TFT陣列基板的電容充電電路的設(shè)計(jì)

徐永先

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，100176）

TFT陣列基板的電容充電電路的設(shè)計(jì)

徐永先

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，100176）

液晶顯示器尺寸越來(lái)越大，液晶柵極啟動(dòng)信號(hào)持續(xù)時(shí)間變短，液晶電容和存儲(chǔ)電容的充電時(shí)間也隨之減少，導(dǎo)致對(duì)液晶電容和存儲(chǔ)電容充電不充分，造成橫向微弱亮線的產(chǎn)生，使得畫面品質(zhì)下降。本文設(shè)計(jì)出TFT陣列基板電容充電電路，在當(dāng)前行像素顯示時(shí)，對(duì)下一行像素預(yù)充電，解決了液晶電容和存儲(chǔ)電容充電不充分的問題。

TFT陣列基板；電容充電電路

從制造的角度來(lái)看液晶面板的話，可分為TFT陣列工序、液晶單元工序、液晶模塊工序三類。在這些液晶面板制造工序中，尤其是TFT陣列工序決定液晶面板的顯示性能，對(duì)面板制造成本的影響尤為突出。TFT陣列是對(duì)液晶進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電路基板。TFT和顯示像素電極被排列在玻璃基板上，用于驅(qū)動(dòng)TFT的柵極布線、輸送加載在像素上的電壓信號(hào)的信號(hào)布線縱橫交錯(cuò)。

1　現(xiàn)有技術(shù)

在TFT LCD顯示中，在屏的橫向電極上輸入掃描信號(hào)，輸入的電壓加在TFT的柵極上控制TFT的開關(guān)狀態(tài)，而在縱向電極上輸入顯示數(shù)據(jù)電壓信號(hào)，其信號(hào)電壓加在TFT的源極上，提供顯示圖像所需的像素電壓。而液晶電容一端接在TFT的漏極，電容的另一個(gè)極板是對(duì)面玻璃基板上的電極，即公共電極，它是同驅(qū)動(dòng)電路的COMMON電壓輸出端連接在一起的。除了液晶電容外，為了克服在像素點(diǎn)上的電壓的波動(dòng)，要做出一個(gè)跟像素電容并聯(lián)的一個(gè)電容，稱為存儲(chǔ)電容。存儲(chǔ)電容的另一個(gè)電極可以利用柵線做出一個(gè)電容。當(dāng)Gate電極送入掃描信號(hào)，打開像素上的TFT的同時(shí)，源驅(qū)動(dòng)器Source Driver送入數(shù)據(jù)圖像信號(hào)通過(guò)TFT向像素電容充電。當(dāng)這一行掃描過(guò)后，TFT關(guān)斷，像素電容保持這個(gè)電壓。

柵極啟動(dòng)信號(hào)都要持續(xù)一段時(shí)間，這樣有可能發(fā)生當(dāng)前行的所有像素的TFT開關(guān)還是開啟狀態(tài)的時(shí)候，下一行的所有像素的TFT開關(guān)也被開啟，數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)加載到兩行像素上，導(dǎo)致顯示異?，F(xiàn)象?，F(xiàn)有技術(shù)的解決方法是減少柵極啟動(dòng)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，在下一行柵極啟動(dòng)信號(hào)來(lái)臨前提前關(guān)閉當(dāng)前行柵極啟動(dòng)信號(hào)，這樣就保證了兩個(gè)柵極啟動(dòng)信號(hào)不會(huì)有重疊的持續(xù)時(shí)間，避免了顯示異常。但是也帶來(lái)問題：每個(gè)像素可以等效成電阻和電容組成的充電電路，這個(gè)充電電路的充電時(shí)間和電阻、電容有關(guān)。電阻電容乘積越小，充電越快。如果要把電阻、電容變小，將對(duì)整個(gè)面板做巨大的改動(dòng)，時(shí)間、金錢、人力都會(huì)有很大的損失。所以要采用新的設(shè)計(jì)，在柵極啟動(dòng)信號(hào)持續(xù)時(shí)間縮短的情況下，像素的液晶電容和存儲(chǔ)電容也能充分的充電，不會(huì)有充電不充分產(chǎn)生橫向微弱亮線，畫面品質(zhì)下降的后果。

2　改進(jìn)的TFT陣列基板電容充電電路

本文提供一種新的TFT陣列基板，使得液晶電容和存儲(chǔ)電容在柵極啟動(dòng)信號(hào)持續(xù)時(shí)間縮短的情況下也能夠得到較充分的充電。如圖1所示：

圖1　改進(jìn)的TFT陣列基版電容充電電路

圖中水平的直線是柵極掃描線，用來(lái)提供柵極啟動(dòng)信號(hào)。垂直的直線是數(shù)據(jù)掃描線，用來(lái)給像素提供充電電壓。柵極掃描線和數(shù)據(jù)掃描線通過(guò)TFT開關(guān)相連，TFT的柵極與柵極掃描線相連，源極與數(shù)據(jù)掃描線相連，漏極與液晶電容和存儲(chǔ)電容的一端相連。液晶電容和存儲(chǔ)電容相并聯(lián)，另一端和公共電極之間有一電壓Vcom。以上所描述的是當(dāng)前技術(shù)單一像素的電路結(jié)構(gòu)。

本文提出的設(shè)計(jì)又增加了TFT1、TFT2兩個(gè)開關(guān)以及一個(gè)預(yù)存儲(chǔ)電容CA。TFT1開關(guān)的柵極和源極與當(dāng)前柵極掃描線Gate N相連，漏極與預(yù)存儲(chǔ)電容的一端相連，預(yù)存儲(chǔ)電容的另一端和公共電極之間有一電壓Vcom。TFT1與預(yù)存儲(chǔ)電容相連處引出一條導(dǎo)線，同TFT2的源極相連。TFT2的柵極與下一行柵極掃描線Gate N+1相連，漏極同下一像素TFT開關(guān)的漏極相連。這一設(shè)計(jì)應(yīng)用到每一像素當(dāng)中。

該電路的工作原理如下：當(dāng)前行的柵極啟動(dòng)信號(hào)到來(lái)時(shí)，這一行像素的TFT開關(guān)都被打開，通過(guò)數(shù)據(jù)掃描線提供充電電壓。因?yàn)門FT1的柵極、源極都和當(dāng)前行的柵極掃描線相連，因此當(dāng)前行的柵極啟動(dòng)信號(hào)到來(lái)時(shí)，TFT1開關(guān)打開，源極和漏極導(dǎo)通，通過(guò)當(dāng)前行的數(shù)據(jù)掃描線給預(yù)存儲(chǔ)電容充電。當(dāng)前行的柵極啟動(dòng)信號(hào)關(guān)閉后，預(yù)存儲(chǔ)電容留有一定的電壓，TFT1關(guān)閉，預(yù)存儲(chǔ)電容同當(dāng)前柵極掃描線斷開。下一行的柵極啟動(dòng)信號(hào)到來(lái)時(shí)，下一行像素的TFT開關(guān)都被打開，通過(guò)數(shù)據(jù)掃描線提供充電電壓。因?yàn)門FT2的柵極同下一行的柵極掃描線Gate N+1相連，TFT2開關(guān)和下一行像素的TFT開關(guān)同時(shí)被打開，源極和漏極導(dǎo)通，預(yù)存儲(chǔ)電容和數(shù)據(jù)掃描線同時(shí)向下一行像素的液晶電容和存儲(chǔ)電容充電。當(dāng)前技術(shù)單一像素的電路結(jié)構(gòu)，像素只能由數(shù)據(jù)掃描線給充電。而本文提出的電路，在當(dāng)前行像素充電時(shí)，也在給預(yù)存儲(chǔ)電容充電，在掃描到下一行像素時(shí)，在數(shù)據(jù)掃描線充電的同時(shí)，預(yù)存儲(chǔ)電容也在參與充電，故而像素電極能夠快速地完成充電，保證液晶電容和存儲(chǔ)電容充電足夠充分，減少橫向微弱亮線的產(chǎn)生，提高顯示畫面的品質(zhì)。與改變TFT基板的電阻、電容相比，本文提出的設(shè)計(jì)更容易實(shí)現(xiàn)。

3　仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，用Multisim軟件進(jìn)行仿真。

未加預(yù)存儲(chǔ)電容時(shí)仿真原理圖如圖2。像素中的液晶電容建模為0.1pF的電容，存儲(chǔ)電容建模為0.5pF的電容，兩個(gè)電容并聯(lián)連接。數(shù)據(jù)掃描線的電阻建模為2.4Ω的電阻，和兩個(gè)電容一端串聯(lián)。Vcom電壓取值為5V，建模為一個(gè)5V的直流電壓源，和兩個(gè)電容另一端串聯(lián)。數(shù)據(jù)線上的信號(hào)是方波，但是本文要驗(yàn)證的只是數(shù)據(jù)線上剛出現(xiàn)波形時(shí)像素的響應(yīng)情況，因此把數(shù)據(jù)線上的信號(hào)建模為一直流源，電壓的大小對(duì)應(yīng)于方波的最大電壓，即L127灰階時(shí)的電壓，取值10V，通過(guò)一個(gè)開關(guān)連接到數(shù)據(jù)掃描線的電阻上。

然后在兩個(gè)電容的兩端連接示波器，觀察波形的上升沿。開關(guān)閉合后，像素迅速充電，從初始-5V的電壓上升到+5V的電壓所需的時(shí)間為9.95us。接下來(lái)把預(yù)存儲(chǔ)電容加到電路中，見圖3。

預(yù)存儲(chǔ)電容和液晶電容、存儲(chǔ)電容的大小相當(dāng)，本文中把它建模為0.1pF的電容。因?yàn)轭A(yù)存儲(chǔ)電容在上一行像素顯示的時(shí)候就已經(jīng)充電了，因此，把它和10V的直流源并聯(lián)，開關(guān)打開，10V

圖2　未加預(yù)存儲(chǔ)電容

圖3　加入預(yù)存儲(chǔ)電容

的直流源就對(duì)它提前充電。開關(guān)閉合后，就是對(duì)當(dāng)前行的像素充電。10V的直流源和充了電的預(yù)存儲(chǔ)電容同時(shí)對(duì)像素充電，和之前相比，多了個(gè)預(yù)存儲(chǔ)電容參與充電，因此充電時(shí)間會(huì)在一定程度縮短。

加入預(yù)存儲(chǔ)電容后，從初始-5V到+5V的充電時(shí)間縮短了，為9.34us。和之前9.95us相比，縮短了0.61us。因此可以看出加入預(yù)存儲(chǔ)電容后，像素的充電時(shí)間可以一定程度的縮短，因此本文中提出的設(shè)計(jì)有一定的效果。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)仿真可以看到本設(shè)計(jì)的效果。但是本文只對(duì)一個(gè)像素進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真，并沒有對(duì)整行甚至整個(gè)液晶屏的像素進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。因此后續(xù)的工作還要以本文的成果為依據(jù)，繼續(xù)對(duì)整個(gè)液晶屏進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，來(lái)獲得更大的成果。

［1］顏重光.TFT-LCD背光設(shè)計(jì)策略［J］電子產(chǎn)品世界.2005.14

［2］張春兵.快門式3D顯示中信號(hào)驅(qū)動(dòng)方法與3D串?dāng)_的研究［J］液晶與顯示.2013.04

［3］林鴻濤.TFT-LCD中驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)線殘像的改善研究［J］液晶與顯示.2012.03

徐永先，1978年4月，男，北京電子科技職業(yè)學(xué)院，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士。研究方向：電子與通信。

TFT array substrate capacitor charging circuit design

Xu Yongxian
（BEIJING POLYTECHNIC，100176）

The LCD size becomes more and more large and the LCD gate startup signal duration becomes shorter.The charging time of liquid crystal capacitor and storage capacitor becomes shorter.So it causes inadequate charging of liquid crystal capacitor and storage capacitor and causes appearance of faint light lines.The picture quality declines.This paper has designed a TFT array substrate capacitor charging circuit.When the current line of pixels are displaying，it pre-charges the next line of pixels， solving the inadequate charging problem of liquid crystal capacitor and storage capacitor.

TFT array substrate；Capacitor charging circuit