薄膜晶体管原理及应用显示与图像传感器件底层单元( 五 ) _经验知识

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3管电流控制型TFT像素电路

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4-TFT电流控制电流镜像素电路
举例：TFT如何驱动LCD液晶显示
TFT液晶显示屏采用的是有源矩阵动态驱动法。TFT液晶显示屏的驱动方式及电路十分复杂。下面仅从图像色彩显示角度。对其驱动原理进行简要介绍。

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TFT-LCD驱动原理
一个TFT元件就相当于一个电控开关。扫描线（栅极）控制开关的打开和闭合。数据线（源极）提供液晶显示不同亮度所需要的灰阶电压。当在扫描线（栅极）上施以高电压时。TFT元件打开。灰阶电压就能从数据线（源极）进入像素电极（漏极）。并经由透明像素电极施加于液晶层上。改变液晶的站立角度从而显示预定灰阶。

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整个TFT-LCD面板的显示区域就是由数百万个独立TFT元件控制的像素矩阵构成。如下图。当扫描线打开第三行像素时。数据线会将第三行像素所需要的灰阶电压写入。然后关闭第三行。使其处于电压保持状态。同时打开第四行扫描线。写入第四行像素所需的灰阶电压。完成写入后关闭第四行。并开启第五行像素。依序逐行写入面板各行像素所需灰阶电压。

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从驱动方式上看。TFT液晶屏将所有的行电极作为扫描行连接到栅极驱动器上。将所有列电极作为列信号端连接到源极驱动器上。从而形成驱动阵列。驱动阵列的等效电路如下图所示。

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等效电路
TFT LCD驱动图像显示过程
（1)液晶显示屏图像的显示
下面以1024×768分辨率的液晶屏为例。归纳一下液晶显示屏显示图像的过程和容易混淆的问题。
分辨率为1024×768的液晶屏。共需要1024x3x768个点来显示一幅画面。下图所示为1024×3×768液晶屏驱动框图。
如果把一个液晶显示屏平面分成X-Y轴。分辨率为1024×768的屏幕。在X轴（水平方向）上会有1024×3=3072列。由8个384路输出的源极驱动器（如EK7402）负责驱动；而在Y轴上。会有768行。由3个256路输出栅极驱动器（如EK7309）负责驱动。
在液晶显示屏中。每个TFT开关管的栅极连接至水平方向的扫描线。源极连接至垂直方向的数据线。而漏极连接至液晶像素电极和存储电容。显示屏一次只启动一条栅极扫描线。以将相应一行的TFT开关管打开。此时。垂直方向的数据线送入对应的视频信号。对液晶存储电容充电至适当的电压。便可显示一行的图像。

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接着关闭TFT开关管。直到下次重新写入信号前。使得电荷保存在电容上。同时启动下一条水平扫描线。送人对应的视频信号。
依次将整个画面的视频信号写入。再从第一条重新写入信号。此重复的频率称为帧频（刷新率）。一般为60~70Hz 。为便于理解。下图给出了1帧栅极扫描信号的波形图。

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如前所述。对于1024×768分辨率的液晶显示屏来说。有768行和1024×3=3072列。一般液晶彩电的刷新频率为60Hz 。此时。每一幅画面的显示时间约为11(60s)=16.67ms 。由于画面的组成为768行栅极走线。所以分配给每一条栅极走线的开关时间约为16.67ms/768=21.7μs 。因此。在栅极驱动器送出的波形中。是一个接着一个宽度为21.7μs的脉冲波。依序打开每一行的TFT开关管。而源极驱动器则在这21.7μs内。经由源极走线。将显示电极充放电到所需的电压。便可显示出相对应的图像内容。
需要再次说明的是。加在液晶TFT管源极的驱动电压。不能像CRT显像管阴极那样是一个固定极性的直流信号。因为液晶显示屏内部的液晶分子如果处于单一极性的电场作用下。则会在直流电场中发生电解反应。使液晶分子按照不同的带电极性而分别趋向于正、负两极堆积发生极化作用。从而逐渐失去旋光特性而不能起到光阀作用。致使液晶屏工作寿命终止。因此。要正确使用液晶。不能采用显像管式的激励方式。而是既要向液晶施加电压以便调制对比度。又要保证所加电压符合液晶驱动要求。即不能有平均直流成分。具体的方法是在显示屏的源极上。加上极性相反、幅度大小相等的交流电压。由于交流电的极性不断变化倒相。故不会使液晶分子产生电解极化作用。而所加电压又能控制其透光度。从而达到调整对比度的目的。