LCD控制驱动器的设计与开发

2006-05-07 15:50:16来源: 电子产品世界

对于液晶显示屏,它通常包括玻璃基板、ITO(Indium Tin Oxide)膜、配向膜、偏光板等制成的夹板,上下共有两层。每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽,上下玻璃基板配向为90度。上下夹层中放置液晶,液晶将按照沟槽方向配向。整体看起来,液晶分子的排列就像螺旋形的扭转排列。当玻璃基板加入电场时,液晶分子配列产生变化,变成竖立状态。当液晶分子竖立时光线无法通过,结果在显示屏上出现黑色。液晶显示器(LCD)将根据电压的有无,控制液晶分子配列方向,使面板达到显示效果。

    LCD的类型

    对LCD的分类,有各种分类方法。通常可按照其显示方式分为段式、点字符式、点阵式等。除了黑白显示外,还有多灰度和彩色显示等。

表1 LCD显示方式分类

显示器类型 显示特征 驱动电压/占空比
段式 典型的段式显示由7段电极构成,可显示0~9之间 3~5伏
点字符式 由固定数的点阵构成文字,可显示数字和英文字母等 3~10伏
点阵式 由点阵集合构成,可显示数字、字母、汉字和图形等 9~12伏(1/64~1/64)
多灰度点阵式 带有灰度,显示层次分明 12~20伏(1/64~1/128)
带彩色滤色片的点阵式 它由红绿蓝的三点构成点阵中的一个像素 15~20伏(1/64~1/128)

LCD显示器的驱动方式

    在LCD驱动时,需在段电极和公共电极上施加交流电压。若只在电极上施加DC电压时,液晶本身发生劣化。液晶驱动方式包括静态驱动、动态驱动等驱动方式。

    (1)静态驱动

    所有的段都有独立的驱动电路,表示段电极与公共电极之间连续施加电压。它适合于简单控制的LCD。

    (2)多路驱动方式

    构成矩阵电极,公共端数为n,按照1/n的时序分别依次驱动公共端,与该驱动时序相对应,对所有的段信号电极作选择驱动。这种方式适合于比较复杂控制的LCD。

    在多路驱动方式中,像素可分为选择点、半选择点和非选择点。为了提高显示的对比度和降低串扰,应合理选择占空比(duty)和偏压(bias)。

    施加在LCD上所表示的ON和OFF时的电压有效值与占空比和偏压的关系如下:

    Vo:LCD驱动电压

    N:占空比(1/N)

    a:偏压(1/a)

    多路驱动方式可分为点反转驱动和帧反转驱动。点反转驱动适合于低占空比应用,它在各段数据输出时,将数据反转。帧反转驱动适合于高占空比应用,它在各帧输出时,将数据反转。

    对于多灰度和彩色显示的控制方法,通常采用帧频控制(FRC)和脉宽调制(PWM)方法。帧频控制是通过减少帧输出次数,控制输出信号的有效值,来实现多灰度和彩色控制。而脉宽调制是通过改变段输出信号脉宽,控制输出信号的有效值,来实现多灰度和彩色控制。

LCD发展动向

   
显示方式从简单的段式、点字符式到复杂的点阵式、阶调式的变化。显示颜色从黑白逐步变化到彩色。显示屏从小到大,响应时间逐步缩短,目前STN显示器在成本及消费电流方面有优势。TFT显示器在对比度和动画对应速度方面有优势。

    作为LCD驱动器标准电路生产厂主要有NEC 、EPSON、三星等公司。目前手机市场中使用最多的驱动器电路仍然是黑白电路。但是,四灰度LCD驱动电路和彩色LCD驱动电路也逐渐投入到市场上。今后具有彩色、大屏幕、可上网、响应快的显示器将成为手机发展的流行趋势。

LCD驱动器设计流程

   
LCD控制驱动器主要特性

   
下面将以NEC公司mPD16682A产品为例,说明LCD控制驱动器主要特性和设计流程。该芯片适用于手机、汉字或日语传呼机以及其他显示汉字或日语字符的设备,每个字符使用16 x 16或12 x 12个点。

    * 内含1/65分时显示RAM的液晶显示控制/驱动器

    * 使用+3伏单一电源

    * 内含升压电路(3倍和4倍可转换)

    * 132 x 65 位用于点显示的RAM

    * 输出:132段、65公共端

    * 用于COG(Chip on Glass)

    LCD驱动器基本构成

    LCD驱动器基本构成由以下部分构成:

    控制部分:

    TopDown(自顶向下)

    逻辑电路

    RAM部分:

    手工设计

    异步2 PortRAM

    I/O口

    输出专用口

    模拟部分:

    手工设计

    DC/DC转换器

    DA转换器

    升压放大器

    电压跟随器

    稳压电路

    温度补偿电路

    振荡电路

    I/O部分:手工设计

关于LCD控制驱动器开发的设想

   
以市场为导向,开发控制驱动器系列产品

    显示屏以手机为例,设计开发企业应与国内芯片制造企业联手,设计、开发下列目前或近期即将需求的手机用LCD控制驱动器的系列产品:

    黑白LCD控制驱动器 

    多灰度LCD控制驱动器 

    彩色STN-LCD控制驱动器 

    彩色TFT-LCD控制驱动器 
 
    开发LCD控制驱动器产品需解决的问题

    (1)确定LCD驱动电路规格书

    根据市场需求及发展趋势,确定LCD驱动电路的规格书

    (2)建立完整的设计环境

    由于LCD控制驱动电路涉及到数字、模拟和高压电路。SPICE参数的提取和验证是其中重要的一项任务。因此,设计和工艺人员应制作测试用的TEG片,并对TEG片进行测试,提取和验证SPICE参数,建立完整的设计环境。

    (3)LCD控制驱动电路设计

    电路设计包括确定电路设计方案、逻辑综合、电路仿真和物理实现。

    ·采用低功耗技术,需选择低功耗电源;内置存储器和降低振荡频率;采用OSO(One Shot Operation)电路技术;采用MLS(Multi Line Selection多线选择)驱动法。

    ·电路描述与仿真。

    数字电路可采用HDL语言描述,HDL仿真。模拟电路可采用原理图输入,SPICE仿真。

    对于整体电路仿真需采用数模混合仿真技术,还要解决显示图象的验证技术。

    ·版图物理实现

    为了保证设计效率,数字电路部分的版图可利用SE,进行自动布局布线。为获得高性能,对模拟电路版图及I/O部分版图应采用手工布图。由于全芯片采用不同的方法分块制作,因此需利用全芯片合成、布局布线技术和部分电路版图和全芯片版图的DRC技术。

    (4)LCD控制/驱动电路测试技术。例如,多引脚对应能力;高速数据传送;高精度测试;高电压对应。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/ledanddisplay/200605/3420.html
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