第二章_TFT操作原理.pptxVIP

;第一节极性反转及其必要性;1、极性反转

施加在液晶分子上的电场是有方向性的，若在不同的时间，以相反方向的电场施加在液晶上，即称为“极性反转”。在大部分的情况下，电极间距为常数，电场的方向对应到电位差的正负号，因此“极性反转”也意味着：对液晶施加正负号相反的电位差。;2、为什么可以极性反转

首先来看液晶分子在电场中的电偶极力矩的情形，与第一章不同的是电场方向相反，因而电偶极的方向也是相反的，所以所产生的力矩和，却因负负得正而保持原来的转动方向，有差别的地方，在于电场方向不同时，液晶分子上的电子云不同而已，力矩和的大小并没有改变，因此极性的方向并不会影响力矩对液晶分子的作用，所以可以利用“极性反转”的方式来驱动液晶而不影响其排列与穿透度，由第一章液晶分子在电场中受到的力净力矩可知，液晶分子在电场中的力矩与电场的平方成正比，这个力矩用来克服液晶的弹性，以控制其排列方式，进而控制穿透度，当电场大小固定时，即使电场的正负极性改变，液晶分子上的电子云分布可立即反应，因此可视为是处在一个平衡状态下。;电场方向相反时长轴和短轴方向上的所受的力矩;驱动电压的均方根

当电场大小改变时，受到液晶的弹性与粘滞系数的影响，液晶的反应会视电场改变频率而定。在此先讨论电场改变频率很快，液晶来不及改变其排列方式的情况。在这样的情况下，液晶的排列，会由其所受的力矩在时间上的平均值来决定，而力矩与电场的平方成正比。对力矩作时间平均，其实便是对电场的平方作时间平均，穿透度直接对应到液晶的排列，电场直接对应到驱动电压，因此，穿透度与驱动电压的均方根相关。

平均力矩;的计算公式;3、为什么必须极性反转

既然液晶的驱动与电压大小有关，而与其正负号无关，是否只要用正电压或负电压来驱动液晶即可？答案是不行的，必须以“极性反转”的方式来驱动，其原因有两个方面。

（1）配向膜的直流阻绝效应

为了控制液晶在未施加电压时的排列状态，在夹置液晶的基板表面上，涂布一层如聚酰亚胺（PI）的有机材料薄膜，并以绒毛滚刷或紫外线照射，以在材料上形成沟槽，以强迫将表面上的液晶分子，固定在所需的排列方向上，这层具有沟槽的薄膜，即为取向膜，因此，施加在电极上的电压，是透过取向膜才施加在液晶上的，如图所示，这样的结构的等效电路可视为是三个电容的串联，而且，取向膜与液晶并非是理想的绝缘体，本身仍会有一个高电阻值，因此，完整的等效电路也将串联电阻考虑进来。;基本电阻公式为;;由以上的讨论，可知液晶不能只以直流驱动，而必须以高于1/200Hz的频率做交流驱动，在正常的情况下，考虑到液晶与人眼的反应时间，并不会以这么低的频率操作，所以并不考虑这个效应，但是，当电极并不直接与液晶接触时，直流阻绝效应便可能发生，在开发新的阵列或彩色滤光片的制程结构时，要注意避免这个效应。;（2）可移动离子与直流残留

在液晶的制程中，由于无法将液晶完全纯化，不可避免地会在其中残留一些可移动离子，如图所示，在施加电压时，会受电极上与其极性相反的电荷吸引而向电极移动，施加的极性相反，离子运动的方向也跟着相反，若是施加电压的平均值为零，可移动离子向两个电极的移动会相互抵消，所以净距离也会为零，然而，当施加电压的平均值不为零时，离子会趋向其中一个电极运动，一直移动到液晶与取向膜的界面，而被攫取在此界面上，这些被攫取在界面上的带电离子，会与另一电极上相反极性的电荷形成内部电场，这个内部电场会与外加电压形成的电场加成，而一起影响液晶的排列与穿透度，使得T-V曲线改变，即使完全不施加电压时，液晶的排列也会因内部电场而变得与原始排列状态不同，这样的情况，即被称为“直流残留”。;直流残留最明显的效应是，以TN型液晶显示器为例，若以直流电压驱动，白底部分不需加电压，黑色图案部分则需施加电压，经过一段时间后，施加电压的黑色部分，离子已被攫取在界面上，而未施加电压的白色部分，离子并未向界面移动，此时施加相同的电压，原本期望会显示出灰阶相同的全灰色画面，但黑色部分由于直流残留的内部电场而改变了施加电压的效果，在灰色画面中可以看出之前的画面图案，也可以说是前一画面留下了残影，这样的现象是不希望在显示器中发生而要极力去避免的。;为了避免直流残留发生，必须使施加电压的平均值为零，第一步便是使驱动电压要有正极性和负极性的，也就是极性反转，这是极性反转的第二个原因。

不仅如此，除了要有极性反转之外，还要使正负极性的平均值相互抵消，换言之，所施加的电压不能有直流的成分，不管直流的成分是正是负，都会造成直流残留，而且，直流的成分愈大，产生直流残留的