TFT液晶显示屏常用的极性变换方式
TFT-LCD中FFS显示模式介绍
新型FFS-TFT LCD技术1.前言虽最近几年出现几种可以改善LCD画质的技术，其中又以新型边界电场切换技术(简称为FFS:Fringe Field Switching)能同时实现高穿透性与大视角等要求，因此备受相关业者高度重视。
所谓的FFS技术是藉由边界电场使面内几乎均质排列的液晶分子的电极表层内部旋转，进而产生IPS(In Plane Switching) 技术无法达成的高穿透性效应(图1)。
IPS方式的电极幅宽w与cell间隙d之电极间距很小，施加电压时电极间会发生面内电场，液晶祇能在该部位产生光变频，光穿透领域因而受到限制。
相较之下FFS方式是在画电极间距l下方设置一般电极，补助容量Cst 存在于光穿透领域，施加电压就会产生边界电场使液晶在电极上旋转，因此可获得高穿透率效果。
此外传统的TFT LCD通常使用负诱电率异方性液晶(以下简称为负液晶)，其高黏度使的反应速度祇有50ms左右，加上液晶是在单一领域内单一方向的面内旋转，因此会有所谓的彩色移转现象发生。
如表1所示正诱电率异方性液晶(以下简称为正液晶)的低扭转黏性，具有高反应时间与低驱动电压优点，不过正液晶的光效率不如负液晶。
如果将液晶cell参数最佳化，正液晶也可获得等同于负液晶90%左右的光穿透效率。
此外像素电极如果电极作成褉形结构(wedge type)并使设计参数最佳化，如此一来data电极与像素电极之间的光泄漏便会自动的被抑制，其结果是黑矩阵(black matrix)实质上可以完全不用，同时还可以增加光线穿透率，达成25ms高速反应时亦不会减损LCD的辉度，利用FFS技术的TFT-LCD的画质除了足可比美CRT之外，这种技术非常适合应用于各种尺寸的液晶显示器。
2.cell与液晶的设计FFS技术具有以下特性:1.高穿透率。
2.视角宽广。
3.无失真(cross talk)。
4.耗电量低。
5.反应速度快6.耐压性高。
由于电极被设计成可产生边界电场之结构，因此最初的液晶分子系同质(homogeneous)排列于直交偏光组件内。
优选液晶的基本知识TFT显示原理及结构组成
➢ 一直到了 1968年美國RCA公司工程師們利用液晶分子受到電壓的 影響而改變其分子的排列狀態，並且可以讓入射光線產生偏轉的現象 之原理，製造了世界第一臺使用液晶顯示的螢幕。
➢ 对TN型的LCD而言, 位于上下玻璃的配向膜都是互相垂直的, 而NB与NW的差 别就只在于偏光板的相对位置不同而已. 对NB来说, 其上下偏光板的极性是 互相平行的. 所以当NB不施加电压时, 光线会因为液晶将之旋转90度的极性 而无法透光. 为什么会有NW与NB这两种不同的偏光板配置呢? 主要是为了不 同的应用环境. 一般应用于桌上型计算机或是笔记型计算机, 大多为NW的配 置. 那是因为, 如果你注意到一般计算机软件的使用环境, 你会发现整个屏 幕大多是亮点, 也就是说计算机软件多为白底黑字的应用. 既然亮着的点占 大多数, 使用NW当然比较方便. 也因为NW的亮点不需要加电压, 平均起来也 会比较省电. 反过来说NB的应用环境就大多是属于显示屏为黑底的应用了.
TN型与STN(super twist nematic)型LCD的差別
TN型与STN型LCD的电压对穿透率曲线
三，TN-TFT液晶显示屏显示图像的工作原理
1，显示图像的工作过程 • TFT液晶显示屏基本工作过程框图如下，当选通某个像素时，在
TFT场效应管的栅极G上施加正向的导通电压，TFT导通，显示数 据通过DAC加到TFT的源极S，通过导通的TFT到达漏极D，在显示 像素上形成电场，对液晶材料充电，实现显示效果。
TFT液晶显示屏常用的极性变换方式.
TFT液晶显示屏常用的极性变换方式TFT液晶显示屏常用的极性变换方式类别：显示与光电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，如图1所示。
图1液晶显示屏的极性变换方式从图1中可以看出，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。
目前常见的个人计算机液晶显示屏，所使用的面板极性变换方式，大部分都是逐点变换方式，为什么呢？原因是逐点倒相的显示品质相对于其他的变换方式要好得多。
表列出了逐帧倒相、逐行倒相、逐列倒相和逐点倒相四种极性变换方式的性能比较。
表四种极性变换方式性能比较所谓Flicker现象，就是画面会有闪烁的感觉，但并不是特意做出的视觉效果，而是因为显示的画面灰阶在每次更新画面时会有些微小的变动，让人眼感受到画面在闪烁。
使用逐帧倒相的极性变换方式最容易发生这种情况。
因为逐帧倒相的整个画面都是同一极性，当这次画面是正极性时，下次就都变成了负极性，假若common电压有一点误差，这时正、负极性的同一灰阶电压便会有差别，当然灰阶的感觉也就不一样，如图2所示。
TFT-LCD基本原理
1. Resolution: 1920xRGBx1080 2. MVA: CR~ 8000:1 3. Viewing angle: 180o 4. Response time <8 ms 5. Color gamut: 92% NTSC
天马
玻璃尺寸及生产线Gen的概念
Gen 5
Gen 10
玻璃尺寸： 2950*3400mm 2850*3050mm
2200×2500mm 1950mm×2250mm
附注 2005年一季度投产，2008年底扩产至10万片/ 月 已于2009年10月投产 2009年3月底前动工、2010年底前投产 预计将于2011年10月投产。同时亦有规划建第 二条8代线
2004年第四季度投产，重组后售与深天马大股 东中航技，由深天马管理。
左图：两偏光片垂直 右图：两偏光片平行
TFT（薄膜晶体管）基本概念
Source
Gate
Drain W
+ve source
Current flow
gnd drain
L Channel
Conductive channel
glass
Gate insulator
Semiconductor
+ve + ve
Array 制程与半导体制程相似，但不同的是将ay基板与彩色滤光片的玻璃基板贴 合，并在两片玻璃基板间滴入液晶(LC) ；
模组组装制程是将Cell制程后的面板与其它如背光单元、 电路、外框等多种零组件组装的过程。
a-Si TFT array process – step 1
基板尺寸 1100×1300mm 730×920mm 1500×1850 mm 2200×2500mm
TFT驱动原理
生技T 生技T
4
存储电容Cs的结构 存储电容 的结构
对开口率的影响 对Cs的影响
生技T 生技T
5
液晶面板等效电路
gate driver所送出的波形, 依序将每一行的TFT打开, 好让整排的source driver同 时将一整行的显示点, 充电 到各自所需的电压, 显示不 同的灰阶. 当这一行充好电 时, gate driver便将电压关 闭, 然后下一行的gate driver便将电压打开, 再由 driver , 相同的一排source driver对 下一行的显示点进行充放 电. 如此依序下去, 当充好 了最后一行的显示点, 便又 回过来从头从第一行再开 始充电.
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不同common电压驱动方式的穿透率 电压驱动方式的穿透率 不同
当common电极的电 压是固定不变的时候, 显示电极的最高电压, 需要到达common电 极电压的两倍以上. 而显示电极电压的提 供, 则是来自于 source driver. 图中 common电极电压若 是固定于5伏特的话, 则source driver所能 提供的工作电压范围 就要到10伏特以上.
生技T 生技T
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驱动电路分类及功能
信号控制电路
将数字信号、控制信号以及时钟信号供给数字 IC，并把控制信号和时钟信号供给栅极驱动IC
电源电路
将需要的电源电压供给数字IC和栅极驱动IC 将数字驱动电路产生的10个灰度电压各自供给 数据驱动 将公用电压供给相对于象素电极的共用电极 将信号控制电路送来的RGB信号的各6个比特显示 数据以及时钟信号，定时顺序锁存并续进内部， 然后此显示数据以6比特DA变换器转换成模拟信 号，由输出电路变换成阻抗，给液晶屏的数据线 将信号控制电路送来的时钟信号，通过移位寄 存器转换动作，将输出电路切换成ON／OFF 电压，并顺次加到液晶屏上
TFT知识积累
知识积累TFT知识积累TFT王惠奇200709222007--09--色彩计算方式黑白：数据分为0、14灰阶：数据分为００、０１、１０、１１１６灰阶：数据为００００～１１１１３２灰阶：数据为０００００～１１１１１２５６色：将ＲＧＢ分为３３２的形式，Ｒ：０００～１１１，Ｇ：０００～１１１Ｂ：００～１１，所以为：８＊８＊４＝２５６４０９６色：ＲＧＢ＝４４４，Ｒ：００００～１１１１，Ｇ：００００～１１１１，Ｂ：００００～１１１１，所以为：１６＊１６＊１６＝４０９６Ｂ００００１１１１所以为１６＊１６＊１６４０９６６５Ｋ色：ＲＧＢ＝５６５，Ｒ：０００００～１１１１１，Ｇ：００００００～１１１１１１，Ｂ：０００００～１１１１１，所以为：３２＊６４＊３２＝６５５３６：ＲＧＢ＝６６６表示为：６４＊６４＊６４＝２６２１４４２６２Ｋ色：ＲＧＢ＝６６６，表示为：６４＊６４＊６４＝２６２１４４１６Ｍ色：ＲＧＢ＝８８８，表示为：２５６＊２５６＊２５６＝１６７７７２１６１０亿色：ＲＧＢ＝１０１０１０，表示为：１０２４＊１０２４＊１０２４＝１０７３７４１８２４６８７亿色：ＲＧＢ＝１２１２１２，表示为：４０９６＊４０９６＊４０９６＝６８７１９４７６７３６色彩计算形式排列方式CF CF排列方式不同极性变换方式不同极性变化比较C Fli k C lk 極性變化方式Common 驅動方式Flicker 現象Crosstalk 現象Frame inversion 固定及變動明顯垂真及水平都易發生H -line inversion 固定及變動不明顯水平方向容易發生DOT inversion只能用在固定几乎沒有不易發生因inversion inversion與否是由與否是由source source控制，所以控制，所以Dot inversion Dot inversion只能在只能在Common Common電極固定電極固定情況下才能達成。
TFT液晶显示原理
TFT液晶显示屏的结构和显示原理一．TFT液晶显示器的结构组成1、名词解释：TFT—Thin Film Transistor，薄膜电晶体；LCD—Liquid Crystal Display，液晶显示器；2、TFT的面板构造如图1所示：图1White light source：背光源部分，因为液晶本身不能发光，他需要借助外界光源照射，通过透过光通量的大小来显示一定的灰度，通常习惯用来作为背光源的材料有两种，一种是冷阴极灯管（CCFL），另外一种是现在常用的LED背光源；Polarizer：偏振片，用来把一般的没有极化方向的普通光线极化为偏振光；Circuit plate：TFT基板，上面排列有薄膜晶体管阵列，像素电极和ITO透明导电层；Liquid crystal solution：液晶体，介于液态和固态之间的物质，外加电压就会改变液晶分子的排列方向；Color filters：虑色器基板，提供TFT LCD的红、绿、蓝光的来源，基本组成有玻璃基板、黑色矩阵、ITO导电膜组、彩色层、保护层；3、各部分作用液晶体：TFT-LCD使用的液晶为TN（Twist Nematic）型液晶，液晶分子呈椭圆状。
TN型液晶一般是顺着长轴方向串接，长轴间彼此平行方式排列，当接触到槽装表面时，液晶分子就会顺着槽的方向排列于槽中。
如图2所示。
当液晶被包含在两个槽状表面中间，且槽的方向互相垂直，则液晶分子的排列为：上表面分子：沿着a方向下表面分子：沿着b方向介于上下表面中间的分子：产生旋转的效应。
因此液晶分子在两槽状表面间产生90度的旋转。
如图3所示。
图2 图3当线性偏极光射入上层槽状表面时，此光线随着液晶分子的旋转也产生旋转。
当线性偏极光射出下层槽状表面时，此光线已经产生了90度的旋转。
如图4所示，当在上下表面之间加电压时，液晶分子会顺着电场方向排列，形成直立排列的现象。
此时入射光线不受液晶分子影响，直线射出下表面，如图5所示。
TFT-LCD MODULE驱动原理( COF 与 PIXEL)
Ⅰ.液晶显示器件的基本结构及显示原理（2/2） Ⅰ.液晶显示器件的基本结构及显示原理（2/2） 液晶显示器件的基本结构及显示原理 二、液晶显示器的显示原理
根据驱动原理分类驱动可以分为有源驱动和无源驱动:：TFT-LCD 有源驱动 液晶显示器有源驱动的基本原理： ： 是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲向列的电场 效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色 滤光片，则可显示彩色影像。 柵电极引线
Ⅲ.Driver IC 的结构与驱动
Data Output & Gate Output
CPV TP
Data Gate 1
Data Gate 2
Ⅳ. COF 与 PIXEL 的驱动
各种极性变换方式
一、像素的基本结构
一个点
1.
R,G,B称为亚像素，三基色组合形成各种颜色。能显示的 颜色数是由RGB的数字信号的位数来决定的: N = 2n(R) X 2n(G) X 2n(B) = 23n
n : 数字数据的位数 数字数据的位数(bit) N : 能显示的颜色数
2.三个亚像素（对应R、G、B三原色）组成一个像素。 3.一个亚像素为一个点,以分辨率为1024*768的Panel为例 共需要1024*768*3(RGB)个点来组成.
源电极
TFT-LCD是在每个点上分别设置一个开关 引线 元件，进行选择性的驱动矩阵中的各个像 素，可以实现显示画面的高分辨率化和高 画质化. TFT-LCD的每个像素点都是由集成 在自身上的TFT来控的，它们是有源像素点。
TFT器件 ITO像素电极 存储电容
Ⅱ.TFT单元像素基本结构及等效电路 单元像素基本结构及等效电路
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TFT液晶显示屏常用的极性变换方式
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，如图1所示。
图1液晶显示屏的极性变换方式
从图1中可以看出，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。
目前常见的个人计算机液晶显示屏，所使用的面板极性变换方式，大部分都是逐点变换方式，为什么呢?原因是逐点倒相的显示品质相对于其他的变换方式要好得多。
表列出了逐帧倒相、逐行倒相、逐列倒相和逐点倒相四种极性变换方式的性能比较。