Міністерство освіти та науки України

Національний університет “Львівська політехніка”

Кафедра ЕП

Лабораторна робота №4

з дисципліни “ Елементи та пристрої відображення інформації”

на тему:

“ Розроблення вимог і визначення керуючих сигналів для

Активно-матричних рідкокристалічних дисплеїв”

Виконав

студент гр. ЕЛ-3

Поліщук В.І.

Перевірив

професор каф. ЕП

Микитюк З. М.

Львів 2015

Зміст

1Рідкокристалічні дисплеї. Методи формування зображення. 2

2Розробка вимог і визначення керуючих сигналів для AMLCD 6

3Розрахунок і конструювання МДН-транзисторів 9

Висновок 15

Список літератури 16

Мета роботи: Ознайомитись із вимогами до елементів електронної схеми керування активноматричними рідкокристалічними дисплеями та розрахувати значення керуючих сигналів.

1. Рідкокристалічні дисплеї. Методи формування зображення.

Використання типових рідкокристалічних дисплеїв сьогодні залежить від елементів зображення, або пікселів, сформованих рідкокристалічними (LC) комірками, які змінюють напрям поляризації світла, що проходить крізь них, відповідно до прикладеної напруги. Внаслідок зміни напрямку поляризації змінюється кількість світла, що може пройти крізь поляризаційний шар на лицевому боці дисплея. Зміною напруги досягається зміна кількості світла.

Створено рідкокристалічний дисплей, який складається з окремих рідкокристалічних комірок. Для керування оптичними властивостями LC комірок було використано польові транзистори (рис.1).

Рис. 1. Схема адресації з польовим транзистором

Існує два методи формування LC зображення з використанням такої комірки: сегментний та матричний.

При сегментному методі формування зображення символи формуються за допомогою шаблонних електродів – сегментів (рис. 2, а). Сегментну адресацію використовують у простих цифрових, алфавітно-цифрових, мнемонічних та графічних дисплеях невеликої інформаційної ємності (до кількох десятків елементів зображення). Усі сегменти зображення розташовуються на одній з підкладок дисплея, а інша виконує функцію загального електрода. У цій конфігурації контакти підводять безпосередньо до кожного сегмента та до загального електрода. Завдяки такій конфігурації кожний сегмент адресується незалежно. Однак у разі зростання кількості елементів зображення до сотень та більше технологічна реалізація підведення контактів до кожного елемента зображення значно ускладнюється. Тому для запису інформації на високоінформативні дисплеї використовують методи активної та пасивної матричної адресації, в яких кількість контактів набагато менша за кількість елементів зображення.

Рис. 2. Структура сегментного (а) та точково-матричного (б) дисплея.

У матричному методі символи та зображення відображаються множиною точок (рис. 2, б). Точково-матричний метод керування використовується для дисплеїв високої роздільної здатності, зокрема у портативних комп’ютерах та TFT моніторах.

Існує два типи точково-матричних LCD – з пасивною та активною матрицями.

Конфігурація електродів у дисплеї при пасивно-матричній адресації схематично представлена на рис. 3. Електроди на обох підкладках дисплея орієнтовані перпендикулярно один до одного. Кожен елемент зображення дисплея визначається ділянкою перетину електродів стовпців і рядків та може пропускати чи перекривати світловий потік. В LCD з пасивною матрицею (PMLCD) (рис. 3, а) кожен піксель адресується впродовж часу, що перевищує період одного кадру. Прикладена до LC ефективна напруга повинна зрівноважувати імпульси напруги сигналу протягом періоду кількох кадрів, що спричиняє великий час відгуку – 150 мсек і більше та зменшення максимального коефіцієнта контрасту.

Рис. 3. Будова пасивної матриці: 1– промінь світла, 2 – вертикальні електроди, 3 – горизонтальні електроди, 4 – піксель (а) ; Пасивно-матричне керування (б)

Пасивно-матрична адресація LCD можлива лише завдяки властивості LC-матеріалів реагувати на діюче ефективне значення напруги на елементі зображення. При всій простоті реалізації пасивно-матричної адресації з погляду виготовлення дисплеїв, процес безпосереднього запису інформації пов’язаний із певними складнощами. Адресація PMLCD також зумовлює паразитне підсвічування сусідніх пікселів. Керуючі електричні сигнали, подані на рядок та стовпець дисплея для адресації певного пікселя, впливають на інші елементи зображення з відповідних рядка та стовпця. Інакше кажучи, невибрані пікселі активуються напругою сигналу через вторинні шляхи. Паразитне підсвічування зумовлює розмитість зображення, тому його обов'язково потрібно враховувати створюючи способи запису інформації для PMLCD.

Активно-матрична адресація відрізняється від пасивно-матричної насамперед тим, що у кожному елементі зображення присутній свій формувач напруги: нелінійний елемент (діод чи транзистор) із конденсатором. Введений у кожен піксель дисплея електронний ключ унеможливлює подання напруги на не адресовані елементи матриці. Робоча напруга необов'язково має бути близькою до порогової, вона вибирається з урахуванням оптимізації оптичних характеристик рідкокристалічного приладу. Типовим ключем для цієї мети є МОН-транзистор.

У даній структурі горизонтальні шини сполучені не з електродами дисплея, а із затворами МОН-транзисторів. Напруга, прикладена до затвора транзистора, керує величиною опору між двома іншими виводами. Один з цих виводів сполучений з електродом елемента дисплея, а інший – з однією з вертикальних шин. Коли напруга прикладається до певної горизонтальної шини, всі транзистори, сполучені з цією шиною, відкриваються і напруга, прикладена до вертикальних шин, подається на елементи вибраного рядка дисплея. Після вимкнення напруги на затворах транзисторів опір витік–стік стає дуже великим та ізолює елементи дисплея від вертикальних шин. Заряд, накопичений на ємності елементів дисплея, зберігається до наступного циклу адресації.

Оскільки від сигнальних шин ізольовані всі елементи дисплея, за винятком тих, що адресуються, проблеми контрасту і обмежень часу відгуку, властиві мультиплексним системам, для активно-матричних дисплеїв не характерні. LCD з активною матрицею (AMLCD) не мають обмежень щодо кількості ліній сканування та паразитного підсвічування між пікселями. Внаслідок цього розмір дисплея обмежений лише можливістю створення активних матриць відповідних розмірів. Крім того, накопичення електричного заряду на елементі дисплея під час циклу відображення зменшує величину напруги керування та економить енергію джерела живлення. Активно-матрична адресація певною мірою еквівалентна до сегментної, оскільки пікселі адресуються практично незалежно один від одного.

Будова AMLCD зображена на рис. 4. Сигнальні електроди рядків та стовпців, відповідні шари ізоляторів, формувачі напруги та електроди елементів зображення розташовані на одній підкладці дисплея. На іншій підкладці міститься лише загальний електрод.

Рис. 4. Будова активної матриці: 1 – промінь світла, 2 – вертикальні електроди, 3 – горизонтальні елек­троди, 4 – тонкоплівковий транзистор (TFT), 5 – піксель(а); Активно-матричне керування (б)