TFT-LCD中驱动信号对线残像的改善研究(精)

第27卷第3期2012年6月液晶与显示ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplaysVol.27,No.3Jun.,2012文章编号:1007-2780(201203-0359-05TFT-LCD中驱动信号对线残像的改善研究林鸿涛,郤玉生,胡海琛,胡巍浩,张亮,邵喜斌(京东方显示技术有限公司,北京100176,E-mail:[e-mail]摘要:通过对TFT-LCD去隔行扫描输入信号易产生线残像的问题进行分析,考察线残像产生的原因与驱动信号之间的关联。结果表明,通过改变驱动信号的极性反转方式可以改善线残像,但改善线残像同时却带来了闪烁问题。经过进一步研究分析,通过增加预充电信号以及控制TFT特性的开关比可以有效解决改善输入信号后带来的闪烁问题,并给出了相应的原理解释。为线残像的分析和改善提供了解决方法和理论依据。关键词:TFT-LCD;线残像;极性反转;预充电;闪烁中图分类号:TN141.9文献标识码:ADOI:10.3788/YJYXS20122703.0359ImprovementResearchofLineImageStickingbyDriveSignalinTFT-LCDLINHong-tao,XIYu-sheng,HUHai-chen,HUWei-hao,ZHANGLiang,SHAOXi-bin(BeijingBOEDisplayTechnologyCo.Ltd.,Beijing100176,China,E-mail:[e-mail]:Thede-interlacedscaninputsignaliseasytoproducelineimagestickinginTFT-LCD.Thispaperresearchedtherelationshipbetweenlineimagestickingwiththedrivesig-nal.Theresultshowsthatlineimagestickingcanbereducedbychangingthepolarityinver-sionmodeofdrivesignal.Atthesametimebyaddingthepre-chargeandcontrollingtheTFTcurrentratioofIon/Ioff,theflashproblembroughtbychangingdrivesignalcouldbere-solved.Theresearchestablishedthesolutionandtheoreticalbasisforlineimagesticking.Keywords:TFT-LCD;lineimagesticking;polarityinversion;pre-charge;flash收稿日期:2012-02-06;修订日期:2012-03-01作者简介:林鸿涛(1970-,男,吉林长春人,大学本科,高级工程师,主要从事TFT-LCD产品研发设计工作。1引言近年来,液晶显示已与日常生活密不可分,液晶手机、液晶显示器、液晶电视等产品已抢占了全部或大部分的市场份额。随着液晶产品拥有量的增大和使用的深入,人们对液晶产品的显示品质也提出了更高的要求:广视角,高对比度,快速画面切换(快速响应时间,低耗电,及画面稳定。而画面稳定需要改善的问题之一就是“残像”[1-2]。所谓“残像”即影像残留,通常可分为“面残像”和“线残像”。二者产生的本质原因一致,即当液晶屏幕长时间保持一幅静止画面时,液晶分子由于受到长时间的电荷驱动而被极化,从而造成液晶分子不能在信号电压控制下正常偏转。也就是说即便改变显示画面的内容,屏幕上仍然可以看到静止图像的痕迹。残像是液晶平板显示制造过程中的一大难题。一般都将残像以离子模型方式讨论,如果液晶盒中含有杂质离子,经长时间固定显示同一画面,离子沿液晶倾角向液晶盒上、下电极方向移360液晶与显示第27卷动,直到抵达配向层而停止。当离子聚集到足以影响驱动液晶电压时,将使液晶盒穿透率改变。此时若切换显示画面,其已聚集的离子无法马上离开配向层表面,将会因离子聚集处之穿透率与其他区域穿透率不同,而形成残像[3]。残像产生的本质原因是液晶显示面板中含有杂质离子,同时驱动信号存在波形失真或含有一定的直流成分以驱动杂质离子定向移动。改善残影显示缺陷可以从清除杂质离子方面入手,也可以从驱动电路入手[4]。本文主要通过在实际液晶电视显示屏在制造过程中遇到的线残像问题,对液晶面板输入信号进行分析,考察线残像产生的原因与液晶显示输入信号之间的关联;同时通过对输入信号的改进和TFT特性的提高,解决了在改善线残像过程中遇到的闪烁问题。最终为线残像的改善提供了分析方法和理论依据。2驱动信号引起的线残像分析电视信号传输一般都采用隔行扫描的方式,这样可以节省信号传输带宽。所谓隔行扫描,既采用交错式扫描视频显示方式(interlacedscan,与逐行扫描“p”(progressive相对应。液晶电视是当前的高端液晶产品,显示模式为逐行扫描,因而LCD的逐行扫描为了对应于电视的隔行扫描信号,系统需要做去隔行化处理。去隔行就是对隔行视频信号的奇(偶数帧图像信息采用各种技术重建其缺少的偶(奇数帧图像信息,使之成为一帧完整图像信号[5-6]。作为一种常见的低端电路处理系统,通常采用在隔行扫描输入奇数帧和偶数帧信号时,中间行信号电压大小为上下两行电压值的平均值,电压的正负则由液晶的翻转方式决定。采用上述电路的隔行扫描输入信号的液晶面板,线残像最为严重,下面主要针对这一驱动信号对线残像的产生原因做详细讨论。图1隔行扫描示意图Fig.1Interlacedscansignalschematicdiagram以残像评价画面中黑白临界的驱动信号来分析(图1所示。画面分为奇数帧和偶数帧,采用每两行变换极性的驱动方式,灰色和黑色表示实际输入信号,白色部分表示实际没有输入的信号,其信号通过插行计算得到。其结果如图2所示,假设实际工作中所加的正负向电压值为7V,则在奇数帧的扫描过程中,在残像画面评价中的黑白交界处的A行为未真正扫描的一行,其上一行电压为-7V,下一行为0V,经插行计算所得电压大小为-3.5V。此时B行为真实输入信号的一行,电压值为0V。而在偶数帧里A行为真正扫描的一行电压为+7V。同理,此时未扫描的一行为B行,经过插行计算电压为-3.5V。图2实际加载在液晶上的偏转电压示意图Fig.2DeflectionvoltageloadontheLC这样在残像评价的画面中,对于处于黑白临界处的A行,一直处于-3.5V和+7V的偏置电压中(同理B行应一直处于-3.5V和0V的偏置电压中,其等效像素偏置电压如图3所示。这样一段时间后就会形成线残像。图3去隔行扫描信号等效偏置电压示意图Fig.3Equivalentbiasvoltageschematicdiagramofde-interlacedscaninputsignal3线残像的解决方案探讨3.1极性反转信号的引入如前面分析,如果输入信号长时间维持不变,经过一段时间就会形成线残像。为了消除液晶长第3期林鸿涛,等:TFT-LCD中驱动信号对线残像的改善研究361时间的单向直流偏置,在某一时间“T”后,将正常极性反转的信号变换为与其相反的极性反转信号(如图4所示,这样加载在液晶上的等效直流偏置也相应反转。通过将极性不断地反转,从而使得在一段时间内加载在液晶上的等效直流偏置仍为零。从而防止了液晶的过度极化,最终可以避免线残像的产生。图4极性反转信号示意图Fig.4Schematicdiagramofpolarityinversionsignal3.2闪烁问题的研究和探讨3.2.1预充电对闪烁现象的改善在实际应用中发现,随着极性反转信号的引入,虽然很好地解决了在去隔行扫描信号中的线残像问题,但同时发现在输入信号发生极性反转的时刻屏幕有轻微的闪烁现象,针对这一现象我们做了进一步研究。图5Data电压极性反转帧时序图Fig.5Datavoltagetimingsequencediagraminpolarityinversionframe正常像素上的电压变化如图5的第一帧和第二帧(实际是这两帧的不断循环,在扫描时间内,像素电压从0V(实际上只有刚开机时是0V,其他时间是从反向电位,先中和到0V,再继续充电充电到接近Data电压,之后扫描线关闭,像素电压会发生ΔVp跳变。人眼看到的每一帧画面的像素亮度,是一帧时间的像素亮度的平均值,当正向像素电压和负向像素电压相对于Shift后的Vcom是对称时,不发生闪烁。第三帧和第四帧是输入信号发生极性反转时的情况。由于第四帧发生了极性反转,因此第四帧是在第三帧正向电压的基础上继续正向充电,因此正向充电时间长,充电起点高,扫描线半关闭后虽然也发生同样程度的ΔVp跳变(ΔVp的大小由TFT特性确定,由于起点高,因此跳变后的像素电压高于正常的第一帧到第三帧的像素电压,这一帧的像素平均亮度也会高于前三帧,因此能看到这一帧的闪烁,而到第五帧时,就与第二帧相同,因此闪烁只发生在极性反转这一帧。由于第三帧和第四帧的像素电压发生了同样程度的ΔVp跳变,由此推断,第三帧的像素电压与第四帧的像素电压越低,两者的差别对人眼的感觉越明显(人眼对低灰阶的亮度敏感,经实验验证,在不同灰阶下闪烁的明显程度是:L127L160L180,当灰阶高于L215时看不到闪烁现象。因而,不同的液晶面板在同样灰阶下发生闪烁的程度不同,与图中a、b两点的电压差太大,使像素电压差进入人眼的敏感范围。为了降低图5中a、b两点的相位差,在极性反转信号的基础上对信号时序做了进一步修改:在正式扫描之前先进行一次预充电,其时序如图6所示。图6增加预充电后的极性反转信号时序图Fig.6Pre-chargeintimingsequencediagramofpolarityinversionframe所谓预充电,就是扫描行在真正驱动寻址之前,先行打开TFT进行反向充电,如图6所示(Data电压的虚线部分表示预充电信号。其中实线框是某行像素相邻两帧无极性反转的情况。在前一帧是“+”极性的情况下,先预充电,由于该帧是“-”极性,因此预充电是“+”极性,即预充电的极性与前一帧像素的极性是相同的,因此是将像素电位先加大(升高,从S到T,然后保持一行362液晶与显示第27卷时间(时间太短,可以看作无漏电,但有ΔVp跳变,再在真正寻址时间内向“-”极性放电和充电(到U点。极性为“-”的像素电压一帧时间内变为P点,然后同极性预充电到Q点,再反向充电到L点。图6的虚线框部分,是发生极性反转帧和它前一帧的情况。由于这种情况下,预充电的极性与前一帧像素的极性相反,所以像素电位不是先充电,而是直接向相反方向放电,然后充电(从M点到R点,因此R的位置要低于U点,但如果R的电位与Q点相近,则真正寻址时间内从R点到N点的充电情况,与前一帧的从Q点到L点的情况近似,这样在极性反转帧的时候就不会出现闪烁。表1发生闪烁面板的TFT特性数据Table1DataofTFTcharacteristicsofflashpanelSampleDarkPhotoIon(μAIoff(pAVthMobIon(μAIoff(pAVthMob110.256.270.620.6111.7469.22-0.070.63211.935.52-0.090.6313.5385.51-0.360.70313.296.560.310.7615.22120.68-0.120.82413.17-0.010.660.8215.4189.31-0.130.84514.081.570.340.8015.65115.37-0.250.81表2改善后无闪烁面板的TFT特性数据Table2DataofTFTcharacteristicsofimprovedpanelSampleDarkPhotoIon(μAIoff(pAVth