楊燁 沈奕 林偉浩

摘要：主要針對(duì)無(wú)源驅(qū)動(dòng)的 TN、STN液晶顯示器的交叉效應(yīng)問(wèn)題做進(jìn)一步的研究，分析當(dāng)前業(yè)內(nèi)改善交叉效應(yīng)的常用方法及其不足，通過(guò)分析基于像素點(diǎn)陣所等效的阻容低通濾波網(wǎng)絡(luò)對(duì)驅(qū)動(dòng)波形的影響，得出交叉效應(yīng)在平均電壓法下依然無(wú)法消除的原因，確定線路電阻與液晶電容所構(gòu)成的低通濾波網(wǎng)絡(luò)使得驅(qū)動(dòng)波形發(fā)生指數(shù)衰減，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)波形出現(xiàn)了變形，因而使其有效電壓出現(xiàn)差異，這種差異導(dǎo)致了交叉效應(yīng)的出現(xiàn)。為了解決這種原因?qū)е碌慕徊嫘?yīng)，提出了多種實(shí)用改善對(duì)策，主要包括降低像素電容，降低 ITO薄膜的方阻，通過(guò)薄膜電極圖形的線路設(shè)計(jì)優(yōu)化降低引線電阻以及提高線路的電阻均勻性。驗(yàn)證結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化 ITO薄膜的方阻以及采用薄膜電極圖形線路設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)降低引線的電阻是合適有效的方法，這些方法可以有針對(duì)性地改善由于驅(qū)動(dòng)波形發(fā)生指數(shù)衰減導(dǎo)致的交叉效應(yīng)現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品顯示效果，最終達(dá)成滿足車載應(yīng)用的高階需求。

關(guān)鍵詞：液晶顯示器件;無(wú)源驅(qū)動(dòng);交叉效應(yīng);阻容網(wǎng)絡(luò)模型

中圖分類號(hào)：U279文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-9492（2021）11-0048-06

The Research of Cross-talk Mechanism of Automotive Passive Liquid-crystal Display and Improvement Countermeasures

Yang Ye1，Shen Yi2※，Lin Weihao2

（1. Guangdong Shantou Goworld Electronics Co.， Ltd.， Shantou， Guangdong 515065， China;

2. Shantou Goworld Display Technology Co.， Ltd.， Shantou， Guangdong 515065， China）

Abstract： Researching the cross-talk effection of passive driven TN or STN Liquid crystal display （LCD） was mainly focused on analyzingthe current general solution and its insufficient reasons. Through analyzing the influence on driving waveform by the equivalent pixelresistance-capacity lowpass network， although some methods have been used to resolve the problem currently， such as the average voltagemethod， but the cross-talk effection still cannot be eliminated as the driving waveform distortion in a exponential way. In order to solve thecross-talk effection which is still appears when the current methods have been used， several methods were proposed， including by reducing thecapacity of pixels and the resistance of ITO films， equalizing and reducing the resistance of conductive lines by pattern optimization designingways. And by the experimentally results， these methods can effectively settle the cross-talk effection and improve the display performance ofpassive driven LCD， finally achieved to meet the high level requirements of automotive applications.

Key words： LCD; passive driving; cross-talk effection; resistance-capacitance network model

0 引言

隨著電子信息技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展， 人機(jī)交互所需的信息顯示終端需求越來(lái)越多，液晶顯示器件憑借體積小、功耗低、無(wú)電磁輻射以及可直接采用數(shù)字接口等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]，在家電、工控儀表及車載顯示等行業(yè)的應(yīng)用愈加廣泛，成為當(dāng)前最主流的顯示技術(shù)，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。

液晶顯示器從驅(qū)動(dòng)方式上主要有采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的無(wú)源矩陣顯示器、有源矩陣顯示器及雙穩(wěn)態(tài)/多穩(wěn)態(tài)顯示器等[2]。其中，以向列扭曲（ TN ）、超扭曲向列型（STN）液晶顯示器（下文簡(jiǎn)稱液晶顯示器或 LCD）為代表的無(wú)源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件，利用液晶對(duì)光線的雙折射原理，在采用無(wú)源矩陣的驅(qū)動(dòng)方式下，具備省電、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)工藝成熟穩(wěn)定及支持靈活設(shè)計(jì)等特點(diǎn)[3]，不僅可設(shè)計(jì)為黑白或灰度顯示，還可以通過(guò)添加彩色濾光片，使 STN LCD可以顯示紅、綠、藍(lán)三原色，從而通過(guò)不同配比，可以顯示出不同色彩效果。在液晶顯示器件的應(yīng)用方面， 無(wú)源驅(qū)動(dòng) STN LCD除了具備價(jià)格更經(jīng)濟(jì)、功耗更低、可靠性更高等特點(diǎn)，同時(shí)在顯示性能指標(biāo)上具有高對(duì)比度、寬視角、透光率高、工作溫度范圍寬及支持溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于對(duì)顯示質(zhì)量要求高的汽車儀表及汽車音響產(chǎn)品上[4]。

采用無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)方式的液晶顯示器件，都會(huì)在一定程度上存在交叉效應(yīng)問(wèn)題，交叉效應(yīng)表現(xiàn)為由相鄰象素在電路上相互干涉而產(chǎn)生的一種偽顯示現(xiàn)象，如圖1所示。這種偽顯示現(xiàn)象一般伴隨性地出現(xiàn)在正常顯示圖像的鄰近，同一行或同一列，其不僅干擾了正常圖像的顯示，而且還導(dǎo)致了顯示器對(duì)比度與視角特性的下降，使正常顯示的圖像與背景之間的過(guò)渡不清晰，特別是從顯示器的側(cè)視角觀察更加突出。因此，為了提高無(wú)源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，當(dāng)前多數(shù)廠家普遍采用平均電壓法及最佳偏壓法等改善方法[5]，主要是從驅(qū)動(dòng)原理上解決，但在實(shí)際應(yīng)用上，特別是在一些高要求或高驅(qū)動(dòng)路數(shù)的產(chǎn)品中，即使采用這些方法，交叉效應(yīng)仍然存在，使得這些產(chǎn)品無(wú)法滿足用戶的高階需求。

對(duì)此，本文將在分析產(chǎn)生交叉效應(yīng)的機(jī)理及現(xiàn)行普遍對(duì)策方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的維度上，提出可以進(jìn)一步解決交叉效應(yīng)的對(duì)策方法，其意義旨在提高無(wú)源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件的產(chǎn)品性能，使得其能夠滿足人們對(duì)車載顯示質(zhì)量的嚴(yán)格要求。

1 車載無(wú)源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件工作原理

車載無(wú)源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件主要利用液晶的雙折射達(dá)成顯示目的，如圖2所示，在內(nèi)側(cè)鍍有透明電極（分別為上、下電極）的兩塊平行玻璃基板之間夾置有厚度約數(shù)微米的正性液晶材料，構(gòu)成液晶盒。其中，電極表面還涂布有聚酰亞胺（ PI ）平行配向材料，使得液晶分子與平面的夾角為1°～2°，并對(duì)其做一定的定向處理，形成定向結(jié)構(gòu)。當(dāng)其扭曲角φ=90°時(shí)，則得到 TN 模式，當(dāng)扭曲角φ>90°時(shí)（一般為240°），則得到超扭曲的 STN模式。液晶盒的兩個(gè)外側(cè)面還分別貼附有上、下偏振片。對(duì)于 STN模式而言，通過(guò)改變上下偏光片的吸收軸角度，可以分別形成黃綠模、藍(lán)模等僅區(qū)別于背景與顯示顏色的顯示模式。上述顯示器件可以設(shè)置為透射模式或反射模式，一般對(duì)應(yīng)透射模式的顯示器會(huì)在后側(cè)配置背光，而對(duì)應(yīng)反射模式的則會(huì)在下偏振片后側(cè)貼附一層反射片。

在對(duì)上下電極施加電壓形成導(dǎo)通態(tài)的情況下，由于正性介電各向異性和電場(chǎng)的相互作用，液晶分子變成垂直取向，扭曲結(jié)構(gòu)解體，線偏振光的偏振方向在盒中傳播時(shí)不再旋轉(zhuǎn)，保持原來(lái)偏振方向到達(dá)輸出側(cè)。如果兩偏振片的光軸形成正交設(shè)置，則輸出側(cè)光的偏振方向垂直于前偏振片的光軸，無(wú)光輸出，呈黑態(tài);相反，若兩偏振片的光軸形成平行設(shè)置，則輸出側(cè)有光輸出，呈明態(tài)。

點(diǎn)陣式液晶顯示器件為了顯示出一定的圖形，需要在上下玻璃基板上分別設(shè)計(jì)多個(gè) X 方向、Y 方向的條形電極，在顯示器上形成多個(gè)具有上述結(jié)構(gòu)的電極交疊區(qū)域，行電極與列電極相互垂直交叉區(qū)域形成一個(gè)發(fā)光像素單元。當(dāng)進(jìn)行無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)時(shí)，逐行掃描，按列選通。由于液晶顯示器的響應(yīng)是與電壓均平方根的平均值保持一致的，故驅(qū)動(dòng)電極可以進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。通過(guò)像素的行電極和列電極間的電壓變換，就可以對(duì)顯示屏上的單元像素進(jìn)行顯示，所有的像素在整個(gè)幀周期內(nèi)不同時(shí)發(fā)光，逐行掃描，使得每個(gè)像素在一幀內(nèi)發(fā)光一次[6]。

無(wú)源矩陣的驅(qū)動(dòng)方式可以使得輸入線路最少化，解決引線太多帶來(lái)的設(shè)計(jì)和工藝?yán)щy，以點(diǎn)陣型 STN LCD 的電極設(shè)計(jì)為例子進(jìn)行說(shuō)明，通過(guò)上下輸入線路的交叉，在僅需要 N+M條輸入線的情況下，便可驅(qū)動(dòng) N×M個(gè)像素，在這種情況下，一個(gè)基板上的電極為掃描電極、另一個(gè)基板上的電極為信號(hào)電極，某個(gè)像素則必須在該行的掃描電極與該列的信號(hào)電極形成足夠大的電壓差的情況下，才會(huì)被開(kāi)啟點(diǎn)亮。這種驅(qū)動(dòng)掃描方式也因此極大增加了液晶顯示器的顯示信息容量。

2 交叉效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理

在無(wú)源驅(qū)動(dòng)液晶屏的顯示過(guò)程中，由于 STN LCD是由一片具有 COM引線和另外一片具有 SEGMENT 引線的兩片導(dǎo)電玻璃組成的，結(jié)構(gòu)上形成了電容元件的特性，當(dāng)容值過(guò)高時(shí)，LCD充電速度變慢，驅(qū)動(dòng)電壓的波形會(huì)產(chǎn)生失真，從而導(dǎo)致 COMMON引線和 SEGMENT引線波形疊加之后，半選點(diǎn)的電壓相對(duì)較高，因而導(dǎo)致部分非顯示半選點(diǎn)橫豎方向?qū)Ρ榷绕?，造成了顯示的暗線或暗影的問(wèn)題，特別是當(dāng) LCD 玻璃面積即顯示面積越大時(shí)，電容值則越大，交叉效應(yīng)越嚴(yán)重。另一方面當(dāng)引線電阻過(guò)高時(shí)，驅(qū)動(dòng)波形的響應(yīng)時(shí)間增加，也會(huì)造成加到LCD屏液晶之間的電壓波形產(chǎn)生失真，引起半選點(diǎn)和選擇點(diǎn)的電壓差縮小，所以導(dǎo)致顯示交叉效應(yīng)的出現(xiàn)。

以驅(qū)動(dòng) STN LCD 矩陣顯示器件為例，假設(shè)所驅(qū)動(dòng)的像素矩陣為一個(gè)3×2的矩陣 （ N=3，M=2），每個(gè)像素的液晶都可看成一個(gè)數(shù)值很大的電阻，整個(gè)像素矩陣可以等效為一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。若在掃描電極 X3上加電壓V0，而將 Y2接地，這樣R32兩端的電壓為 V0，但 X3同時(shí)還可以經(jīng)過(guò) R31導(dǎo)通 Y1，再經(jīng) R21導(dǎo)通 X2，經(jīng) R22導(dǎo)通 Y2（即地），即這3個(gè)電阻串聯(lián)起來(lái)，在其兩端也加電壓 V0，若假定每個(gè)像素的電阻都相等，在像素32加電壓 V0的同時(shí)，像素31上有 V0/2電壓，而其他像素上有 V0/4電壓。這里像素32是選擇點(diǎn)，像素31是半選擇點(diǎn)，而其他像素為非選擇點(diǎn)。這種在某一像素上加電壓，而其他像素上也有電壓的現(xiàn)象則稱為交叉效應(yīng)。對(duì)于行列數(shù)量較多的矩陣，則上述半選點(diǎn)、非選擇點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)多個(gè)電壓級(jí)別，使得顯示存在更加嚴(yán)重的不均勻現(xiàn)象。

按照上述分析，當(dāng)被掃描的像素加上信號(hào)電壓后，未被選址的像素點(diǎn)通過(guò)其他像素點(diǎn)也與信號(hào)端連接被加上部分信號(hào)電壓[7]。在半選擇點(diǎn)、非選擇點(diǎn)上也存在有電壓的情況下，由于在這些電壓下的透光率不可能與電壓為0時(shí)的透光率一致，因此這些半選擇點(diǎn)、非選擇點(diǎn)也都可能出現(xiàn)一定的透光率變化，從而引起偽顯示現(xiàn)象。假設(shè)為常白型顯示器，在存在交叉效應(yīng)的情況下，當(dāng)對(duì)液晶顯示器施加電壓 V0使其超過(guò)液晶的閾值電壓 Vth 時(shí)，選擇點(diǎn)像素32首先變黑，再增加電壓 V0可以使得半選擇點(diǎn)像素31的電壓也會(huì)超過(guò) Vth 而變黑，再進(jìn)一步增加電壓 V0，則非選擇點(diǎn)也將變黑，從而導(dǎo)致了顯示屏內(nèi)相鄰象素相互干涉而產(chǎn)生的一種可視的交叉效應(yīng)現(xiàn)象，由此極大降低了顯示畫(huà)面質(zhì)量。

3 改善交叉效應(yīng)的現(xiàn)行對(duì)策及其不足

為了改善無(wú)源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件的交叉效應(yīng)問(wèn)題，通常在器件設(shè)計(jì)中導(dǎo)入調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓方法、改善電光特性曲線方法、平均電壓法及最佳偏壓法等對(duì)策[8]。其中，采用平均電壓法設(shè)置選擇像素和非選擇像素的有效電壓值，即在選址像素的行和列電極上加一個(gè)全電壓的同時(shí)，在半選像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電極上也加一個(gè)偏置電壓，以此達(dá)到選點(diǎn)與非選點(diǎn)電壓差距較大，對(duì)比度更明顯，同時(shí)選通像素或非選通像素之間顯示狀態(tài)均一的目的，從而抑制液晶顯示器的交叉效應(yīng)。而通過(guò)最佳偏壓法，以獲得最大顯示對(duì)比度的驅(qū)動(dòng)方式也是目前液晶驅(qū)動(dòng)的主流設(shè)計(jì)方法。

上述對(duì)策的導(dǎo)入對(duì)交叉效應(yīng)問(wèn)題具有較明顯的改善作用，但卻只能在一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題，在實(shí)際效果上仍會(huì)存在交叉效應(yīng)現(xiàn)象。因此，本文通過(guò)深入研究和實(shí)驗(yàn)論證，分析出依然導(dǎo)致交叉效應(yīng)的深層原因，主要是因?yàn)樵趯?shí)際產(chǎn)品中，線路和像素都為一定數(shù)值的電阻，而不是理想的無(wú)電阻線路與無(wú)窮大電阻的電容，不同線路或像素之間的電阻不一致，會(huì)破壞電壓平均條件;另一方面由于驅(qū)動(dòng)波形一般為一定頻率的方波，而方波通過(guò)上述的電阻、電容線路，會(huì)發(fā)生波形的畸變與延遲，從而加劇了上述電阻不一致的影響程度，從而進(jìn)一步破壞了電壓平均條件。由此分析得出無(wú)源驅(qū)動(dòng)液晶器件像素點(diǎn)陣的阻容網(wǎng)絡(luò)延遲是導(dǎo)致交叉效應(yīng)的主要原因。如圖4所示，顯示器件像素內(nèi)部的液晶層由上、下配向?qū)铀鶌A持，而上、下配向?qū)觿t分別涂布在上、下電極上，因此，上、下電極由上配向?qū)?、液晶層、下配向?qū)痈糸_(kāi)，形成了平板電容結(jié)構(gòu)，可以將像素等效為由電容 CLC 和電阻 RLC 并聯(lián)而成的電路。

在無(wú)源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件設(shè)計(jì)中，像素的上電極與下電極需要通過(guò)一定的驅(qū)動(dòng)引線連接到驅(qū)動(dòng)芯片上，在芯片設(shè)置在液晶顯示器外部時(shí)，該驅(qū)動(dòng)引線包括由像素上、下電極連接到外接端口的 ITO （氧化銦錫）引線，其中外接端口形成在上玻璃與下玻璃錯(cuò)開(kāi)形成的臺(tái)階處（圖5（a）），而芯片也可以通過(guò)CoG （Chip on Glass）技術(shù)直接設(shè)置在臺(tái)階上，使得上、下電極可以通過(guò) ITO 引線直接連接到驅(qū)動(dòng)芯片的引腳上（圖5（b））。由于上述兩種情況涉及到像素、掃描線、數(shù)據(jù)線的位置因素，使得多個(gè) ITO 引線的長(zhǎng)度都不可能保持一致。而 ITO 引線以及上、下電極都為濺射在上、下基板玻璃上的氧化銦錫膜層，具有透明導(dǎo)電性，但是其電阻一般較大，方阻一般為10～200Ω/□，因此，長(zhǎng)度的不一致以及較大的電阻率，會(huì)導(dǎo)致連接到不同掃描線、數(shù)據(jù)線上的 ITO 引線的電阻出現(xiàn)較大的差別。同時(shí)由于 ITO 引線之間都靠攏得較近，相互之間也存在著寄生電容[9]。另外，由于同一行的像素采用一根掃描電極貫穿、同一列的像素采用一根數(shù)據(jù)電極貫穿，因此，同一行相鄰像素的上電極之間以及同一列相鄰像素的下電極（假設(shè)下電極為列電極）之間都存在著網(wǎng)絡(luò)電阻 Rn。

根據(jù)上述分析，對(duì)于像素點(diǎn)陣的電路，可將其每一行都等效為一個(gè)阻容低通濾波器電路，由于每一個(gè)像素之前的像素對(duì)該像素都具有低通濾波作用，使得在同一個(gè)掃描線上，所施加的驅(qū)動(dòng)波形按照各個(gè)像素的順序逐步出現(xiàn)延遲，延遲的作用使遠(yuǎn)端驅(qū)動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)逐步增大的指數(shù)衰減，每一列的像素也可以看成同樣的低通濾波電路，因此也會(huì)出現(xiàn)同樣的延遲現(xiàn)象。為了進(jìn)一步分析這種延遲現(xiàn)象導(dǎo)致的交叉效應(yīng)，如圖6所示，建立2×2點(diǎn)陣的等效阻容低通濾波電路網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行說(shuō)明。

假定當(dāng)顯示時(shí)像素1為開(kāi)啟點(diǎn)，其他像素為非開(kāi)啟點(diǎn)，按照平均電壓法，并且考慮了經(jīng)過(guò)低通濾波電路之后的信號(hào)衰減，在其顯示過(guò)程中，像素的各個(gè)電極上的電壓波形如圖7所示，可以很明顯地看出，非開(kāi)啟像素3與像素2、4的波形存在明顯的差別，按照積分公式可以確定其平均電壓值會(huì)存在差異，等同于非開(kāi)啟點(diǎn)的有效電壓出現(xiàn)了不一致，結(jié)合電光特性曲線，可推斷出會(huì)重新出現(xiàn)交叉效應(yīng)導(dǎo)致的顯示不均。

假定像素 A 的同列其他像素都為開(kāi)啟，另外一個(gè)像素 B 的同列其他像素則沿著該列交錯(cuò)開(kāi)啟或關(guān)閉，考慮了低通濾波的作用之后，其波形便會(huì)分別衰減為圖8 （a） ～ （b）的波形。因此，通過(guò)積分公式可得出這兩個(gè)波形導(dǎo)致的平均電壓出現(xiàn)差別的結(jié)論，而且可以明確在多路驅(qū)動(dòng)下，更加容易出現(xiàn)這種電壓差別，這種電壓差別將會(huì)導(dǎo)致明顯的交叉效應(yīng)。

依據(jù)上述分析論證可明確，在平均電壓法下，每一幀的波形都包含1個(gè)選擇時(shí)間片和 N-1個(gè)非選時(shí)間片，其中 N-1個(gè)時(shí)間片內(nèi)，其驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)在 V0/b 和-V0/b 間跳躍，并形成了總數(shù)為 n 的電壓上升沿和下降沿，其中 n 是由同列其他像素的顯示狀態(tài)決定的。在液晶電容與線路構(gòu)成的低通濾波網(wǎng)路導(dǎo)致衰減的情況下，電壓的上升、下降沿會(huì)出現(xiàn)畸變，這種畸變導(dǎo)致了整幀波形的均方根有效電壓出現(xiàn)變化。而這種變化是由數(shù)量 n 所決定的，而 n 決定于同列其他像素的顯示狀態(tài)。因此，該像素的顯示也就受到了同列其他像素的顯示狀態(tài)的影響，從而導(dǎo)致了交叉效應(yīng)的出現(xiàn)。

遏制上述的交叉效應(yīng)只能通過(guò)減少低通濾波網(wǎng)路的衰減入手，通常這種衰減可以通過(guò)特征時(shí)間τ來(lái)表示，τ越大，則上升、下降沿的畸變?cè)酱?，而?duì)于阻容網(wǎng)絡(luò)回路來(lái)說(shuō)有：

式中：R 為整個(gè)回路的電阻，包含網(wǎng)路電阻 Rn 及引線電阻; CLC 為像素電容。

降低整個(gè)回路的電阻或像素電容，都可以減少低通濾波網(wǎng)路的衰減，從而達(dá)到遏制上述交叉效應(yīng)的目的。

4 進(jìn)一步改善對(duì)策

經(jīng)過(guò)第3章分析，在無(wú)源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件的像素電容及引線電阻所構(gòu)成的低通濾波網(wǎng)絡(luò)的衰減作用下，平均電壓法所采用的波形會(huì)發(fā)生失真畸變，最終導(dǎo)致了交叉效應(yīng)現(xiàn)象依舊存在。因此，為進(jìn)一步遏制交叉效應(yīng)，還可以通過(guò)降低像素電容，降低 ITO 薄膜的方阻，通過(guò)圖形的優(yōu)化設(shè)計(jì)降低引線電阻以及提高布線電阻一致性等方面進(jìn)行評(píng)估改善。

4.1 降低像素電容

降低像素電容主要是從提高液晶層的厚度和降低液晶層的相對(duì)介電常數(shù)這兩方面開(kāi)展驗(yàn)證。為了驗(yàn)證降低像素電容是否可以減少交叉效應(yīng)的影響，試驗(yàn)將 STN LCD的液晶層厚度由5μm調(diào)整為6μm 、液晶介電常數(shù)由6.4降低為5.9，對(duì)應(yīng)的像素電容由11.3 pF/mm2降低到8.7 pF/mm2，同樣采用平均電壓法進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，改善后的樣品，交叉效應(yīng)現(xiàn)象有明顯的減弱。但這種方法需要改變液晶層厚度或者液晶材料的介電常數(shù)，而液晶層厚度的改變會(huì)對(duì)顯示器光學(xué)設(shè)計(jì)的合理性造成影響，另一方面，介電常數(shù)太低的液晶由于通用性不強(qiáng)，成本較貴，而且會(huì)對(duì)液晶的其他性能，如介電各向異性、折射率、響應(yīng)速度、電光特性曲線造成影響，因此，這種降低像素電容的方法，在實(shí)際應(yīng)用中存在一定局限性。

4.2 通過(guò)降低 ITO薄膜方阻降低引線電阻

通過(guò)降低 ITO 薄膜的方阻，可使像素間電阻 Rn 以及引線電阻降低，從而降低了阻容線路的時(shí)間常數(shù)τ。為了驗(yàn)證該方法對(duì)改善交叉效應(yīng)的作用，在一款存在交叉效應(yīng)的樣品上開(kāi)展改善驗(yàn)證，將該樣品的 ITO 薄膜方阻由100Ω/□降低為10Ω/□，如圖9所示，改善前的樣品交叉效應(yīng)非常明顯，在顯示畫(huà)面多個(gè)“1”字形成直列中，“1”字的間隙的亮度明顯高于相鄰區(qū)域不存在“1”字的區(qū)域，降低 ITO 薄膜方阻的樣品，交叉效應(yīng)問(wèn)題則得到顯著改善。

依據(jù)上述分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可明確 ITO 薄膜的方阻值越小，則交叉效應(yīng)越不明顯。但是，ITO 薄膜方阻越小，對(duì)應(yīng)的制備成本則越高，而且由于方阻降低后導(dǎo)致的薄膜厚度增大，使得在制作完圖形之后，薄膜邊緣的凹凸較大，容易對(duì)液晶層的配向造成影響。所以非常有必要推算制定出 ITO 薄膜方阻的最大允許值Rmax，并且以此最大允許值來(lái)指導(dǎo)實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)。通過(guò)驗(yàn)證并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可以明確Rmax與平均電壓法下的驅(qū)動(dòng)行數(shù) N、頻率f以及像素的電容等都是負(fù)相關(guān)的，即驅(qū)動(dòng)行數(shù) N、f、C 越高，則要求更低的Rmax，因此可以總結(jié)出如下經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：K 為一經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，不同生產(chǎn)廠家數(shù)據(jù)有區(qū)別，結(jié)合廠家生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通常取值在1.0～10.0之間（單位為 mF ·Hz ·Ω/□），若 K=5，則對(duì)于像素電容 CLC=10 pF、 N=128的液晶顯示器，采用頻率64 Hz進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其需要的 ITO 薄膜方阻約為61Ω/□。

4.3 通過(guò)圖形走線優(yōu)化，降低引線電阻并提高電阻均勻性

液晶顯示器件在做引線設(shè)計(jì)時(shí)，若繞行距離太長(zhǎng)，則引線電阻值相對(duì)較大。通過(guò)重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，在合理位置對(duì)其進(jìn)行加寬處理，可以有效降低線路電阻。另外采用叉分設(shè)計(jì)或跳線設(shè)計(jì)，如圖10所示，把引線中線路偏長(zhǎng)的部分分為多路，每一路分別連接到不同的像素，因而使得每一段線路的電阻變小，最終降低對(duì)應(yīng)線路的負(fù)載。如圖11所示，采用跳線設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)置在周邊的上、下 ITO 導(dǎo)電薄膜間的導(dǎo)電點(diǎn)，將線路跳到另外一層 ITO 導(dǎo)電薄膜上，從而使得引線更短，電阻更小。通常叉分設(shè)計(jì)需要結(jié)合跳線設(shè)計(jì)，才能避免叉分后的線路沖撞。

經(jīng)實(shí)測(cè)，針對(duì)存在交叉效應(yīng)的產(chǎn)品重新進(jìn)行圖形走線優(yōu)化設(shè)計(jì)，重新制樣并按原方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)顯示，如圖12所示，交叉效應(yīng)的問(wèn)題基本已得到遏制。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)應(yīng)用于車載領(lǐng)域的無(wú)源驅(qū)動(dòng) TN/STN液晶顯示器件，在其結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)、工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)其存在的交叉效應(yīng)問(wèn)題做了深層次分析，指出在平均電壓法下，每一幀的波形都包含1個(gè)選擇時(shí)間片和 N-1個(gè)非選時(shí)間片，其中 N-1個(gè)時(shí)間片內(nèi)，其驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)在 V0/b 和-V0/b 間跳躍，并形成了總數(shù)為 n 的電壓上升沿和下降沿，其中 n 是由同列其他像素的顯示狀態(tài)決定的。在液晶電容與引線線路構(gòu)成的低通濾波網(wǎng)路導(dǎo)致衰減的情況下，電壓的上升、下降沿會(huì)出現(xiàn)畸變，這種畸變導(dǎo)致了整幀波形的均方根有效電壓出現(xiàn)變化，這種變化是由數(shù)量 n 所決定的，而 n 決定于同列其他像素的顯示狀態(tài)。因此，該像素的顯示也就受到了同列其他像素的顯示狀態(tài)的影響，最終導(dǎo)致產(chǎn)生了交叉效應(yīng)現(xiàn)象。為了進(jìn)一步解決由該原因?qū)е碌慕徊嫘?yīng)，本文提出了幾種對(duì)策，主要包括降低像素電容，降低 ITO 薄膜的方阻，通過(guò)圖形的優(yōu)化設(shè)計(jì)降低引線的電阻，減少低通濾波網(wǎng)絡(luò)的衰減作用以及提高線路的電阻均勻性等。通過(guò)系列對(duì)比驗(yàn)證可知，合理選擇 ITO 薄膜的方阻值以及通過(guò)優(yōu)化像素電極的引線設(shè)計(jì)為兩種更加合理有效的方法，優(yōu)化像素電極的引線設(shè)計(jì)可以通過(guò)合理調(diào)節(jié)不同引線的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)，并可結(jié)合叉分設(shè)計(jì)與跳線設(shè)計(jì)等方法，降低引線阻抗，以進(jìn)一步遏制交叉效應(yīng)，更好地提高無(wú)源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件 TN/STN LCD 在車載領(lǐng)域應(yīng)用的顯示效果，使得此類液晶顯示器件可以進(jìn)一步滿足一些高端用戶需求。

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第一作者簡(jiǎn)介：楊燁（1973-），女，湖北武漢人，碩士研究生，工程師，研究領(lǐng)域?yàn)橐壕э@示與觸控技術(shù)開(kāi)發(fā)。

※通訊作者簡(jiǎn)介：沈奕（1974-），男，廣東潮州人，博士研究生，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究領(lǐng)域?yàn)槠桨屣@示及觸控技術(shù)開(kāi)發(fā)。

（編輯：刁少華）