STN-LCD彩屏模塊技術(shù)及設(shè)計(jì)

越來越多的手機(jī)、PDA、數(shù)碼相機(jī)和視屏游戲機(jī)采用STN-LCD全彩色顯示器，因此，STN-LCD彩屏模塊(LCM—LCD Module)的需求量激增，國產(chǎn)的LCD液晶顯示器的質(zhì)量已可與國外的媲美，許多手機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)廠商開始要求使用國內(nèi)LCD廠家生產(chǎn)的LCD彩屏模塊。 2001年全世界生產(chǎn)手機(jī)3.8億部，2003年將增長到4.3億部，2005年將增長到5.2億部。2004年LCM彩屏手機(jī)會(huì)占整個(gè)手機(jī)產(chǎn)量的35- 40%，因此STN-LCD彩屏模塊（LCM）的年需求量會(huì)增長到幾億塊。

LCM內(nèi)部結(jié)構(gòu)

STN-LCD彩屏模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它的上部是一塊由偏光片、玻璃、液晶組成的LCD屏，其下是白光LED和背光板，還包括LCD的驅(qū)動(dòng)IC， 和給LCD驅(qū)動(dòng)IC提供一個(gè)穩(wěn)定電源的低壓差穩(wěn)壓器（LDO），二到八顆白光LED，LED驅(qū)動(dòng)的升壓穩(wěn)壓IC。

LCM電路結(jié)構(gòu)

STN -LCD彩屏模塊的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，外來電源Vcc經(jīng)LDO降壓穩(wěn)壓，向LCD驅(qū)動(dòng)IC如三星的S6B33BOA提供工作電壓，驅(qū)動(dòng)彩色STN- LCD的液晶顯示圖形和文字；外來電源Vcc經(jīng)電荷泵升壓穩(wěn)壓，向白光LED如99-21UWC提供恒定的恒壓、恒流電源，LED的白光經(jīng)背光板反射，使 LCD液晶的65K色彩充分表現(xiàn)出來，LED的亮度直接影響LCD色彩的靚麗程度。

LCM主要光電器件

l Colour STN-LCD
l LCD Driver ： S6B33BOA
l LCD Driver LDO ：AAT3221-2.8V AAT3221-3.0V
l White LED ： 99-21UWC/TR8 99-215UWC/TR8
l LED Driver ： AAT3110 AAT3113 AAT3123 AAT3134 NCP5007 NCP5008/9
l Backlight Board

LCD

LCD液晶顯示器是英文Liquid Crystal Display的簡稱，LCD屬于平面顯示器的一種，依驅(qū)動(dòng)方式來分類可分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（Static）、單純矩陣驅(qū)動(dòng)（Simple Matrix）以及主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)（Active Matrix）三種。其中，被動(dòng)矩陣型又可分為扭轉(zhuǎn)式向列型（Twisted Nematic；TN）、超扭轉(zhuǎn)式向列型（Super Twisted Nematic；STN）及其它被動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)液晶顯示器；而主動(dòng)矩陣型大致可區(qū)分為薄膜式晶體管型（Thin Film Transistor；TFT）及二端子二極管型（Metal/Insulator/Metal；MIM）二種方式。TN、STN及TFT型液晶顯示器因其利用液晶分子扭轉(zhuǎn)原理之不同，在視角、彩色、對(duì)比及動(dòng)畫顯示品質(zhì)上有高低層次之差別，使其在產(chǎn)品的應(yīng)用范圍分類亦有明顯區(qū)隔。以目前液晶顯示技術(shù)所應(yīng)用的范圍以及層次而言，主動(dòng)式矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)是以薄膜式晶體管型（TFT）為主流，多應(yīng)用于筆記本電腦及動(dòng)畫、影像處理產(chǎn)品。而單純矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)目前則以扭轉(zhuǎn)向列（TN）、以及超扭轉(zhuǎn)向列（STN）為主，STN液晶顯示器經(jīng)由彩色濾光片（color filter），可以分別顯示紅、綠、藍(lán)三原色，再經(jīng)由三原色比例之調(diào)和，可以顯示出全彩模式的真彩色。目前彩色STN-LCD的應(yīng)用多以手機(jī)、PDA、數(shù)碼相機(jī)和視屏游戲機(jī)消費(fèi)性產(chǎn)品以及文書處理器為主。

LCD驅(qū)動(dòng)IC

LCD驅(qū)動(dòng)IC多選用日立、三星公司產(chǎn)品，如三星公司的S6B33BOA是一顆具有很好性能/價(jià)格比的65K色彩飽和度的STN-LCD驅(qū)動(dòng)IC。

由于手機(jī)、PDA、數(shù)碼相機(jī)和視屏游戲機(jī)消費(fèi)性產(chǎn)品都是以電池為電源的，隨著使用時(shí)間的增長，電源電壓波動(dòng)較大，LCD驅(qū)動(dòng)IC需要一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓，因此設(shè)計(jì)電路時(shí)往往經(jīng)由一個(gè)低壓差穩(wěn)壓器(LDO)提供一個(gè)穩(wěn)定的2.8V或3.0V電壓，如AAT3221。

白光LED

按背光源的設(shè)計(jì)要求，需要前降電壓（VF）、前降電流（IF）小，亮度高（500-1800mcd）的白光LED。以手機(jī)LCM為例，目前都使用3 --4顆白光LED，隨著LED的亮度增加和手機(jī)廠商要求降低成本和功耗，予計(jì)到2004年中LCM都會(huì)選用2顆高亮度白光LED（1200— 2000mcd）。PDA和Smartphone由于LCD屏較大會(huì)按需要使用4--8顆白光LED。

EL 99-21/215UCW/TR8是具有很好性能/價(jià)格比、自帶反射鏡的白光SMDLED，其亮度分為T、S、R三個(gè)等級(jí)，T為720-1000 mcd，S為500-720 mcd，都是在手機(jī)LCD背光適用之列。其品質(zhì)等同于NACW215 / NSCW335。

LED驅(qū)動(dòng)

白光LED的驅(qū)動(dòng)需要供給恒定的電壓或恒定的電流，而手機(jī)電源一開始工作電壓就往下降，因而需要升壓器件升壓、穩(wěn)壓。為了減少升壓器件的工作頻率對(duì)手機(jī)射頻（RF）的影響，一般選用以電容器為電能傳遞中間體的電容式電荷泵；以電感器為電能傳遞中間體的升壓器能輸出較高電壓。

電容式電荷泵的效率按其升壓方法分有倍頻和分?jǐn)?shù)倍頻二種，前者效率約90%，后者效率約93-95%；電感式升壓器效率約83-85%；電容式電荷泵按其輸出分有恒壓輸出、恒流輸出；按其對(duì)LED驅(qū)動(dòng)的方法分有并聯(lián)恒壓驅(qū)動(dòng)、單個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)、串聯(lián)恒流驅(qū)動(dòng)；電感式升壓器都是恒流輸出，輸出電壓較高，對(duì) LED串聯(lián)驅(qū)動(dòng)。

倍頻升壓的電容式電荷泵如AAT3110，5V恒壓輸出，最大電流120mA，并聯(lián)驅(qū)動(dòng)LED，如圖3所示。

分?jǐn)?shù)倍頻升壓的電容式電荷泵如AAT3113，有4-6路恒流輸出，每路能輸出20mA電流，單個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)LED，具有32級(jí)調(diào)光功能，如圖4所示。AAT3134將輸出DAC模塊分成二塊，其輸出可分別驅(qū)動(dòng)雙屏顯示的大小LCM模塊。

NCP5009是帶光敏傳感器的背光LED驅(qū)動(dòng)升壓器，適用于自動(dòng)調(diào)光的高檔手機(jī)LCM，對(duì)LED串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，如圖5所示。NCP5007是可恒流驅(qū)動(dòng)5顆串聯(lián)的LED、PWM調(diào)光的背光LED驅(qū)動(dòng)升壓器，如圖6所示。

新型的電荷泵、升壓器輸出端內(nèi)部都內(nèi)置MOSFET，可動(dòng)態(tài)地調(diào)整負(fù)載內(nèi)阻，省卻為平衡由于LED內(nèi)阻不一需要外加的勻流電阻；

開關(guān)工作頻高的電容式電荷泵其所需的濾波電容器容量也小，對(duì)RF的干擾也小。

電容器最好選擇陶瓷電容器，因?yàn)樘沾呻娙萜鳠o極性和具有較低的等效串聯(lián)電阻(ESR)，典型值小于100mΩ。陶瓷電容器的等效串聯(lián)電阻值 (ESR)、電介質(zhì)材料優(yōu)劣、電容值的大小對(duì)輸出紋波有重大影響。X7R 電容器電介質(zhì)是最好的，成本略高；X5R 電容器電介質(zhì)居中上，可以選用；Y5V 電介質(zhì)較差，不推薦選用。