液晶顯示模塊設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題(圖)

對(duì)比度
　　對(duì)比度是描述一個(gè)顯示器件在顯示時(shí)前景(如顯示的文字、圖形等)和背景之間明暗差別大小的一個(gè)量。以正性液晶顯示器件為例，對(duì)比度公式如下：
　　cr=(n1/n2)×100%
　　cr是對(duì)比度，n1是像素點(diǎn)未顯示時(shí)的光線透過(guò)率，n2是像素點(diǎn)顯示時(shí)的光線透過(guò)率。對(duì)比度越大，顯示就越清楚，反之，則顯示暗淡不清。lcd的對(duì)比度與其自身的特性關(guān)系較大，如電光特性曲線的陡度等。從電路驅(qū)動(dòng)的角度來(lái)講對(duì)比度的控制主要受下面幾個(gè)參數(shù)的影響。

　　● 偏壓電路
　　設(shè)ic的驅(qū)動(dòng)路數(shù)為n，那么驅(qū)動(dòng)波形的占空比d和偏壓b為：

　　
　　以hitachi的驅(qū)動(dòng)芯片hd61203為例，驅(qū)動(dòng)lcd的最大路數(shù)為64，即占空比為d=1/64，那么偏壓比b=1/9，如圖1所示，偏壓電路中r2的取值應(yīng)是r1的5倍，r2=5r1。例如r1=1k，則r2=5r1=5k。

　　當(dāng)芯片的驅(qū)動(dòng)路數(shù)大于64個(gè)時(shí)，芯片的工作頻率也會(huì)相應(yīng)提高，同時(shí)偏壓電阻也會(huì)因?yàn)槠珘罕鹊脑龃蠖岣咦柚怠＿@樣就不可避免地使偏壓電路的幾個(gè)輸出端v1、v2等的驅(qū)動(dòng)能力下降，這就對(duì)lcd的驅(qū)動(dòng)帶來(lái)了負(fù)面影響。為了解決高路數(shù)屏的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，在偏壓電路的設(shè)計(jì)上，應(yīng)當(dāng)提高v1、v2等輸出端的驅(qū)動(dòng)能力。

　　在圖1中，在各輸出端增加了運(yùn)算放大器lm324。lm324是一個(gè)具有四運(yùn)放的可使用正負(fù)電源工作的運(yùn)算放大器。它的每一個(gè)運(yùn)放都接成電壓跟隨器的形式，使得v1、v2等輸出端的驅(qū)動(dòng)能力大大增強(qiáng)，可以大大改善lcd的對(duì)比度。電路中的rc為10～20kω的可變電阻，在模塊對(duì)外部的接口處引出，可以隨時(shí)調(diào)整顯示的對(duì)比度。

　　● 驅(qū)動(dòng)波形的改善
　　由于一般的模塊電路設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)須進(jìn)行電磁干擾分析。但在高占空比產(chǎn)品中，用示波器可以發(fā)現(xiàn)芯片的輸出波形往往會(huì)變得較差，這對(duì)顯示的對(duì)比度也有一定程度的影響。為了改變這種情況，可以在偏壓電路的每個(gè)電阻上并聯(lián)一個(gè)0.1μf的電容，可改善輸出波形。

　　以輸出b形波的芯片的com線為例。在沒(méi)有加電容之前選擇點(diǎn)和半選點(diǎn)的電壓波形都有畸變，畸變嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成串?dāng)_影響顯示對(duì)比度，波形如圖2所示。增加電容后，波形會(huì)得到很大的改善，波形如圖3所示。




　　● 工作頻率問(wèn)題
　　在實(shí)際調(diào)試一款顯示容量為128×64點(diǎn)陣顯示的模塊樣品時(shí)，發(fā)現(xiàn)模塊在隔行顯示時(shí)，顯示明顯變淡，對(duì)比度極差。經(jīng)分析后認(rèn)為，有兩種辦法可以解決。一是調(diào)整模塊的rc振蕩電路，降低r的阻值，使振蕩頻率由原來(lái)的47khz下降為20khz；二是在偏壓電路部分加入驅(qū)動(dòng)電路(如前所述)。兩種辦法都達(dá)到了預(yù)期效果。但第一種辦法由于降低了模塊的工作頻率，因而會(huì)使顯示的禎頻也隨之降低，這就造成了lcd整屏顯示時(shí)會(huì)象電視畫(huà)面一樣產(chǎn)生的閃爍現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在熒光燈下觀察更容易發(fā)現(xiàn)，不過(guò)在自然光線或白熾燈下顯示效果還算理想，在實(shí)際調(diào)試時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的電阻值；第二種辦法會(huì)增加產(chǎn)品的成本。

　　● 液晶顯示屏設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
　　液晶顯示屏是由具有透明電極的ito玻璃和液晶、偏振片等材料組成的。從電路的角度來(lái)講，lcd上ito走線電阻的大小對(duì)顯示對(duì)比度有很大的影響。lcd的一個(gè)近似等效電路如圖4所示。其中r1表示從lcd電極到lcd像素點(diǎn)的ito電阻；r2表示lcd像素點(diǎn)的等效直流電阻；c表示該像素點(diǎn)的等效電容。

　　要實(shí)現(xiàn)良好的對(duì)比度，應(yīng)該降低r1，增大r2，同時(shí)使c的容抗也盡量增加，這樣才會(huì)使這條支路上的電壓大部分降在lcd的像素點(diǎn)上，下面分別討論這幾個(gè)參數(shù)的情況。

　　一般情況下，c通常為每平方厘米幾個(gè)皮法。在lcd驅(qū)動(dòng)波形的頻率較高時(shí)，c的容抗變小，電流將增加，這會(huì)使ic驅(qū)動(dòng)波形的幅值被拉低，造成液晶分子不能在驅(qū)動(dòng)電壓的作用下很好地“立起”或“倒下”，使得它對(duì)光線的調(diào)制能力減弱而使對(duì)比度變差。在頻率不變的前提下，要減小c值使回路阻抗增大，以降低lcd自身功耗對(duì)ic驅(qū)動(dòng)能力的影響。根據(jù)平板電容器的電容公式：c=s/4πkd(c是介電常數(shù)；s是平行板的正對(duì)面積；k是靜電系恒量；π是常數(shù))

　　電容的大小，主要受兩方面的影響，一是象素點(diǎn)的面積s；二是上下兩片玻璃ito之間的距離d。由于象素點(diǎn)的大小已經(jīng)由客戶(hù)確定，不能改變，要減小c值只能在d上考慮，但由于生產(chǎn)工藝的原因，d的可調(diào)范圍很小，一般只有幾個(gè)微米。因此c調(diào)整將非常有限。

　　那么剩下的兩個(gè)參數(shù)中的r2，其阻值的大小主要是由液晶純度決定的。液晶越純，其中的自由離子就越少，等效直流電阻就會(huì)越大，因此在lcd的生產(chǎn)中注意環(huán)境的凈化程度，保證各環(huán)節(jié)不會(huì)受到污染，從而保證液晶的純度，使r2最大。至于r1，對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，要在設(shè)計(jì)過(guò)程盡量減小r1卻是相對(duì)容易的，這也是所討論的這幾個(gè)參數(shù)中最容易調(diào)節(jié)和有效的。

　　下面將說(shuō)明如何在設(shè)計(jì)中減小ito的走線電阻r1，示意圖如圖5。

　　描述ito電阻的一個(gè)主要參數(shù)是方塊電阻r□。r□是ito玻璃生產(chǎn)商提供的一個(gè)參數(shù)，小到十幾歐姆，大到一百幾十歐姆。其大小與ito材質(zhì)的電阻率和ito膜的厚度有關(guān)。在r□一定的條件下，一段ito走線電阻的大小是由走線長(zhǎng)度和線寬決定的。一段長(zhǎng)為l，寬為d的ito走線的電阻計(jì)算方法為，r=h(l/d)r□

　　例如，已知r□=30ω/□，長(zhǎng)l1=40mm，l2=30mm，寬d1=0.5mm，d2=0.4mm，那么這段ito走線的電阻r1=(l1/d1+l2/d2)r□=(40/0.5+30/0.4)×30=4.65kω。

　　從電阻的計(jì)算公式可以看出，在r□一定的前提下，要減小走線電阻r1，只能縮短ito的走線長(zhǎng)度l和增加ito走線的寬度d。在設(shè)計(jì)lcd的布線時(shí)，應(yīng)格外注意這一點(diǎn)，以使整段ito走線的電阻盡量小，這在cog(chip on glass)類(lèi)液晶顯示模塊產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。

　　另外，在縮短走線長(zhǎng)度l和增加線寬d的同時(shí)，應(yīng)注意整個(gè)屏上ito走線的電阻分布情況。一般來(lái)說(shuō)，l比較大的，相應(yīng)地d也要大，對(duì)于每一條ito走線都要保證公式中l(wèi)/d是一個(gè)基本不變的量，從而使r分布的盡量均勻，這也有助于改善整個(gè)屏的對(duì)比度。

　　● 背光源
　　由于液晶顯示器是靠反射光線進(jìn)行顯示的器件，因此在環(huán)境光線較弱時(shí)，就需要有光源來(lái)使顯示變得清晰。這就產(chǎn)生了液晶顯示的采光技術(shù)。從目前背光源的類(lèi)型來(lái)看，一般分為led型、el型和ccfl型。下面簡(jiǎn)單介紹這三種背光源各自的特點(diǎn)和選用原則。

　　led背光源具有工作電壓低、亮度高、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)光顏色也有多種，但工作電流較大。一般一支led典型的工作電壓是2.1v，電流約10ma左右。在背光源的實(shí)際電路中，是把兩支led串聯(lián)使用，使工作電壓接近數(shù)字電路的工作電壓5.0v。在顯示面積較大的情況下，需要把很多l(xiāng)ed串聯(lián)后再并聯(lián)起來(lái)，需要很大的電流。例如，一個(gè)發(fā)光面積為80.0mm×30.0mm的led背光源就需要24對(duì)led并聯(lián)到一起，工作電流將達(dá)到240ma。這樣大的電流對(duì)于功耗要求嚴(yán)格的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是不允許的。為了降低電流，可以使用側(cè)部發(fā)光的背光源。這種背光源是在導(dǎo)光板的側(cè)部安裝了led的背光源，具有光線均勻、電流低、體積小的優(yōu)點(diǎn)。

　　el背光源是通過(guò)交變電場(chǎng)激發(fā)在兩片透明電極中間的熒光粉發(fā)光而制成的，最大的特點(diǎn)是特別薄，厚度一般不超過(guò)0.8mm，而且發(fā)光均勻。缺點(diǎn)是需要較高交流電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)(ac100v，400hz)、壽命短。功耗一般為每平方厘米幾個(gè)毫瓦，亮度為每平方米幾十坎德拉。發(fā)光顏色有天藍(lán)色、綠色、黃色等多種顏色，實(shí)際使用時(shí)，需要專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)器。

　　ccfl背光源是這三種背光源中亮度最高的，可達(dá)到每平方米幾千坎德拉。工作電壓是1000v左右的交流電，在實(shí)際使用中也需要配置專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路。一般在顯示面積較大時(shí)采用這種類(lèi)型的背光源，如筆記本電腦等。
總的來(lái)說(shuō)，這三種背光源性能各有千秋，在實(shí)際設(shè)計(jì)液晶顯示模塊時(shí)可根據(jù)具體情況選擇合適的光源類(lèi)型。