第三章 TFT-LCD設(shè)計(jì)

1、第三章 TFT-LCD屏設(shè)計(jì) 在第一章，了解了TFT-LCD的工藝過程、基本結(jié)構(gòu)及工作原理，第二章學(xué)習(xí)了TFT-LCD的設(shè)計(jì)原理，本章即是對(duì)前面兩章的綜合運(yùn)用。也就是以第一章為基礎(chǔ)，將設(shè)計(jì)原理應(yīng)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，指導(dǎo)具體的設(shè)計(jì)。TFT-LCD的種類繁多（尺寸規(guī)格、用途、定位、用戶），如何選擇一個(gè)合適的例子做范本呢？面對(duì)不同的顯示屏，設(shè)計(jì)時(shí)考量的重點(diǎn)亦會(huì)各有所側(cè)重，因此很難有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)規(guī)范，所以我們會(huì)就一般設(shè)計(jì)時(shí)所做的考慮來作為范本，這樣做的目的有三個(gè)方面：第一，學(xué)會(huì)如何將設(shè)計(jì)原理應(yīng)用到具體設(shè)計(jì)過程中，加深對(duì)TFT-LCD原理的理解；第二，熟悉設(shè)計(jì)流程及設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，學(xué)會(huì)如何解決問題；第三，

2、也是最重要的，一定要有明確的設(shè)計(jì)思想，一定要有清晰的mental picture或是design idea，學(xué)會(huì)拿到一個(gè)題目知道如何入手，如何把握主體思想，如何展開工作。本章主要內(nèi)容1、認(rèn)識(shí)產(chǎn)品規(guī)格2、設(shè)計(jì)思想與步驟3、Array基板設(shè)計(jì)4、CF設(shè)計(jì)5、Cell設(shè)計(jì)第一節(jié) 認(rèn)識(shí)TFT-LCD的產(chǎn)品規(guī)格1、基本規(guī)格 （設(shè)計(jì)規(guī)格） 作為一個(gè)設(shè)計(jì)者，首先對(duì)于顯示屏的設(shè)計(jì)規(guī)格一定要有所了解。顯示器的規(guī)格，很難有一個(gè)完全的定義，因?yàn)楫a(chǎn)品對(duì)于消費(fèi)者而言更多的是主觀的感覺，不同廠商提供的顯示器規(guī)格，也會(huì)有所差別，但是對(duì)設(shè)計(jì)者而言，需要把客戶的要求、廠商的要求轉(zhuǎn)化成客觀量化的數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)，也就是要轉(zhuǎn)化成

3、可設(shè)計(jì)的規(guī)格。即設(shè)計(jì)規(guī)格（專業(yè)規(guī)格）。下表中給出了一些顯示器件的最基本的規(guī)格參數(shù)。ASize17寸有效顯示區(qū)域的對(duì)角尺寸BResolution(Pixel)SXGA(12801024)解析度規(guī)格CAspect Ratio5:4，16:10，16:9畫面比率DActive Area(mm)337.9270.3畫面有效顯示區(qū)域EPixel Pitch(mm)0.264畫素大小FModeTN，MVA，IPS液晶模式GNumber of Colors16.2M顯示器所能表現(xiàn)出的顏色數(shù)目HColor Saturation(%)72色彩飽和度IView Angle(H/V)140/130水平和垂直方向的視

4、角JBrightness(cd/m2)300顯示器所能表現(xiàn)出的最大亮度KContrast Ratio500:1所能表現(xiàn)出的最大對(duì)比度LResponse Time(ms)(at 25)825下的液晶反應(yīng)時(shí)間MPower Consumption(W)25.8面板功率消耗NInterface2ch LVDS面板與系統(tǒng)的界面格式OSupply Voltage(V)5面板與系統(tǒng)的界面電壓PBacklight4 CCFL面板的背光源以4支冷陰極熒光燈管組成QOutline Dimensions(mm)396.0224.017.5面板的外觀尺寸RWeight(g)1900面板的重量2、各專業(yè)領(lǐng)域的整合（其它

5、專業(yè)規(guī)格） TFT是一種整合多元知識(shí)的技術(shù)，是“光、電、機(jī)”的一個(gè)綜合體，牽涉了很多原理，所以一個(gè)TFT-LCD也是由各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)者一同努力所設(shè)計(jì)出來的，除了所著重的TFT面板本身以外，以下幾個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)也是非常重要的。（1）液晶光學(xué)、色度學(xué)設(shè)計(jì) 這個(gè)領(lǐng)域需要熟知液晶的物理材料特性和光學(xué)知識(shí)，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的液晶模式，包括其材料，間隙，配向角度，偏光片角度，光學(xué)補(bǔ)償膜等等，以符合產(chǎn)品規(guī)格中的視角，亮度，對(duì)比和反應(yīng)時(shí)間等要求，也要設(shè)計(jì)彩色濾光片的三原色之色坐標(biāo)，以符合產(chǎn)品規(guī)格中色彩飽和度的要求，還有如液晶的操作電壓，抗反射膜的選用等等，也是該領(lǐng)域要考慮的。 （2）模組機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 該領(lǐng)域要熟知各

6、機(jī)械零件和力學(xué)知識(shí)，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的外觀，選用各零件的材料與制程，以符合產(chǎn)品規(guī)格中尺寸，重量等需求，并使模組組裝生產(chǎn)過程流暢易行，另外，背光模組和光學(xué)膜的選用，涉及產(chǎn)品厚度，重量和功率消耗，也需要與其他方面的設(shè)計(jì)一起考慮。（3）電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 該領(lǐng)域熟知各電子零件和電學(xué)知識(shí)，以及各種顯示界面的定義，以負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，符合產(chǎn)品規(guī)格中系統(tǒng)界面，功率消耗，操作電壓等要求。3、產(chǎn)品規(guī)格的協(xié)調(diào)制定 對(duì)于TFT-LCD，包含很多的專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)，自然也就涉及很多的專業(yè)規(guī)格，這些專業(yè)規(guī)格彼此并不是孤立的，設(shè)計(jì)時(shí)也并不是所有規(guī)格的一個(gè)簡(jiǎn)單的加和，而是要互相協(xié)調(diào)，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)及定位，才能保證產(chǎn)品的最終設(shè)計(jì)成

7、功。專業(yè)規(guī)格協(xié)調(diào)舉例（1）厚度 產(chǎn)品的厚度，它是很多零組件厚度的總和，包括兩塊玻璃基板，兩個(gè)偏光片，光學(xué)補(bǔ)償膜，光學(xué)增亮膜，背光模組，框架等，如果要減少設(shè)計(jì)的厚度以符合產(chǎn)品要求，可以采用薄型偏光片而增加成本，也可以選擇減少光學(xué)補(bǔ)償膜而犧牲視角，也可以選擇光學(xué)增亮膜而犧牲亮度，也可采用薄型框架而增加破損的風(fēng)險(xiǎn)，至于要采取哪一種方法，就要視產(chǎn)品的定位和其他規(guī)格的競(jìng)爭(zhēng)力而定，并沒有一定的答案。（2）亮度 TFT-LCD模組成品的亮度，是光源強(qiáng)度和光效率的乘積，以表中產(chǎn)品為例，亮度要求為 假設(shè)既有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，是使用亮度為 的CCFL背光源，而液晶單元的光效為7.35，畫素的開口率為85，則得到的亮度會(huì)

8、是 為了要達(dá)成產(chǎn)品要求，可以使用亮度提高到 背光源，但是會(huì)增加消耗功率，燈管的壽命也會(huì)減少，也可以設(shè)法增加液晶單元本身的光效率到8.82，也可以設(shè)法增加畫素的開口率。此時(shí)可以協(xié)調(diào)成：采用 的 背光源，使液晶單元的光效率增加為8.1，畫素的開口率為88，使得到的亮度成為2/300mcd2/4000mcd22/250%85%35. 7/4000mcdmcd2/4800mcd2/4200mcd再由各設(shè)計(jì)領(lǐng)域協(xié)調(diào)決定其專業(yè)規(guī)格，此時(shí)需要液晶光學(xué)設(shè)計(jì)的專業(yè)去努力的將原來的光效提高到8.12，也許要采用新的模式，也許要降低色彩飽和度，假設(shè)在各專業(yè)領(lǐng)域努力之后，仍無法達(dá)成要求，此時(shí)便需要重新進(jìn)行協(xié)調(diào)，增加背

9、光源亮度或液晶單元的光效，有可能需要更換液晶材料，因此又使畫素的充電和電容耦合效應(yīng)改變，于是又要重新設(shè)計(jì)一次畫素，又有新的開口率設(shè)計(jì)，可以想象，產(chǎn)品的規(guī)格進(jìn)步，需要各領(lǐng)域一再的設(shè)法協(xié)調(diào)，以定出各專業(yè)規(guī)格。22/300%88%1 . 8/4200mcdmcd4、和面板設(shè)計(jì)相關(guān)的專業(yè)規(guī)格 在經(jīng)過產(chǎn)品規(guī)格的協(xié)調(diào)制定后，就可將其中的一些規(guī)格，轉(zhuǎn)換成各領(lǐng)域的專業(yè)規(guī)格，與TFT面板設(shè)計(jì)相關(guān)的專業(yè)規(guī)格有：（1）次畫素大小和畫素陣列數(shù)目 根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格中的Size, Resolution, Aspect Ratio Active Area,可以得知次畫素的大小和畫素陣列數(shù)目，這些規(guī)格是不需要進(jìn)行協(xié)調(diào)的。 （2）

10、開口率 依據(jù)產(chǎn)品規(guī)格中的Brightness和Color Saturation，在充分協(xié)調(diào)之后，設(shè)定開口率的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 （3）最小視訊電壓容許誤差 依據(jù)產(chǎn)品規(guī)格中的View Angle, Contrast Ratio , Response Time, 以及Supply Voltage等等，由液晶光學(xué)專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)者制定出所采用的液晶單元設(shè)計(jì)（液晶材料、模式、間隙、取向等），那么液晶單元所對(duì)應(yīng)的電壓-穿透度關(guān)系，液晶電壓-電容關(guān)系基本上就可以確定下來。根據(jù)電壓-穿透度關(guān)系和產(chǎn)品規(guī)格中的灰階數(shù)就可以決定出最小視訊電壓容許誤差（最小灰階電壓差如何確定？）。液晶的電壓電容關(guān)系，也會(huì)作為設(shè)計(jì)時(shí)考量充電，電

11、荷保持，電容耦合以及信號(hào)延遲等的計(jì)算基礎(chǔ)。第二節(jié) 設(shè)計(jì)思想與步驟1、設(shè)計(jì)思想（1）畫素完全相同 我們知道，陣列中每個(gè)畫素的大小和形狀是一樣的，但是每個(gè)畫素的細(xì)部設(shè)計(jì)，并不一定要完全一樣，利用畫素設(shè)計(jì)的細(xì)部改變，可以解決一些問題。比如通過精密計(jì)算沿著掃描線改變TFT的寄生電容的大小，可以補(bǔ)償電容耦合效應(yīng)和信號(hào)延遲效應(yīng)，但是這樣設(shè)計(jì)會(huì)使得整個(gè)布局非常復(fù)雜，又會(huì)產(chǎn)生其他的問題，因此目前在絕大多數(shù)的TFT設(shè)計(jì)中，都是采用完全相同的畫素設(shè)計(jì)。（2）最壞情況設(shè)計(jì) 為了使得設(shè)計(jì)出來的顯示器在各種情況下都能夠滿足驅(qū)動(dòng)原理的要求，采用的設(shè)計(jì)觀念是“最壞情況設(shè)計(jì)”，即在設(shè)計(jì)時(shí)考慮在極限情況下能夠使用，那么其他情形

12、就沒有問題。比如畫面的幀頻在6075Hz，則以75Hz考慮充電時(shí)間，而以60Hz考慮電荷保持時(shí)間，這樣在兩個(gè)極限條件下如果能夠滿足，其它頻率下肯定能夠滿足。 2、設(shè)計(jì)步驟 從前面的討論我們知道，在設(shè)計(jì)過程中，需要將所有的條件要同時(shí)考慮，但是同時(shí)考慮這么多的項(xiàng)目會(huì)混淆我們的思路，有沒有辦法快速的找到符合設(shè)計(jì)的方法呢？答案是肯定的。先把最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)作初步估計(jì)，找出所要設(shè)計(jì)產(chǎn)品的粗坯，結(jié)合該產(chǎn)品的考量重點(diǎn)，尋找合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，建立畫素初始布局，計(jì)算各個(gè)電容，開口率等，最后根據(jù)設(shè)計(jì)值執(zhí)行最后的布局。第三節(jié) Array基板設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)對(duì)象及設(shè)計(jì)目標(biāo)的確定設(shè)計(jì)對(duì)象：13英寸TFT-LCD面板（下基板、上基

13、板，液晶盒）設(shè)計(jì)目標(biāo)：基本規(guī)格，開口率、最小視訊電壓差等 具體設(shè)計(jì)步驟：基本參數(shù)確定（尺寸、制程、電學(xué)參數(shù)等）；主要參數(shù)計(jì)算（Cs、開口率計(jì)算）；初始布局確定；驗(yàn)證；執(zhí)行最終布局A尺寸13英寸B分辨率1024768（XGA）C子像素?cái)?shù)目1024RGB768D寬高比4:3E可視區(qū)面積264.2mm198.1mmF像素大小258m258mG亞像素大小258m86mH模式TNI灰階16G開口率701、基本的專業(yè)規(guī)格參數(shù)設(shè)計(jì) 2、制程參數(shù)設(shè)計(jì)（制程選擇、制程準(zhǔn)則及能力限制、材料工藝參數(shù)等）（a）制程選擇 設(shè)計(jì)一個(gè)TFT面板，必須基于一個(gè)確定的TFT制程以及制程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。和IC的制程相似，制作TFT和各

14、電極所需的形狀，是先將這些形狀制作在掩模版上，通過光刻的方式轉(zhuǎn)寫到玻璃基板，因此，在設(shè)計(jì)之前，必須了解TFT的制程，知道Array基板上各種膜層之間的層次關(guān)系及用途。若采用的制程不同，設(shè)計(jì)原理雖然相同，但考慮的重點(diǎn)則有所變化。此處將以top ITO型的五道掩膜（見圖）為例進(jìn)行說明。（b）制程準(zhǔn)則及制程能力限制 制程確定后，還需了解該制程的能力限制，即制程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。這些規(guī)則由制程的能力與經(jīng)驗(yàn)所確定，其中規(guī)范了相關(guān)的能力限制以及制程中所采用的金屬和絕緣體材料的厚度和特性，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須符合這些規(guī)則，才能在工藝上實(shí)現(xiàn)，典型的TFT設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可參考下表。共四個(gè)表，分別是材料和厚度，線寬限制，對(duì)準(zhǔn)誤差和T

15、FT的工藝參數(shù)。 （c）材料工藝參數(shù) 相應(yīng)于本次設(shè)計(jì)，采用top ITO制程對(duì)應(yīng)的材料與工藝參數(shù)MoWcm14xSiN9 . 6rnmt360 Sia)/(45. 02sVcmnmt100 Sianmt50cm4nmt600 xSiN0 . 6rnmt400cm30nmt800續(xù)表8 . 3min7 .11maxcm1310md7 . 4m5 m6 m58 . 3min7 .11maxcm1310m5 m68 . 3min7 .11maxcm1310md7 . 43 驅(qū)動(dòng)相關(guān)參數(shù)幀頻60Hz幀掃描時(shí)間16.7ms掃描線時(shí)間21.7s最小視頻電壓容許誤差：8mVVVVtg10mpAWIleak/

16、5 . 0VVVlowghighg22,OE信號(hào)掃描線提前關(guān)閉而減少的開時(shí)間： 幀和幀之間空余所占用的開時(shí)間: sDelay2sSync1V4 . 04 面板設(shè)計(jì)參數(shù)的獲得 在前面講過，圖形設(shè)計(jì)涉及很多參數(shù)，需要先定出最主要的參數(shù)。結(jié)合前面的討論，根據(jù)本書作者的經(jīng)驗(yàn)，與所有設(shè)計(jì)關(guān)系最密切的兩項(xiàng)設(shè)計(jì)值分別是存儲(chǔ)電容 的大小和TFT的通道寬度W，其他設(shè)計(jì)并非不重要，而是輕易不會(huì)改變，比如TFT的通道長度，通常會(huì)設(shè)定在制作能力的最小極限，以得到最大的開電流和最小的柵極負(fù)載電容，又如柵極絕緣層或金屬導(dǎo)電層的材料和厚度等，在制程確定后，一般不會(huì)去做更動(dòng)。所以，以上面兩個(gè)最重要的參數(shù)，結(jié)合第二章的四大考量

17、，編寫關(guān)于這兩個(gè)參數(shù)的初始設(shè)計(jì)方程式，先把存儲(chǔ)電容和通道寬度數(shù)值定下來，再進(jìn)行其它的考慮。 SCA、四條限制線：如何確定存儲(chǔ)電容 和溝道寬度W 如何編寫計(jì)算方程式 sC（1）TFT開電流的限制線按照第二章中討論的對(duì)充電的要求，有:echechechechdVCdtIargargargarg下面就每一項(xiàng)取值作詳細(xì)討論。公式第一項(xiàng)：充電電流 echIarg以TFT作為像素開關(guān)， 并非定值，而是隨柵源電壓和漏源電壓而改變，當(dāng)像素電壓充電越接近數(shù)據(jù)線電壓，充電電流會(huì)越來越小，意味著電流達(dá)到“最壞情況”，此時(shí)漏源極電壓很小，可直接使用TFT的電流公式echIarg當(dāng) 有dsthgsVVVdsthgsin

18、sinseffdsVVVLWtI)(/(0為了簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略 的改變而假設(shè)其保持在固定值 ，將充電電流 設(shè)定為 的大約平均值，約為gsVongsV.echIargdsIdsthongsinsinseffdsVVVLWtI.0)(/()6/1 (其中1/6是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定其他參數(shù)。在該式里面 ， ， ，L以及 需要提前設(shè)置的。effinsinstthongsVV.公式第二項(xiàng)：充電時(shí)間 充電時(shí)間在前面章節(jié)已經(jīng)計(jì)算過，應(yīng)該是畫面掃描周期除以水平掃描線數(shù)。假設(shè)屏的畫面更新頻率為60Hz，除去數(shù)據(jù)傳輸時(shí)在一幀和一幀之間會(huì)空出一段時(shí)間（用Sync表示），以及掃描線提前關(guān)閉的時(shí)間（用Dela

19、y表示），所以DelaySyncNdtyech/ )60/1 (arg在該式中， ，Sync，Delay也是要進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 yN公式第三項(xiàng)：充電電容 充電電容包括液晶電容和存儲(chǔ)電容，存儲(chǔ)電容一旦設(shè)定就是固定值，而液晶電容卻會(huì)隨著跨壓的大小而改變，以“最壞情況”考慮，則充電時(shí)應(yīng)以其最大電容值計(jì)算，當(dāng)介電系數(shù)為 時(shí)液晶電容取得最大值，即 sLCLCsLCechCdACCC/ )(0/arg/ 是指像素大小減去掃描線和數(shù)據(jù)線的區(qū)域 ，其中 ， ，掃描線線寬（用metal1表示），數(shù)據(jù)線線寬（用metal2表示）需要提前設(shè)置。 LCA/LCd公式第四項(xiàng)：充電電壓 需要充電的電壓為數(shù)據(jù)線電壓與像素電壓的

20、電壓差，即為TFT的 ，則 dsVdsechVdVarg將上面討論的四項(xiàng)代入總公式中，有dsLClcsydsthongsinsinseffVdACDelaySyncNVVVLWt/ )(/ )60/1()(/()6/1 (0/.0/ )60/1)()(/(/ )( 6.00/DelaySyncNVVtLdACWythongsinsinseffLClcs移項(xiàng)有（1）以存儲(chǔ)電容值 作為x軸，溝道寬度W作為y軸，在坐標(biāo)系中可繪出 的曲線 , 此式為第一個(gè)存儲(chǔ)電容和溝道寬度之間的方程式，根據(jù)公式，該式的范圍應(yīng)是曲線的左上方。SCW SC（2）TFT關(guān)電流的限制線根據(jù)第二章對(duì)于電位保持的討論，要求hol

21、dholdholdleakdVCdtI同樣就式中各項(xiàng)分別進(jìn)行討論。 公式第一項(xiàng)：漏電流 漏電流與通道寬度成正比，為了計(jì)算方便，可寫成 WWIIoffleak)(其中WIoff是需要進(jìn)行設(shè)置的。公式第二項(xiàng)：電荷保持時(shí)間 電荷保持時(shí)間約等于屏的畫面更新周期，即 60/1holddt公式第三項(xiàng)：電荷保持電容 電荷保持電容的主體仍然是液晶電容和存儲(chǔ)電容，若以“最壞情況”考慮，此時(shí)液晶電容取最小值，即 LCLCsholddACC/ )(0公式第四項(xiàng)：容許電壓差 對(duì)于8位的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，最小電壓差約為8mV，即 mVdVhold8echdVarg將各項(xiàng)分式代入總式，有那么 （2） 此式為第二個(gè)存儲(chǔ)電容和溝

22、道寬度之間的方程式，根據(jù)公式，該式的范圍應(yīng)是曲線的右下方。mVdACWWILCLCsoff8 /()601()(0WImVdACWoffLCLCs/8 /(600（3）電容耦合效應(yīng)限制線 對(duì)于電容耦合效應(yīng)，要求 要小于液晶材料所能忍受的直流電壓殘留值 ，即 代入具體表達(dá)式得)( V)( V)(,gdMAXLCsgdMINLCsMINLCMAXLCgdONOFFCCCCCCCCCVV在該式中 ， 是一個(gè)設(shè)定值， 和 可以由 ， ， ， 和 來求。 對(duì)應(yīng) ， 是一個(gè)可變化的值， 可寫成 ，其中 是一個(gè)設(shè)定值。由于 遠(yuǎn)小于 ，所以分母中的 可以忽略，那么上式可變?yōu)镸AXLCC,MINLCC,LCA/

23、0LCdONVthongsVV.OFFVgdCWWCCgdgdWCgdgdCsCgdC MAXLCsMINLCsMINLCMAXLCgdONOFFCCCCCCWWCVV,/)()()(,MINLCMAXLCgsONOFFMAXLCsMINLCsCCWCVVCCCCW那么此式為第三個(gè)存儲(chǔ)電容和溝道寬度之間的方程式，根據(jù)公式，該式的范圍應(yīng)是曲線的右下方，才滿足設(shè)計(jì)需求。（3）（4）信號(hào)延遲限制線 對(duì)于信號(hào)延遲，要求掃描線在信號(hào)延遲后的TFT關(guān)電壓值，足夠接近未延遲時(shí)的TFT的關(guān)電壓值。若設(shè)定此誤差在TFT開關(guān)電壓差的5，那么掃描線信號(hào)延遲的時(shí)間常數(shù) 的3倍仍小于因信號(hào)延遲而縮短的充電時(shí)間Delay

24、。即 ，即scantDelaytscan3DelayCCCtWLCCCRLCsgdinsinsgsgoxscan)/(301串聯(lián)其中L， , , 是設(shè)定或可以計(jì)算的值，而 可以由掃描線，數(shù)據(jù)線的最小線寬以及 和 來估算， 可以由次像素的寬度和掃描線的寬度以及 和 估算，以“最壞情況”估算 ， 假設(shè)等于 ，代入上式，有insinstscan1xCinsinst0gC/LCdLCCgsCgdCDelayCCWWCtWLWWCCCRMAXLCsgdinsinsgdgoxscan)/(3,01串聯(lián)此式為第四個(gè)存儲(chǔ)電容和溝道寬度之間的方程式，根據(jù)公式，該式的范圍應(yīng)是曲線的左下方，才滿足設(shè)計(jì)需求。（4）將

25、前面所設(shè)定的參數(shù)代入到上述四個(gè)方程式中，可獲得關(guān)于存儲(chǔ)電容和溝道寬度的四個(gè)關(guān)系式，這四個(gè)關(guān)系式在坐標(biāo)系中便可定出存儲(chǔ)電容和溝道寬度的一個(gè)取值范圍。B、存儲(chǔ)電容 和溝道寬度W的確定 SC 除此以外，還可利用InitDesign軟件直接進(jìn)行計(jì)算。如圖所示（軟件演示）。 在InitDesign中，四個(gè)方程式已經(jīng)編好，只需按要求輸入?yún)?shù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)繪出四條限制線，由以上四條限制線所定出的范圍，即有一交集符合這四個(gè)設(shè)計(jì)考量的范圍，在這一區(qū)域，通常選擇靠近最左下方的點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)電容和TFT溝道寬度最小，故可以得到最大的開口率。當(dāng)此設(shè)計(jì)不符合所需要的開口率時(shí)，應(yīng)該要由增加充電能力與降低電容耦合效應(yīng)兩方面來

26、解決。若此四條限定線所界定出的范圍沒有任何交集區(qū)域，即表示此設(shè)計(jì)面臨制造技術(shù)上的挑戰(zhàn)，應(yīng)嘗試變更所設(shè)定的其他數(shù)值。將前面所設(shè)定參數(shù)輸入到系統(tǒng)，運(yùn)行后得如下結(jié)果。 經(jīng)過軟件模擬，從上圖中可以看到四條限制線的交集為一個(gè)近似三角形的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)的Cs、W值都滿足要求。通常，為使像素的開口率達(dá)到最大，取最左下角的值，在圖中可取無限靠近TFT開電流限制線和電容耦合限制線的交點(diǎn)處。坐標(biāo)為（9.8，14.2），由于橫軸表示Cs面積占一個(gè)亞像素面積的比例，縱軸表示TFT溝道的寬度W值。所以可大致計(jì)算Cs面積和其電容值。對(duì)于一個(gè)子像素來說，Cs的面積為Acs，則22424.2174%8 . 925886%8

27、 . 9mmAApCs已知 mF /1085418. 8120可計(jì)算出存儲(chǔ)電容的大小pFFtACinsCrss369. 01036010424.21749 . 61085418. 8912120至此，可以得到存儲(chǔ)電容和溝道寬度的值分別是Cs=0.369pF和W=14.21m。由此可進(jìn)行圖形的初始設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，電容的大小體現(xiàn)在面積的大小上，所以設(shè)計(jì)時(shí)Cs以其面積來考慮，這樣可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程。將計(jì)算所得參數(shù)列于下表。溝道寬度14.21mCs大小0.369pFCs面積2174.424m2Cs占次像素的面積比例9.8C、初始布局 基于初始設(shè)計(jì)所決定的存儲(chǔ)電容大小和TFT的尺寸，就可以進(jìn)行像素的初

28、始布局。在滿足基本參數(shù)的前提下，在合乎TFT的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則下，便可繪制像素初始布局。布局的方式，不同的人，不同的公司都會(huì)有所不同。比如，同樣的存儲(chǔ)電容，可以布局成環(huán)繞像素的U字型或一字型，工字型，H型等，相同的溝道寬度，TFT也會(huì)有不同的形狀。如圖所示。無論如何改變，關(guān)鍵參數(shù)必需要滿足，且常常為了光學(xué)特性或制程良好率，也會(huì)調(diào)整TFT或存儲(chǔ)電容的形狀。作為初學(xué)者，選擇一種最簡(jiǎn)單的布局方式，底部一字型為例作介紹。底部一字型中間一字型U字型H型D、分析及次像素的繪制 為了繪圖準(zhǔn)確和方便，對(duì)各部分進(jìn)行粗略估算，將繪圖尺寸參數(shù)列出來，然后開始繪圖。計(jì)算分析： 次像素大小為25886m，定義開口率為70，這一

29、部分完全依靠ITO的面積大小來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)計(jì)算，存儲(chǔ)電容的面積占次像素的面積是9.8%，也是依靠ITO的面積來實(shí)現(xiàn)，所以，在次像素的范圍內(nèi)，ITO的面積應(yīng)占整個(gè)次像素面積至少約80。那么掃描線與數(shù)據(jù)線及TFT所占的面積不能超過20。我們知道，對(duì)于掃描線和數(shù)據(jù)線，掃描線的信號(hào)延遲要遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)線的信號(hào)延遲，且在高度方向的尺寸大于寬度方向的尺寸，所以數(shù)據(jù)線的寬度在滿足最小尺寸及對(duì)準(zhǔn)誤差的基礎(chǔ)上，不會(huì)展得太寬。而掃描線因降低延遲效應(yīng)而需要減小布線電阻 而且在其寬度上還需放置TFT，所以盡可能將掃描線的寬度設(shè)置得大一些。根據(jù)制程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，數(shù)據(jù)線寬度最小為7m，數(shù)據(jù)線與ITO線間距對(duì)準(zhǔn)誤差1m，取2m，這樣

30、，在寬度方向上，數(shù)據(jù)線和線間距占據(jù)的寬度至少9m，那么，在掃描線方向上可用的最大寬度為 ，計(jì)算 掃描線與ITO對(duì)準(zhǔn)誤差0.6m，取1m，半導(dǎo)體延伸出柵線最小3m，所以掃描線可以取24.59-12-3=19.59m，這樣將其值設(shè)定為18m.。那么，實(shí)際上可以放置ITO的區(qū)域變?yōu)?：%2086258869258xmx59.24%85.80862587723386258)2786()25258(能夠滿足開口率和存儲(chǔ)電容的要求。因此，將以上所有數(shù)據(jù)整理，轉(zhuǎn)化成繪圖參數(shù)，如下頁表所示。繪圖過程使用AUTOCAD演示。繪圖比例1：10000。注意：若計(jì)算結(jié)果無法滿足要求，需要重新進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和計(jì)算；或者重

31、新確定布局方式或選擇架構(gòu)方式。繪圖項(xiàng)目取值（m）取值依據(jù)次像素大小 25886屏規(guī)格所定數(shù)據(jù)線寬度 7漏/源極金屬線最小線寬限制掃描線寬度 18估算次像素的繪制順序： 次像素的尺寸掃描線數(shù)據(jù)線半導(dǎo)體線源漏極線像素電極ITO存儲(chǔ)電容繪圖參數(shù)見下表，繪制步驟課堂演示。半導(dǎo)體與柵線相交部分半導(dǎo)體與柵線相交部分項(xiàng)目取值取值依據(jù)半導(dǎo)體上邊緣與柵線平齊半導(dǎo)體下邊緣距柵線下邊緣3m柵極延伸出半導(dǎo)體最小長度3m半導(dǎo)體左邊緣距數(shù)據(jù)線右側(cè)4.5m半導(dǎo)體線間距最小4m半導(dǎo)體右邊緣距左邊緣15m溝道寬度14.21m半導(dǎo)體中線距柵線上邊緣12m半導(dǎo)體線寬最小5m，且考慮S/D線出口半導(dǎo)體與數(shù)據(jù)線相交部分半導(dǎo)體與數(shù)據(jù)線相

32、交部分半導(dǎo)體延伸部分與數(shù)據(jù)線同寬項(xiàng)目取值取值依據(jù)源極和漏極：源極和漏極：半導(dǎo)體上下總寬度為18321，溝道長度5，對(duì)準(zhǔn)誤差1，剩余寬度2151214，源/漏寬度為14/27，恰好滿足源線和漏線的最小寬度。漏極上邊緣距柵線上邊緣1m半導(dǎo)體層和柵線對(duì)準(zhǔn)誤差0.6m，和源/漏對(duì)準(zhǔn)誤差1m漏極下邊緣距漏極上邊緣7m源/漏線最小寬度7m溝道長度 5m已設(shè)源極下邊緣距半導(dǎo)體下邊緣1m。但考慮CH孔，下邊緣延伸到允許的最大程度，即24.56186.56，距柵線下邊緣延伸5.6m。源/漏極的左右邊緣以半導(dǎo)體寬度的中線兩側(cè)偏移7.1m項(xiàng)目取值取值依據(jù)ITO像素電極 據(jù)兩側(cè)柵線，數(shù)據(jù)線的內(nèi)側(cè)向內(nèi)偏移1m。在TFT

33、處，ITO電極依源極邊緣向內(nèi)偏移1m。滿足對(duì)準(zhǔn)誤差CH孔在源極左右邊緣的中線，上下方向上，以下線為起點(diǎn)處于527m處線的交點(diǎn)處，半徑為2m的圓CH孔最小寬度3m，源漏極伸出接觸孔最小長度5m。ITO與接觸孔的連接以中線為起點(diǎn)，兩側(cè)偏移3.5m，將接觸孔覆蓋最小線寬限制Cs電容距ITO下邊緣28.234m面積比例計(jì)算所得按照以上分析所得數(shù)據(jù)，利用AUTOCAD繪圖軟件，次像素的繪制結(jié)果如下：驗(yàn)證1、開口率開口率=實(shí)際的像素電容面積/次像素面積=69.99%如何處理？2、寄生電容3、等效電阻E、陣列及像素陣列之外布線 次像素繪制好以后，就可進(jìn)行像素陣列，按照前面設(shè)置的1024RGB768，需要將次

34、像素陣列為3072列、768行，由于AUTOCAD對(duì)如此多的數(shù)目幾乎無法運(yùn)行，所以將行列數(shù)目按倍數(shù)縮小，這里將數(shù)目確定為16312。運(yùn)行結(jié)果如下。陣列區(qū)域的總長度為412.8mm，寬度為309.6mm 一個(gè)TFT-LCD面板，90%以上的面積是作為顯示用的像素陣列，也就是說，上面已經(jīng)完成了90面積的設(shè)計(jì)。在像素陣列之外的10，還有很多的細(xì)節(jié)項(xiàng)目需要設(shè)計(jì)。陣列圖16312 1、掃描線和數(shù)據(jù)線布線 在像素陣列中，掃描線與數(shù)據(jù)線是以次像素的大小為間距平行排列，但是在陣列之外，就需要與驅(qū)動(dòng)IC進(jìn)行連接，所以掃描線和數(shù)據(jù)線會(huì)根據(jù)所采用的連接方式而進(jìn)行布線。下圖是其中的一種布線方式。2、下板共電極布線 除

35、了掃描線和數(shù)據(jù)線以外，下板共電極在陣列外也需要連接在一起并且通過金膠點(diǎn)與上板共電極相接在一起。掃描線下板共電極線數(shù)據(jù)線 至此，Array基板的內(nèi)容就設(shè)計(jì)完成了。所有這些圖形最后都是要轉(zhuǎn)移到玻璃基板上，因此在這里還需要將Array玻璃基板的尺寸定下來，除了將陣列像素和陣列外布線能夠放下以外，制程中還需要一些對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，這些標(biāo)記一般放在玻璃的邊緣或角落處。所以，顯示區(qū)的尺寸如果是13寸，考慮陣列外布線和對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，Array基板的尺寸應(yīng)大于13寸。由于這里對(duì)單個(gè)次像素進(jìn)行了放大，而數(shù)目又有減少，所以我們這里就以所畫圖形為準(zhǔn)來確定尺寸。但是如果以后在企業(yè)或是條件具備，應(yīng)該按照前面設(shè)計(jì)好的既不能放大也不能

36、減少數(shù)目來確定。 例圖中顯示區(qū)的尺寸為412.8和309.6，陣列外布線后尺寸為458.53和320.01，因此玻璃尺寸定為461.91和324.37。具體見下圖。Array基板 根據(jù)設(shè)計(jì)好的Array基板圖形，下一步就可以獲得五道掩模版的圖形。利用AUTOCAD的圖層功能，在原始圖形上，將某一層保留，而將其他圖層刪掉，便可得到相應(yīng)的掩模版。例圖中對(duì)應(yīng)的五張掩模版GE、SE、SD、CH、PE如圖所示。F、五張掩模版設(shè)計(jì)GE板SE板S/D板CH孔PE板第四節(jié) CF設(shè)計(jì)1、CF結(jié)構(gòu)及工藝流程2、CF設(shè)計(jì)（上玻璃尺寸的確定，黑色矩陣的設(shè)計(jì)，色層位置的確定等）1、CF結(jié)構(gòu)及工藝流程結(jié)構(gòu)及作用： 彩色濾

37、色片基本結(jié)構(gòu)是由玻璃基板（Glass Substrate），黑色矩陣（Black Matrix），彩色層（Color Layer，即RGB），保護(hù)層（Over Coat），ITO導(dǎo)電膜組成。通過施加不同的電壓和選擇不同的像素，能夠?qū)崿F(xiàn)彩色化顯示。彩色濾色片的作用各層功能及制作過程：A、黑色矩陣 黑色矩陣主要有以下作用：第一，遮蔽像素區(qū)域（開口部分）之外的背光源的漏光；第二，防止相鄰RGB亞像素的混色，提高顯示對(duì)比度；第三，防止光造成TFT誤動(dòng)作及工作參數(shù)發(fā)生變化；第四，防止背景光的寫入（從而造成對(duì)比度低下），可明顯提高對(duì)比度等。因此，對(duì)于彩色濾色片基板來說，形成黑色矩陣是必不可少的重要工序。

38、形成黑色矩陣的材料一般是黑鉻（Cr），近年來，采用黑色顏料來形成黑矩陣產(chǎn)品越來越多。首先利用濺射鍍膜法，在洗凈的玻璃基板鍍金屬鉻的薄膜。而后進(jìn)入黑色矩陣工序，在前道工序形成的黑鉻層表面，利用涂膠機(jī)均勻地涂布正光刻膠，再將全表面涂有光刻膠的玻璃基板在隧道烘干機(jī)中進(jìn)行預(yù)烘烤。之后，在玻璃基板之上放置光刻掩膜，經(jīng)過掩膜，通過紫外線對(duì)正型光刻膠照射，進(jìn)行曝光，再經(jīng)顯影。這樣，可僅保留掩膜遮蔽部分的光刻膠。再經(jīng)過刻蝕制取相應(yīng)于掩膜的黑鉻圖形，剝離光刻膠，得到的黑鉻圖形正是黑色矩陣。B 、彩色色層 形成RGB著色層的照相刻蝕工程由光刻膠涂布、預(yù)烘烤（預(yù)焙）、曝光、顯影、洗凈、后烘烤（后焙）等工序組成。在著

39、色層的形成過程中，每種顏色的著色層是獨(dú)立形成的。也就是說，這樣的過程需要重復(fù)三次，才能形成所需要的RGB三色著色層。以紅色為例，首先要在已經(jīng)形成了黑矩陣的玻璃基板全表面涂布紅色顏料層，經(jīng)烘烤固化。之后，在玻璃基板之上放置光刻掩膜，經(jīng)過光刻掩膜用紫外線對(duì)顏料照射，進(jìn)行曝光，再經(jīng)顯影。這樣，可僅保留所需要紅色顏料膜的部分，由此形成紅色著色層。同理，藍(lán)色和綠色顏料膜的形成也按同樣的工序進(jìn)行。至此，就完成了RGB彩色濾光片成膜工序。C、保護(hù)層和透明導(dǎo)電薄膜 保護(hù)膜的作用主要有兩個(gè)方面，一是防止由于彩色濾色片的污染物侵入液晶盒而引發(fā)誤動(dòng)作，二是對(duì)各色層進(jìn)行平坦化，方便在其上面進(jìn)一步制作ITO電極。保護(hù)層

40、通過材料混合涂布，脫泡，烘烤等工序形成。而ITO薄膜通過濺射法形成。CF的形成過程可參考下圖。彩色濾色片的結(jié)構(gòu)及制作工藝2、CF設(shè)計(jì) 在TFT-LCD中，作為TFT面板對(duì)應(yīng)的上玻璃基板，色層以及黑色矩陣應(yīng)該與下板即Array基板的像素之間有一定的位置關(guān)系。即色層應(yīng)該與Array基板上液晶電容的電極，即像素電極除去存儲(chǔ)電容電極的那一部分電極對(duì)應(yīng)起來，而其他的部分應(yīng)該由黑色矩陣進(jìn)行遮蔽。這也是CF各功能層的形狀在設(shè)計(jì)時(shí)的主要依據(jù)。若是黑色矩陣設(shè)計(jì)還不能將漏光等完全遮蔽，可以計(jì)算一下漏光面積，若是不嚴(yán)重，則可以采用，若是漏光嚴(yán)重，那么就要調(diào)整Array基板的設(shè)計(jì)了。A、上玻璃基板尺寸的確定以及與Array基板的位置關(guān)系 從TFT的結(jié)構(gòu)和原理我們知道，CF板即上玻璃基板的每一個(gè)色層需要與Array基板的每一個(gè)次像素或像素對(duì)應(yīng)。那么在Array的顯示區(qū)范圍上，CF基板需要形成和Array對(duì)應(yīng)的部分，而在Array基板陣列外，即顯示區(qū)外的掃描線和數(shù)據(jù)線布線區(qū)域，CF板是不需要和其對(duì)應(yīng)的，且必須是將下板