LCD顯示屏的器件選擇和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)說明

1、LCD顯示屏的器件選擇和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)LCD平板顯示屏驅(qū)動(dòng)電路的高性能設(shè)計(jì)是當(dāng)前手持設(shè)備設(shè)計(jì)工程師面臨的重要挑戰(zhàn)。本文分析了 LCD顯示面板的分類和性能特點(diǎn)，介紹了 LCD顯示屏設(shè)計(jì)中關(guān)鍵器件 L DO和白光 LED的選擇要點(diǎn)，以及電荷泵 LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方法。STN-LCD彩屏模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，它的上部是一塊由偏光片、玻璃、液晶組成的 LCD屏，其下面是白光 LED和背光板， 還包括 LCD驅(qū)動(dòng) IC 和給 LCD驅(qū)動(dòng) IC 提供一個(gè)穩(wěn)定電源的低壓差穩(wěn)壓器 (LDO)，二到八顆白光 LED以及 LED驅(qū)動(dòng)的升壓穩(wěn)壓 IC 。STN-LCD彩屏模塊的電路結(jié)構(gòu)如圖2 所示，

2、外來電源Vcc 經(jīng) LDO降壓穩(wěn)壓后，向 LCD驅(qū)動(dòng) IC 如 S6B33BOA提供工作電壓， 驅(qū)動(dòng)彩色STN-LCD的液晶顯示圖形和文字；外部電源 Vcc 經(jīng)電荷泵升壓穩(wěn)壓，向白光LED如 NACW215/NSCW335提供恒壓、恒流電源，LED的白光經(jīng)背光板反射，使LCD液晶的 65K 色彩充分表現(xiàn)出來，LED的亮度直接影響LCD色彩的靚麗程度。.LCD屬于平板顯示器的一種，按驅(qū)動(dòng)方式可分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng) (Static)、單純矩陣驅(qū)動(dòng) (Simple Matrix)以及有源矩陣驅(qū)動(dòng) (Active Matrix)三種。其中，單純矩陣型又可分為扭轉(zhuǎn)式向列型 (Twisted Nematic ，

3、TN)、超扭轉(zhuǎn)式向列型(Super Twisted Nematic， STN)，以及其它無源矩陣驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。有源矩陣型大致可區(qū)分為薄膜式晶體管型(ThinFilmTransistor ，TFT)及二端子二極管型 (Metal/Insulator/Metal，MIM)兩種。 TN、STN及 TFT 型液晶顯示器因其利用液晶分子扭轉(zhuǎn)原理的不同，在視角、 彩色、對(duì)比度及動(dòng)畫顯示品質(zhì)上有優(yōu)劣之分， 使其在產(chǎn)品的應(yīng)用范圍分類亦有明顯差異。以目前液晶顯示技術(shù)所應(yīng)用的范圍以及層次而言，有源矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)是以薄膜式晶體管型為主流，多應(yīng)用于筆記本電腦及動(dòng)畫、影像處理產(chǎn)品；單純矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)目前則以扭轉(zhuǎn)向列以及S

4、TN為主， STN液晶顯示器經(jīng)由彩色濾光片 (colorfilter)，可以分別顯示紅、綠、藍(lán)三原色，再經(jīng)由三原色比例的調(diào)和，可以顯示出全彩模式的真彩色。目前彩色STN-LCD的應(yīng)用多以手機(jī)、 PDA、數(shù)碼相機(jī)和視屏游戲機(jī)消費(fèi)產(chǎn)品以及文字處理器為主。器件選擇1. LDO 選擇。 由于手機(jī)、 PDA、數(shù)碼相機(jī)和視屏游戲機(jī)消費(fèi)產(chǎn)品都是以電池為電源，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，電源電壓逐漸下降，LCD驅(qū)動(dòng) IC 需要一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓，因此設(shè)計(jì)電路時(shí)通常由一個(gè)LDO提供一個(gè)穩(wěn)定的2.8V 或 3.0V 電壓。 LCM將安裝在手機(jī)的上方，與手機(jī)的射頻靠得很近，為了防止干擾，必須選用低噪音的LDO，如 LP29

5、85、AAT3215。2.白光 LED。按背光源的設(shè)計(jì)要求，需要前降電壓(VF) 和前降電流 (IF) 小、亮度高 (500-1800mcd) 的白光 LED。以手機(jī) LCM為例，目前都使用3-4 顆白光 LED，隨著 LED的亮度增加和手機(jī)廠商要求降低成本和功耗，預(yù)計(jì)到2004 年中 LCM都會(huì)選用2 顆高亮度白光 LED(1200-2000mcd) ， PDA和智能手機(jī)由于LCD屏較大會(huì)按需要使用4-8 顆白光 LED。NACW215/NSCW335和 EL 99-21/215UCW/TR8 是自帶反射鏡的白光LED，EL 系列其亮度分為T、S、R三個(gè)等級(jí)， T 為 720-1000mcd

6、， S 為 500-720mcd，都是在手機(jī)LCD背光適用之列。LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).白光 LED的驅(qū)動(dòng)需要供給恒定的電壓或恒定的電流，而手機(jī)電源一開始工作后，其電壓就開始往下降，因而需要升壓器件升壓、穩(wěn)壓。為了減少升壓器件的工作頻率對(duì)手機(jī)射頻的影響， 一般選用以電容器為電能傳遞中間體的電容式電荷泵， 而以電感器為電能傳遞中間體的升壓器能輸出較高電壓。電容式電荷泵的效率按其升壓方法分倍頻和分?jǐn)?shù)倍頻二種，前者效率約90%，后者效率約93-95%；電感式升壓器效率約83-85%。電容式電荷泵按其輸出分恒壓輸出、恒流輸出， 按其對(duì) LED驅(qū)動(dòng)的方法分并聯(lián)恒壓驅(qū)動(dòng)、單個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)和串聯(lián)恒流驅(qū)動(dòng)。電感式升壓

7、器都是恒流輸出，輸出電壓較高，對(duì)LED串聯(lián)驅(qū)動(dòng)。倍頻升壓的電容式電荷泵如 AAT3110，5V 恒壓輸出， 最大電流 120mA，并聯(lián)驅(qū)動(dòng) LED，如圖 3 所示。分?jǐn)?shù)倍頻升壓的電容式電荷泵如AAT3113，有 4-6 路恒流輸出，每路能輸出20mA電流，單個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)LED，具有 32 級(jí)調(diào)光功能。 AAT3134將輸出 DAC模塊分成二塊，其輸出可分別驅(qū)動(dòng)雙屏顯示的大小LCM模塊。NCP5009是帶光敏傳感器的背光 LED驅(qū)動(dòng)升壓器，適用于自動(dòng)調(diào)光的高檔手機(jī)LCM，對(duì) LED串聯(lián)驅(qū)動(dòng)。 LM2704是可恒流驅(qū)動(dòng) 4 顆串聯(lián) LED、 PWM調(diào)光的背光 LED驅(qū)動(dòng)升壓器。新型的電荷泵、升壓器輸

8、出端都內(nèi)置 MOSFET，可動(dòng)態(tài)地調(diào)整負(fù)載內(nèi)阻，省卻為平衡由于 LED內(nèi)阻不一致需要外加的勻流電阻。 開關(guān)工作頻率高的電容式電荷泵其所需的濾波電容器容量小，對(duì) RF 的干擾也小。電容器最好選擇陶瓷電容器，因?yàn)樘沾呻娙萜鳠o極性并具有較低的等效串聯(lián)電阻 (ESR)，典型值小于 100m。陶瓷電容器的等效串聯(lián)電阻值、電介質(zhì)材料優(yōu)劣、電容值的大小對(duì)輸出紋波有重大影響。X7R電容器電介質(zhì)是最好的，成本略高；X5R電容器電介質(zhì)居中上，可以選用；Y5V 電介質(zhì)較差，不推薦選用。.手機(jī)相機(jī)的低壓閃光燈設(shè)計(jì)2007-03-09 19:03:27作者：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院姚信安來源： 互聯(lián)網(wǎng)瀏覽次數(shù)： 49

9、手機(jī)的周邊設(shè)計(jì)是增加手機(jī)附加功能、賣點(diǎn)和新利潤(rùn)的主要方法。每年推出的數(shù)百種新款手機(jī)，無非是改變或增加了手機(jī)的外觀形狀和顏色、鍵盤燈和顯示屏的顏色和亮度、聲音重現(xiàn)的方式和質(zhì)量、鈴聲和弦的變化、拍照、上網(wǎng)、接收電視和電臺(tái)以及播放 MP3的功能等等。 手機(jī)增加拍照功能幾乎成了手機(jī)新設(shè)計(jì)方案的必然趨勢(shì)，目前市場(chǎng)上的手機(jī)相機(jī)大多是選用30 萬像素 VGA格式的 CMOS鏡頭， 100 萬至 200萬像素的 CMOS鏡頭已經(jīng)成為當(dāng)前手機(jī)設(shè)計(jì)的主流。為了給手機(jī)相機(jī)拍照時(shí)補(bǔ)光，閃光燈也就成了手機(jī)的必需品。以高亮度 LED為閃光燈源的低壓閃光燈電路簡(jiǎn)單、高效、省電、低成本、 占 PCB面積小，特別適用于手機(jī)、數(shù)

10、碼相機(jī)和手持設(shè)備。圖 1 借助于電感器的升壓電路圖 2 借助于電容器升壓的電荷泵電路(a)借助于電感器的升壓電路(b)借助于電容器升壓的電荷泵電路圖3 兩種不同升壓方法的實(shí)驗(yàn) PCB板圖 bFlash LED的選用 /b選用 LED 閃光燈的第一要點(diǎn)是高亮度和能通過大電流。LED發(fā)光的亮度與通過電流成正比：用在手機(jī)鍵盤的 LED，其使用電流大約是7"12mA，其亮度大約是20"40mcd；用在 STN-LCD屏背光的 LED，其使用電流大約是14"20mA，其亮度大約是100"1000mcd；而用作閃光燈的 LED，其使用電流大約是 120"2

11、50mA，其亮度大約是 2000"7500mcd 。由此可見，手機(jī)上不同用途的 LED，其性能也是完全不同的。閃光燈用 Flash LED 選用的主要技術(shù)參數(shù)是：1) 亮度 (Iv) ，目前產(chǎn)品能達(dá)到的最高亮度大約是7500mcd ； 2)脈沖峰值電流(IFP) ，一般要求 100"400 mA ；3)封裝，一般是 5.2%26;#215;5.2%26;#215;2.5mm3。隨著 LED 技術(shù)的突飛猛進(jìn)，用作閃光燈的Flash LED技術(shù)參數(shù)提高很快。早期的Flash LED 為了提高亮度在一個(gè)芯片封裝中放入5 個(gè)管芯，隨著單顆管芯亮度的不斷提高，分別出現(xiàn)4 個(gè)、 3 個(gè)

12、，乃至 2 個(gè)管芯。Flash LED的主要技術(shù)參數(shù)是亮度、視角、前向電壓、 前向電流、 功耗、峰值電流、 管芯數(shù)量和外形尺寸。常用 Flash LED的性能如表1 所示。 bFlash LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)/b手機(jī)相機(jī)的低壓閃光燈電.路設(shè)計(jì)本著高效、低成本、占位面積小的原則來選擇Flash LED的驅(qū)動(dòng) IC 。要求驅(qū)動(dòng) IC 能在低電壓下輸出150-300mA 電流，周邊使用的器件要少，這樣可以有效地減少 PCB 板的面積；要將手機(jī)鋰電池不穩(wěn)定的低電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的4"5V 和能輸出150"300mA 電流的 FlashLED驅(qū)動(dòng)工作源。就目前的IC 來說，有兩種可以考慮，

13、一種借助于電感器的升壓電路( 見圖 1) ，另一種借助于電容器升壓的電荷泵電路( 見圖2) 。它們的實(shí)驗(yàn) PCB板如圖 3 所示。為了演示方便， 實(shí)驗(yàn) PCB板用按鈕替代觸發(fā) IC 。選用電容器升壓的電荷泵電路比較經(jīng)濟(jì)，PCB板上除了電荷泵和Flash LED 兩個(gè) IC外，只需要三個(gè)電容器、兩個(gè)電阻器和一個(gè)0.5A 電流的 MOSFET，占用PCB板面積較小；選用電感器的升壓電路，除了升壓和Flash LED兩個(gè) IC 外，還需要一個(gè)電感器、一個(gè)肖特基二極管和數(shù)個(gè)電容器、電阻器。從手機(jī)的特殊應(yīng)用來考慮，手機(jī)的LCD 顯示屏和相機(jī)鏡頭、閃光燈都位于手機(jī)的上方，與射頻電路靠得很近，因此如何防止幅

14、射和串?dāng)_十分重要。b結(jié)語(yǔ) /b手機(jī)相機(jī)用低壓閃光燈電路的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是選擇高亮度的Flash LED 和能夠節(jié)省能源以及生產(chǎn)成本的驅(qū)動(dòng)IC 。綜上所述，SLMW250 Flash LED 和電荷泵IC 升壓電路是比較理想的選擇。.彩色 LCD驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)作者： shtiger提交日期： 2004-8-24 13:31:00摘要：本文介紹了彩色STN-LCD模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主要器件，以及設(shè)計(jì)選用要求。關(guān)鍵詞：彩色STN-LCD模塊 LCM LED 電荷泵升壓器 LDO 背光板越來越多的手機(jī)、PDA、數(shù)碼相機(jī)和視屏游戲機(jī)采用STN-LCD 全彩色顯示器，因此，STN-LCD彩屏模塊 (LCM LCD

15、Module) 的需求量激增，國(guó)產(chǎn)的 LCD液晶顯示器的質(zhì)量已可與國(guó)外的媲美，許多手機(jī)設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)廠商開始要求使用國(guó)內(nèi) LCD廠家生產(chǎn)的 LCD彩屏模塊。2001年全世界生產(chǎn)手機(jī) 3.8 億部， 2003 年將增長(zhǎng)到 4.3 億部， 2005 年將增長(zhǎng)到 5.2 億部。 2004年 LCM彩屏手機(jī)會(huì)占整個(gè)手機(jī)產(chǎn)量的 35-40%，因此 STN-LCD彩屏模塊（ LCM）的年需求量會(huì)增長(zhǎng)到幾億塊。LCM內(nèi)部結(jié)構(gòu)STN-LCD 彩屏模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示，它的上部是一塊由偏光片、玻璃、液晶組成的 LCD屏，其下是白光 LED和背光板，還包括 LCD的驅(qū)動(dòng) IC ，和給 LCD驅(qū)動(dòng) IC 提供一

16、個(gè)穩(wěn)定電源的低壓差穩(wěn)壓器（ LDO），二到八顆白光 LED， LED驅(qū)動(dòng)的升壓穩(wěn)壓 IC。LCM電路結(jié)構(gòu)STN-LCD 彩屏模塊的電路結(jié)構(gòu)如圖2 所示，外來電源Vcc 經(jīng) LDO降壓穩(wěn)壓，向LCD驅(qū)動(dòng) IC 如三星的S6B33BOA提供工作電壓， 驅(qū)動(dòng)彩色STN-LCD的液晶顯示圖形和文字；外來電源 Vcc 經(jīng)電荷泵升壓穩(wěn)壓，向白光LED如 99-21UWC提供恒定的恒壓、恒流電源，LED的白光經(jīng)背光板反射，使LCD液晶的 65K 色彩充分表現(xiàn)出來，LED的亮度直接影響LCD色彩的靚麗程度。.LCM主要光電器件l Colour STN-LCDl LCD Driver： S6B33BOAl LC

17、D Driver LDO： AAT3221-2.8V AAT3221-3.0Vl White LED： 99-21UWC/TR8 99-215UWC/TR8l LED Driver： AAT3110 AAT3113 AAT3123 AAT3134 NCP5007 NCP5008/9l Backlight BoardLCDLCD液晶顯示器是英文LiquidCrystalDisplay 的簡(jiǎn)稱， LCD屬于平面顯示器的一種，依驅(qū)動(dòng)方式來分類可分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（Static）、單純矩陣驅(qū)動(dòng)（ Simple Matrix ）以及主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)（ Active Matrix）三種。其中，被動(dòng)矩陣型又可分為扭轉(zhuǎn)

18、式向列型（ TwistedNematic ；TN）、超扭轉(zhuǎn)式向列型（Super Twisted Nematic； STN）及其它被動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)液晶顯示器；而主動(dòng)矩陣型大致可區(qū)分為薄膜式晶體管型（Thin Film Transistor； TFT）及二端子二極管型（ Metal/Insulator/Metal；MIM）二種方式。 TN、 STN及 TFT型液晶顯示器因其利用液晶分子扭轉(zhuǎn)原理之不同，在視角、彩色、 對(duì)比及動(dòng)畫顯示品質(zhì)上有高低層次之差別，使其在產(chǎn)品的應(yīng)用范圍分類亦有明顯區(qū)隔。以目前液晶顯示技術(shù)所應(yīng)用的范圍以及層次而言，主動(dòng)式矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)是以薄膜式晶體管型（TFT）為主流，多應(yīng)用于筆記本

19、電腦及動(dòng)畫、影像處理產(chǎn)品。而單純矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)目前則以扭轉(zhuǎn)向列（TN）、以及超扭轉(zhuǎn)向列（ STN）為主， STN液晶顯示器經(jīng)由彩色濾光片（color filter），可以分別顯示紅、綠、藍(lán)三原色，再經(jīng)由三原色比例之調(diào)和， 可以顯示出全彩模式的真彩色。目前彩色 STN-LCD的應(yīng)用多以手機(jī)、 PDA、數(shù)碼相機(jī)和視屏游戲機(jī)消費(fèi)性產(chǎn)品以及文書處理器為主。LCD 驅(qū)動(dòng) ICLCD 驅(qū)動(dòng) IC 多選用日立、三星公司產(chǎn)品，如三星公司的S6B33BOA是一顆具有很好性能/ 價(jià)格比的 65K 色彩飽和度的 STN-LCD驅(qū)動(dòng) IC。由于手機(jī)、 PDA、數(shù)碼相機(jī)和視屏游戲機(jī)消費(fèi)性產(chǎn)品都是以電池為電源的，隨著使用時(shí)

20、間的增長(zhǎng)，電源電壓波動(dòng)較大， LCD驅(qū)動(dòng) IC 需要一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓，因此設(shè)計(jì)電路時(shí)往往經(jīng)由一個(gè)低壓差穩(wěn)壓器 (LDO)提供一個(gè)穩(wěn)定的 2.8V 或 3.0V 電壓，如 AAT3221。.白光 LED按背光源的設(shè)計(jì)要求，需要前降電壓 （VF）、前降電流 （ IF ）小，亮度高（ 500-1800mcd）的白光 LED。以手機(jī) LCM為例，目前都使用3-4 顆白光 LED，隨著 LED的亮度增加和手機(jī)廠商要求降低成本和功耗，予計(jì)到 2004 年中 LCM都會(huì)選用 2 顆高亮度白光 LED （1200 2000mcd）。PDA和 Smartphone 由于 LCD屏較大會(huì)按需要使用 4-8 顆白光 LED。EL 99-21/215UCW/TR8 是具有很好性能/ 價(jià)格比、自帶反射鏡的白光SMDLED，其亮度分為 T、 S、 R 三個(gè)等級(jí)， T 為 720-1000 mcd ，S 為 500-720 mcd ，都是在手機(jī)LCD背光適用之列。其品質(zhì)等同于NACW215 / NSCW335。LED 驅(qū)動(dòng)白光 LED的驅(qū)動(dòng)需要供給恒定的電壓或恒定的電流，而手機(jī)電源一開始工作電壓就往下降，因而需要升壓器件升壓、穩(wěn)壓。為了減少升壓器件的工作頻率對(duì)手機(jī)射頻（RF）的影響，一般選用以電容器為電能傳遞中間體的電容式電荷泵； 以電感器為電能傳遞中間體的升壓器能輸出較高電壓。