在FPD技术中﹐STN LCD已经有了相当长的发展历史。它以其成熟的工艺和低制做成本在大部分显示器应用领域中占有优势﹐例如﹕游戏机﹑便携式电话﹑PDA和许多其它需要小尺寸显示器的产品。随著信息产业的不断发展﹐对于显示器的要求也越来越严格﹐它必须具备更高的分﹑更快的响应速度以及更小的象素间距。在显示器的规格中对彩色显示器的要求更苛刻。尽管如此﹐彩色STN显示器已经开发并被显示器市场所接受。比较有效矩阵显示器﹐STN LCD要面对的困难就是crosstalk的问题。Crosstalk现象大体上讲是由相邻象素相互干涉而产生的一种可见的缺点。它就象一个半透明的尾巴﹐是从属图案﹐只会在某些画面中出现。但不幸的是﹐我们的显示质量会因此而下降(这种现象如Fig.1所示)。


 
Crosstalk现象是如何产生的?

产生crosstalk现象的原因有两种﹕屏的特性和IC的性能。Fig.2所示的是LCD屏的电模型。每个电容表示一个显示象素﹐每条线上的电阻描述该条线所代表的ITO的阻值。


 
启动象素﹐电容两边会产生一个电压。这个均方根电压通过电容决定象素的亮显。因此在同一列的象素由一个信号线驱动﹐电压通过一个象素时会受到同一列的其它象素的影响。当通过同一行的不同象素的电压不同时﹐crosstalk现象就会产生。

如何测量crosstalk现象?

因为crosstalk现象是一种从属图案﹐所以需要特定的测试模式来测量它的存在。Fig.3a和Fig.3b描述了两种图案可以有效的检测crosstalk现象。这些长条会产生更多的crosstalk。实心的线条检测驱动问题比较有效﹐虚线的长条对于检测屏的相关问题比较有效。对于灰阶或CSTN LCD﹐因为它们更易受到crosstalk现象的影响﹐所以需要横向的灰色线条。


 
单色和灰阶显示的不同

Fig.4a和Fig.4b分别描述了单色和灰阶显示器的电压和透射比(VT)的曲线。假设两相邻象素的均方根电压相差Δv(如Fig.4a所示)﹐透射比相差Δt2﹐Δt2小于Δt1。因此﹐在单色STN中具有比较陡峭变化的VT曲线的屏会减少crosstalk现象。但是﹐从Fig.4b中可以看出在灰阶或CSTN显示中Δt2大于Δt1﹐这就是说﹐灰阶或CSTN显示屏需要较为平缓的VT曲线。从Fig.4b还可以看出crosstalk现象在两灰阶处比在黑白区域严重。


 
驱动电压的要求

由之前的部分可知﹐灰阶显示器的理想VT曲线是线性的(如Fig.5a所示)。


 
假设灰度级别均勻的分布在选择和非选择区域﹐两灰度级之间的均方根电压如Fig.5b所示。例如﹕一个4k彩色STN显示器﹐每个三原色象素需要显示4或16灰阶。如果显示80行﹐并且其VLCD为10V﹐那么两灰度级之间的均方根电压为10mV。为了保证两相邻灰度级或颜色之间能被识别﹐crosstalk的影响必须小于这个电压。随著显示器尺寸和灰阶数的增加﹐这个电压也越来越小。

对成品率的影响


 
对于一个80行﹐16灰阶﹑VLCD为10V。Fig.6图示了一个模拟的均方根电压波形它是500个驱动IC随意在VL2到VL5之间转换偏移。从Fig.4b中可以看到在波形的初始阶段超过28%的都不能接近需求的10mV电压。为了改善这种趋势﹐LCD驱动的输出电压必须被改善。

屏的影响

如Fig.7所示可知﹐LCD的ITO电阻和LC电容对均方根电压有影响。
 
RC的升降时间与均方根之间的关系如下图所示。一个1/10bias的屏﹐VLCD为10V﹐它的蜂蜂值由Fig.7可知是2V。为了符合低于10mV漂移(0.5% of 2V)的要求﹐所以RC的升降时间要小于1us。


 
改善crosstalk现象的解决方案

要减少crosstalk﹐就必需使RC的输入值尽可能的小。减小电容或ITO电阻对crosstalk现象都会起到改善作用。尤其是COG产品﹐电路中的ITO电阻和布局﹐以及由ITO引起的噪声干扰最易产生crosstalk现象。最佳的VT特性曲线对crosstalk现象也有改善作用。

除了以上提到的方法﹐也可以用N行反转的驱动方法来改善(如SSD1851)。N行反转的方法可以用软件设计使任何个指定的N行反转﹐从而改善由屏引起的crosstalk现象。它的原理是用减少扫描行的数量来影响象素。例如一个64行模组﹐其中一列上的一个选择态象素会受到其它63个非选择态象素的影响。如果采用13行反转﹐影响的象素就会减少到12。

面对市场﹐将来所要做的改进

最近几年﹐在手机市场上彩色显示器的采用明显增多。大约有70%的彩色显示器采用的是color STN﹐而且这个数字还在持续增长。主要的手机制造商﹐如Motorola﹐SonyErisson和Nokia都已经连续引进彩屏手机作为下一代。手机显示器市场正在逐步从单色和灰阶显示转变为彩色显示。为了适应市场需求STN LCD的crosstalk现象必需解决。从IC设计到屏的制造﹐许多参数都会影响到最终结果﹐所以各方面的作用都很重要。