LCM技术和设计问题1.ppt

目录 1、LCD (Liquid Crystal Display) 简介 2、LCM (LCD Module) 连接技术简介 3、LCD驱动方法及原理 4、LCM分件介绍及设计基础 5、驱动IC原理简介 6、LCM电测软硬件简介 7、LCD測試与评估 8、LCM常见技术问题处理,END,1、LCD (Liquid Crystal Display) 简介,1、LCD (Liquid Crystal Display) 简介,LCD的分类(无源): 依显示内容分为：笔段式、字符点阵、图形点阵 依显示方式分为：正性显示(白底黑字)、负性显示(黑底白字) 依底偏光片类型分：透射式，反射式，半反半透式,笔段式正性显示示意图 笔段式负性显示示意图,字符点阵式正性显示示意图,1、LCD (Liquid Crystal Display) 简介,LCD彩色化的实现 在黑白显示的LCD的一片玻璃基板上增加彩色滤光膜，将一个象素分解为红、绿、蓝滤光膜的3个子象素，通过对LCD驱动IC输出电压的调制，透过彩色滤光膜的是强度不等的红、绿、蓝三色光，不同强度的三色光混合在一起可以调制出各种颜色。（空间混色法）,1、LCD (Liquid Crystal Display) 简介,TN/STN LCD结构示意图,CSTN LCD结构示意图,Seal剤,H,Seal-spacer,I,配向膜,K,(COM),M,Over-coat膜（平坦化膜）,N,Color-filter層（,BM）,P,鏡面反射膜,L,Glass（COM側),A,Glass（SEG側),B,(SEG),C,Topcoat膜,D,配向膜,E,Gap-spacer,F,液晶,G,1、LCD (Liquid Crystal Display) 简介,TFT LCD结构示意图,2、LCM (LCD Module) 连接技术简介,A.LCD+导电胶条（管脚、热压胶纸）+PCB(SMT,COB),LCD 电极通过导电胶条，管脚或热压胶纸(Heatseal)连接到PCB。再和PCB上的COB（Chip On Board）驱动IC或SMT驱动IC相连。由于管脚，胶条，胶纸电极的间距一般大于0.2mm。且PCB较为笨重对于一些精细的便携产品此类连接方式较少应用。 但此连接方式连接很可靠。在工业品中大量使用。,2、LCM (LCD Module) 连接技术简介,B.COG（Chip On Glass）+Connector ACF: Anisotropic Conductive Film 的缩写,中文含义为各向异性导 电膜简称ACF。他有导通，绝缘， 粘着的作用。 COG IC上有一个Gold Bump，再利用ACF将COG IC上的驱动电极直接和LCD的电极连接。,2、LCM (LCD Module) 连接技术简介,C.TAB（Tape Automated Bonding） 将TAB IC通过ACF Bonding到LCD电极上 D.COF(Chip On Film) 将IC bonding到FPC上 （可通过ACF，也可以采用NCF 就是直接将COG IC上的金和FPC 上的金融化连接）,3,LCD驱动方法及原理,无论使用哪种驱动方法，都是以调整施加到像素上的电压，相位，频率，峰值，有效值，时序，占空比等来建立起一定的驱动条件，实现显示的。,彩色化的实现（空间混色法&时间混色法）,1，静态驱动法,3,LCD驱动方法及原理,一、直接驱动法 驱动电压直接施加于像素电极上,电极结构 1、背电极只有一个，为所有显示象素所共用，因而又称共用电极 2、面电极，每个象素都有一个单独的电极 点亮象素，与背电极反位相的标准方波；未点亮象素，与背电极同位相的标准方波，如左图。 优点及缺点 优点：对比度好、视角宽、相应快、驱动电压低、耗电少 缺点：由于需要和显示象素同样多的电极、电极连线，随着显示象素的增多，应用静态驱动变得不可能,2，动态驱动法,3,LCD驱动方法及原理,时间分割驱动时按顺序给各扫描电极施加选通波形，一旦所有扫描电极施加波形电压完了后，再重复同样操作。,在与全选象素相应的行和列上加一个全电压的同时，在半选象素对应的电极上也加一个偏置电压。适当选择这些电压值，让全选象素上的电压均方根值超过阈值电压，同时让半选象素上的均方根电压等于或略低于阈值电压。 最佳效果应是使半选择点电压与非选择点电压相同。这就是在多路驱动技术中普遍采用的平均电压法的实质。 根据翻转频次的不同又可以分为：A波，B波，C波；A波型显示效果稳定，但频率高、功耗大，适用于低路数的显示；B波型显示效果不如A波型稳定，但频率低、功耗小，适用于高路数的产品,一、直接驱动法,2，动态驱动的波形A,B波,3,LCD驱动方法及原理,一、直接驱动法,2，动态驱动的波形C波,3,LCD驱动方法及原理,一、直接驱动法,2，动态驱动的波形多线驱动,3,LCD驱动方法及原理,一、直接驱动法,采用多线驱动的原因：为了改善图像的抖动，交叉效应等 多线驱动：指在每一行扫时间内，同时有多行被选中 缺点：算法较复杂，IC设计要求较高。,3,LCD驱动方法及原理,灰度的实现-帧调制,将N帧作为一个显示单位，将显示象素设为n(n=N)帧点亮，N-n帧不点亮，以实现N+1级灰度显示。 优点：电路简单，用普通的二元显示电路控制软件就能实现灰度显示 缺点：显示周期变长，显示往往出现明显闪动,3,LCD驱动方法及原理,灰度的实现-脉宽调制,将行扫描时间(Tf/N)分割成m等份，对应的列选通信号的选通时间在0m等份间调整，进而得到m+1级灰度。 优缺点：显示稳定性较好，但需要专门的控制IC,3,LCD驱动方法及原理,二、有源矩阵驱动法 由于在有源矩阵液晶显示器件每个像素点上都制作了一套有源器件，所以对这种器件的驱动是对每个像素点上有源器件的驱动。 有源器件有：两端器件 (Diode ,MIM)或三端器件 (A-Si TFT, Ploy-Si TFT ),原理：当栅极G与源极S未被选通时，场效应薄膜晶体管TFT处于截止态，此时Roff值达3.3x1011,故夜晶像素上不能施加上电压，不能显示。当扫描线栅极G被选通，寻址线源极S也被同步选通时，薄膜晶体管TFT被打开，此时Ron仅1.4X106欧，显示像素被信号写入。 写入的信息电压由于补偿电容Cs和像素本身电容Clc的作用，在撤销写入后会自行保持一段时间。使其保持半帧。下半帧时，改变一下写入极性，即可以保证夜晶处于交流驱动状态。,3,LCD驱动方法及原理,其他驱动法 射束驱动法 借助光束，激光束，电子束等直接把图像写入一种特殊的夜晶光阀，再用投影系统将夜晶光阀上的图像投影到大屏幕上的一种特殊驱动法。 铁电液晶显示器件驱动法 铁电液晶是无源矩阵液晶显示器件中响应速度最快，驱动路数不受器件本身参数限制的一类夜晶显示器。 它具有双稳态的特征，即当加到夜晶上的电压，小于VTM时，它的显示状态会保持不变（能保持12年甚至更长时间不变）。驱动电压大于VTM时，显示状态才会发生变化。,4、LCM分件介绍及设计基础,LCM产品的主要分件,LCD 背光源(B/L) 胶条 热压胶纸 外框,FPC IC 胶带 包装 触摸屏,PCB 被动元器件（电阻，电容，二极管，三极管等） ACF,在进行分件设计前一定要仔细阅读相关分件的设计规范！,4、LCM分件介绍及设计基础,FPC设计简介,FPC: Flexible Printed Circuit Board、柔性印刷电路板or柔性电路板 FPC按照导电铜箔的层数划分为： 单层板、双层板、多层板等 双层板的结构 如下：,双层第一个加工工艺就是制做过孔。先在基材和铜箔上钻孔，清洗之后在孔壁上镀上一定厚度的铜，使其导通两层铜箔，过孔就做好了。之后铜箔要进行刻蚀等工艺处理来得到需要的电路，保护膜要进行钻孔以露出相应的焊盘。清洗之后再用滚压法把两者结合起来。然后再在露出的焊盘部分电镀金或锡等,4、LCM分件介绍及设计基础,背光源B/L设计简介,背光源:BackLight 背光源是安装于透射或半透射LCD背面的照明光源，背光按发光类型分为：发光二极管（LED）、电致发光薄膜（EL）、和冷阴极荧光管（CCFL）三种。,LED: Light Emitting Diode或发光二极管 有侧发光和底发光两种。 优点：价格便宜，重量轻，led晶片可大批量生产，寿命长，功耗低，直流驱动驱动简单，厚度较薄。 缺点：点发光，对于大屏幕的应用有一定困难。大屏幕的均匀性设计有难度。,4、LCM分件介绍及设计基础,背光源B/L设计简介,下图是LED侧发光背光的结构图,LED背光常用材料构造：胶框,导光板,LED,反射膜,扩散膜,PCB,双面胶,遮光膜,增光膜等 BEF（Brightness Enhance Film:增光膜）从原理上分有两种： 一种是将两侧的光汇集到中间，一种是将X方向震动的光转化为Y方向震动的光,4、LCM分件介绍及设计基础,背光的电路:背光源所使用的发光二极管又有一个很陡的“伏安曲线”，即很小的电压变化会带来一个很大的电流变化； 为避免LED被ESD击伤，可增加反向的齐纳二极管Zener diode 目前采用串联与并联两种（指LED） 串联： 并联： 最优的电路设计：,4、LCM分件介绍及设计基础,背光源B/L设计简介,EL（Electro Luminance电致发光）原理：其基本结构是通过加在两极的交流电压产生交流电场，被电场激发的电子撞击荧光物质（硫化锌：zns），引起电子能级的跳跃，变化、复合而发射出高效率冷光的一种物理现象，即电致发光现象。工作电压范围：50V 130V；工作频率范围 ：270Hz 700Hz 优点：EL背光源具有超薄平整（0.120.4mm），重量轻，可曲面发光，可制成任意形状，发光颜色半富，可制成复杂的彩色闪动，光线均匀柔和，不产生热量，不含紫外线，发光效率高，功耗低 缺点：寿命不太长，需高压，高频驱动容易带来噪声，干扰。驱动成本高。,4、LCM分件介绍及设计基础,背光源B/L设计简介,CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamps冷阴极荧光灯 ) ：CCFL背光源是依靠冷阴极气体放电，激发荧光粉而发光的光源，并将线光源转化成面光源而得到的色温高、高亮度的光源；工作电压范围 200V到2000V。工作频率范围 30KHZ到70KHZ。 优点：高亮度，高效率，大屏幕，高均匀性 缺点：寿命不太长，需高压，高频驱动容易带来干扰。需专用驱动电路。,4、LCM分件介绍及设计基础,ACF设计简介,ACF型号的选取主要根据以下几个因素考虑： 1.IC最小焊盘间距 最小焊盘间距直接决定了选取ACF的直径，一般情况最小焊盘间距应为34倍导电粒子直径 2.IC最小焊盘面积 IC最小焊盘面积决定了选取ACF的导电粒子密度，在同样条件下（ACF层的结构、成分相同），导电粒子密度越大，适用的焊盘面积越小,5、驱动和控制IC原理简介 IC框图,使用IC前一定仔细阅读IC spec！,5、驱动和控制IC原理简介 V/C电路,5、驱动和控制IC原理简介 V/R,V/F电路,5、驱动和控制IC原理简介 BIAS电路,32路以下的BIAS电路,5、驱动和控制IC原理简介 BIAS电路,32路以上的BIAS电路,增加运算放大器后 V1V4电压会稳定,5、驱动和控制IC原理简介 BIAS电路,此时R1R6一般选取几k到几十k欧姆的电阻，R7R10一般选择小于100欧姆电阻,电容容值一般设计1uf4.7uf（或参考IC资料），可选：电解电容，钽电容，陶瓷电容 电解电容，钽电容的优点为:功耗低，稳定性好；缺点为：成本高，体积大 陶瓷电容优点为：成本低，体积小；缺点为：功耗相对高。,6800,5、驱动和控制IC原理简介 6800接口时序,5、驱动和控制IC原理简介 8080接口时序,8080,5、驱动和控制IC原理简介 I2C接口时序,I2C,Co:0只有一个命令；1有多个命令 RS: 0写入的是命令；1写入的是数据,5、驱动和控制IC原理简介 3,4 SPI接口时序,3,4-SPI,5、驱动和控制IC原理简介 -部分的指令表,对于看不明白的指令，出咨询供应商外，还可以通过：设置不同值看变化来理解； 也可以与大家一起讨论来理解指令的意思。,5、驱动和控制IC原理简介 纯driver的接口,STN DRIVER 接口,5、驱动和控制IC原理简介 RGB接口时序,RGB接口,6、LCM电测软硬件简介,目前天马的电测平台主要有51系列和ARM,51系统用的是个8位单片机，一般使用最小系统(最小系统电路图如下)和最小系统+外扩的数据存储器。目前用得最多的IC为：89LV51和89LV52,电测机出了问题首先检查电源，然后检查晶振，检查数据口是否变化， 检查与模块的连接是否正常。,6、LCM电测软硬件简介,ARM是32位的系统。目前一般只用到了最小系统。,6、LCM电测软硬件简介,测试软件的设计目前可使用汇编或C语言,软件设计应以简明实用为原则，在设计上首先考虑测试时能方便、快捷地发现模块产品可能存在的全部显示缺陷及尽可能多的电气异常。,黑白模块点阵模块分显图如下：,6、LCM电测软硬件及接口简介,对于CSTN彩屏模块新品阶段的电测分显图如下,7、LCD测试与评估,LCM/LCD性能关键指标,亮度 对比度 视角范围 响应时间 高低温显示性能,底色 均匀性 交叉效应 色彩饱和度,可靠性 功耗电流 寿命 模块抗ESD性能,如：均匀性：各测试点最小（min）亮度/最大（max）亮度*1