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LCD 液晶顯示器

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LCD 液晶顯示器的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態的晶體,兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線,透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向,將光線折射出來產生畫面。

1 LCD 液晶顯示器 -LCD

LCD 液晶顯示器LCD

LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡稱,LCD 的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態的晶體,兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線,透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向,將光線折射出來產生畫面。比CRT要好的多,但是價錢較其貴

LCD液晶投影機是液晶顯示技術和投影技術相結合的產物,它利用了液晶的電光效應,通過電路控制液晶單元的透射率及反射率,從而產生不同灰度層次及多達1670百萬種色彩的靚麗圖像。LCD投影機的主要成像器件是液晶板。LCD投影機的體積取決於液晶板的大小,液晶板越小,投影機的體積也就越小。

根據電光效應,液晶材料可分為活性液晶和非活性液晶兩類,其中活性液晶具有較高的透光性和可控制性。液晶板使用的是活性液晶,人們可通過相關控制系統來控制液晶板的亮度和顏色。與液晶顯示器相同,LCD投影機採用的是扭曲向列型液晶。LCD投影機的光源是專用大功率燈泡,發光能量遠遠高於利用熒光發光的CRT投影機,所以LCD投影機的亮度和色彩飽和度都高於CRT投影機。LCD投影機的像元是液晶板上的液晶單元,液晶板一旦選定,解析度就基本確定了,所以LCD投影機調節解析度的功能要比CRT投影機差。

LCD投影機按內部液晶板的片數可分為單片式和三片式兩種,現代液晶投影機大都採用3片式LCD板(圖1)。三片式LCD投影機是用紅、綠、藍三塊液晶板分別作為紅、綠、藍三色光的控制層。光源發射出來的白色光經過鏡頭組後會聚到分色鏡組,紅色光首先被分離出來,投射到紅色液晶板上,液晶板「記錄」下的以透明度表示的圖像信息被投射生成了圖像中的紅色光信息。綠色光被投射到綠色液晶板上,形成圖像中的綠色光信息,同樣藍色光經藍色液晶板後生成圖像中的藍色光信息,三種顏色的光在稜鏡中會聚,由投影鏡頭投射到投影幕上形成一幅全彩色圖像。三片式LCD投影機比單片式LCD投影機具有更高的圖像質量和更高的亮度。LCD投影機體積較小、重量較輕,製造工藝較簡單,亮度和對比度較高,解析度適中,現在LCD投影機佔有的市場份額約佔總體市場份額的70%以上,是目前市場上佔有率最高、應用最廣泛的投影機。

液晶顯示器使用時,不允許施加直流電壓,驅動電壓的直流成分最大不能超過 50mV 。 LCM 在焊接時應注意只焊 I/O 介面,且烙鐵溫度不高於 260 ℃,烙時一次不超過 3 ~ 4 秒,焊接次數最多不超過 3 ~ 4 次,焊劑應最好使用高質量焊劑,焊后,應注意把 PCB 板清潔。

注意 LCD 與 LCM 防潮,潮濕會使 LCD 的玻璃表面電阻降低,造成顯示不正常,且易使 LCM 電極腐蝕。

LCD 裝機時,應確保器件的導電線接觸面積充分大, 並保持整個接觸面壓力均衡(注意擰螺絲的壓力應均衡),固定框要求平整、光滑,固定框的壓力應儘可能加在該器件的四周封接框上; LCM 在裝配時, 要注意操作人的充分接地,使用的烙鐵及其它器具均應保持良好的接地。焊接應注意保護 LCD 表面,以免焊劑濺落於表面造成破壞。

器件不宜長期受陽光直射及紫外線的照射,以免影響使用壽命。

器件不宜存放在高溫、高濕或有腐蝕、揮發性化學物品環境中,以免使 LCD 變色、 LCM 電極腐蝕,失去正常的顯示功能。 LCM 應放在有抗靜電的包裝或器具里。

LCD 的上下兩面貼的偏光片切勿沾上有機溶劑; 因偏光片材質較軟,裝機使用過程中,避免硬物頂傷、壓傷器件的上下兩面,且不能使用粗、硬的布擦拭偏光片; LCM 在操作過程中請勿接觸油脂類東西。  

2 LCD 液晶顯示器 -液晶基礎知識

顯示器是人與機器溝通的重要界面,早期以顯像管(CRT/Cathode Ray Tube)顯示器為主,但隨著科技不斷進步,各種顯示技術如雨後春筍般誕生,近來由於液晶(LCD)顯示器具有輕薄短小、耗電量低、無輻射危險,平面直角顯示以及影像穩定不閃爍等優勢,在近年來價格不斷下跌的吸引下,逐漸取代CRT之主流地位,顯示器明日之星架勢十足。那麼液晶顯示器與傳統的顯示器相比,到底有什麼新的特點呢?

一、顯示質量高

由於液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度,恆定發光,而不象陰極射線管顯示器(CRT)那樣需要不斷刷新亮點。因此,液晶顯示器畫質高而且絕對不會閃爍,把眼睛疲勞降到了最低。

二、沒有電磁輻射

傳統顯示器的顯示材料是熒光粉,通過電子束撞擊熒光粉而顯示,電子束在打到熒光粉上的一剎那間會產生強大的電磁輻射,儘管目前有許多顯示器產品在處理輻射問題上進行了比較有效的處理,儘可能地把輻射量降到最低,但要徹底消除是困難的。相對來說,液晶顯示器在防止輻射方面具有先天的優勢,因為它根本就不存在輻射。在電磁波的防範方面,液晶顯示器也有自己獨特的優勢,它採用了嚴格的密封技術將來自驅動電路的少量電磁波封閉在顯示器中,而普通顯示器為了散發熱量的需要,必須儘可能地讓內部的電路與空氣接觸,這樣內部電路產生的電磁波也就大量地向外「泄漏」了。

三、可視面積大

對於相同尺寸的顯示器來說,液晶顯示器的可視面積要更大一些。液晶顯示器的可視面積跟它的對角線尺寸相同。而陰極射線管顯示器,顯像管前面板四周有一英寸左右的邊框,不能用於顯示。

四、應用範圍廣

最初的液晶顯示器由於無法顯示細膩的字元,通常應用在電子錶、計算器上。隨著液晶顯示技術的不斷發展和進步,字元顯示開始細膩起來,同時也支持基本的彩色顯示,並逐步用於液晶電視、攝像機的液晶顯示器、掌上遊戲機上。而隨後出現的DSTN和TFT則被廣泛製作成電腦中的液晶顯示設備,DSTN液晶顯示屏用於早期的筆記本電腦;TFT則既應用在筆記本電腦上(現在大多數筆記本電腦都使用TFT顯示屏),又用於主流台式顯示器上。

五、畫面效果好

與傳統顯示器相比,液晶顯示器一開始就使用純平面的玻璃板,其顯示效果是平面直角的,讓人有一種耳目一新的感覺。而且液晶顯示器更容易在小面積屏幕上實現高解析度,例如,17英寸的液晶顯示器就能很好地實現1280×1024解析度,而通常18英寸CRT彩顯上使用1280×1024以上解析度的畫面效果是不能完全令人滿意的。

六、數字式介面

液晶顯示器都是數字式的,不像陰極射線管彩顯採用模擬介面。也就是說,使用液晶顯示器,顯卡再也不需要像往常那樣把數字信號轉化成模擬信號再行輸出了。理論上,這會使色彩和定位都更加準確完美。

七、「身材」勻稱小巧

傳統的陰極射線管顯示器,後面總是拖著一個笨重的射線管。液晶顯示器突破了這一限制,給人一種全新的感覺。傳統顯示器是通過電子槍發射電子束到屏幕,因而顯像管的管頸不能做得很短,當屏幕增加時也必然增大整個顯示器的體積。而液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來達到顯示目的,即使屏幕加大,它的體積也不會成正比的增加,而且在重量上比相同顯示面積的傳統顯示器要輕得多。

八、功率消耗小

傳統的顯示器內部由許多電路組成,這些電路驅動著陰極射線顯像管工作時,需要消耗很大的功率,而且隨著體積的不斷增大,其內部電路消耗的功率肯定也會隨之增大。相比而言,液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上,因而耗電量比傳統顯示器也要小得多

3 LCD 液晶顯示器 -液晶顯示器的選型

在平板顯示器件領域,目前應用較廣泛的有液晶(LCD)、電致發光顯示(EL)、等離子體(PDP)、發光二極體(LED)、低壓熒光顯示器件(VFD)等。
液晶顯示器件有以下一些特點

低壓微功耗;平板型結構;被動顯示型(無眩光,不刺激人眼,不引起眼睛疲勞);顯示信息量大(因為像素可以做的很小);易於彩色化(在色譜上可以非常準確的復現);無電磁輻射(對人體安全,利於信息保密);長壽命(這種器件幾乎沒有什麼劣化問題,因此壽命極長,但是液晶背光壽命有限,不過背光部分可以更換)。

液晶選型8大要素
LCD類型 質量保證 技術支持 品牌與價格
供應鏈保證 解析度與尺寸 溫度與亮度 介面方式

液晶顯示屏的類型選擇
字元→確定顯示行、列數→TN、STN類→是否帶背光→確定尺寸→確定工作與儲存溫度範圍
圖形→單色還是彩色(TFT真彩還是STN偽彩〈一般在256色以下〉)→確定解析度→確定外形尺寸→背光類型(LED、EL、CCFL)→確定工作與儲存溫度範圍
定製→非標準模塊的要求→填寫定製單→簽定合同

LCD類型
在液晶(LCD)方面,從選型角度,我們將常見液晶分為以下幾類:段式,字元型,

常見段式液晶的每字為8段組成,即8字和一點,只能顯示數字和部分字母,如果必須顯示其它少量字元、漢字和其它符號,一般需要從廠家定做,可以將所要顯示的字元、漢字和其它符號固化在指定的位置,比如計算器。對於段式液晶,我們提供定做業務。

字元型液晶,顧名思義,字元型液晶是用於顯示字元和數字的,對於圖形和漢字的顯示方式與段式液晶無異。字元型液晶一般有以下幾種解析度,8×1,16×1、16×2、16×4、20×2、20×4、40×2、40×4等,其中8(16、20、40)的意義為一行可顯示的字元(數字)數,1(2、4)的意義是指顯示行數。

圖形點陣式液晶,我們又將其分為TN、STN(DSTN)、TFT等幾類。這種分類需從液晶材料和液晶效應講起,請參考液晶顯示原理。
TN類液晶由於它的局限性,只用於生產字元型液晶模塊;而STN(DSTN)類液晶模塊一般為中小型,既有單色的,也有偽彩色的;TFT類液晶,則從小到大都有,而且幾乎清一色為真彩色顯示模塊。除了TFT類液晶外,一般小液晶屏都內置控制器(控制器的概念相當於顯示卡上的主控晶元),直接提供MPU介面;而大中液晶屏,要想控制其顯示,都需要外加控制器。

因此,選擇您所需要的液晶屏,需要考慮的幾個方面細述如下:

一、如果只需要顯示字元和數字,而且一屏所顯示的內容不超過字元型液晶的最大限制(比如40×4),就可選擇字元型液晶,直接與MPU連接即可。

二、如果需要動態地顯示漢字和圖形,那麼,只能選擇圖形點陣式液晶,接下來該考慮的問題就是需要選擇STN(DSTN)單色、偽彩色還是TFT真彩色。一般情況下,如果使用單片機控制,由於其控制能力的限制,只有在640×480以下單色、320×240以下偽彩色的範圍內進行選擇;如果使用PC、IPC或其它控制能力比較強的主控模塊(如視頻輸入控制模塊),只要具備液晶顯示部分或外加顯示控制,就可以有較大的選擇餘地,不帶內置控制器的單色、偽彩色和真彩色液晶均可。 同時應該考慮到外形尺寸的要求。另外請注意,LCD的解析度在物理上是固定的,滿屏顯示一般只能以其固有的解析度顯示,這一點與CRT有所區別。

三、背光選擇,說到背光問題,需要從另一個角度將液晶分類,即透射式、反射式、半反半透式液晶三類,因為液晶為被動發光型顯示器,所以必須有外界光源,液晶才會有顯示,透射式液晶必須加上背景光,反射式液晶需要較強的環境光線,半反半透式液晶要求環境光線較強或加背光。
字元類液晶 帶背光的一般為LED背光,以黃顏色(紅、綠色調)為主。一般為+5V驅動。

單色STN中小點陣液晶 多用LED或EL背光,EL背光以黃綠色(紅、綠、白色調)常見。一般用400—800Hz、70—100V的交流驅動,常用驅動需要約1W的功率。
中大點陣STN液晶和TFT類液晶 多為冷陰極背光燈管(CCFL/CCFT),背光顏色為白色(紅、綠、藍色調)。一般用25k—100kHz,300V以上的交流驅動。

四、溫度範圍,很多字元型液晶以及小圖形點陣液晶有常溫型和寬溫型的,而大圖形點陣的液晶寬溫型的在大陸市場上比較少見,常溫一般指工作溫度0—50℃,寬溫到-20—70℃(個別的可到零下30℃,如LQ5AW136 TFT 視頻介面);另外在濕度方面也有一定的要求。

五、亮度問題,亮度單位為cd/m2或叫Nit(尼特),大部分TN、STN(DSTN)液晶的亮度不超過100cd/m2,但是目前比較常用的5—6\"的偽彩色STN屏的亮度都在130cd/m2左右,京瓷有一種5.7\"的LCD亮度達200cd/m2,而TFT類液晶的亮度則150cd/m2以上常見。

六、配件方面,由於液晶的規格、介面沒有國際標準,所以不同廠家、不同類型的液晶的信號介面往往不一致,所以選擇液晶時,注意購買相關配件(包括信號連接器件、逆變器等)。

4 LCD 液晶顯示器 -驅動方式

單純矩陣驅動方式是由垂直與水平方向的電極所構成,選擇要驅動的部份由水平方向電壓來控制,垂直方向的電極則負責驅動液晶分子。在TN與STN型的液晶顯示器中,所使用單純驅動電極的方式,都是採用X、Y軸的交叉方式來驅動,如下圖所示,因此如果顯示部份越做越大的話,那麼中心部份的電極反應時間可能就會比較久。而為了讓屏幕顯示一致,整體速度上就會變慢。講的簡單一點,就好象是CRT顯示器的屏幕更新頻率不夠快,那是使用者就會感到屏幕閃爍、跳動;或著是當需要快速3D動畫顯示時,但顯示器的顯示速度卻無法跟上,顯示出來的效果可能就會有延遲的現象。所以,早期的液晶顯示器在尺寸上有一定的限制,而且並不適合拿來看電影、或是玩3D遊戲。

主動式矩陣的驅動方式是讓每個畫素都對應一個組電極,它個構造有點像DRAM的迴路方式,電壓以掃描的(或稱作一定時間充電)方式,來表示每個畫素的狀態。為了改善此一情形,後來液晶顯示技術採用了主動式矩陣(active-matrix addressing)的方式來驅動,這是目前達到高資料密度液晶顯示效果的理想裝置,且解析度極高。方法是利用薄膜技術所做成的硅晶體管電極,利用掃描法來選擇任意一個顯示點(pixel)的開與關。這其實是利用薄膜式晶體管的非線性功能來取代不易控制的液晶非線性功能。

在TFT型液晶顯器中,導電玻璃上畫上網狀的細小線路,電極則由是薄膜式晶體管所排列而成的矩陣開關,在每個線路相交的地方則有著一弄控制匣,雖然驅動訊號快速地在各顯示點掃瞄而過,但只有電極上晶體管矩陣中被選擇的顯示點得到足以驅動液晶分子的電壓,使液晶分子軸轉向而成「亮」的對比,不被選擇的顯示點自然就是「暗」的對比,也因此避免了顯示功能對液晶電場效應能力的依靠。

5 LCD 液晶顯示器 -TFT液晶顯示原理

TFT型的液晶顯示器較為複雜,主要的構成包括了,螢光管、導光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等。首先液晶顯示器必須先利用背光源,也就是螢光燈管投射出光源,這些光源會先經過一個偏光板然後再經過液晶,這時液晶分子的排列方式進而改變穿透液晶的光線角度。然後這些光線接下來還必須經過前方的彩色的濾光膜與另一塊偏光板。因此我們只要改變刺激液晶的電壓值就可以控制最後出現的光線強度與色彩,並進而能在液晶面板上變化出有不同深淺的顏色組合了。

STN液晶顯示原理

STN型的顯示原理與TN相類似,不同的是TN扭轉式向列場效應的液晶分子是將入射光旋轉90度,而STN超扭轉式向列場效應是將入射光旋轉180~270度。
要在這裡說明的是,單純的TN液晶顯示器本身只有明暗兩種情形(或稱黑白),並沒有辦法做到色彩的變化。而STN液晶顯示器牽涉液晶材料的關係,以及光線的干涉現象,因此顯示的色調都以淡綠色與橘色為主。但如果在傳統單色STN液晶顯示器加上一彩色濾光片(color filter),並將單色顯示矩陣之任一像素(pixel)分成三個子像素(sub-pixel),分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍三原色,再經由三原色比例之調和,也可以顯示出全彩模式的色彩。另外,TN型的液晶顯示器如果顯示屏幕做的越大,其屏幕對比度就會顯得較差,不過藉由STN的改良技術,則可以彌補對比度不足的情況。

TN型液晶顯示原理

TN型的液晶顯示技術可說是液晶顯示器中最基本的,而之後其它種類的液晶顯示器也可說是以TN型為原點來加以改良。同樣的,它的運作原理也較其它技術來的簡單,請讀者參照下方的圖片。圖中所表示的是TN型液晶顯示器的簡易構造圖,包括了垂直方向與水平方向的偏光板,具有細紋溝槽的配向膜,液晶材料以及導電的玻璃基板。 不加電場的情況下,入射光經過偏光板后通過液晶層,偏光被分子扭轉排列的液 晶層旋轉90度,離開液晶層時,其偏光方向恰與另一偏光板的方向一致,因此光線能順 利通過,整個電極面呈光亮。 當加入電場的情況時,每個液晶分子的光軸轉向與電場方向一致,液晶層因此失去了旋光的能力,結果來自入射偏光片的偏光,其偏光方向與另一偏光片的偏光方向成垂直的關係,並無法通過,電極面因此呈現黑暗的狀態。 其顯像原理是將液晶材料置於兩片貼附光軸垂直偏光板之透明導電玻璃間,液晶分子會依配向膜的細溝槽方向依序旋轉排列,如果電場未形成,光線會順利的從偏光板射入,依液晶分子旋轉其行進方向,然後從另一邊射出。如果在兩片導電玻璃通電之後,兩片玻璃間會造成電場,進而影響其間液晶分子的排列,使其分子棒進行扭轉,光線便無法穿透,進而遮住光源。這樣所得到光暗對比的現象,叫做扭轉式向列場效應,簡稱TNFE(twisted nematic field effect)。在電子產品中所用的液晶顯示器,幾乎都是用扭轉式向列場效應原理所製成

LCD控制驅動器的設計與開發

對於液晶顯示屏,它通常包括玻璃基板、ITO(Indium Tin Oxide)膜、配向膜、偏光板等製成的夾板,上下共有兩層。每個夾層都包含電極和配向膜上形成的溝槽,上下玻璃基板配向為90度。上下夾層中放置液晶,液晶將按照溝槽方向配向。整體看起來,液晶分子的排列就像螺旋形的扭轉排列。當玻璃基板加入電場時,液晶分子配列產生變化,變成豎立狀態。當液晶分子豎立時光線無法通過,結果在顯示屏上出現黑色。液晶顯示器(LCD)將根據電壓的有無,控制液晶分子配列方向,使面板達到顯示效果。
對LCD的分類,有各種分類方法。通常可按照其顯示方式分為段式、點字元式、點陣式等。除了黑白顯示外,還有多灰度和彩色顯示等。

在LCD驅動時,需在段電極和公共電極上施加交流電壓。若只在電極上施加DC電壓時,液晶本身發生劣化。液晶驅動方式包括靜態驅動、動態驅動等驅動方式。

1)靜態驅動
所有的段都有獨立的驅動電路,表示段電極與公共電極之間連續施加電壓。它適合於簡單控制的LCD。

2)多路驅動方式
構成矩陣電極,公共端數為n,按照1/n的時序分別依次驅動公共端,與該驅動時序相對應,對所有的段信號電極作選擇驅動。這種方式適合於比較複雜控制的LCD。
在多路驅動方式中,像素可分為選擇點、半選擇點和非選擇點。為了提高顯示的對比度和降低串擾,應合理選擇占空比(duty)和偏壓(bias)。

施加在LCD上所表示的ON和OFF時的電壓有效值與占空比和偏壓的關係如下:
Vo:LCD驅動電壓
N:占空比(1/N)
a:偏壓(1/a)

多路驅動方式可分為點反轉驅動和幀反轉驅動。點反轉驅動適合於低占空比應用,它在各段數據輸出時,將數據反轉。幀反轉驅動適合於高占空比應用,它在各幀輸出時,將數據反轉。
對於多灰度和彩色顯示的控制方法,通常採用幀頻控制(FRC)和脈寬調製(PWM)方法。幀頻控制是通過減少幀輸出次數,控制輸出信號的有效值,來實現多灰度和彩色控制。而脈寬調製是通過改變段輸出信號脈寬,控制輸出信號的有效值,來實現多灰度和彩色控制。

顯示方式從簡單的段式、點字元式到複雜的點陣式、階調式的變化。顯示顏色從黑白逐步變化到彩色。顯示屏從小到大,響應時間逐步縮短,目前STN顯示器在成本及消費電流方面有優勢。TFT顯示器在對比度和動畫對應速度方面有優勢。

作為LCD驅動器標準電路生產廠主要有NEC 、EPSON、三星等公司。目前手機市場中使用最多的驅動器電路仍然是黑白電路。但是,四灰度LCD驅動電路和彩色LCD驅動電路也逐漸投入到市場上。今後具有彩色、大屏幕、可上網、響應快的顯示器將成為手機發展的流行趨勢。

下面將以NEC公司mPD16682A產品為例,說明LCD控制驅動器主要特性和設計流程。該晶元適用於手機、漢字或日語傳呼機以及其他顯示漢字或日語字元的設備,每個字元使用16 x 16或12 x 12個點。
* 內含1/65分時顯示RAM的液晶顯示控制/驅動器
* 使用+3伏單一電源
* 內含升壓電路(3倍和4倍可轉換)
* 132 x 65 位用於點顯示的RAM
* 輸出:132段、65公共端
* 用於COG(Chip on Glass)

LCD驅動器基本構成由以下部分構成:
控制部分:
TopDown(自頂向下)
邏輯電路
RAM部分:
手工設計
非同步2 PortRAM
I/O口
輸出專用口
模擬部分:
手工設計
DC/DC轉換器
DA轉換器
升壓放大器
電壓跟隨器
穩壓電路
溫度補償電路
振蕩電路
I/O部分:手工設計
顯示屏以手機為例,設計開發企業應與國內晶元製造企業聯手,設計、開發下列目前或近期即將需求的手機用LCD控制驅動器的系列產品:
黑白LCD控制驅動器
多灰度LCD控制驅動器
彩色STN-LCD控制驅動器
彩色TFT-LCD控制驅動器

1)確定LCD驅動電路規格書
根據市場需求及發展趨勢,確定LCD驅動電路的規格書。

2)建立完整的設計環境
由於LCD控制驅動電路涉及到數字、模擬和高壓電路。SPICE參數的提取和驗證是其中重要的一項任務。因此,設計和工藝人員應製作測試用的TEG片,並對TEG片進行測試,提取和驗證SPICE參數,建立完整的設計環境。

3)LCD控制驅動電路設計
電路設計包括確定電路設計方案、邏輯綜合、電路模擬和物理實現。

採用低功耗技術,需選擇低功耗電源;內置存儲器和降低振蕩頻率;採用OSO(One Shot Operation)電路技術;採用MLS(Multi Line Selection多線選擇)驅動法。
電路描述與模擬。
數字電路可採用HDL語言描述,HDL模擬。模擬電路可採用原理圖輸入,SPICE模擬。
對於整體電路模擬需採用數模混合模擬技術,還要解決顯示圖象的驗證技術。
版圖物理實現

為了保證設計效率,數字電路部分的版圖可利用SE,進行自動布局布線。為獲得高性能,對模擬電路版圖及I/O部分版圖應採用手工布圖。由於全晶元採用不同的方法分塊製作,因此需利用全晶元合成、布局布線技術和部分電路版圖和全晶元版圖的DRC技術。

4)LCD控制/驅動電路測試技術。例如,多引腳對應能力;高速數據傳送;高精度測試;高電壓對應。
LCD部分專業術語解釋
LCD Liquid Crystal Display 液晶顯示
LCM Liquid Crystal Module 液晶模塊
TN Twisted Nematic 扭曲向列。液晶分子的扭曲取向偏轉90°
STN Super Twisted Nematic 超級扭曲向列。約180~270°扭曲向列
FSTN Formulated Super Twisted Nematic 格式化超級扭曲向列。一層光程補償片加於STN,用於單色顯示
TFT Thin Film Transistor 薄膜晶體管
Backlight — 背光
Inverter — 逆變器
OSD On Screen Display 在屏上顯示
DVI Digital Visual Interface (VGA)數字介面
TMDS Transition Minimized Differential Signaling
LVDS Low Voltage Differential Signaling 低壓差分信號
Panelink —
IC Integrate Circuit 集成電路
TCP Tape Carrier Package 柔性線路板
COB Chip On Board 通過邦定將IC裸片固定於印刷線路板上
COF Chip On FPC 將IC固定於柔性線路板 上
COG Chip On Glass 將晶元固定於玻璃上
Duty — 占空比,高出點亮的閥值電壓的部分在一個周期中所佔的比率
LED Light Emitting Diode 發光二極體
EL Electro Luminescence 電致發光。EL層由高分子量薄片構成
CCFL(CCFT) Cold Cathode Fluorescent Light/Tube 冷陰極熒光燈
PDP Plasma Display Panel 等離子顯示屏
CRT Cathode Radial Tube 陰極射線管
VGA Video Graphic Array 視頻圖形陣列
PCB Printed Circuit Board 印刷電路板
Composite video — 複合視頻
Component video —
S-video — S端子,與複合視頻信號比,將對比和顏色分離傳輸
NTSC National Television Systems Committee NTSC制式,全國電視系統委員會制式
PAL Phase Alternating Line PAL制式(逐行倒相制式)
SECAM SEquential Couleur Avec Memoire SECAM制式(順序與存儲彩色電視系統)
VOD Video On Demand 視頻點播
DPI Dot Per Inch 點每英寸
LCD顯示器的模擬/數字介面

液晶顯示器(LCD)是為PC開發的最新附件之一。與同類的陰極射線管(CRT)顯示器相比,LCD顯示器體積小、輻射少、功耗低,同時視頻性能優越、外觀新穎圓滑。技術的進步、需求的增加以及生產成本的降低,使LCD的價格降到可為普通消費者接受,人們在考慮配置一個新的帶LCD顯示器的計算機系統,或是替換掉舊的CRT顯示器。
在決定一項新的購置計劃時,大部分消費者都要權衡其需求。在一定的價格範圍內,對於給定的一套產品的特點及預期的性能水平,消費者會在充分權衡后決定是否購買該產品。計算機和計算機附件的購買過程也與此類似。系統工程師必須了解消費市場中的性能價格比。對於這種成本敏感市場而言,設計的主要目標是降低板級的BOM (原材料費用)成本。板級元器件的去除等同於最終產品市場價格的大幅降低。如果購買模式如上所提,消費者該怎樣在數字顯示器和模擬顯示器間作一選擇呢?

消費者在購置時會考慮以下幾個關鍵因素:性能、兼容性以及成本。在購置顯示器時,介面類型也成為關鍵的考慮因素之一。標準的紅、綠、藍(RGB)模擬介面正面臨著數字介面日漸強大的挑戰。以下篇幅將著重討論兩種方案間的差異。

模擬介面

在市場上現有的大量RGB模擬顯示器中,來自計算機的離散視頻數據RGB送至DAC,然後數字信號被轉化為模擬信號並與水平及垂直同步信號一起傳送到顯示器。
在顯示器內部,前置放大器具有放大、鉗位及偏移調節的作用。可選擇使用單獨的前置放大器或集成前置放大器。目前市場上供應的前置放大器都設計用於CRT顯示器,並未經過優化以用於LCD。因而,在LCD環境下,前置放大器所產生的失效及錯誤會降低視頻性能。

下一步關鍵是實現模擬信號到數字信號的轉換(ADC)。在轉換過程中,轉換器有限的解析度會產生錯誤,包括DC部分的線性度和偏移以及AC成分的電火花及位錯誤等。雖然參照說明書這些不理想的特性顯得很重要,但如果只是隨機發生,人眼不容易察覺。LCD屏的刷新率達到60Hz時,如果閃爍並不太多,人眼將會濾除這些信號。值得注意的是ADC的輸入帶寬是有限的。如果ADC沒有足夠的輸入帶寬,這些影響會表現在顯示屏上。在一個象素點上,當視頻信號由白轉黑時,如果ADC輸入帶寬不佳,則會大幅降低LCD顯示器的視頻性能。由於模擬信號會全幅振蕩,輸入帶寬不佳的ADC會導致象素消退,象素之間的邊緣將不再平整而是變得模糊,在黑色垂直線與白色垂直線相鄰的地方將變成灰線。建議ADC輸入帶寬為採樣時鐘頻率的1.5倍。時鐘頻率通過顯示器的解析度和刷新率來決定。例如刷新率為85Hz的XGA(1024×768)顯示器需要89MHz的時鐘,ADC輸入帶寬至少為133MHz。

Fs = (水平解析度×垂直解析度×刷新率) / 0.75) 其中 0.75 是有效視頻因子(active video factor)
= (1024 ×768 ×85) / 0.75 = 89.13MHz
所以輸入帶寬為89.13 × 1.5 = 133.7MHz

在模擬介面中,需要一個數據時鐘在LCD顯示器及圖形控制器傳來的輸入信號間進行同步。同步由鎖相環(PLL)提供,它用計算機的水平同步脈衝來為ADC和數字控制器晶元產生內部時鐘信號。為了確保ADC能在正確的時間採樣,需要進行相位調節。為了獲得最佳的視覺性能,也許需要用戶自己調節顯示器。PLL還會在顯示器中產生相位雜訊或時鐘抖動,從而在顯示器上產生不良的畫面,即在灰色的背景中產生「雪花」,或在亮度上出現明顯的不同。產生這種視覺影響時,通常在LCD屏上有一塊區域看上去比顯示屏的其它部分要暗一些或亮一些。

在模擬系統中,信號一旦被轉換為數據流,LCD顯示器通常就需要進行適當的調節及幀比率調整。可對圖像進行縮放以符合顯示屏的大小,同時調整幀比率來設置刷新頻率以滿足顯示器的要求,通常為60Hz。在縮放過程中,由模擬信號到數字信號轉換過程產生的信號退化可能會被放大。此外,不標準的圖形控制卡、電纜的屏蔽性差以及連接器質量低劣也會降低信號的性能,導致整個數據轉換過程的誤差,引起圖像質量的降低。
數字介面

在數字介面裝置中,計算機數據可以直接發送到顯示器,而無需進行數據轉換。由於不再需要將數據轉換為模擬信號隨後再還原為數字信號,從而排除了與之相關的可能引起的誤差。

美中不足的是,數字介面不能共享模擬介面方案的通用標準。有可能成為數字介面標準的競爭標準包括:低壓差分信號(LVDS)標準、PanelLink標準、傳輸最小差分信號(TMDS)標準以及用於顯示器的數字介面(DISM)標準。每種提議的傳輸技術都有其優點,但在單一標準被採用並獲得推廣前,計算機廠商們仍會將關注那些可能長期應用的方案上。根據計算機產業的快速變革而言,幾乎很難做出一個正確預測。

6 LCD 液晶顯示器 -液晶顯示器花屏

科技的發展日益加快,電腦的普及率也越來越高。高端科技層出不窮,現在液晶顯示器(LCD)已經是電腦顯示器的主流。圖像清晰精確、平面顯示、厚度薄、重量輕、無輻射、低能耗、工作電壓低,無論是家用還是辦公,均能滿足需求。不過不少朋友在使用的時候,都出現了液晶顯示器花屏的問題。筆者根據自己的維修經驗,總結了以下方法,可以解決大部分液晶顯示器花屏的問題(實際應用時,也最好按此流程逐步排除)。 

第一招:檢查顯示器與顯卡的連線是否鬆動。接觸不良會導致出現「雜波」、「雜點」狀的花屏是最常見的現象。 

第二招:檢查顯卡是否過度超頻。若顯卡過度超頻使用,一般會出現不規則、間斷的橫紋。這時,應該適當降低超頻幅度。注意,首先要降低顯存頻率。 

第三招:檢查顯卡的質量。若是更換顯卡后出現花屏的問題,且在使用第一、二招未能奏效后,則應檢查顯卡的抗電磁干擾和電磁屏蔽質量是否過關。具體辦法是:將一些可能產生電磁干擾的部件盡量遠離顯卡安裝(如硬碟),再看花屏是否消失。若確定是顯卡的電磁屏蔽功能不過關,則應更換顯卡,或自製屏蔽罩。 

第四招:檢查顯示器的解析度或刷新率是否設置過高。液晶顯示器的解析度一般低於CRT顯示器,若超過廠家推薦的最佳解析度,則有可能出現花屏的現象。 

第五招:檢查是否安裝了不兼容的顯卡驅動程序。這種情況一般容易被忽視,因為顯卡驅動程序的更新速度越來越快(尤其是NVIDIA顯卡),有些用戶總是迫不及待地安裝最新版本的驅動。事實上,有些最新驅動程序要麼是測試版本、要麼是針對某一專門顯卡或遊戲進行優化的版本,使用這類驅動有時可能導致花屏的出現。所以,推薦大家盡量使用經過微軟認證的驅動程序,最好使用顯卡廠家提供的驅動。 

第六招:若使用以上五招后,仍然不能解決問題,則有可能是顯示器的質量問題。此時,請更換其他顯示器進行測試。

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