LCD 交叉效应与驱动功率、电压,负载及频率的关系

Aug. 2011， 总第127期现代显示Advanced Display LCD 交叉效应与驱动功率、 电压、 负载及频率的关系 王彦涵，游荣鑫，陈首贯 （汕头超声显示器有限公司，广东汕头515065） 摘要：文章介绍了LCD显示常见的交叉效应问题与IC驱动功率、驱动电压、驱动负载及驱动频率的 关系，分析了造成LCD交叉效应常见的几个原因，提出了解决LCD交叉效应的具体方法及思路。 关键词： 交叉效应；失真；驱动功率；驱动负载；驱动电压；阻抗；容抗；帧频频率 中图分类号：TN141.9文献标识码：B The Relations between LCD Crosstalk and Drive Power, Voltage, Load and Frequency WANG Yan-han, YOU Rong-xin, CHEN Shou-guan (Shantou Goworld Display Co., Ltd., Shantou Guangdong 515065, China) Abstract: This paper is to introduce the relations between a problem commonly seen in LCD display called crosstalk and IC drive power, voltage, load and frequency. It is to analyze several root causes ofcrosstalkand figure out the corrective solution. Keywords:crosstalk; distortion; drivepower; driveload; drivevoltage;impedance; capacitance; frame frequency 文章编号： 1 0 0 6 - 6 2 6 8（2 0 1 1 ） 0 8 - 0 0 3 6 - 0 3 收稿日期：2011-06-10 王彦涵等：LCD交叉效应与驱动功率、电压、负载及频率的关系 引言 在现今 LCD 显示屏广泛应用于各类型电子产 品的情况下， LCD 的显示交叉效应却成为 LCD 设计 及开发中常见且亟盼解决的显示驱动问题。所谓交 叉效应， 即是在 LCD 显示过程中， 介于选择点与非 选择点状态之间非显示的半选点电压偏高，导致部 分非显示半选点横竖方向对比度偏高，造成了显示 的暗线或暗影的问题， 这是基于 LCD 本身驱动原理 而常见的显示问题。 于是， 需在驱动负载及驱动频率 等方面，寻求减轻及解决在开发设计中存在的显示 驱动问题。 1理论分析 LCD 是液晶屏装在两片导电玻璃之间的元器 件， 导电玻璃本身具有一定电阻值， 也具有一定的电 容值。 所以从电路上来讲， LCD 是一个电阻串接电容 的电子元器件， LCD 本身具有阻抗也有容抗， 如图 1 所示。 LCD 通过 IC 驱动显示， 驱动 IC 具有一定的驱 动功率，而 LCD 便为其驱动负载， LCD 负载分电阻 性和电容性。IC 驱动需要一定的驱动工作电压才能 技 术 交 流 36 Aug. 2011， 总第127期 现代显示Advanced Display 工作， 而 IC 驱动电压波形在实际工作时并不是与理 论上的完全一致， 要达到要求的驱动工作电压， LCD 在该过程中有一个电容充电的过程，需要一定的响 应时间， 所以容易产生驱动波形失真。 在这里我们先 分析各个因素对于驱动波形响应理论上的影响。 我们设 LCD 电阻部分的电阻值为R， 电容部分的 电容值为C， 驱动 IC 的驱动能力也就是驱动输出功率 为PIC， LCD 的工作功率为PLCD， 通过 LCD 的工作电 流为ILCD， 通过电阻部分的电流为IR， 通过电容部分的 工作电流为IC， LCD 电容部分之间的电压为UC， LCD 驱动波形的帧频为f， LCD 电容部分的电量为QC， LCD 驱动波形的响应时间为T， LCD 的容抗为Xc。 由PIC=PLCD，ILCD=IR=IC，Xc=1/(2fC)， 得PLCD=PC+PR=IC2XC+IR2R=ILCD21/(2fC)+R ILCD=PIC/1/(2fC)+R(1/2) 由C=QC/UC， 得QC=ICT=UCC， 所以T=UCC/IC=UCC/PIC/1/(2fC)+R(1/2)= UC(C/2f+RC2)/PIC(1/2)， 因此，T=UC(C/2f+RC2)/PIC(1/2)。 从以上公式的推断结果，可以看出 LCD 各个因 素对于驱动波形响应时间有不同的影响， 决定着 LCD 的显示效果， 以下针对各个因素进行具体的分析。 1.1电阻性负载 显示屏幕的像素，是由一定宽度的 COMMON 引线和 SEGMENT 引线交叉形成的。驱动主要是由 COMMON 线扫描波形与 SEGMENT 波形叠加一起 进行驱动显示。COMMON 线和 SEGMENT 线具有 一定的电阻， 形成了 LCD 驱动的电阻性负载。由于 COMMON 引线波形扫描驱动，波形的变化比 SEGMENT 引线大， COMMON 引线成为了 LCD 主 要的电阻性负载。 LCD 是一个电阻串接电容的元器件， 驱动 IC 本 身具有一定的驱动能力， 当连接到电容的电阻过高， 阻抗偏大， 负载超过一定的额度时， 电流变小， 充电 时间变长， 所以当 COMMON 引线和 SEGMENT 引 线电阻过高时， 会造成加到 LCD 屏液晶之间的电压 波形产生失真， 所以导致显示交叉效应的出现。 从公式上可以看出， 如果R偏大， 驱动波形的响 应时间增加，从而导致 COMMON 引线和 SEG- MENT 引线波形叠加之后， 波形不正确， 类似阴影部 分， 就会造成半选点和选择点的电压差缩小， 因而造 成交叉效应的问题， 如图 2 所示。 所以适当减小玻璃方阻， 优化 ITO 导电膜走线， 减小引线电阻， 可以改善交叉效应。 1.2电容性负载 LCD 是由一片具有 COM 引线和另外一片具有 SEGMENT 引线的两片导电玻璃组成的，结构上形 成了电容元件的特性。LCD 本身是个电容性元器 件， 当容值过高， LCD 充电速度变慢， LCD 电容值加 大， 如公式所示电容值与响应时间成正比， 当C增 加， 也会导致加在两片玻璃之间的电压， 即驱动电压 的响应时间增加， 驱动电压的波形产生失真， 从而导 致 COMMON 引线和 SEGMENT 引线波形叠加之 后， 半选点的电压相对较高， 造成了显示交叉效应的 出现， 如图 3 所示。 图1 图2 图3 王彦涵等：LCD交叉效应与驱动功率、电压、负载及频率的关系 技 术 交 流 37 Aug. 2011， 总第127期现代显示Advanced Display 由C=S/4kd可以得知， 当玻璃面积即显示 面积越大，电容值越大，交叉效应越严重。当增加 LCD 两片玻璃之间的距离即盒厚的时候， 交叉效应 会得到改善。 1.3IC驱动能力 LCD 工作的时候， IC 电源引脚正极 VDD 引 脚、负极 GND 引脚以及产生驱动电压的倍压电路 的引脚连接的 ITO 引线都具有一定的电阻， 会产生 部分功耗， 当电阻过高， 阻抗偏大时， 功耗会相应提 高， 会导致 IC 驱动能力下降， 也会造成交叉效应的 出现。 同样的， 如果 IC 本身驱动能力不足， 也会导致 IC 驱动功率下降， 随之会导致电流下降或者工作电 压无法达到理论要求，造成充电时间变慢或者无法 上升到实际工作电压。 如公式所示， 当PIC下降， 驱动 波形响应时间增加， 会造成驱动波形的失真， 造成交 叉效应的出现， 如图 4 所示。 因此我们应该减小 IC 外围连接线路本身的电 阻值， 增加 IC 驱动功率， 交叉效应会得到改善。 1.4驱动电压 当 LCD 叠加的驱动电压值增加， 特别是 IC 驱 动功率不足的时候， 会造成电流变小， 充电时间增 加， 无法达到理论上的 LCD 驱动电压值， 输入的波 形产生变化， 不是正规的波形， 如图 5 所示阴影部 分， 因而造成交叉效应的问题。如公式所示， 当UC 增加时， 驱动波形响应时间增加， 会导致驱动波形 的失真， 造成交叉效应的出现。 所以当 IC 驱动功率 不足时， 减小驱动电压， 能够起到改善交叉效应的 作用。 1.5帧频频率 当 LCD 叠加的驱动电压波形的帧频频率减小 时， SEG 及 COM 工作电压波形脉宽变宽， 会造成容 抗增加，导致驱动电压响应时间增加， LCD 驱动波 形容易产生失真。如公式所示，当帧频频率f减小 时， 会造成驱动电压响应时间增加， 造成驱动波形失 真。 所以增加帧频频率， 提高 LCD 响应速度， 能够起 到改善交叉效应的问题。 2结论 本文讨论了几种造成 LCD 交叉效应的因素， 根 据 LCD 驱动的基本原理分析了造成该问题的原因， 并提出了解决该问题的各种方法， 为 LCD 常见