TFL LCD的驱动在线视频

下边我们讲液晶显示器的驱动

要想哪怕是字段式的

也得驱动

简单矩阵状的

是有源矩阵状的

都是要进行驱动

那么驱动的意思是什么

驱动

我们刚才讲了

有常白型的 常黑型的

不能那个地方老常白

老常黑

要老常白老常黑

它怎么进行画面

所谓驱动

就是说像素

我需要显示什么

就给我显示什么

这叫做驱动

驱动里边

有无源驱动和有源驱动

那么要想驱动

必须得用透明导电膜

要透明电极

我们看看驱动方式里边有什么

这是液晶显示器的

两种最基本的驱动方式

一个是无源驱动

一个是有源驱动

无源驱动

它是利用的是什么

利用互相交叉的X电极和Y电极

那么比方说Y电极

我们说它是行

那么X电极是纵向的

注意 行列

有不同的规定

注意一下

我发现我看台湾出版的一些书

它的行跟列跟我们正好相反

所以要注意

我们一般

是水平叫行

竖直的叫列

但是这里边

它就不太一样了

我们有行有列

有行有列的时候

单纯矩阵方式

液晶显示器

是使上下电

上下基板的电极

相互正交布置

液晶材料

封入这二者之间所组成的

不是刚才讲的

有两个状态

一种是加电压的状态

一种是不加电压的状态

加电压的状态

跟不加电压的状态

比方说在某一个像素上

我要扫描

我在扫描

行扫描 列扫描

在行扫描 列扫描的时候

我把数据加在这里边去

在某一个瞬时

行列之间

比方说某一个点上

这是个液晶

这部分是液晶材料

在这个点上

比方说加了电压

在这个地方

不加电压

加电压 不加电压

就是两个状态

因此

它就会显示出不同的颜色出来

起码光的强弱不一样

我在扫描的过程当中

如果把信号

我选在这里边

什么选址电极

我选上址

信号电极

我给了不同的信号

我就会按照我们的

给的信号

这样一扫描

就会在这上边出来画面

一扫描就会出来画面

为什么说

因为选址电极也扫

数据电极也扫

数据电极跟选址电极

交叉的地方

它会有不同的电压

因为信号已经给了

扫描电极了

那么这就是简单

无源矩阵驱动

又叫做简单矩阵驱动

那么有源矩阵驱动

驱动是什么情况

就是有源矩阵驱动

它就是在行扫描列扫描的

基础之上

这是行

这是列

行扫描跟列扫描的基础之上

我加一个

每一个像素加一个薄膜三极管

在薄膜三极管上

Y电极上接的是栅极

注意 Y电极上接的是栅极

X电极上 接源极

X电极上接的是源极

这是源极

Y电极上给的是栅极

这个是给的是源极

X是给的是源极

注意 我们Y电极

作为选址电极

那么X方向

给信号电极

选址电极 信号电极

那么这种有源矩阵驱动

跟无源矩阵驱动

最大的区别在哪

就是在每一个像素上

接了一个薄膜三极管

在每一个像素上

接了一个薄膜三极管

好 注意

我现在讲一个

很重要的问题是什么

就是液晶显示器

它是个电压器件

它不是个电流器件

注意 不是个电流器件

那什么叫电压器件

电压器件就是说

X电极上

我是加在了

薄膜三极管的栅极

我栅极上加的是电压

并没有电流通过来

我们由于

加了薄膜三极管以后

注意 在这里边

你们看这个符号

实际上是液晶

指的是液晶

液晶它是个电压器件

它实际上是个电容

每一个显示单元是个电容

把它叫做像素它是个电容

那么有源器件

就是在电容上

在电容这个地方

我还加了一个薄膜三极管

那么加薄膜三极管

为制作液晶显示器

制造了很大的难度

因为像素很小的

每一个像素上

加一个薄膜三极管

每一个像素上

加一个薄膜三极管

现在

比方说到8K的了

现在已经到8K的了

8K是什么意思

就是说它的像素数

在X方向上的像素数

有8千个像素数

如果在这个方向是2千

8千×2千是多少

那么这些像素上

一相乘以后有多少个

数万个 几十万个像素

每一个像素上

做一个薄膜三极管

每一个像素上

做一个薄膜三极管

那么制作起来

难度是很大的了

但是不做薄膜三极管

行不行

不加三极管

用简单矩阵驱动

做一个动态显示行不行

不行

不行在哪

要做图像分辨率非常高的

显示速度非常快的

动态显示

用简单矩阵驱动是不行的

为什么说不行

有两个问题

有两大问题

第一大问题

因为扫描过程当中

一扫即过

要想实现动态显示

那个扫描速度非常快

多少

是60分之1秒

就是在一个点上

一秒当中选60次

一秒当中选60次才行

那么这样的扫描速度

扫就过去了 电压就没了

这样

那个液晶它来不及响应

它来不及偏

扭转

就过去了

它根本就不能做动态显示

这是第一条

另外一条

如果像素非常精细

那么这个像素

会影响这个像素的亮度

这个像素的

亮度会影响它

它也会影响它

就会实现所谓的交调失真

或者叫做串扰

那串扰

根本想实现的显示就不行

所以

像素很多

图像分辨率很高的

超精细显示

或者是变化速度很高的

这种动态显示

用一般的简单矩阵驱动是不行的

满足不了要求

满足不了要求怎么样

我必须用这种有源矩阵的

我这上边加一个三极管

加三极管的意思是什么

我就说再加一个电容

我当我需要它

在什么时候显示的时候

我电压总是加着

不是说是扫一下就过去了

这是第一条

可以实现

满足液晶分子

响应速度慢的要求

另外一个

我通过薄膜三极管

在我像素要是亮的时候

我可以控制周围的两个像素

不受像素的影响

我用电压控制它

我使它暗的

使两边的像素

不受周围影响

所以由于这两个作用

第一个作用

防止它的串扰

第二个作用

使它扫描的过程当中

我想让它显示

我就加上电压

想显示我就加上电压

不会说扫过去就不行了

我这个电压

一直在加着

通过薄膜三极管来

所以薄膜三极管

是控制像素用的

作为一个高精细度的动态显示

这薄膜三极管是必须所需要的

那么一般

把作为

做成了大量的薄膜三极管的

这种基板叫做阵列基板

TFT基板叫做阵列基板

为什么叫做阵列基板

因为这上边按照阵列

排列了很多薄膜三极管

纵横排列的

一个像素一个

一个亚像素一个

都分布在亚像素上

我要它开它就开

我要它关它就关

我要它亮它就亮

我要它暗它就暗

完全靠这种什么

薄膜三极管来控制的

如果是没有薄膜三极管

那我要它开

就是扫一下它就过去了

另外

这两边的像素

对像素的信号会有影响

我通过薄膜三极管

当它亮的时候

我使这两个暗的

我要它扫描的过程当中

我继续加上电压

那么它就可以实现动态显示

所以有源矩阵驱动

对于高精细度的

出现分辨率很高的

变化速度很快的一些

这一些动态显示是必不可少的

因此在某种意义上讲

那么液晶显示器

液晶显示器里

它好多的性能

都体现在阵列基板上

顺便我们讲

我们阵列基板

这些三极管

叫做TFT三极管

为什么叫做TFT

TFT代表什么意思

TFT代表Thin Film Transistor

T是Thin

第二个字母

F叫做Film

第三个Transistor

叫做TFTLCD

就是薄膜三极管液晶显示器

薄膜三极管指的是谁

指的就是每一个亚像素上

有一个薄膜

有一个三极管

三极管起控制作用的

驱动控制作用的

为什么叫薄膜三极管

同学们可以想一想

它叫薄膜三极管

那么在大规模集成电路

在晶圆上做的三极管

也好多是薄膜做的

为什么它不叫薄膜三极管

只有在液晶显示器上

做出三极管

叫做薄膜三极管

为什么

大家可以想一想

道理在什么地方

道理在于

晶圆上

硅晶圆上那个三极管

它是利用那个单晶硅

那个单晶硅做源栅漏

它起码半导体层

是在原来的硅的基础之上

我给它注入磷

就是N型的

注入硼就是P型的

做那种源栅漏

重掺杂 轻掺杂

浅掺杂 深掺杂

都是利用注入的办法

这个注入

都是在原来的硅

单晶硅上进行

当然了

后边也要沉积一些薄膜

沉积一些铝膜什么

那是另外一回事

但是对于液晶显示器来讲

它没有单晶硅

它没有单晶硅基板

它的基板是谁

它的基板是玻璃基板

它用的是TFT玻璃

它玻璃基板

它玻璃是个非晶态的东西

它不可能在这上边取材

我给它变成N型P型的

做成半导体的是不可能

那么在玻璃基板上

要做三极管

需要哪一层

得形成哪一层的薄膜

需要哪一层

得沉积哪一层的薄膜

比如半导体用非晶硅的

就αSi amorphous silicon

半导体

必须得栅极 漏极 源极

半导体层

所有这些层都得一层一层的

外边做薄膜

因此把液晶显示器

玻璃上的三极管

叫做TFT三极管

TFT就Thin Film Transistor

叫做薄膜三极管

道理就在这个地方

另外一个问题

就是说我们液晶显示器用的玻璃

就是αSi

就是 amorphous

αSi 薄膜三极管

非晶硅薄膜栅极

为什么要用非晶硅

这个问题

我在讲课的当中要反复讲

刚才讲了

为什么叫薄膜三极管

那么现在为什么用αSi

非晶硅

那么有单晶硅 有多晶硅

干嘛非用非晶硅

为什么要用非晶硅

这是不得已而采取的

为什么不得已采取的

因为我们要在玻璃上做薄膜

玻璃就是

起码即使是液晶玻璃

它的软化点也是比较低的

它的软化点是多少

大概七八百度的样子

七八百度

如果说是用普通的

薄膜的沉积的办法

用普通的CVD在玻璃上沉积

硅层 多晶硅层

那么工作温度

大概得上千度左右

七八百度左右

七八百度

上千度玻璃受不了

它就软化了

它就变形了

要想在玻璃上

液晶玻璃上沉积半导体层

只能用PCVD的办法

就是 plasma chemical vapor deposition

用等离子体

化学气相沉积的办法来沉积

半导体硅层

PCVD沉积出来的

那么它的温度比较低了

可以到400度

甚至350以下

玻璃是受得了了

玻璃没问题了

但是这个时候沉积出来的硅

只能是非晶硅

那非晶硅跟多晶硅

单晶硅比较起来

当然性能要差得多了

哪些差

电子迁移率首先很低

从几到几十

单晶硅可以到几百

电子迁移率

那电子迁移率是很多了

缺陷也比较多了

另外

非晶硅只能

做N型不能做P型

因此

高性能的显示器

都得用多晶硅

后边我们再讲

我这里要说

什么叫做薄膜三极管

为什么薄膜三极管

用的是非晶硅的

但是对液晶显示器来讲

它的电子迁移率尽管很低

足够用了

为什么足够用了

因为电子迁移速度

相对于液晶显示器里边

液晶分子的这种旋转速度来讲

那要快得多了

因此尽管它的电子迁移率

非晶硅的电子迁移率

是零点几到几

也足足来满足液晶显示器的需要

这里边我讲的略微多一点了

但是

后边我也经常重复这个问题

我再重复一遍

为什么叫薄膜三极管

TFT代表什么意思

为什么要用薄膜三极管

第二个问题

为什么用的是非晶硅的

薄膜三极管

因为后边也用非晶硅来

低温多晶硅

高温多晶硅

还有氧化物的TFT等等这些问题

这后边都要一系列问题

因为我们这个课程

叫做液晶显示器及其相关材料

所以特别要着重

材料方面的一些问题

那好了

我们液晶显示器里边

要用好多电极

除了用好多电极以外

还有个公用的电极

在TFT上

它是个薄膜三极管

那么正面

前面

它是个彩色滤光片

彩色滤光片前面

它得有个公用电极

有公用电极才能对液晶加电

往里加电

公用电极

必须它又要导电还要透明

要导电 要透明

把这个东西

叫做透明导电膜

ITO膜

注意ITO膜

大家伙用的很多了

ITO膜

到底ITO膜是怎么来的

它是在这上面写的

Indium Tin Oxide

是什么

铟锡氧化物

是铟锡氧化物所组成的

既透明又导电的膜层

氧和铟结合而成的三氧化二铟

占90%到95%

氧和锡结合而成的二氧化锡

占5%到10%

注意 这里边的铟是三价的

锡是四价的

铟是三价的

锡是四价的

好 必须是这种成分

三氧化二铟占90%到95%

二氧化锡占5%到10%

只有这种成分

才能兼顾二者的性能

哪二者

一是透明 第二是导电

透明导电膜是怎么制的

当然制法很多了

一个是用真空蒸镀法

直接加热

三氧化二铟和二氧化锡

来沉积ITO膜

还有一种

是溅射镀膜法

用亚离子溅射ITO靶

然后沉积在表面上来

那么无论是真空蒸镀法

还是溅射法

往往会出现分流的问题

什么叫分流的问题

本来配好了三氧化二铟

和二氧化锡这种一定成分

我当然要求得到的那是

90%到95%

5%到10%

但是经过真空蒸镀也好

或者溅射也好

出来的膜层

跟原来的成分有了差别

溅射的膜层跟原来有了差别

产生所谓的分流

因此要得到膜层

要控制

比方说镀料

要选择好了成分

靶材要选择了好成分

在蒸镀过程当中

在溅射过程当中

它这些参数要严格的控制

才能得到这种

所谓的我们理想的ITO膜

这种理想的ITO膜来讲

起码透光率在90%以上

甚至高的到95% 98%

那么电阻率

有一定的要求

满足不了要求

影响你的性能

当然我们指的是公用电极

那有时候走线也需要这种

透明导电膜

当走线要需要

这种透明导电膜

当线比较薄比较细的时候

那么线要长到一定程度

电阻就很可观了

那么液晶显示器

很大的一个液晶屏

这个角上离电源很近

那个角上离电源很远

那么布线如果是沿着边上走

这一引线

几米长的线

那么电阻就很可观了

到时候也造成一个什么印象

造成一个什么后果

那个角上暗的

这个脚上亮的

那么这就不行了

产品肯定是不合格

因此现在电子显示器出来以后

太阳能电池出来以后

发光二极管出来以后

超大屏出来以后

就出现了一个新的领域

叫做Large Electronics

因为我到

东京展览会去过20多次

我看它的

Large Electronics

已经形成了一个很大的展区

我们国内的有些人

写文章的时候

把它叫做大型电子

不对的

这样说不对的

应该它学科叫做什么

叫做大电子学

Large Electronics

大电子学

它是在原来微电子学基础之上

新出现的

因为前些年

我们光讲微电子学了

集成电路 特征线宽

到了多少纳米了

几纳米 7纳米

什么这5纳米

都着眼于微电子学了

那么平板显示器出来以后

太阳电池出来以后

发光二极管出来以后

OLD出来以后

我们电子器件

electronic display devices

电子显示器件

它是个大东西了

是个大的了

太阳能电池也是很大的了

因此

就出现了所谓一个大电子学

这个大电子学相对于微电子学

有好多新的问题

比方说刚才讲的

那个布线比较长

电阻就比较大

等等这些

都属于大电子学范畴的

好 我们看看

TFT—LCD当中那个

像素阵列

是怎么所组成的

像素阵列要怎么组成的

那么从图里边

这每一个就是一个亚像素

这是背光源

这是偏光板

这是TFT阵列

这是那个彩色滤光片

彩色滤光片

跟像素阵列是一一对应的

我们看看下边图

就是TFT亚像素

存储电容所构成的

TFT阵列基板

这是TFT阵列基板

首先就是有栅电极线

三点一线都连着

TFT的栅极

注意栅极

那么还有

就是说数据线

这是数据线

数据线是连着源极

漏极

连着亚像素的显示窗口

这是显示窗口

光从哪儿出来

从这个地方出来

显示窗口

这都是显示窗口出来

这是早期的

早期的还有电容

所以

它是显示单元

红绿蓝显示单元

我再说一遍

横向是栅电极

都连着薄膜三极管的栅极

那么这是列线

数据线

连着什么

薄膜三极管的源极

漏极连着窗口

凡是窗口所控制

因为窗口都加电了

窗口所控制的电极

液晶分子的取向

都受什么

显示窗口的控制

那么每一个显示单元

是一个亚像素

每一个显示单元是一个亚像素

一个像素的长度是

这是早期的

后来

人们把电容

用电容跟显示单元

因为液晶负载

它也是一个电容

外边设一个电容

这俩电容并联

把电容做在

比方说薄膜三极管的后头

或者是电极上

为了增加窗口面积

增加开口率

什么叫开口率

就是说透光的这部分

与整个像素的面积之比

它就是开口率

早期的那个液晶显示器的

亚像素

开口率是很低的

30% 50% 70%

到现在

甚至到83% 90%了

大部分都能通过

通过什么

通过布线变细

通过把电容

做在细线底下

通过把薄膜三极管的

面积做得很小

它要小了

布线要窄了

电容没了

当然这开口率就高了

早期是百分之三四十 七八十

后来到百分之

现在到90%了

开口率高意味着什么

意味着节能

意味着亮度高

所以这些

都是液晶显示器当中

不断解决的问题

你们看看

这是液晶显示器

我再说一遍

这是栅电极

这是源电极

这是漏电极

漏电极就是亚像素

在边上是走线

那么我们再看看

做XX′的做剖面图

就是亚像素的断面积

这个是亚像素电极

ITO膜

它连着漏极

这边是源极

这边是栅极

注意 栅极是底栅的

我们大规模的电路是顶栅的

大规模集成电路

那个晶圆里边

那个栅极在上头

那么薄膜三极管

栅是底栅的

注意它是底栅的

源栅漏

栅极是靠什么

选址电极

源极是靠数值电极

通过栅极控制

把源极的信号给了

通过薄膜三极管给了谁

给了像素电极来实现显示

所以每一个亚像素

都得受一个什么

薄膜三极管控制