液晶顯示模塊設計中應注意的幾個問題(圖)

隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，作為信息顯示終端之一的LCD器件也得到了空前的發(fā)展。在FPD(Flat panel display)器件中，LCD以其輕、薄、小、耗電低等優(yōu)點而一枝獨秀。

為LCD配置了驅(qū)動電路，就形成了液晶顯示模塊LCM(Liquid Crystal Module)。它的基本組成部件除了LCD、驅(qū)動電路外一般還有連接件、背光源等。液晶顯示模塊同一個系統(tǒng)中的其他電路一樣，有簡單的接口，并提供了豐富的控制顯示的指令系統(tǒng)。為整機的開發(fā)節(jié)約了時間。下面討論LCM設計中的應注意的幾個問題及解決方法。

對比度

對比度是描述一個顯示器件在顯示時前景(如顯示的文字、圖形等)和背景之間明暗差別大小的一個量。以正性液晶顯示器件為例，對比度公式如下：

Cr=(N1/N2)×100%

Cr是對比度，N1是像素點未顯示時的光線透過率，N2是像素點顯示時的光線透過率。對比度越大，顯示就越清楚，反之，則顯示暗淡不清。LCD的對比度與其自身的特性關系較大，如電光特性曲線的陡度等。從電路驅(qū)動的角度來講對比度的控制主要受下面幾個參數(shù)的影響。

工作頻率問題

在實際調(diào)試一款顯示容量為128×64點陣顯示的模塊樣品時，發(fā)現(xiàn)模塊在隔行顯示時，顯示明顯變淡，對比度極差。經(jīng)分析后認為，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，使振蕩頻率由原來的47kHz下降為20kHz；二是在偏壓電路部分加入驅(qū)動電路(如前所述)。兩種辦法都達到了預期效果。但第一種辦法由于降低了模塊的工作頻率，因而會使顯示的禎頻也隨之降低，這就造成了LCD整屏顯示時會象電視畫面一樣產(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)，不過在自然光線或白熾燈下顯示效果還算理想，在實際調(diào)試時可以根據(jù)實際情況，選擇合適的電阻值；第二種辦法會增加產(chǎn)品的成本。

液晶顯示屏設計中應注意的問題

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。從電路的角度來講，LCD上ITO走線電阻的大小對顯示對比度有很大的影響。LCD的一個近似等效電路如圖4所示。其中R1表示從LCD電極到LCD像素點的ITO電阻；R2表示LCD像素點的等效直流電阻；C表示該像素點的等效電容。

要實現(xiàn)良好的對比度，應該降低R1，增大R2，同時使C的容抗也盡量增加，這樣才會使這條支路上的電壓大部分降在LCD的像素點上，下面分別討論這幾個參數(shù)的情況。

一般情況下，C通常為每平方厘米幾個皮法。在LCD驅(qū)動波形的頻率較高時，C的容抗變小，電流將增加，這會使IC驅(qū)動波形的幅值被拉低，造成液晶分子不能在驅(qū)動電壓的作用下很好地“立起”或“倒下”，使得它對光線的調(diào)制能力減弱而使對比度變差。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IC驅(qū)動能力的影響。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，一是象素點的面積S；二是上下兩片玻璃ITO之間的距離d。由于象素點的大小已經(jīng)由客戶確定，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，一般只有幾個微米。因此C調(diào)整將非常有限。

那么剩下的兩個參數(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)不會受到污染，從而保證液晶的純度，使R2最大。至于R1，對于設計人員來說，要在設計過程盡量減小R1卻是相對容易的，這也是所討論的這幾個參數(shù)中最容易調(diào)節(jié)和有效的。

下面將說明如何在設計中減小ITO的走線電阻R1，示意圖如圖5。

描述ITO電阻的一個主要參數(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。在R□一定的條件下，一段ITO走線電阻的大小是由走線長度和線寬決定的。一段長為L，寬為d的ITO走線的電阻計算方法為，R=H(L/d)R□

例如，已知R□=30Ω/□，長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的走線長度L和增加ITO走線的寬度d。在設計LCD的布線時，應格外注意這一點，以使整段ITO走線的電阻盡量小，這在COG(Chip on Glass)類液晶顯示模塊產(chǎn)品的設計中至關重要。

另外，在縮短走線長度L和增加線寬d的同時，應注意整個屏上ITO走線的電阻分布情況。一般來說，L比較大的，相應地d也要大，對于每一條ITO走線都要保證公式中L/d是一個基本不變的量，從而使R分布的盡量均勻，這也有助于改善整個屏的對比度。

背光源

由于液晶顯示器是靠反射光線進行顯示的器件，因此在環(huán)境光線較弱時，就需要有光源來使顯示變得清晰。這就產(chǎn)生了液晶顯示的采光技術。從目前背光源的類型來看，一般分為LED型、EL型和CCFL型。下面簡單介紹這三種背光源各自的特點和選用原則。

LED背光源具有工作電壓低、亮度高、使用壽命長的優(yōu)點，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LED串聯(lián)后再并聯(lián)起來，需要很大的電流。例如，一個發(fā)光面積為80.0mm×30.0mm的LED背光源就需要24對LED并聯(lián)到一起，工作電流將達到240mA。這樣大的電流對于功耗要求嚴格的系統(tǒng)來說是不允許的。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。

EL背光源是通過交變電場激發(fā)在兩片透明電極中間的熒光粉發(fā)光而制成的，最大的特點是特別薄，厚度一般不超過0.8mm，而且發(fā)光均勻。缺點是需要較高交流電壓來驅(qū)動(AC100V，400Hz)、壽命短。功耗一般為每平方厘米幾個毫瓦，亮度為每平方米幾十坎德拉。發(fā)光顏色有天藍色、綠色、黃色等多種顏色，實際使用時，需要專門的驅(qū)動器。

CCFL背光源是這三種背光源中亮度最高的，可達到每平方米幾千坎德拉。工作電壓是1000V左右的交流電，在實際使用中也需要配置專門的驅(qū)動電路。一般在顯示面積較大時采用這種類型的背光源，如筆記本電腦等。
總的來說，這三種背光源性能各有千秋，在實際設計液晶顯示模塊時可根據(jù)具體情況選擇合適的光源類型。