LCD控制驅(qū)動器的設(shè)計與開發(fā)

對于液晶顯示屏，它通常包括玻璃基板、ITO(Indium Tin Oxide)膜、配向膜、偏光板等制成的夾板，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(zhuǎn)排列。當(dāng)玻璃基板加入電場時，液晶分子配列產(chǎn)生變化，變成豎立狀態(tài)。當(dāng)液晶分子豎立時光線無法通過，結(jié)果在顯示屏上出現(xiàn)黑色。液晶顯示器(LCD)將根據(jù)電壓的有無，控制液晶分子配列方向，使面板達(dá)到顯示效果。

對LCD的分類，有各種分類方法。通?？砂凑掌滹@示方式分為段式、點(diǎn)字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外，還有多灰度和彩色顯示等。

在LCD驅(qū)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(fā)生劣化。液晶驅(qū)動方式包括靜態(tài)驅(qū)動、動態(tài)驅(qū)動等驅(qū)動方式。

（1)靜態(tài)驅(qū)動

所有的段都有獨(dú)立的驅(qū)動電路，表示段電極與公共電極之間連續(xù)施加電壓。它適合于簡單控制的LCD。

（2)多路驅(qū)動方式

構(gòu)成矩陣電極，公共端數(shù)為n，按照1/n的時序分別依次驅(qū)動公共端，與該驅(qū)動時序相對應(yīng)，對所有的段信號電極作選擇驅(qū)動。這種方式適合于比較復(fù)雜控制的LCD。

在多路驅(qū)動方式中，像素可分為選擇點(diǎn)、半選擇點(diǎn)和非選擇點(diǎn)。為了提高顯示的對比度和降低串?dāng)_，應(yīng)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(guān)系如下：

Vo:LCD驅(qū)動電壓

N:占空比(1/N)

a:偏壓(1/a)

多路驅(qū)動方式可分為點(diǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動和幀反轉(zhuǎn)驅(qū)動。點(diǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動適合于低占空比應(yīng)用，它在各段數(shù)據(jù)輸出時，將數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)。幀反轉(zhuǎn)驅(qū)動適合于高占空比應(yīng)用，它在各幀輸出時，將數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)。

對于多灰度和彩色顯示的控制方法，通常采用幀頻控制(FRC）和脈寬調(diào)制(PWM)方法。幀頻控制是通過減少幀輸出次數(shù)，控制輸出信號的有效值，來實現(xiàn)多灰度和彩色控制。而脈寬調(diào)制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(xiàn)多灰度和彩色控制。

顯示方式從簡單的段式、點(diǎn)字符式到復(fù)雜的點(diǎn)陣式、階調(diào)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(yīng)時間逐步縮短，目前STN顯示器在成本及消費(fèi)電流方面有優(yōu)勢。TFT顯示器在對比度和動畫對應(yīng)速度方面有優(yōu)勢。

作為LCD驅(qū)動器標(biāo)準(zhǔn)電路生產(chǎn)廠主要有NEC 、EPSON、三星等公司。目前手機(jī)市場中使用最多的驅(qū)動器電路仍然是黑白電路。但是，四灰度LCD驅(qū)動電路和彩色LCD驅(qū)動電路也逐漸投入到市場上。今后具有彩色、大屏幕、可上網(wǎng)、響應(yīng)快的顯示器將成為手機(jī)發(fā)展的流行趨勢。

下面將以NEC公司mPD16682A產(chǎn)品為例，說明LCD控制驅(qū)動器主要特性和設(shè)計流程。該芯片適用于手機(jī)、漢字或日語傳呼機(jī)以及其他顯示漢字或日語字符的設(shè)備，每個字符使用16 x 16或12 x 12個點(diǎn)。

* 內(nèi)含1/65分時顯示RAM的液晶顯示控制/驅(qū)動器

* 使用+3伏單一電源

* 內(nèi)含升壓電路（3倍和4倍可轉(zhuǎn)換）

* 132 x 65 位用于點(diǎn)顯示的RAM

* 輸出：132段、65公共端

* 用于COG（Chip on Glass）

LCD驅(qū)動器基本構(gòu)成由以下部分構(gòu)成：

控制部分：

TopDown(自頂向下)

邏輯電路

RAM部分：

手工設(shè)計

異步2 PortRAM

I/O口

輸出專用口

模擬部分：

手工設(shè)計

DC/DC轉(zhuǎn)換器

DA轉(zhuǎn)換器

升壓放大器

電壓跟隨器

穩(wěn)壓電路

溫度補(bǔ)償電路

振蕩電路

I/O部分：手工設(shè)計

顯示屏以手機(jī)為例，設(shè)計開發(fā)企業(yè)應(yīng)與國內(nèi)芯片制造企業(yè)聯(lián)手，設(shè)計、開發(fā)下列目前或近期即將需求的手機(jī)用LCD控制驅(qū)動器的系列產(chǎn)品：

• 黑白LCD控制驅(qū)動器

• 多灰度LCD控制驅(qū)動器

• 彩色STN-LCD控制驅(qū)動器

• 彩色TFT-LCD控制驅(qū)動器

(1)確定LCD驅(qū)動電路規(guī)格書

根據(jù)市場需求及發(fā)展趨勢，確定LCD驅(qū)動電路的規(guī)格書

（2)建立完整的設(shè)計環(huán)境

由于LCD控制驅(qū)動電路涉及到數(shù)字、模擬和高壓電路。SPICE參數(shù)的提取和驗證是其中重要的一項任務(wù)。因此，設(shè)計和工藝人員應(yīng)制作測試用的TEG片，并對TEG片進(jìn)行測試，提取和驗證SPICE參數(shù)，建立完整的設(shè)計環(huán)境。

（3)LCD控制驅(qū)動電路設(shè)計

電路設(shè)計包括確定電路設(shè)計方案、邏輯綜合、電路仿真和物理實現(xiàn)。

·采用低功耗技術(shù)，需選擇低功耗電源；內(nèi)置存儲器和降低振蕩頻率；采用OSO(One Shot Operation)電路技術(shù)；采用MLS（Multi Line Selection多線選擇）驅(qū)動法。

·電路描述與仿真。

數(shù)字電路可采用HDL語言描述，HDL仿真。模擬電路可采用原理圖輸入，SPICE仿真。

對于整體電路仿真需采用數(shù)?；旌戏抡婕夹g(shù)，還要解決顯示圖象的驗證技術(shù)。

·版圖物理實現(xiàn)

為了保證設(shè)計效率，數(shù)字電路部分的版圖可利用SE，進(jìn)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(yīng)采用手工布圖。由于全芯片采用不同的方法分塊制作，因此需利用全芯片合成、布局布線技術(shù)和部分電路版圖和全芯片版圖的DRC技術(shù)。

（4)LCD控制/驅(qū)動電路測試技術(shù)。例如，多引腳對應(yīng)能力；高速數(shù)據(jù)傳送；高精度測試；高電壓對應(yīng)。■

參考資料

1.李維(言是). 郭強(qiáng). 液晶顯示應(yīng)用技術(shù). 電子工業(yè)出版社

2.Tester Technique for LCD Driver . FPD Intelligence, 1998.(4)

3．Research on Low Power Technique. Design Wave Magazine No.11