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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:許正柏
研究生(外文):CHENG-PO HSU
論文名稱:薄膜液晶顯示器的極性驅動方式之研究
論文名稱(外文):Study of the Inversion Drive Mode for TFT-LCD
指導教授:吳燦明
指導教授(外文):Tsan-Ming Wu
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:畫面串擾極性驅動方式液晶顯示器薄膜電晶體顯示器
外文關鍵詞:CrosstalkThin Film Transistor Liquid Crystal Displayinversion typeLiquid Crystal Display
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隨著電子科技的不斷進步,TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display;薄膜電晶體液晶顯示器)應用非常廣泛,在生活中處處可見,如手持裝置、影音裝置、車載系統、工業使用、軍事使用,對於目前的趨勢朝著低耗電、高畫質、高解析度發展。
液晶材料若長時間下使用直流電壓驅動,將會造成物理性永久破
壞,所以在液晶顯示器為避免液晶被破壞使用的方法為正負極性交替,當同一行的薄膜電晶體打開時進行充電,充電的極性若高於CommonVoltage(共電壓)則為正極性,低於Common Voltage(共電壓)則為負極性,不管是正極性或是為負極性對於顯示出的灰階是相同的。
極性驅動方式在現行薄膜液晶顯示器與畫面串擾現象(Crosstalk)和消耗功率相關,串擾現象為同一個畫面中一個顯示區域被另外一個顯示區域干擾所造成;其消耗功率與IC輸出電壓的變動頻率與變動電壓大小有相關,本論文對驅動IC的業界常用的三種極性驅動方式Column inversion、Dot inversion、2 line Dot inversion討論,並對其結果作比較。



With the advances in electronic technology, the TFT-LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) has been widely used everywhere in life, such as hand-held device, audio-visual device, automotive system, industrial use, military use for the current trend towards low-power, high-quality, high-resolution development.
The liquid crystal material will cause permanent physical damage if it uses a DC voltage driver for a long time. To avoid this kind of destruction, the LCD driver has to operate in alternating between positive and negative polarities all the time, which is called as an inversion drive mode. That is, the thin film transistors in the same row begin to charge until they reach certain common voltage threshold. It is named as positive polarity if the voltage is higher than the common threshold, while named as negative type if the voltage is lower than the common threshold. Either positive or negative polarity for the display gray scale is the same.
There are several problems for inversion drive mode in the present TFT-LCD, such as crosstalk and power consumption. The crosstalk phenomenon occurs when two different display areas appear in the same picture caused by interference. The power consumption is related to the variations of the IC output frequency and voltage. In this work, three common drive modes of the driver IC, Column inversion, Dot inversion, 2 line Dot inversion, will be studied.



摘 要 ....I
Abstract....II
目 錄....III
圖 目 錄....VII
表 目 錄....XI
第一章 緒 論....1
1.1 研究背景....1
1.2 研究動機....2
1.3 論文架構....4
第二章 液晶顯示器驅動原理....5
2.1液晶特性介紹....5
2.1.1液晶原理....6
2.1.2液晶種類....7
2.2薄膜液晶顯示器架構組成....9
2.2.1偏光片(Polarizer)....10
2.2.2彩色濾光片(Color Filte)....11
2.2.3 液晶(Liquid Crystal)....12
2.2.4薄膜電晶體 (Thin Film Transistor,TFT)....13
2.2.5驅動電路板 (PCB)....14
2.3薄膜電晶體液晶顯示器顯示原理....15
2.3.1極性驅動方式....17
2.3.2共電極驅動方法(Common voltage Driving Method)....18
第三章 液晶顯示器極性驅動相關介紹....20
3.1常見極性驅動....20
3.2極性驅動工作原理....21
3.3畫面抖動 Flick ....23
3.4串因干擾Cross talk....24
3.4.1串因干擾現象....24
3.4.2串音干擾因素....26
3.5極性驅動與改善串因干擾....30
3.5.1白畫面搭配四種極性驅動方式探討....31
第四章 極性驅動方式結果比較....35
4.1設備環境....35
4.1.1設備硬體架構....35
4.1.2測試圖片....35
4.1.3測試方法....37
4.2 Column inversion 搭配測試圖片波型與功耗....37
4.2.1 Column inversion搭配白畫面....38
4.2.2 Column inversion搭配黑畫面....39
4.2.3 Column inversion搭配畫素點畫面....40
4.2.4 Column inversion搭配馬賽克5X5畫面....41
4.3 Dot inversion 搭配測試圖片波型與功耗....42
4.3.1 Dot inversion搭配白畫面....42
4.3.2 Dot inversion搭配黑畫面....43
4.3.3 Dot inversion搭配畫素點畫面....44
4.3.4 Dot inversion搭配馬賽克5X5畫面....45
4.4 2 line Dot inversion 搭配測試圖片波型與功耗....46
4.4.1 2 line Dot inversion搭配白畫面....47
4.4.2 2 line Dot inversion搭配黑畫面....48
4.4.3 2 line Dot inversion搭配畫素點畫面....49
4.4.4 2 line Dot inversion搭配馬賽克5X5畫面....50
4.5實驗結果討論....51
4.5.1極性驅動方式白畫面Power consumption 比較....51
4.5.2極性驅動方式黑畫面Power consumption 比較....52
4.5.3極性驅動方式畫素點畫面Power consumption 比較....53
4.5.4極性驅動方式馬賽克5X5畫面Power consumption比較....53
4.5.5量測實驗總體Power consumption 比較結果 ....54
第五章 結論....55
參考文獻....56
作者簡介....58

圖 目 錄
圖1-1 顯示器應用範圍[1]....1
圖1-2顯示器主要訊號來源[1]....2
圖1-3常見極性驅動方式[1]....3
圖2-1三態物質狀態....6
圖2-2 液晶電場效應....7
圖2-3層列型液晶示意圖[6]....7
圖2-4向列型液晶示意圖[6]....8
圖2-5膽固醇型液晶示意圖[6]....9
圖2-6薄膜液晶顯示器架構組成[1]....9
圖2-7偏光片光偏振示意圖....10
圖2-8偏光板偏極化圖[1]....11
圖2-9彩色濾光片示意圖....12
圖2-10彩色濾光片R.G.B排列方式[5]....12
圖2-11液晶與電場關係....13
圖2-12液晶液晶等效電路圖[10]....14
圖2-13驅動電路板訊號架構....15
圖2-14液晶面板等效電路[1]....16
圖2-15液晶面板掃描電路示意圖[7][10]....17
圖2-16交流極性驅動示意圖....17
圖2-17面板液晶夾壓與Common電壓示意圖[8][10]....18
圖2-18直流式共電極驅動示意圖[1] [8][10][11]....19
圖2-20交流式共電極驅動示意圖[1] [8][10][11]....19
圖3-1反轉極性驅動[1]....20
圖3-2 Scan Driver 與 Data Driver訊號對應圖....21
圖3-3第n個frame 極性示意圖....22
圖3-4第n+1個frame 極性示意圖....23
圖3-5沒有串因現象示意圖....25
圖3-6 水平串因現象示意圖....25
圖3-7 垂直串因現象示意圖....26
圖3-8薄膜電晶體液晶顯示器等效電路圖....27
圖3-9薄膜電晶體液晶顯示器寄生電容示意圖....27
圖3-10共電極與薄膜顯示器基板之間寄生電容[2]....28
圖3-11共電極與耦合電容電壓波型偏移示意圖[2]....28
圖3-12直流共電極驅動示意圖[1] [8][10][11]....29
圖3-13三種極驅動示意圖....30
圖3-14白畫面搭配 column inversion....31
圖3-15白畫面搭配 column inversion子畫素極性分析....31
圖3-16白畫面搭配 dot inversion....32
圖3-17白畫面搭配 dot inversion子畫素極性分析....32
圖3-18 白畫面搭配 2 line dot inversion....33
圖3-19 白畫面子畫素極性分析....33
圖3-20白畫面搭配 Row inversion....34
圖3-21白畫面子畫素極性分析....34
圖4-1 白畫面....36
圖4-2 黑畫面36
圖4-3畫素點畫面....36
圖4-4馬賽克5X5....37
圖4-5 Column inversion搭配白畫面SCAN &; DATA波型圖....38
圖4-6 Column inversion搭配黑畫面SCAN &; DATA波型圖....39
圖4-7 Column inversion搭配畫素點畫面SCAN &; DATA波型圖....40
圖4-8 Column inversion搭配馬賽克5X5畫面SCAN &; DATA波型圖....41
圖4-9 Dot inversion搭配白畫面SCAN &; DATA波型圖....42
圖4-10 Dot inversion搭配黑畫面SCAN &; DATA波型圖....43
圖4-11 Dot inversion搭配畫素點畫面SCAN &; DATA波型圖....45
圖4-12 Dot inversion搭配馬賽克5X5畫面SCAN &; DATA波型圖....46
圖4-13 2 line Dot inversion搭配白畫面SCAN &; DATA波型圖....47
圖4-14 2 line Dot Dot inversion搭配黑畫面SCAN &; DATA波型圖....48
圖4-15 2 line Dot inversion搭配畫素點畫面SCAN &; DATA波型圖....50
圖4-16 2 line Dot inversion馬賽克5X5畫面SCAN &; DATA波型圖....51
圖4-17極性驅動方式白畫面Power consumption....52
圖4-18極性驅動方式黑畫面Power consumption....52
圖4-19極性驅動方式畫素點畫面Power consumption....53
圖4-20極性驅動方式馬賽克5X5畫面畫面Power consumption....53
圖4-21極性驅動整體Power consumption比較結果....54

表 目 錄
表4-1 Column inversion搭配白畫面Power consumption....38
表4-2 Column inversion搭配黑畫面Power consumption....39
表4-3 Column inversion搭配畫素點畫面Power consumption....40
表4-4 Column inversion搭配馬賽克5X5畫面Power consumption....41
表4-5 Dot inversion搭配白畫面Power consumption....43
表4-6 Dot inversion搭配黑畫面Power consumption....44
表4-7正極性搭配白畫面排列....44
表4-8負極性搭配白畫面排列....44
表4-9 Dot inversion搭配畫素點畫面Power consumption....45
表4-10 Dot inversion搭配馬賽克5X5畫面Power consumption....46
表4-11 2 line Dot inversion搭配白畫面Power consumption....47
表4-12 2 line Dot inversion搭配黑畫面Power consumption....48
表4-13正極性搭配白畫面排列....49
表4-14負極性搭配白畫面排列....49
表4-15 2 line Dot inversion搭配畫素點畫面Power consumption....50
表4-16 2 line Dot inversion搭配馬賽5X5畫面Power consumption....51
表4-17極性驅動方式白畫面Power consumption....52
表4-18極性驅動方式黑畫面Power consumption....52
表4-19極性驅動方式畫素點畫面Power consumption....53
表4-20極性驅動方式馬賽克5X5畫面畫面Power consumption....53
表4-21極性驅動整體Power consumption比較結果....54





[1] 群創光電技術專區資料,2013 年。
[2] 戴亞翔,TFT-LCD 面板的驅動與設計,五南圖書出版股份有限公司,民國九十三年。
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