Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

Рис. 10.5. Структура матриц адресации ЖКЭ:

а) наиболее простая структура матрицы адресации; б) матрица с более широким шагом выводов для подачи столбцовых управляющих сигналов; в, г) варианты матриц с уменьшенным числом мультиплексируемых строк

Это объясняется тем, что жидкокристаллические ячейки имеют достаточно высокую инерционность и реагируют на действующее, а не на мгновенное значение приложенного напряжения. Напряжение на включенную ячейку Uвкл подается только при адресации данной строки, а напряжение на выключенной ячейке Uвыкл в наиболее неблагоприятном случае может оказаться приложенным почти все время. Поскольку скважность импульсов возбуждения включенной ячейки по мере роста числа строк развертки z увеличивается, то действующие значения напряжения Uвкл и Uвыкл сближаются. Так, при z = 1000 даже

для оптимального соотношения возбуждающих напряжений на строках и столбцах будут соблюдаться следующие соотношения Uвкл 1,048Uпор и Uвыкл 0,949Uпор. Отсюда вытекает, что для получения высокого контраста мультиплексируемый ЖКЭ с достаточно большой информационной емкостью должен иметь чрезвычайно крутую вольт-контрастную характеристику и одинаковые значения Uпор для всех ячеек матрицы, что эквивалентно требованию строгого соблюдения расстояния между электродами и однородности их обработки. Кроме того, управляющие напряжения должны поддерживаться с высокой точностью.

Особенно недостатки мультиплексирования сказываются при воспроизведении полутоновых изображений. Это обусловлено тем, что с ростом числа строк разложения уменьшается время выборки отдельных элементов, что затрудняет использование временных методов модуляции (широтно-импульсного, то есть ШИМ, кодово-импульсного или их комбинации). Таким образом, мультиплексируемые твист-нематические ЖКЭ пригодны для портативных персональных компьютеров и в значительно меньшей степени – для телевизоров.

Для устранения вышеназванных недостатков в ЖКЭ используется построчное управление с индивидуальной адресацией каждого элемента отображения с помощью «своего» ключа (рис. 10.6), формируемого в непосредственной близости от него и исключающего возможность приложения напряжения к неадресуемым элементам. Для изготовления высокоинформативных ЖКЭ с активной адресацией на специальной подложке необходимо сформировать активную матрицу, содержащую огромное число таких ключей. Таким образом, при активной матричной адресации последовательно с каждой жидкокристалличе-

Рис. 10.6. Схема, поясняющая принцип активной матричной адресации

ской ячейкой включен коммутирующий элемент, заряжающий эквивалентную емкость ячейки (конденсатор памяти).

Вкачестве коммутирующих элементов используются либо монокристаллические транзисторы, либо тонкопленочные транзисторы и структуры металл – диэлектрик – металл.

Вактивной транзисторной матрице выводы транзисторов присоединены к полосковым взаимно-перпендикулярным прозрачным электродам (столбцам и строкам) и к точечным электродам элементарных жидкокристаллических ячеек, расположенным на одной из подложек. В свою очередь, столбцы соединены с источником видеосигнала, а строки – со схемой развертки. Если экран содержит N столбцов, то выборка и хранение видеосигнала осуществляются для N точек строки. При включении строки эквивалентные емкости элементарных ячеек ЖКЭ заряжаются до соответствующих значений напряжения видеосигнала.

Вконце развертки любой из строк, напряжение с транзисторов снимается, что приводит к их выключению. В результате электрические заряды на эквивалентных емкостях элементарных ячеек ЖКЭ сохраняются в течение кадра до следующего периода развертки. При этом на элементарные ячейки могут подаваться видеосигналы с меняющимися в широком диапазоне действующими значениями напряжений, чем обеспечивается передача большого числа полутонов. К ключевым свойствам транзисторов предъявляются следующие два требования: сопротивление в проводящем состоянии должно быть достаточно мало, чтобы обеспечить заряд эквивалентной емкости элементарной ячейки ЖКЭ до напряжения на столбце (видеосигнала) в течение периода развертки строки,

асопротивление в непроводящем состоянии – достаточно велико, чтобы напряжения на ячейках заметно не менялись в течение интервала кадра.

Впринципе матрицы транзисторов могут быть сформированы на кремниевой подложке. Недостатком транзисторной структуры на кремниевой подложке является то, что из-за непрозрачности подложки нельзя реализовать твистнематический просветный экран. Применение же здесь отражательного режима ухудшает качество черно-белого изображения и делает невозможным получение цветного. Наилучшим образом удовлетворяют требованиям воспроизведения телевизионных изображений активные матрицы с тонкопленочными полевыми транзисторами типа TFT (Thin Film Transistor), изготовленными по тонкопленочной технологии на прозрачных подложках. Для примера на рис. 10.7

Рис. 10.7. Топология тонкопленочного полевого транзистора TFT-типа

показан вариант топологии, а на рис. 10.8 – принципиальная схема ключевого элемента активной адресации на TFT транзисторе, использующем аморфный кремний. Электронные ключи активной матрицы позволяют сигналом низкого уровня (около 0,7 В) коммутировать высокое (десятки вольт) напряжение.

Технология TFT была разработана специалистами японской фирмы Toshiba. Она позволила не только улучшить показатели ЖКЭ (яркость, контрастность, угол зрения и др.), сделать их дешевле при значительно бóльших размерах. На ее основе можно изготовить ЖКЭ, работающие «на просвет» и воспроизводящие высококачественные цветные изображения. Каждый элемент такого ЖКЭ образован тремя тонкопленочными полевыми транзисторами и триадой управляемых ими жидкокристаллических ячеек. Каждая ячейка триады снабжена светофильтром одного из трех основных цветов: красного (R), зеленого (G) или синего (В).

В целом ЖКЭ с активной матричной адресацией, использующие матрицу тонкопленочных транзисторов, обеспечивают в четыре раза более высокое быстродействие (50 мс и менее) по сравнению с устройствами, работающими в режиме обычного мультиплексирования.

Для практической реализации отмеченных преимуществ необходимо решить ряд сложных технологических проблем, связанных с изготовлением активной матрицы с необходимым высоким выходом годных транзисторов, так как с увеличением числа элементов изображения значительно снижается вероятность получения бездефектной активной матрицы. Если вероятность дефектности одного транзистора в активной матрице обозначить как Р, а число пикселей как Q, то выход активных матриц с совершенно бездефектными транзисторами будет равным 4 P Q 100%. В случае если вероятность дефекта одного транзистора составляет одну часть на миллион, то при количестве элементов отображения в пределах 100000 выход активных матриц составляет около 90%. С учетом того, что для высококачественного изображения требуется более 2 млн. пикселей, то в этом случае бездефектный выход матриц в процентном отношении быстро снижается. Снижение дефектности можно добиться путем сокращения количества фотолитографических операций при изготовлении активных матриц.

Рис. 10.8. Принципиальная схема ключевого элемента на тонкопленочном полевом транзисторе TFT-типа

Рис. 10.9. Осциллограммы сигналов управления ЖКЭ с коэффициентом мультиплексирования 1:3:

а) форма сигналов драйверов; б) форма результирующих сигналов на сегменте ЖКЭ