TFT Crosstalk分析 幾種水平和垂直Crosstalk的可能發(fā)生的原因

由于TFT LCD 的架構，是以像素在水平和垂直方向上展開成陣列，因此TFT LCD 中所發(fā)生的Crosstalk 現象，也會是水平或是垂直的，以下舉出幾種水平和垂直Crosstalk 的可能發(fā)生的原因：

1、水平Crosstalk（Horizontal Crosstalk 或Lateral Crosstalk）
1.1 資料線對上板共電極的電容耦合
TFT LCD 的架構中，上板共電極與TFT 基板上之間的電容，除了像素中的液晶電容之外，還有資料線和掃描線金屬本身，與上板共電極所造成的寄生電容。我們可以知道共電極在下板布線，以及連接至上板共電極的實際情況，可以看出，上板共電極其實是一個大的電阻‐電容網絡，當資料線電壓變動時，便會經由資料線與上板共電極間的寄生電容，影響到上板共電極的電位，如果上板共電極的電阻過大，使得共電極的電壓，無法在短時間之內回復到參考電源所設定的電壓，便會可能出現發(fā)生顯示不良的Crosstalk 現象。

對一個Normally white 的TN 型液晶顯示模式，資料線A 和資料線B 的電壓波形如右示，在黑色區(qū)域垂直范圍內的資料線，電壓波形與A 相同，由于有很多資料線一起變化，共電極可能會受到這些資料線的電容耦合效應的影響，而產生暫時的不穩(wěn)定狀態(tài)，這個不穩(wěn)定狀態(tài)，在三個條件同時成立時，便會產生水平Crosstalk：

第一、 這個電容耦合效應影響太大，使得共電極電壓偏離其設定電位；
第二、 共電極的電壓，自偏離設定電位的不穩(wěn)定狀態(tài)，回復到設定電位的時間比較久；
第三、 在共電極的電壓回復到設定電位的時間，大于一條掃描線的像素電壓寫入時間。
在這樣的情況下，上圖所示的共電極電壓波形，在正極性圖框中，掃描線由上往下逐條開啟，在進入黑色區(qū)域水平范圍內的第一條掃描線時，許多資料線電壓同時變大，共電極受到影響而偏離設定電位差距變大，由于在掃描線關閉時，共電極電壓尚未恢復到設定電壓，因此，實際上在液晶電容兩個電極的電壓差，會因此便的較小，以資料線A 上的像素而言，灰色背景會比的所希望顯示的灰階要亮一些，黑色區(qū)域也會比的所希望顯示的黑色程度要亮一些。而已資料線B 上的像素而言，對應到黑色區(qū)域水平范圍以外的灰色背景，會比的所希望顯示的灰階要亮一些，但是程度與在相同掃描線上的資料線A 上之像素，變亮的程度是一樣的；然而，對應到黑色區(qū)域水平范圍內的灰色背景，由于資料線A 上的的電壓變動更大，而會比的其他灰色背景的區(qū)域更亮。

在以行反轉為例說明，由于人眼對絕對的灰階變化并不敏感，但是對相鄰區(qū)域的灰階差別非常敏感，以黑色區(qū)域而言，一方面TN 型液晶模式，在大電壓時，對電壓的變動較不敏感，所以很難察覺出黑色區(qū)域與黑色區(qū)域水平范圍以外的黑色背景，在本身顏色深淺的差別；而就整個灰色背景而言，比較容易看到黑色區(qū)域水平范圍內外兩個區(qū)域的差別，也就發(fā)生了水平的淺色區(qū)域狀Crosstalk。如下（b）所示。

在下一個圖框中，雖然電壓極性相反的，液晶電壓大小的變化卻仍是相同的，因此造成的Crosstalk 的現象也是一樣的。

在討論點反轉和列反轉情況：如果所顯示的畫面是黑色矩陣區(qū)域，由于同時間相鄰資料線施加的電壓大小相同，而極性卻相反，因此，所造成的電容耦合效應，電壓變化的方向也是相反的，所以產生了相互抵消的效果，一般在顯示這樣的畫面時，并不會發(fā)生水平Crosstalk 的現象。

然而，當所顯示的畫面，如上圖所示，矩形區(qū)域中是一種很特殊的圖案，雖然看起來是灰色，但并不是將RGB 三個像素都設定為灰階50%，而是RGB 相鄰像素一明一暗，遠遠看起來也會是50%的灰階色（實際上，在正常使用顯示器時，很少以這樣的方式來顯示灰階的畫面，但是很巧合地，在Windows98 開機前，恰好會以這樣的方式，令畫面看起來的亮度降低一半，因而也成為解決的問題）；這樣的安排對應到次像素電壓會是一大一小，恰好與極性反轉的安排形同，此時，由于正極性的電壓都比較大，而負極性的電壓都比較小，所造成的電容耦合效應，無法在共電極上產生相互抵消的效果，在這樣的畫面下，才會比較容易觀察到水平Crosstalk。

1.2 參考電壓之類比緩沖放大器驅動能力不足

另外一個完全不同的原因，也有可能造成水平Crosstalk，當一條掃描線上所有像素，都要顯示同一個灰階時，每條資料線，都會需要相同的電壓設定，在每棵資料驅動IC 中，會以各自對應的緩沖放大器的輸出級去驅動。但是，這些緩沖放大器的輸入級，卻會經由電壓選擇型DAC，全部一起連接到同一個灰階的參考電壓，這個參考電壓，又是以另外一組類比緩沖放大器來驅動的。

如果是驅動資料線的緩沖放大器的能力不足，使得輸出電壓設定不確定，所影響的是該條資料線上的像素；然而，如果是驅動參考電壓的緩沖放大器能力不足，使得輸出電壓不準確，影響的變是所有輸入端對應到這組參考電壓的資料線。

同樣參考Normally white 的TN 型液晶顯示器，所要顯示的畫面，還是灰階背景與黑色矩形區(qū)域，在寫入畫面上方的灰色背景時，由于每個驅動資料線的緩沖放大器的輸入級，一起連接在相同的參考電壓緩沖放大器的輸出級，在驅動能力無法應付這么大的負載的情況下，輸出電壓會偏離原來所希望的灰階設定電壓。隨著掃描線逐漸向下掃描，進入黑色矩陣區(qū)域的顯示操作，此時，有一部分會對應到黑色矩陣區(qū)域的灰階，而只有一部分得資料線仍對應到灰色背景的灰階，因而在此時參考電壓緩沖放大器的負載減少，輸出電壓的偏移量也隨之降低。因此，在對應到黑色區(qū)域水平范圍以外的灰色背景有較大的電壓偏離，而在對應到黑色區(qū)域水平范圍內的灰色背景
有較小的電壓偏離，便會因而造成了另外一種水平Crosstalk 的現象。

2、垂直Crosstalk 現象（Vertical Crosstalk）
2.1 資料線對像素電極的電容耦合
像素電極與本身和下一條資料線之間的寄生電容，資料線上的電壓變化，會經由這些寄生電容的耦合效應而影響像素電壓。

在幀反轉狀況下，Normally white 的TN 型液晶顯示器中，所有能觀察到的Crosstalk 現象，由于對應到黑色矩陣區(qū)域而發(fā)生的資料線電壓變化，造成電容耦合效應，以資料線A 上的像素A1 與A2，與資料線B 上的像素B1 與B2，像素電壓波形有所差別，參考上面電壓波形圖可以看出，忽略在畫面反轉時的極性轉換所造成的電壓耦合效應，則像素B1 和B2 所顯示的灰階是相同的，進一步以像素B1 與像素A1 比較，由于像素A1 的像素電壓RMS 值會變得比較大，所顯示的灰階背景會比較深，以像素B2 和A2 做比較，由于像素A2 上的像素電壓RMS值會變得比較小，所顯示的灰階背景變得比較淺，造成垂直的Crosstalk 現象。
下面介紹行反轉的情況，由于對應到黑色矩陣區(qū)域而發(fā)生的資料線變化，造成電容耦合，如下圖：

以資料線A 上的像素A1 與A2，與資料線B 上的像素B1 與B2，像素電壓波形有所差別。如上圖示：同樣忽略在畫面反轉時的極性轉換所造成的電壓耦合效應，像素B1 和B2 所顯示的灰階是相同的，進一步以像素B1 與像素A1 比較，由于像素A1 的像素電壓RMS 值會變得不一樣，所顯示的灰色背景變得不一樣，造成了垂直的Crosstalk 現象，但是要注意的是定性的分析只能預期的像素電壓RMS 值有所不同，并不一定會變得較大或較小，因此這種垂直Crosstalk 也不一定是變得較深或是較淺，而且，有效地像素電壓RMS 值，需要考慮二值正負極性圖框的綜合效應，使得定性分析更難以預期出對應到黑色矩陣區(qū)域的垂直區(qū)域灰階的深淺變化。

在實際的產品上，資料線對像素電機的電容值其實非常小，很難精確地測量出來，而且會隨著制程上光罩對位變動而改變，要以模擬的方式定量地去計算垂直Crosstalk 灰階的深淺變化，也并不容易掌握。在討論列反轉和點反轉的情況，如果像素本身電極與本身和下一條資料線之間，兩個寄生電容值是相同的，再加上兩條資料線的電壓變化方向相反，可以產生相互抵消的效果，便不會產生垂直Crosstalk 的現象，然而，兩個寄生電容值未必會一樣，因此，其間期間的差別仍會使得對應到黑色矩陣區(qū)域的垂直區(qū)域灰色的深淺有所變化，只是這個變化在效應抵消的情況下，會比圖框反轉和行反轉要小。
2.2 TFT 漏電
TFT 的漏電也會造成Crosstalk 現象，但是與前面的電容耦合不同，像素電壓只會漏電到像素本身的資料線，而不會漏電到相鄰的下一條資料線。因此，并無法籍由列反轉和點反轉的方式，使來自左右資料線的耦合效應相互抵消。如果在TFT 漏電太大的情況下，像素電壓皆會因為TFT 漏電至資料線而改變，但由于資料線A 和資料線B 的電壓波形不同，所以在資料線A 與資料線B 的電壓波形不同，所以在資料線A 與資料線B 上灰色背景的像素，造成的像素電壓RMS 值也會不相同，于是產生了垂直Crosstalk 現象。
這里只討論幀反轉和行反轉的TFT 漏電效應?？紤]到Normally white 的液晶顯示模式，如圖：

先比較B1 和B2，位于面板上方的像素B1，在第一條掃描線開始啟動后，約于1/6 的圖框時間寫入像素電壓，之后約5/6 的圖框時間內，其對應的資料線電壓，與像素電壓的極性是相同的，然后又回到第一條掃描線，寫入電壓的極性反轉，約于1/6 的圖框時間，像素電極上所存儲的電壓極性，與資料線電壓的極性相反；而位于面板下面的像素B2，在第一條掃描線開始啟動之后，約于5/6 的圖框時間寫入像素電壓，之后約于1/6 的圖框時間內，其對應的資料線電壓，與像素電壓的極性相同，然后又回到第一條掃描線，寫入電壓的極性反轉，約有5/6的圖框時間，像素電極上所存儲的電壓極性，與資料線電壓的極性相反。換言之，像素B1 約于1/6 的時間向極性相反的電壓漏電，像素B2 則約于5/6 的時間向極性相反的電壓漏電，所以，像素B2 因為漏電而使像素電壓RMS 值降低的程度，會比像素B1 嚴重，使得像素所顯示的灰階變得比較淺。于是，由于TFT 漏電情況的時間比例，由上往下變動，會在灰階背景中呈現出灰色由上往下由深變淺的漸曾（Shading）效果。而像素A1 與像素A2，受到黑色矩陣區(qū)域的影響，在黑色矩陣區(qū)域上方的像素A1，向相同極性的較大電壓漏電，因而變得更深；在黑色矩陣區(qū)域上方的像素A2，向相反極性的較大電壓漏電，因而變得更淺。而且，對應到黑色矩陣區(qū)域垂直區(qū)域，如同資料線B 所在的灰色背景，一樣會有垂直漸曾德效果。TFT 的漏電效應，可能同時會產生垂直漸曾和垂直Crosstalk 的不良現象。籍由列反轉和點反轉，使得資料線電壓，在圖框時間內不斷地變換極性，面板上下方的TFT 漏電情況便會比較接近，可以降低漸曾出現的不良現象。急性反轉的方式，表面上看來不過是幾種排列組合，而藉由以上的討論，可以了解到，不同的極性反轉方式，其實在顯示不良的表現上，差別是很大的，這也是為什么對畫面的品質要求較高的顯示器，會使用點反轉的原因。

本文為CSDN博主「9億少女的噩夢」的原創(chuàng)文章，遵循CC 4.0 BY-SA版權協議。