王标清
广州毅昌科技股份有限公司
摘要：随着技术的成熟，在显示器市场中液晶产品逐渐受到了消费者的追捧。而TFT-LCD在设计上不仅具有十分出色的分辨率性能，而且进行了电路集成优化使产品的体积更加小巧。因此，此类产品成为显示市场的主流已经是大的趋势，业界应该不断在这方面取得突破。基于此，笔者在文章中首先介绍了TFT-LCD集成的主要原理；并从栅驱动、源驱动以及数字源驱动等方面具体论述了集成化的设计要点，以供参考。
关键词：TFT-LCD；液晶显示；电路集成；设计要点
引言
TFT-LCD主要是利用播磨晶体管来实现画面呈现，其响应十分灵敏且解决了传统产品闪烁的问题。尤其是多晶硅显示技术的发展，可以有效将驱动和像素集成。如此一来，整个产品的电路组件将比以往节省四成以上，使其具有了低能耗高分辨率的特点。不过在电路集成设计中，TFT-LCD驱动的结构较为复杂，因此也需要处理好各分项的优化设计。
一、TFT-LCD技术概述
（一）结构与显示原理
TFT-LCD蟾皮主要由彩屏、照明装置和驱动组成，然后将其与柔性引线连接实现整体回路的控制。为了能够将信号转化为画面，在显示器中还使用扫描电极与信号电极结合的方式，从而令像素成像。那么在驱动设计上也就需要至少两种，才能提高产品的相应效率。通常而言，业界使用数据驱动来提供数据信号，而用栅驱动来提供扫描信号。在成像过程中显示器首先将点阵数据进行分解，将其转变为串行的信号。而TFT-LCD在接收后按照逐行扫描的方式，迅速将信号处理能像素画面。比如当数据线录入信号时，驱动就能够选择一定范围内的像素形成对应的画面。这个过程就相当于视频的一帧，如此反复的进行操作就能够形成连续的画面。此外，为了保障数据信号的不断输入，还应该令单独一帧的画面始终保持稳定的像素电压。
（二）驱动的连接方式
在TFT-LCD技术发展过程中，驱动的连接方式也一直是业界研究的重要内容。期间也涌现了一些新的材料和技术方法，这都给液晶显示的进一步优化带来了不小的推力。比如常见的插座连接模式，为了有效地控制产品厚度大小，在驱动链接上将各部分分别固定到不同的PCB上。并且利用电路板与彩屏相结合，如此一来就可以将印刷版收缩而避免造成线路的损坏。抑或是TAB连接法，借助于导电膜将各部分驱动粘合，而把驱动设计为软带的形式。这种连接方法对温度、压力等工况环境要求较为苛刻，因此在实际操作中具有一定的难度。然而近几年为了进一步控制成本，COG连接方法开始受到广泛的应用。在设计时，技术人员将彩屏和IC电路有机结合，并通过压焊的方式来固定。同时在LCD模块中加入芯片，使其能够有效的发挥作用。当然，具体的驱动连接方法还需要结合产品的特点和要求来制定，不仅要满足显示器的性能需求，也应该兼顾经济性指标。
二、栅驱动电路设计
（一）电平移动电路
栅驱动主要是用来提供数据信号，也液晶显示十分重要的一环。然而在TFT-LCD显示器中，大部分元器件都是在逻辑电压的环境中运行。与之不同的是，显示器的输出使能却存在明显的电平差，这显然与设备的运行要求有出入。所以，在驱动设计中就必须设置一个电平移动装置，从而确保运行过程中能够将电压转化为20V。这种做法主要是考虑到TFT-LCD液晶产品的体积、厚度均较常规显示器小，而能耗表现也必须有突出表现。这就需要对部分元器件施加高压，这无疑也会使整体设计难度大幅度提高。技术人员可以利用差分晶体管来实现，根据不同变量的信号选择不同的栅极。而且高低电平中始终只有一个作用，而另一个则保持关断。这来一来就避免了直流同路的产生，而不造成设备的无功损耗。与传统驱动设计相比，电平移动电路能够有效的降低输入电容，使产品的响应速度得到极大的释放。
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（二）输出缓冲电路
在数据信号产生过程中，不仅需要较高的电压支持，而且也必须提高设备的负载表现。目前业界主要是通过输出缓冲电路来解决这个问题，使设备的输出端口负载均能够达到100pF以上。而为了满足如此大的电容，就必须依赖于缓冲电路来提高驱动性能。而在过去的驱动设计中，大部分产品都使用了反相器连的手段。虽然从具体性能表现看，这种做法的确起到了立竿见影的效果，但却不符合经济性原则。若是应用到TFT-LCD显示器中，则需要大量的反相器来支持，这将会导致产品厚度的不断增加。因此，设计人员应该首先了解到设备运行负载电容的区间值，有针对性的制定输出缓冲方案。
三、源驱动电路设计
（一）采样保持电路
源驱动在显示器运行中主要是进行信号转化并成像，这个过程涉及到信号并行与电压模拟，因此在设计中也必须从这几个方面入手。比如移位寄存器首先对数据信号进行定期的采集，将原本的图像信号直接转化为模拟信号，这都需要采样保持电路来实现。在电路的设计中，需要至少一个反相器以及传输门等元器件，对脉冲进行反馈处理。当移位寄存器的脉冲达到高平时，图像信号的电压就能够被写入电容。同理，当电平再次变为高位时，采样电路重复同样的操作继续写入电容。
（二）锁存解码电路
当采样保持电路完成电压的传输后，就需要通过锁存电路将其导入液晶像素中。一般来说，可以将锁存电路设计为传输门和反相器结合的形式。在运行过程中，也同样需要区分电压高地平状态下的不同操作。比如当信号来到高电平状态下时，原本由采样电路导入的电压会被写入对应的液晶像素中。而相反，但设备在低平状态下时，传输门则会停止运行将信号截留在电容中。由此可见，为了确保信号传输不对成像造成影响，就必须保持每行信号只能输出一次。而解码电路的设计就需要通过像素组合来实现，使图像画面的颜色分辨率更高。因此，在实际设计中就可以将三个亚像素合成一个像素，以此来提高设备的性能表现。同时在TFT-LCD显示器上覆盖RGB彩膜，对像素画面进行采光的调节。此外，还需要根据显示器的实际需求来设置配色方案。利用交替的RGB像素将信号转化为图像，其颜色的细微差别甚至用肉眼都不可区分。
（三）保护电路设计
在显示器工作过程中，晶体管会产生绝缘栅场从而使阻抗明显增大。这种设计方法虽然能够有效的延长电荷停滞时间，但也容易引起氧化层击穿的现象。这不仅会严重影响到设备的运行性能，而且还可能造成严重的安全事故。因此，在源驱动设计中还需要设计合理的保护电路，避免元器件的损坏。比如当设备通电后，栅极的氧化层就会产生电场，并且随着电压的升高氧化层则变薄。设计人员应该根据氧化层厚度和电压值，来计算击穿的临界值。而由于目前业界使用的晶体管大部分的电压临界值在都较小，因此晶体管的尺寸就必须大于20W/L。同时再利用扩散电阻来保护电路，使设备能够正常运作。但需要注意的是，电阻值过大亦将降低设备的响应速度，因此其取值还需要控制在20-30欧姆之间。
结语
综上所述，随着显示技术的不断成熟以及消费者要求的不断提高，TFT-LCD设备开始受到广泛地关注。为了控制好显示器的尺寸以及性能，在设计中需要对栅驱动、源驱动等元器件进行集成优化。希望通过本文的研究，能够促进TFT-LCD液晶显示技术的进步，促进我国显示市场的繁荣。
参考文献
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论文作者:王标清
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：电路论文; 信号论文; 像素论文; 电压论文; 设备论文; 电平论文; 产品论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;