**TFT在显示器中作为开关的工作要求

主要介绍了薄膜晶体管（TFT）在像素驱动中的时间和电阻约束条件。

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1. 基本电路结构

• 电路组成：

  • $V_{\text{row}}$：行电压，用于选择行。
  • $V_{\text{data}}$：数据电压，决定像素亮度。
  • TFT：起到开关的作用，控制像素电容的充放电。
  • $C_{\text{LC}}$：液晶电容（主要像素电容）。
  • $C_{\text{S}}$：存储电容，用于稳定像素电压。

• TFT电阻：

  • $R_{\text{ON}}$：TFT在导通状态的电阻。
  • $R_{\text{OFF}}$：TFT在关断状态的电阻。

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2. 关断时间的约束 (Leakage Constraint)

• 当TFT关断时，像素电压会由于漏电流通过TFT的寄生电阻$R_{\text{OFF}}$而发生泄漏。为确保像素电压保持稳定，泄漏量必须很小。

1. 像素电压的泄漏方程：
   由于漏电流通过$R_{\text{OFF}}$产生电压变化，时间约束可以表示为：
   $$T_{\text{OFF}}=R_{\text{OFF}}\cdot (C_{\text{LC}}+C_{\text{S}})$$
   其中：

   • $T_{\text{OFF}}$：像素在TFT关断期间保持电压的时间。
   • $R_{\text{OFF}}$：TFT关断状态的电阻。
   • $C_{\text{LC}}$ 和 $C_{\text{S}}$：总像素电容（包括液晶电容和存储电容）。

2. 确保泄漏电压小于1%：
   为了保证像素电压在一帧时间$T_{\text{FRAME}}$内的泄漏小于1%，有：
   $$T_{\text{OFF}}=\frac{T_{\text{FRAME}}}{0.01}$$
   结合泄漏时间公式：
   $$R_{\text{OFF}}=\frac{100T_{\text{FRAME}}}{C_{\text{LC}}+C_{\text{S}}}$$

   • 含义：$R_{\text{OFF}}$ 必须足够大，以限制像素电压在关断期间的泄漏。

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3. 导通时间的约束 (Charging Constraint)

• 当TFT导通时，它需要将数据电压$V_{\text{data}}$快速加载到像素电容上。

1. 像素电压的充电时间方程：
   在TFT导通期间，像素电压的充电时间与$R_{\text{ON}}$ 和总电容有关：
   $$T_{\text{ROW\_ADDRESS}}=5\cdot T_{\text{RC}}$$
   其中：

   • $T_{\text{ROW\_ADDRESS}}$：一行像素的充电时间。
   • $T_{\text{RC}}$：电阻-电容时间常数，表示充电过程的时间尺度。

2. 充电时间常数定义：
   $$T_{\text{RC}}=R_{\text{ON}}\cdot (C_{\text{LC}}+C_{\text{S}})$$

3. 结合帧时间 (Frame Time)：
   在一帧时间内，每行的充电时间必须小于总时间的$\frac{1}{N}$（其中 $N$ 是像素行数）。因此有：
   $$T_{\text{FRAME}}/N=5\cdot R_{\text{ON}}\cdot (C_{\text{LC}}+C_{\text{S}})$$
   整理得到：
   $$R_{\text{ON}}=\frac{T_{\text{FRAME}}}{5N(C_{\text{LC}}+C_{\text{S}})}$$

   • 含义：$R_{\text{ON}}$ 必须足够小，确保像素电容能够在规定时间内完成充电。

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4. 导通/关断电阻比的约束

为了确保像素在导通和关断之间的切换性能良好，$R_{\text{ON}}$ 和 $R_{\text{OFF}}$ 之间必须满足一定的比值关系：

1. 电阻比关系：
   $$\frac{R_{\text{OFF}}}{R_{\text{ON}}}\ge 500N$$
   其中：

   • $N$：行数（像素行数）。
   • 500：经验系数，确保像素电压的稳定性。

2. 物理意义：

   • $R_{\text{OFF}}$：需要足够大，防止像素电压泄漏过快。
   • $R_{\text{ON}}$：需要足够小，确保像素电容快速充电。
   • 比值约束：保证TFT能够在一帧时间内完成充放电，同时维持像素电压的稳定性。

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5. 像素电压稳定性的总结

通过以上推导，TFT的像素约束可以总结为：

1. 关断电阻约束：
   $$R_{\text{OFF}}=\frac{100T_{\text{FRAME}}}{C_{\text{LC}}+C_{\text{S}}}$$
2. 导通电阻约束：
   $$R_{\text{ON}}=\frac{T_{\text{FRAME}}}{5N(C_{\text{LC}}+C_{\text{S}})}$$
3. 导通/关断电阻比：
   $$\frac{R_{\text{OFF}}}{R_{\text{ON}}}\ge 500N$$

这些约束确保了TFT在显示器像素驱动中的稳定性和可靠性：

• $R_{\text{ON}}$ 小：快速充电。
• $R_{\text{OFF}}$ 大：减少泄漏。
• 比值关系：确保切换时的性能。