一種窄邊框的液晶顯示面板設(shè)計(jì)

張 軍，蘇子芳，關(guān) 星，趙 哲

（昆山龍騰光電有限公司，江蘇 昆山 215301）

1 引 言

隨著工藝、設(shè)備、材料等技術(shù)的不斷發(fā)展，薄膜晶體管液晶顯示技術(shù)（TFT－LCD：Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）不斷突破技術(shù)限制、簡(jiǎn)化制造工藝以降低成本。同時(shí)因應(yīng)市場(chǎng)對(duì)更多媒體顯示器件的低功率消耗、快速響應(yīng)、高像素密度（高分辨率）、寬視角及便攜性的需求，不斷有新的技術(shù)被引入TFT－LCD設(shè)計(jì)中以滿足市場(chǎng)需求、拓展 TFT－LCD的應(yīng)用范圍［1－3］。

就便攜性而言，一方面要求TFT－LCD顯示面板趨向輕薄化并開(kāi)拓了玻璃薄化的新市場(chǎng)。另一方面隨著便攜性設(shè)備（移動(dòng)電話，PDA等）應(yīng)用顯示屏面積的不斷擴(kuò)大，為在不增加設(shè)備外形尺寸的前提下增加設(shè)備的可顯示面積，市場(chǎng)亟需TFT－LCD面板設(shè)計(jì)的技術(shù)革新，減小TFT－LCD面板非顯示區(qū)的面積。因而各種各樣的新技術(shù)被開(kāi)發(fā)以使TFT－LCD窄邊框化。

傳統(tǒng)TFT－LCD面板柵極（Gate）線路采用配線從驅(qū)動(dòng)芯片（IC）導(dǎo)入信號(hào)使TFT開(kāi)啟，將顯示信號(hào)輸入到像素單元完成畫(huà)面顯示。由于每一條配線對(duì)應(yīng)一行柵極電路，配線條數(shù)較多，占用空間較大。為響應(yīng)市場(chǎng)窄邊框高解析度高分辨率產(chǎn)品需求，集成柵極驅(qū)動(dòng)電路（GIA，gate driver in array）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生［4］。GIA 電路具有減少外圍IC數(shù)量及其連線、降低顯示模組成本、提高顯示面板分辨率和彎折度等優(yōu)點(diǎn)引起了廣泛的興趣［5］。但在使用GIA電路的同時(shí)會(huì)增加顯示器的總體功耗［6］，并且GIA電路信賴性較差，長(zhǎng)期工作下電路發(fā)生異常的風(fēng)險(xiǎn)上升。因此，迫切需要新的應(yīng)用于TFT－LCD產(chǎn)品的窄邊框設(shè)計(jì)。

2 現(xiàn)有的柵極線路設(shè)計(jì)技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)柵極線路設(shè)計(jì)

圖1為傳統(tǒng)柵極線路設(shè)計(jì)圖。假設(shè)其分辨率為1280×720，則有720條柵極走線在面板的左右兩側(cè)，單側(cè)為360條柵極走線，按照每條柵極走線寬5μm，間隔5μm來(lái)計(jì)算，單側(cè)柵極走線的寬度要有3.6mm。則分辨率為1 280×720的手機(jī)面板使用傳統(tǒng)柵極走線方式時(shí)，左右兩邊非顯示區(qū)寬度要大于3.6mm。這樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不能滿足市場(chǎng)的需求。

圖1 傳統(tǒng)柵極線路設(shè)計(jì)圖Fig.1 Traditional gate design

2.2 使用集成柵極電路（GIA）縮小邊框

現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)GIA單元電路來(lái)取代柵極走線，從而實(shí)現(xiàn)窄邊框顯示面板。圖2為一種GIA單元設(shè)計(jì)原理圖，其由4部分構(gòu)成：預(yù)充電部分、自舉上拉部分、下拉部分和低電平維持部分［7－8］。其中，預(yù)充電部分包括T1；自舉上拉部分包括T2；下拉部分為T(mén)3和T4；低電平維持部分包括C1，C2，T5～T7。

圖2 一種GIA單元設(shè)計(jì)原理圖［7］Fig.2 A GIA circuit design［7］

GIA電路通過(guò)移位逐級(jí)打開(kāi)的方式減少了外圍驅(qū)動(dòng)IC數(shù)量及柵極連線，從而達(dá)到減小非顯示區(qū)域面積及面板窄邊框化的目的。然而，GIA電路需要的TFT數(shù)目較多，生產(chǎn)過(guò)程中的良品率較難控制；并且由于多個(gè)高電壓信號(hào)的使用使得顯示面板的整體功耗上升；同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間的偏壓工作及高頻率的切換使得GIA電路中的TFT壽命變短，長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)電路的穩(wěn)定性受到影響。

3 新型柵極線路設(shè)計(jì)

本文提出一種新的柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)用以減小顯示面板上非顯示區(qū)域的面積（窄邊框）并一定程度上提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其設(shè)計(jì)原理及使用的時(shí)序如圖3和圖4。Gate M走線打開(kāi)的時(shí)間為Gate Odd／Even打開(kāi)時(shí)間的2倍；當(dāng) Gate M 為高電平的前1／2時(shí)間時(shí)，Control Gate 1為高電平，TFT1處于打開(kāi)狀態(tài)，將Gate M上的高電平充入Gate 1，Gate 1控制的TFT全部打開(kāi)，信號(hào)電壓充入其對(duì)應(yīng)的像素單元；當(dāng)Gate M為高電平的后1／2時(shí)間時(shí)，Control Gate 1電壓為低電平TFT1停止工作，同時(shí)Control Gate 2為高電平，TFT2為打開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)Gate 1會(huì)充入Control Gate 1上的低電平，從而使Gate 1這條柵極關(guān)閉，像素上的電壓保持原充入的電壓。與此同時(shí)當(dāng)Control Gate 2由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，TFT 3打開(kāi)，Gate 2會(huì)充入 Gate M 的高電平，Gate 2控制的TFT全部打開(kāi)將信號(hào)電壓充入對(duì)應(yīng)的像素單元，其工作原理與Gate 1相同。當(dāng)Gate M為低電平時(shí)，是 Gate 1與 Gate 2通過(guò) TFT1、TFT2、TFT3、TFT4充入的始終是低電平，使得其控制的TFT都能保持關(guān)斷狀態(tài)，這兩條Gate對(duì)應(yīng)的顯示單元的像素電壓處于保持狀態(tài)，直到下一次Gate M變?yōu)楦唠娖健?/p>

圖3 新型柵極電路設(shè)計(jì)Fig.3 New gate design

圖4 新型柵極電路設(shè)計(jì)使用的時(shí)序圖Fig.4 Timing ofnew gate design

使用上述電路連接負(fù)載柵極走線組成模擬電路如圖5。使用Gateway軟件對(duì)圖5的電路進(jìn)行仿真分析。設(shè)定每條負(fù)載柵極線的阻抗為1kΩ，電容為60pF。每一幀畫(huà)面開(kāi)啟時(shí)間為16.67ms，Gate M 高電壓的時(shí)間為一個(gè) TCK，80 μs。VGL?。?0V，VGH取17V。使用 TFT的W／L為3 000μm／4μm。模擬結(jié)果量測(cè)波形如圖6；柵極信號(hào)的上升沿和下降沿量測(cè)波形如圖7，其中（a）為 Gate 1的波形，上升沿延遲2.6 μs，下降沿延遲0.9μs，總延遲時(shí)間為3.5μs；（b）為 Gate 2的波形，上升沿延遲2.6μs，下降沿延遲0.9μs，總延遲時(shí)間為3.5μs。在VGL關(guān)態(tài)時(shí)柵極信號(hào)的噪聲電壓為2.5V，持續(xù)時(shí)間僅3μs，如圖8。實(shí)驗(yàn)證明新型柵極驅(qū)動(dòng)電路可以實(shí)現(xiàn)像素節(jié)點(diǎn)的正常充放電并完成顯示面板的正常顯示。

圖5 模擬電路Fig.5 Circuit for simulation

圖6 模擬柵極電路波形Fig.6 Simulated waveform of gate driver

圖7 上升沿和下降沿時(shí)間量測(cè)波形Fig.7 Waveform of rising and falling time

圖8 耦合效應(yīng)下的噪聲Fig.8 Noise of coupling effect

4 結(jié) 論

根據(jù)市場(chǎng)對(duì)LCD面板高分辨率高解析度、窄邊框的要求，提出了一種新型柵極線路的走線方法，減少了柵極走線占用的空間，實(shí)現(xiàn)了顯示面板的窄邊框化。模擬結(jié)果表明，傳統(tǒng)的柵極走線加入本發(fā)明電路后，量測(cè)的柵極波形無(wú)明顯遲豫，且噪聲較小，可以實(shí)現(xiàn)像素節(jié)點(diǎn)的充放電，完成畫(huà)面的正常顯示。由于需要增加兩條控制走線及4個(gè)TFT，為了使柵極高電壓信號(hào)無(wú)失真，TFT需要較大的W／L，這就需要占用一部分空間，但并不影響總體縮減邊框的效果。

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