的上一个合适的电容电容。3. 三端有源器件三端有源器件2. TFT寻址矩阵液晶显示器的工作原理寻址矩阵液晶显示器的工作原理 当当扫扫描描到到某某一一行行时时，扫扫描描脉脉冲冲使使该该行行上上的的全全部部场场效效应应管管导导通通，使使得得各各列列上上的的信信号号电电压压可可以以施施加加到到液液晶晶像像素素上上，并并对对并并联联的的电电容容充充电电。这这样样信信号号电电压压可可以以在在液液晶晶像像素素上上持持续续接接近近一一帧帧的的时时间间，占占空空比比达达到到百百分分之之百百，而与扫描行数而与扫描行数N无关。无关。 未未扫扫描描行
18、行上上的的各各场场效效应应管管处处于于开开路路状状态态，不不管管各各列列上上的的信信号号电电压压如如何何变变化化，对对未未扫扫描描行行上上的的液液晶晶像像素素都都无影响。无影响。3. 三端有源器件三端有源器件2. TFT寻址矩阵液晶显示器的工作原理寻址矩阵液晶显示器的工作原理 据据TFT矩矩阵阵工工作作原原理理对对三三端端有有源源矩矩阵阵中中的的TFT提提出出如下要求：如下要求： 在在TFT导导通通的的T1时时间间内内应应将将99%的的信信号号输输入入到到CLC上上；在在TFT截截止止的的T2时时间间内内CLC上上的的信信号号损损失失应应小小于于5%。于是有：于是有： Ron：TFT导导通通电
19、电阻阻；Roff：TFT开开路路电电阻阻；CLC：液液晶等效电容；晶等效电容；T1：行扫描时间；：行扫描时间；T2：帧扫描时间。：帧扫描时间。3. 三端有源器件三端有源器件2. TFT寻址矩阵液晶显示器的工作原理寻址矩阵液晶显示器的工作原理 对对 于于 PAL制制 式式 电电 视视 ， T1=64um， T2=20ms， 设设CLC=1pF，代入上两式有：，代入上两式有：Ron 41011 即即TFT的通断比一般在的通断比一般在5个数量个数量级以上。以上。 考考虑到到温温度度增增加加时Roff会会下下降降，这个个比比值应扩大大到到7个数量个数量级以上。以上。3. 三端有源器件三端有源器件2.
20、TFT寻址矩阵液晶显示器的工作原理寻址矩阵液晶显示器的工作原理 扫描信号扫描信号 图像信号图像信号 像素信号像素信号3. 三端有源器件三端有源器件2. TFT寻址矩阵液晶显示器的工作原理寻址矩阵液晶显示器的工作原理 充电过程：充电过程： 在在选选通通时时间间T1内内要要求求把把99%的的图图像像信信号号写写入入，其其条条件为：件为：3. 三端有源器件三端有源器件2. TFT寻址矩阵液晶显示器的工作原理寻址矩阵液晶显示器的工作原理 放电过程：放电过程： 在在一一帧帧时时间间内内要要求求图图像像信信号号的的泄泄漏漏在在5%以以内内，其其条条件为：件为： 3. 三端有源器件三端有源器件2. TFT寻
21、址矩阵液晶显示器的工作原理寻址矩阵液晶显示器的工作原理 3. 三端有源器件三端有源器件2. TFT寻址矩阵液晶显示器的工作原理寻址矩阵液晶显示器的工作原理 3. 三端有源器件三端有源器件3. 非晶硅半导体场效应管非晶硅半导体场效应管 -Si FET 1979年年P.G.Le Comber等等首首次次使使用用a-Si FET驱驱动动了了液液晶显示器，特点如下：晶显示器，特点如下： (1) 不不掺掺杂杂或或轻轻掺掺杂杂的的a-Si有有很很高高的的电电阻阻率率，故故器器件件不需不需p-n结构的特别隔离工艺，结构简单；结构的特别隔离工艺，结构简单； (2) a-Si FET具有非常高的开态和关态电流比
22、；具有非常高的开态和关态电流比； (3) 可以用传统的光刻工艺，能实现高集成度；可以用传统的光刻工艺，能实现高集成度； (4) 制制作作温温度度低低于于350，因因此此可可采采用用大大面面积积廉廉价价平平板玻璃作衬底。板玻璃作衬底。3. 三端有源器件三端有源器件3. 非晶硅半导体场效应管非晶硅半导体场效应管 -Si FET -Si FEF的结构：的结构： 高阻半导体高阻半导体 -Si、绝缘层、三个电极、绝缘层、三个电极 利用利用表面效应表面效应的绝缘栅场效应管的绝缘栅场效应管3. 三端有源器件三端有源器件3. 非晶硅半导体场效应管非晶硅半导体场效应管 -Si FET -Si FEF的特性曲线：
23、的特性曲线： 3. 三端有源器件三端有源器件3. 非晶硅半导体场效应管非晶硅半导体场效应管 -Si FET 阵列对阵列对 -Si FEF的要求：的要求： (1) 较高的较高的开关比开关比，一般需，一般需105； (2) 驱动电压小于驱动电压小于15V； (3) 交替使用峰值不同的漏极脉冲，或适当加一个交替使用峰值不同的漏极脉冲，或适当加一个偏置电压；偏置电压； (4) TFT开开关关速速度度必必须须能能满满足足图图像像显显示示的的要要求求，即即从从断态到通态的电流上升要陡；断态到通态的电流上升要陡； (5) TFT有合适的导电沟道宽长比有合适的导电沟道宽长比W/L。3. 三端有源器件三端有源器
24、件3. 非晶硅半导体场效应管非晶硅半导体场效应管 -Si FET -Si FEF阵列的制作工艺：阵列的制作工艺： (1) 先先光光刻刻好好透透明明电电极极ITO的的图图形形，作作为为液液晶晶单单元元的的背背面接触；面接触； (2) 蒸蒸Cr，并光刻出，并光刻出Cr条，作为栅极条，作为栅极G； (3) 淀积绝缘层淀积绝缘层Si3N4，厚度约，厚度约0.25m； (4) 淀淀积有有源源层a-Si:H，厚厚度度约为0.2m，将将不不需需要要的的部部分分蚀掉；掉； (5) 沉沉积n+ 型型a-Si:H，将不需要的部分刻，将不需要的部分刻蚀掉；掉； (6) 在在Si3N4层层上上刻刻出出接接触触窗窗口口
25、A，在在下下一一工工序序中中使使ITO层层与漏极电极与漏极电极D相连；相连； (7) 蒸镀铝层，光刻出源、漏电极。蒸镀铝层，光刻出源、漏电极。3. 三端有源器件三端有源器件3. 非晶硅半导体场效应管非晶硅半导体场效应管 -Si FET -Si FEF阵列的制作工艺：阵列的制作工艺：3. 三端有源器件三端有源器件4. 多晶硅薄膜晶体管有源矩阵多晶硅薄膜晶体管有源矩阵p-Si FET 多多晶晶硅硅（p-Si）：使使a-Si薄薄膜膜中中的的硅硅粒粒在在高高温温下下再再结结晶晶，使使晶晶粒粒长长大大到到微微米米以以上上量量级级，可可允允许许电电子子更更加加自自由的流动，迁移率提高。由的流动，迁移率提高
26、。 根根据据处处理理时时基基片片承承受受的的温温度度不不同同p-Si可可分分为为：高高温温多晶硅（多晶硅（HTPS）和低温多晶硅（）和低温多晶硅（LTPS）。）。 HTPS：1000，特殊石英晶体基片；，特殊石英晶体基片； LTPS：激光热处理，普通玻璃基片。：激光热处理，普通玻璃基片。3. 三端有源器件三端有源器件4. 多晶硅薄膜晶体管有源矩阵多晶硅薄膜晶体管有源矩阵p-Si FET p-Si FET的结构：的结构：3. 三端有源器件三端有源器件5. 连续晶界硅连续晶界硅(Continuous Grain-Silicon) SHARP的的CGS (Continuous Grain-Silic
27、on)技术：技术： a-Si p-Si CGS4. TET-LCD的结构的结构 4. TET-LCD的结构的结构 4. TET-LCD的结构的结构 5. TET-LCD的驱动电路结构的驱动电路结构 移位寄存器移位寄存器5126 bit 锁存器锁存器512 DAC 5126 bit 数据驱动器数据驱动器1024 X 768 像素矩阵像素矩阵(TFTLCD) 奇奇 数数 线线 CLKRREF5126 bit 数据驱动器数据驱动器 偶偶 数数 线线 REFRCLK768位位移移位位寄寄存器存器768位位缓缓冲冲驱驱动器动器扫扫描描线线1024扫扫描描驱驱动动器器7681118(bit) RGB数据线
28、数据线18（bit）RGB数据线数据线6. TFT寻址的彩色液晶电视电路框图及工作原理寻址的彩色液晶电视电路框图及工作原理 调谐调谐器器IF-中中放放视频视频检波检波视频视频放大放大彩色彩色解调解调音频放大音频放大同步电路同步电路R电平放大电平放大G电平放大电平放大B电平放大电平放大时序时序彩色彩色取样取样开关开关扫扫描描驱驱动动器器采样保持采样保持和和信号驱动器信号驱动器a-Si TFT矩阵液晶矩阵液晶彩色显示屏彩色显示屏天线天线SVSH6. TFT寻址的彩色液晶电视电路框图及工作原理寻址的彩色液晶电视电路框图及工作原理 调调谐谐器器：从从天天线线选选择择某某一一频频道道电电视视信信号号，经
29、经中中频频放放大、视频检波后分为两路：大、视频检波后分为两路： 一一路路进进入入音音频频放放大大和和处处理理电电路路，推推动动扬扬声声器器输输出出伴伴音。音。 另另一一路路经经视视频频放放大大和和彩彩色色解解码码后后，将将R、G、B三三色色信信号号送送入入彩彩色色信信号号取取样样电电路路。将将行行、场场同同步步信信号号送送入入同同步步电电路路：产产生生的的行行同同步步脉脉冲冲信信号号SH送送入入扫扫描描驱驱动动器器；产产生生的的列列同同步步信信号号SV与与行行同同步步信信号号一一起起送送入入彩彩色色信信号号采样电路。采样电路。 7. 习题习题1. 有源矩阵与普通点矩阵的区别有哪些？有源矩阵与普通点矩阵的区别有哪些？2. 常见有源矩阵液晶显示器有源器件有哪些？常见有源矩阵液晶显示器有源器件有哪些？3. 二极管寻址矩阵的工作原理简介，其优缺点及改进。二极管寻址矩阵的工作原理简介，其优缺点及改进。4. TFT寻址矩阵的工作原理简介及相应参数要求。寻址矩阵的工作原理简介及相应参数要求。5. 非晶硅和多晶硅薄膜晶体管有源矩阵的区别。非晶硅和多晶硅薄膜晶体管有源矩阵的区别。6. TFT-LCD结构及其驱动电路结构的分析。结构及其驱动电路结构的分析。TFT-LCD制程制程
