TFT Pixel像素设计_10.1寸显示屏_3.2寸液晶屏_定制液晶屏
2020-12-24

1)TFT的设计

在TFT ON时电流ID有如下公式:


式子中的VTH、VG、VD均是由驱动IC给定,VTH为TFT的阈值电压,可由仪器测得。Co为单位面积Gate绝缘膜的电容。可由仪器测得Gate绝缘膜的ε,代入式子:


求得

其中,εo为真空介电常数,So为单位面积,d为Gate绝缘膜的厚度。

μ为迁移率,属于TFT特性,可由仪器测得。

由上述可知,TFT设计主要在于W、L的确定。10.1寸TFT显示屏

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L由曝光机的精度决定,为5μ。W的具体确定方法如下:

TFT ON时充电率可由下面式子表示:


一帧的的扫描时间为1/60,每一Gate的充电时间为Ton,可表示如下:


η可以按照设计要求决定,如:η=0.99。

把以上各值代入,可得出W值。

求出W、L后,可以根据设计规则,用SX9000作出TFT图形。(设计规则将重点再述)10.1寸TFT显示屏

2)Cs的确定

a)Cs的目的

TFT充电完毕,OFF后,各电容上的电荷会重新分布,像素电容上的电压会降低。10.1寸TFT显示屏

为了保持像素电容上的电压,为像素电容并联一电容,即为Cs。(如下图)


b)Cs容量的确定

TFT OFF后,上图中Vp点的电压的改变值为ΔVp=αΔVG(ΔVG为从TFT ON到TFT OFF的电压改变值。)

此处α值可表示为:


上式中,Cgd为Gate和DRAIN之间的寄生电容。(α值的求法见本节附)

从上述可知,α值越小,ΔVp就越小。因此,Cs的取值要满足α≦0.05。

因为此时Clc未知,只能作一大致的估算。10.1寸TFT显示屏

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ε为液晶的介电常数,S为像素的面积,d为盒厚。Cgd可以根据作出的TFT图形计算而得。

用SX9000作出CS的图形,重新代入○6式,计算α值,如符合要求则可,如不符合,则重新调整Cs的大小。

C)Cs位置的确定

Cs的位置一般可分为两种,一种是Cs在公共电极上(Cs on common),另外一种是Cs在上一个像素的Gate上(Cs on gate)。现在用的比较多的方法是后一种,利用ITO电极和上一个Gate之间的重叠部分形成Cs。但是,由于ITO的加工精度比较低,为了保证Cs的大小,可以利用刻蚀精度比较高的Source形成Cs。(在刻蚀Source的时候,Cs位置的金属不被刻蚀)



附:α值的推导

单个像素的TFT可等效为下面的电路模型:


在TFT ON时,Gate的电压为VGH,各电容的电荷分别为:


在TFT OFF后,Gate的电压由VGH变为VGL,各电容的电荷分布发生改变,分别为(此时,TFTOFF,Cgs已断开,不作考虑):


因为电荷总量不变,因此有:Qs+Qlc+Qgd=Qs’+Qlc’+Qgd’可推出:

3)线宽的确定

现假设屏的分辨率为m×n,即每一条Gate线上有m个TFT。当加上Gate信号时,每个TFT并不是同时打开,而是存在信号延时。如下图所示:

设计时,应保证最后一个TFT能够及时打开,顺利完成充电。时间常数τ=RC。10.1寸TFT显示屏

上式中,R为Gate线的电阻,R=ρl/s,ρ为金属的电阻率,l为Gate线的长度,s为横截面积,s=线宽×膜厚。C为等效电容,C=Cs+Cgd+Cgs+CG-S+Cox,示意图如下:

https://www.hzjlcd.com/

把τ希望满足的时间t代入上述公式,可计算出线宽。

4)接触孔的设计

根据不同的工艺,ITO和钝化膜的成膜顺序会有不同,一种为ITO在钝化膜上面,一种为ITO在钝化膜下面。对于前一种工艺,需要在钝化膜上刻一接触孔才能使ITO电极与Source相连。

a) 接触孔的形状

接触孔的形状一般可以分为方形和圆形。方形的接触孔,MASK容易制作,但是在溅射的时候在角上会没有ITO。圆形的接触孔容易刻蚀。10.1寸TFT显示屏

b)接触孔的大小

对于TFT和接触孔的电阻,可等效为如下的电路模型:



5)开口率

开口率的定义:


开口率希望是越大越好,影响开口率的因素主要包括:Cs的大小、信号线的宽度、接触孔的大小等。开口率与上述因素都是相互矛盾的,因此设计时应明确设计的主要目的是什么。然后结合各方面因素综合考虑。10.1寸TFT显示屏

6)设计规则

a)Gate金属的设计规则


上图中红色的为Source金属,绿色的为Gate金属

a为Gate的宽度,a的最小值aMIN=6μm;

b为Gate金属之间的距离,b的最小值bMIN=5μm;

c为Source金属和Gate金属之间的距离,c的最小值cMIN=3μm;


上图中,红色为Source金属,绿色的为Gate金属,黄色的为ITO。

d为Source金属和ITO之间的距离,d的最小值dMIN=4μm;

e为Gate金属和ITO之间的距离,e的最小值dMIN=3μm。

b)Si岛的规则

a为Si自身的宽度,a的最小值aMIN=6μm;

b为Si与Si之间的距离,TEG时使用,b的最小值bMIN=5μm;

c为Si与Source金属重叠部分的长度(下图),c的最小值cMIN=6μm;


上图中,红色为Source金属,绿色为Gate金属,褐色为Si岛。

d为Gate金属与Source金属之间的距离,d的最小值dMIN=3μm;

e为Si岛与Gate金属之间应该留有的余度,e的最小值eMIN=3μm;

f为Source金属(沟道)与Gate金属之间的距离,f的最小值fMIN=4μm;

g为沟道的长度,g的最小值gMIN=5μm;

h为Source金属与Si岛之间的距离,h的最小值hMIN=2μm。

c)接触孔的规则


上图中,红色的为Source金属,草绿色的为接触孔,黄色代表其他金属。

a为接触孔的尺寸,a的最小值aMIN=6μm;

b为接触孔之间的距离,b的最小值bMIN=10μm;

c为接触孔和其他金属之间的距离,c的最小值cMIN=3μm。

d)BM(黑矩阵)的规则

10.1寸液晶屏

上图中,淡蓝色的为ITO,黑色的为BM,a为两者之间的距离,a的最小值a MIN=5μm。

7)优化

像素设计完成后,对Cs、α值、AR(开口率)进行确认,根据得到的数值,进行优化设计。10.1寸TFT显示屏




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