TFT Crosstalk分析 几种水平和垂直Crosstalk的可能发生的原因

由于TFT LCD 的架构，是以像素在水平和垂直方向上展开成阵列，因此TFT LCD 中所发生的Crosstalk 现象，也会是水平或是垂直的，以下举出几种水平和垂直Crosstalk 的可能发生的原因：

1、水平Crosstalk（Horizontal Crosstalk 或Lateral Crosstalk）
1.1 资料线对上板共电极的电容耦合
TFT LCD 的架构中，上板共电极与TFT 基板上之间的电容，除了像素中的液晶电容之外，还有资料线和扫描线金属本身，与上板共电极所造成的寄生电容。我们可以知道共电极在下板布线，以及连接至上板共电极的实际情况，可以看出，上板共电极其实是一个大的电阻‐电容网络，当资料线电压变动时，便会经由资料线与上板共电极间的寄生电容，影响到上板共电极的电位，如果上板共电极的电阻过大，使得共电极的电压，无法在短时间之内回复到参考电源所设定的电压，便会可能出现发生显示不良的Crosstalk 现象。

对一个Normally white 的TN 型液晶显示模式，资料线A 和资料线B 的电压波形如右示，在黑色区域垂直范围内的资料线，电压波形与A 相同，由于有很多资料线一起变化，共电极可能会受到这些资料线的电容耦合效应的影响，而产生暂时的不稳定状态，这个不稳定状态，在三个条件同时成立时，便会产生水平Crosstalk：

第一、 这个电容耦合效应影响太大，使得共电极电压偏离其设定电位；
第二、 共电极的电压，自偏离设定电位的不稳定状态，回复到设定电位的时间比较久；
第三、 在共电极的电压回复到设定电位的时间，大于一条扫描线的像素电压写入时间。
在这样的情况下，上图所示的共电极电压波形，在正极性图框中，扫描线由上往下逐条开启，在进入黑色区域水平范围内的第一条扫描线时，许多资料线电压同时变大，共电极受到影响而偏离设定电位差距变大，由于在扫描线关闭时，共电极电压尚未恢复到设定电压，因此，实际上在液晶电容两个电极的电压差，会因此便的较小，以资料线A 上的像素而言，灰色背景会比的所希望显示的灰阶要亮一些，黑色区域也会比的所希望显示的黑色程度要亮一些。而已资料线B 上的像素而言，对应到黑色区域水平范围以外的灰色背景，会比的所希望显示的灰阶要亮一些，但是程度与在相同扫描线上的资料线A 上之像素，变亮的程度是一样的；然而，对应到黑色区域水平范围内的灰色背景，由于资料线A 上的的电压变动更大，而会比的其他灰色背景的区域更亮。

在以行反转为例说明，由于人眼对绝对的灰阶变化并不敏感，但是对相邻区域的灰阶差别非常敏感，以黑色区域而言，一方面TN 型液晶模式，在大电压时，对电压的变动较不敏感，所以很难察觉出黑色区域与黑色区域水平范围以外的黑色背景，在本身颜色深浅的差别；而就整个灰色背景而言，比较容易看到黑色区域水平范围内外两个区域的差别，也就发生了水平的浅色区域状Crosstalk。如下（b）所示。

在下一个图框中，虽然电压极性相反的，液晶电压大小的变化却仍是相同的，因此造成的Crosstalk 的现象也是一样的。

在讨论点反转和列反转情况：如果所显示的画面是黑色矩阵区域，由于同时间相邻资料线施加的电压大小相同，而极性却相反，因此，所造成的电容耦合效应，电压变化的方向也是相反的，所以产生了相互抵消的效果，一般在显示这样的画面时，并不会发生水平Crosstalk 的现象。

然而，当所显示的画面，如上图所示，矩形区域中是一种很特殊的图案，虽然看起来是灰色，但并不是将RGB 三个像素都设定为灰阶50%，而是RGB 相邻像素一明一暗，远远看起来也会是50%的灰阶色（实际上，在正常使用显示器时，很少以这样的方式来显示灰阶的画面，但是很巧合地，在Windows98 开机前，恰好会以这样的方式，令画面看起来的亮度降低一半，因而也成为解决的问题）；这样的安排对应到次像素电压会是一大一小，恰好与极性反转的安排形同，此时，由于正极性的电压都比较大，而负极性的电压都比较小，所造成的电容耦合效应，无法在共电极上产生相互抵消的效果，在这样的画面下，才会比较容易观察到水平Crosstalk。

1.2 参考电压之类比缓冲放大器驱动能力不足

另外一个完全不同的原因，也有可能造成水平Crosstalk，当一条扫描线上所有像素，都要显示同一个灰阶时，每条资料线，都会需要相同的电压设定，在每棵资料驱动IC 中，会以各自对应的缓冲放大器的输出级去驱动。但是，这些缓冲放大器的输入级，却会经由电压选择型DAC，全部一起连接到同一个灰阶的参考电压，这个参考电压，又是以另外一组类比缓冲放大器来驱动的。

如果是驱动资料线的缓冲放大器的能力不足，使得输出电压设定不确定，所影响的是该条资料线上的像素；然而，如果是驱动参考电压的缓冲放大器能力不足，使得输出电压不准确，影响的变是所有输入端对应到这组参考电压的资料线。

同样参考Normally white 的TN 型液晶显示器，所要显示的画面，还是灰阶背景与黑色矩形区域，在写入画面上方的灰色背景时，由于每个驱动资料线的缓冲放大器的输入级，一起连接在相同的参考电压缓冲放大器的输出级，在驱动能力无法应付这么大的负载的情况下，输出电压会偏离原来所希望的灰阶设定电压。随着扫描线逐渐向下扫描，进入黑色矩阵区域的显示操作，此时，有一部分会对应到黑色矩阵区域的灰阶，而只有一部分得资料线仍对应到灰色背景的灰阶，因而在此时参考电压缓冲放大器的负载减少，输出电压的偏移量也随之降低。因此，在对应到黑色区域水平范围以外的灰色背景有较大的电压偏离，而在对应到黑色区域水平范围内的灰色背景
有较小的电压偏离，便会因而造成了另外一种水平Crosstalk 的现象。

2、垂直Crosstalk 现象（Vertical Crosstalk）
2.1 资料线对像素电极的电容耦合
像素电极与本身和下一条资料线之间的寄生电容，资料线上的电压变化，会经由这些寄生电容的耦合效应而影响像素电压。

在帧反转状况下，Normally white 的TN 型液晶显示器中，所有能观察到的Crosstalk 现象，由于对应到黑色矩阵区域而发生的资料线电压变化，造成电容耦合效应，以资料线A 上的像素A1 与A2，与资料线B 上的像素B1 与B2，像素电压波形有所差别，参考上面电压波形图可以看出，忽略在画面反转时的极性转换所造成的电压耦合效应，则像素B1 和B2 所显示的灰阶是相同的，进一步以像素B1 与像素A1 比较，由于像素A1 的像素电压RMS 值会变得比较大，所显示的灰阶背景会比较深，以像素B2 和A2 做比较，由于像素A2 上的像素电压RMS值会变得比较小，所显示的灰阶背景变得比较浅，造成垂直的Crosstalk 现象。
下面介绍行反转的情况，由于对应到黑色矩阵区域而发生的资料线变化，造成电容耦合，如下图：

以资料线A 上的像素A1 与A2，与资料线B 上的像素B1 与B2，像素电压波形有所差别。如上图示：同样忽略在画面反转时的极性转换所造成的电压耦合效应，像素B1 和B2 所显示的灰阶是相同的，进一步以像素B1 与像素A1 比较，由于像素A1 的像素电压RMS 值会变得不一样，所显示的灰色背景变得不一样，造成了垂直的Crosstalk 现象，但是要注意的是定性的分析只能预期的像素电压RMS 值有所不同，并不一定会变得较大或较小，因此这种垂直Crosstalk 也不一定是变得较深或是较浅，而且，有效地像素电压RMS 值，需要考虑二值正负极性图框的综合效应，使得定性分析更难以预期出对应到黑色矩阵区域的垂直区域灰阶的深浅变化。

在实际的产品上，资料线对像素电机的电容值其实非常小，很难精确地测量出来，而且会随着制程上光罩对位变动而改变，要以模拟的方式定量地去计算垂直Crosstalk 灰阶的深浅变化，也并不容易掌握。在讨论列反转和点反转的情况，如果像素本身电极与本身和下一条资料线之间，两个寄生电容值是相同的，再加上两条资料线的电压变化方向相反，可以产生相互抵消的效果，便不会产生垂直Crosstalk 的现象，然而，两个寄生电容值未必会一样，因此，其间期间的差别仍会使得对应到黑色矩阵区域的垂直区域灰色的深浅有所变化，只是这个变化在效应抵消的情况下，会比图框反转和行反转要小。
2.2 TFT 漏电
TFT 的漏电也会造成Crosstalk 现象，但是与前面的电容耦合不同，像素电压只会漏电到像素本身的资料线，而不会漏电到相邻的下一条资料线。因此，并无法籍由列反转和点反转的方式，使来自左右资料线的耦合效应相互抵消。如果在TFT 漏电太大的情况下，像素电压皆会因为TFT 漏电至资料线而改变，但由于资料线A 和资料线B 的电压波形不同，所以在资料线A 与资料线B 的电压波形不同，所以在资料线A 与资料线B 上灰色背景的像素，造成的像素电压RMS 值也会不相同，于是产生了垂直Crosstalk 现象。
这里只讨论帧反转和行反转的TFT 漏电效应。考虑到Normally white 的液晶显示模式，如图：

先比较B1 和B2，位于面板上方的像素B1，在第一条扫描线开始启动后，约于1/6 的图框时间写入像素电压，之后约5/6 的图框时间内，其对应的资料线电压，与像素电压的极性是相同的，然后又回到第一条扫描线，写入电压的极性反转，约于1/6 的图框时间，像素电极上所存储的电压极性，与资料线电压的极性相反；而位于面板下面的像素B2，在第一条扫描线开始启动之后，约于5/6 的图框时间写入像素电压，之后约于1/6 的图框时间内，其对应的资料线电压，与像素电压的极性相同，然后又回到第一条扫描线，写入电压的极性反转，约有5/6的图框时间，像素电极上所存储的电压极性，与资料线电压的极性相反。换言之，像素B1 约于1/6 的时间向极性相反的电压漏电，像素B2 则约于5/6 的时间向极性相反的电压漏电，所以，像素B2 因为漏电而使像素电压RMS 值降低的程度，会比像素B1 严重，使得像素所显示的灰阶变得比较浅。于是，由于TFT 漏电情况的时间比例，由上往下变动，会在灰阶背景中呈现出灰色由上往下由深变浅的渐曾（Shading）效果。而像素A1 与像素A2，受到黑色矩阵区域的影响，在黑色矩阵区域上方的像素A1，向相同极性的较大电压漏电，因而变得更深；在黑色矩阵区域上方的像素A2，向相反极性的较大电压漏电，因而变得更浅。而且，对应到黑色矩阵区域垂直区域，如同资料线B 所在的灰色背景，一样会有垂直渐曾德效果。TFT 的漏电效应，可能同时会产生垂直渐曾和垂直Crosstalk 的不良现象。籍由列反转和点反转，使得资料线电压，在图框时间内不断地变换极性，面板上下方的TFT 漏电情况便会比较接近，可以降低渐曾出现的不良现象。急性反转的方式，表面上看来不过是几种排列组合，而藉由以上的讨论，可以了解到，不同的极性反转方式，其实在显示不良的表现上，差别是很大的，这也是为什么对画面的品质要求较高的显示器，会使用点反转的原因。

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