1、TFT LCD液晶顯示器的驅動原理(三)上次跟大家介紹液晶顯示器的二階驅動原理，以及因為 feed through電壓所造成的影 響。為了解決這些現象， 于是有了三階驅動甚至于四階驅動的設計。 接下來我們 先針對三階驅動的原理作介紹。三階驅動的原理 (Three level addressing method)二階驅動的原理中，雖然有各種不同的feed through電壓，但是影響最大的仍是經由Cgd所產生的feed through電壓。也因此在二階驅動時需要調整common電壓, 以改進灰階品質。但是由于Clc并非是一個固定的參數，讓調整common電壓以便 改進影像品質目的不易達成。因此便

2、有了三階驅動的設計，期望在不必變動commo n電壓的情形下，將feed through電壓給補償回來。三階驅動的基本原理是這樣的，利用經由Cs的feed through電壓，來補償經由Cgd所產生的feed though電壓。也就是因為需要利用Cs來補償，所以三階驅動的方法 只能使用在面板架構為Cs on gat啲方式。圖1就是三階驅動gate driver電壓的波形，從這個三階驅動的波形中我們可以知道，三階驅動波形跟二階驅動不一樣的是，它 的gate driver®動波形之中，會有三種不一樣的電壓。當gate drive關閉時， 會將電壓拉到最低的電壓，等到下一條的gater d

3、river走線也關閉后，再將電壓拉回。而這個拉回的電壓，就是為了去補償下一條線的feed through電壓。也就是說，每一條gate driver走線關閉時，經由Cgd所產生的feed through電壓， 是由上一條走線將電壓拉回時，經由Cs所產生的feed through電壓來補償的。既然是經由拉回的電壓來補償， 那拉回電壓的大小要如何計算呢？上次我們有提到feed through電壓的計算方式， 我們可以依照上次的公式來計算所需的電壓：經 Cgd的 Feed through電壓=(Vg_high -Vgow) * Cgd / (Cgd + Clc + Cs) ; Vg_high 與Vg

4、_low分別為gate driver走線打開與關閉的電壓。經 Cs的 Feed through電壓=(Vp2 -Vp1) * Cs / (Cgd + Clc + Cs) ; Vp2 與Vp1 分別為上 一條gate走線拉回前與拉回后的電壓。如果需要兩者互相抵消， 則經Cgd的Feed through電壓需要等 于經 Cs的 Feed through 電壓。所以需拉回的電壓為 Ve=Vp2-Vp1=(Vg_high -Vgow) * Cgd / Cs，而從圖1 中我們知道Vg_high -Vgow= Vg + Ve ,所以需拉回的電壓Ve= (Vg + Ve) * Cgd / Cs，也就是 Ve

5、= Vg * Cgd / Cs -Cgd。從上述的公式推導中， 我們發現雖然Clc會影響feed through電壓的大小，但是 藉由三階驅動的方式， Clc的影響就不見了。 因此當我們在面板制程與gate drvier 的打開電壓確定之后， 就可以精確的計算出所需要的拉回電壓了。圖2是三階驅動的電壓分布示意圖。011 tH-.'來 c c imnan.4補耆後所需的電壓與S c-urc e 曲聽丁 所稱出正極性 的電壓範園Source (river 聽町工常檢隍的電更範圍造誡的Feed tlu "暫住陞藉iK撕花戒F啊d原先的coiTunon®jEv't.

6、-TCUh 3'尊讐的負極性寺僑送的正極性趣就不用槪正了融:三階驅動的電壓分布示意圖我們可以看到最左邊的是由 source driver 所輸出的電壓分布，這是顯示電極所充電電壓的最原始狀況。而中間的電 壓分布，就是顯示電極受到經由Cgd的feed through電壓影響的變化。一般二階驅動就是只有到這里，所以需要修正com mo電壓的大小，以便以少灰階的失真程度。而三階驅動藉由Cs的feed through電壓影響的情形，則可以由最右邊的電壓分布來看出。在這時候，只要拿捏好拉回電壓Ve的大小，便可以將原本受到經由Cgd的feed through電壓影響的電壓分布，補償到跟最左邊的 電

7、壓分布一樣，如此一來就不必再去修正commo電壓的大小了。1 late iri”T菴壓JLl I-R無示頂國Gat« diivti ui 關閉畤建商5晰甦的Feed rhrcm 寸1 策碰前一fea蘭<li陰時經山S蓉 顋示磁電座 所Z thrcm曲電磁前燉Jiriv討電駆 拉觸涯由宀州產生的FtM rhrrm妙電壓bourc db4ver 亀!EFrame xV正極性負極性扈血盤9訕期審壓固定不動的三階軀動竜星波形圖3是三階驅動的電壓波形圖。正如先前所說過的，由于三階驅動需要利用前一條的gate driver走線來補償，所以只能使用于Cs on gate的架構。而且由于有電壓

8、補償的關系，comm or電壓就不必再做修正了。在圖3中，屬于gate driver電壓有兩種，一個是前一條gate driver的電壓波形，用虛線來表示。而用實線表示的是屬于打開我們要討論的顯示電極電壓波形的gate driver走線電壓。 從此圖形我們可以知道，實線的gate driver走線關閉時，會經由Cgc產生一個feedthrough電壓， 而這個向下的電壓偏移量，在前一條gate driver走線的拉回電壓經Cs所產生的feed through電壓影響后，便可以讓顯示電極恢復到原先的電壓準位。 而前一條gate driver走線經由Cs的Feed through電壓還有另一種狀況

9、，那就是在前一條gate driver走線打開時所產生的feed through電壓，這個電壓值雖然 很大，不過由于其影響的時間，相對于整個frame來說，相當的短，因此對顯示畫面并不會有多大的影響。4: Gate (hzd邇壓變裁時所形成邪承芒d'亀壓波形圖4是使用三階驅動針對gate driver走線電壓變動所形成的feed through電壓更仔細的顯示電極電壓波形圖。跟圖三不一樣的是，這個圖形有考慮到當gatedriver走線電壓拉回時經由Cgd所造成的feed through電壓。 原本拉回電壓是 為了補償下一條gate driver走在線的顯示電極，但是它的副作用就是也會對

10、gatedriver走線所在位置的顯示電極產生影響。所以拉回電壓的設計考量，并不是一次將所有電壓補償回來，而是使用兩次的feed through電壓補償。一次是上一條 gate driver 走線經由Cs的feed through電壓來補償，一次則藉由顯示電極所在位置的gate driver 走線，它的拉回電壓經由 Cgd的feed through電壓來補償。總括來說， 使用三階驅動的方式比起二階驅動的方式來說，可以不用調整com mo電壓就可以克服feed through電壓的影響。而且也可以避免由于Clc的非線性關系所造成的灰階問題。不過跟底下要介紹的四階驅動比較起來，它仍然需要使用較高輸

11、出電壓的source driver 。接下來要介紹的四階驅動，它在commo電壓固定不變的狀況下，并不需要使用高電壓輸出的source driver ，就可以達到分別出正負極性電壓的結果了。四階驅動的原理(Four level addressing method)圖5是四階驅動gate driver走線的電壓基本波形。我們可以看到負責正極性與負極性的gate driver走線電壓是不一樣的。負責負極性的gate driver走線電壓在電壓關閉時，會往下拉到一個比一般關閉時的電壓更低的準位，等到下一條走線的電壓關閉后，再將電壓拉回到一般關閉電壓的準位。而負責正極性的gate driver走線電壓

12、則是在電壓關閉時，電壓并沒有一口氣拉到一般關閉的電壓位準，而是等到下一條gate driver走線關閉后，再將電壓下拉到一般關閉的電壓準位。而這 兩種極性的電壓位準總共有：打開的電壓，關閉的電壓，比關閉電壓高的位準，以 及比關閉電壓更低的電壓，總共四種。 這是為什么叫做四階驅動的原因。從圖5來看，我們會發現，同樣一條gate driver走在線的顯示電極， 都必須屬于同一 種顯示的極性，不是正極性，就是負極性。因此采用四階驅動就只能使用linein version的顯示方式。不過這樣一來，跟使用dot in versi on 驅動方式的面板來說，顯示畫面的品質變會變的更差，flicker 與c

13、ross talk的效應會更明顯。這 也是為什么四階驅動很少有人使用的緣故，雖然它可以使用驅動電壓較低的sourcedriver ，但是它的gate driver復雜度升高， 而且畫面品質下降，（當然啦，想要 讓四階驅動的面板使用dot inversion 并不是不可以，只是需要更改面板上的TFT薄膜晶體管的配置方式，以及加大顯示控制器內的內存大小，來同時儲存兩條gatedriver走在線的所有顯示電極的數據，整個硬件的復雜度會更高，成本又會加大。）比較起來倒不如使用line inversion且commo電壓變動的面板極性顯示方式。四階驅動原理簡單的來說，是利用前一個gate driver走

14、線經由Cs的feed through電壓，在正極性時將顯示電極的電壓提升到很高的電壓，而在負極性時 將顯示電極的電壓， 下拉到很低的電壓，以便將顯示電極的電壓分別出給正極性或是負極性的電壓位準之用。如此一來，source driver的驅動電壓范圍雖然不大，但是卻可以同時給正極性以及負極性的顯示電極電壓來用。圖6是四階驅動的電壓分布示意圖，圖中最左邊的是source driver輸出電壓的范圍。不管是正極性的畫面，或是負極性的畫面，都是使用相同的輸出電壓范圍。因此使用于四階驅動的sourcedriver ，其輸出電壓范圍比起一般的source driver要小的多。 而圖6中間則是受 到gat

15、e driver走線關閉時，經由Cgd的feed through電壓影響的顯示電極電壓范圍。 而圖6右邊則是最后分別出正負極性的顯示電壓范圍。從圖中我們可以知道，因為受到經過Cgd的feed through電壓影響， 若是要將正負極性的電壓范圍分開的話， 對于正極性的電壓范圍，往上提升的電壓會比較大，而其往上提升的電壓，是由上一條gate drive走線電壓往上拉經由Cs的feed through電壓來形成。因為其所需的電壓比較大， 所以上一條gate driver走在線的拉回電壓 也會比較大。 而對于 負極性的顯示電壓范圍的形成， 也是利用上一條gate driver走在線的電壓變化來 完成

16、。跟正極性的顯示電極電壓不一樣的是，它需要的是下拉的feed through電壓，以便形成負的顯示電極電壓范圍。 它所需要的下拉電壓 跟正極性的上拉電壓 比較起來會比較小。不過對于調整后正負極性的顯示電壓范圍來說，它們相對于commo電壓的距離要一樣， 這樣對于同一個灰階的正負極性電壓， 顯示出來的畫 面才會一致。宅座的修正卷恰獲嚴所duo ugiiSfij簾壓原先的ymmo朋9亞原先的檢r>汕眾生的補雷廊成正趣性崖題範圈整電瞪範.具中心毗輿< 11口的"I希F點齡祐訂孜S6：四階驪動的竜歷分布示意圖從整個圖6來說，我們可以發現， 對于source driver的輸出電壓

17、， 如同前面所說 的，并不需要有正負兩種不同極性的顯示范圍。只要利用上一條gate driver走線的電壓變化來幫助形成正負極性的兩種電壓范圍即可。至于在顯示電極上的電壓變化波形，我們則可以利用圖7跟圖8來解釋其電壓變化的原理。圖7是負極性顯示電極電壓的波形變化，從圖中我們可以知道 顯示電極電壓從source driver 充好電后， 會再經過三次的電壓變化。首先是本身gate driver走線電壓關閉時，經由Cgd所產生的feed through電壓影響，由于電壓關閉的關系，會把顯示電極的電壓往下拉。其次是上一條gate driver走線下拉時，經過Cs的feed through電壓。這個電

18、壓的影響很重要，因為它是將電壓調整成負 極性電壓的主要成分， 必須能夠將整體的電壓調整到所需要的準位。最后是本身的gate driver 走線電壓拉回時， 經由Cgd的feed through電壓的影響。 由于拉回 電壓的幅度比較小， 所以整體的影響也比較少。負極性11dVl :I i1w 4 廠 dV2;潮示電極 竜壓液形Il clV3Gate dnver走線甫唏菽形Gate drivcrtS壓波形正極性d4 LH dV6I顯示雷極d5電邀波形諏四潛驅動公式推導的電壓定義而圖8是正極性顯示電極電壓的波形變化，跟負極性的電壓變化一樣，它也有三階 段的電壓變化。首先是本身gate driver走

19、線關閉時經由Cgc的feed through電壓,其次是由前一條gate drive走線電壓拉回經由Cs的feed through電壓， 這電壓是扮 演將顯示電極電壓推升到正極性電壓范圍的最重要角色。而最后則是本身gatedriver走線電壓下拉時所產生的feed through電壓， 這個電壓由于是經由Cgd的關系，而且變化的幅度也不大， 所以影響也比較小 既然這些電壓的操作原理， 都是藉由 feed through 電壓的影響， 我們就可以利用計 算feed through電壓的公式， 依照圖9的電壓定義， 來推導出各階電壓的大小。其結果如下 :屬于負極性電壓的各個 feed throug

20、h 電壓: dV1=Vg+Ve(-)*Cgd/Cs+Clc+Cgd dV2= Ve(+) * Cs /Cs+Clc+Cgd dV3= Ve(-) * Cgd /Cs+Clc+Cgd 屬于正極性電壓的各個 feed through 電壓: dV4=Vg-Ve(+)*Cgd/Cs+Clc+Cgd dV5= Ve(-) * Cs /Cs+Clc+Cgd dV6= Ve(+) * Cgd/Cs+Clc+Cgd 在圖6中，我們提到補償后的正負極性輸出電壓與 com mo電壓的距離應該一致，所以給正極性顯示電壓范圍用的所有 feed through 電壓總合應該和給所有負極性顯示 電壓范圍用的feed through電壓總合應該一樣。所以dV1+d