液晶顯示模塊設計中應注意的幾個問題(圖)

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(guān)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。

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

　　
　　以hitachi的驅(qū)動芯片hd61203為例，驅(qū)動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的取值應是r1的5倍，r2=5r1。例如r1=1k，則r2=5r1=5k。

　　當芯片的驅(qū)動路數(shù)大于64個時，芯片的工作頻率也會相應提高，同時偏壓電阻也會因為偏壓比的增大而提高阻值。這樣就不可避免地使偏壓電路的幾個輸出端v1、v2等的驅(qū)動能力下降，這就對lcd的驅(qū)動帶來了負面影響。為了解決高路數(shù)屏的驅(qū)動問題，在偏壓電路的設計上，應當提高v1、v2等輸出端的驅(qū)動能力。

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

　　● 驅(qū)動波形的改善
　　由于一般的模塊電路設計相對簡單，無須進行電磁干擾分析。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變得較差，這對顯示的對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電阻上并聯(lián)一個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。在沒有加電容之前選擇點和半選點的電壓波形都有畸變，畸變嚴重時會造成串擾影響顯示對比度，波形如圖2所示。增加電容后，波形會得到很大的改善，波形如圖3所示。




　　● 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(guān)。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(guān)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(wèi)/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(shù)。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l(xiāng)ed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。