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TFT-LCD原理及製程簡介--五道光罩
TFT元件結構及原理 ARRAY製程及設備 ARRAY製程 * TFT-LCD的面板構造 G1 G2 G3 Gm Gm-1 S1 S2 S3 Sn-1 Sn Source 線 儲存電容 Gate 線 液晶電容 TFT Array面板說明 com ITO CLC 單一畫素結構 儲存電容(Cs) B B’ G S D A A’ TFT A A A’ G1 G2 G3 Gm Gm-2 Gm-1 S1 S2 S3 Sn-2 Sn-1 Sn Array 面板示意圖 1.因TFT元件的動作類似一個開關(Switch),液晶元件的 作用類似一個電容,藉Switch的ON/OFF對電容儲存的 電壓值進行更新/保持。 2.SW ON時信號寫入(加入、記錄)在液晶電容上,在以外 時間 SW OFF,可防止信號從液晶電容洩漏。 3.在必要時可將保持電容與液晶電容並聯,以改善其保持 特性。 保持電容 TFT元件 加入電壓 液晶 1.上圖為TFT一個畫素的等效電路圖,掃描線連接同一列 所有TFT閘極電極,而信號線連接同一行所有TFT源極 電極。 2.當ON時信號線的資料寫入液晶電容,此時,TFT元件成 低阻抗(RON),當OFF時TFT元件成高阻抗(ROFF),可防 止信號線資料的洩漏。 3.一般RON與ROFF電阻比至少約為105以上。 掃描線 信號線 RON ROFF 液晶 保持電容 G D S 認識 TFT G D S D S G 1. TFT為一三端子元件。 2.在LCD的應用上可將其視為一開關。 3.為何要採 Inverted Staggered 之結構? D S G TFT元件的運作原理 (1)VgsVth:訊號讀取 D S G G D S CLC com G D S VGS Vth V SD D S G TFT元件在閘極(G)給予適當電壓(VGS起始電壓Vth ,註), 使通道(a-Si)感應出載子(電子)而使得源極(S)汲極(D)導 通。 【註】:Vth 為感應出載子所需最小電壓 。 TFT元件的運作原理 (2)VgsVth:訊號保持 D S G G D S CLC com V SD G G D S VGS〈Vth D S 1.TFT元件在閘極(G)給予適當電壓。當VGS小於起始電壓 時沒有感應出載子則通道成斷路。 2.故TFT元件可看成開關,當VGSVth則ON,當VGSVth則 OFF。 TFT元件的運作原理 D S G VDS Ids Vgs〈Vth Vgs=Vth+2 Vgs=Vth+4 Vgs=Vth+6 Vgs=Vth+8 線性區 飽和區 VgdVth 一 VgsVth:感應通道未形成 Ids=0 二 VgsVgdVth:形成感應通道 Ids=1/2unCox(W/L)[(Vgs-Vth)Vds-Vds2] 三 VgsVthVgdVth:進入夾止區(在 Drain側通道消失) Ids=1/2unCox(W/L)(Vgs-Vth)2 影響Ids之重要參數 1. Vth 2. un:Mobility 3. Cox:Gate到Channel的電容 4. W/L Vg(V) Log Id 0 10 20 -10 -20 1.0x10-11 1.0x10-10 1.0x10-9 1.0x10-8 1.0x10-7 1.0x10-6 1.0x10-5 TFT之Vg V.S. Log Id圖 註:此圖為一特定之Vds下所量得 V C V COM T 1 △ v △ v 第一圖場 第二圖場 一圖框 T 2 V G V ID V P (a)驅動波形圖 △ v 1.VG為掃描線電壓,VID為信號線電壓,分別加在TFT 的閘極,源極。 2.在T1時域(水平選擇期間)TFT ON,畫素電極電位VP會被 充電至信號電位VID 。在T2 時域(非選擇期間)TFT OFF, 在OFF的瞬間,VP會下降△V,此△V的大小與TFT元件 的閘極與汲極間的寄生電容CGD有關,因此在設計與製 程元件時盡量避免寄生電容的產生。 (b)電路圖 V G V P C GD C GS C ST C LC V COM V ID 1.△V的大小關係如下: CGD:閘極與汲極間電容 CLC:液晶電容 CST:保持電路 2.此下降電壓△V與影像信號的極 性無關,永遠比畫素電位VP 下 降此一電壓值。因此,只要將彩 色濾光片的共用電極電位VCOM設 定成相對於信號線的中心電壓VC 低一偏移值△V,便可以使加在 畫素電極上的電壓成為正負對稱 的波形,使直流位準的電壓降誤
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