液晶显示模块(LCM)的基础知识

1液晶显示模块（LCM）的基础知识一、LCD的工作原理1、液晶显示器基本常识LCD基本常识液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。它显示图案或字符只需很小能量。正因为低功耗和小型化使LCD成为较佳的显示方式。液晶显示所用的液晶材料是一种兼有液态和固体双重性质的有机物，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。对于正性TN-LCD，当未加电压到电极时，LCD处于OFF态，光能透过LCD呈白态；当在电极上加上电压LCD处于ON态，液晶分子长轴方向沿电场方向排列，光不能透过LCD，呈黑态。有选择地在电极上施加电压，就可以显示出不同的图案。对于STN-LCD，液晶的扭曲角更大，所以对比度更好，视角更宽。STN-LCD是基于双折射原理进行显示，它的基色一般为黄绿色，字体蓝色，成为黄绿模。当使用紫色偏光片时，基色会变成灰色成为灰模。当使用带补偿膜的偏光片，基色会变成接近白色，此时STN成为黑白模即为FSTN,以上三种模式的偏光片转90°，即变成了蓝模，效果会更佳。2、液晶0下图是一个反射式TN型液晶显示器的结构图.从图中可以看出,液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料-胶框（一般为环氧树脂）密封，盒的两个外侧贴有偏光片。液晶盒中上下玻璃片之间的间隔，即通常所说的盒厚，一般为几个微米（人的准确性直径为几十微米）。上下玻璃片内侧，对应显示图形部分，镀有透明的氧化铟-氧化锡（简称ITO）导电薄膜，即显示电极。电极的作用主要是使外部电信号通过其加到液晶上去（这个电信号一般来自IC）。液晶盒中玻璃片内侧的整个显示区覆盖着一层定向层。定向层的作用是使液晶分子按特定的方向排列，这个定向层通常是一薄层高分子有机物，并经摩擦处理。在TN型液晶显示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使长棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一个固定方向排列，分子长轴的方向沿着定向处理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，这样，在垂直于玻璃片表面的方向，盒内液晶分子的取向逐渐扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了90°（参见下图），这就是扭曲向列型液晶显示器名称的由来。2实际上，靠近玻璃表面的液晶分子并不完全平等于玻璃表面，而是与其成一定的角度，这个角度称为预倾角，一般为1°~2°。液晶盒中玻璃片的两个外侧分别贴有偏光片，这两片偏光片的偏光轴相互平行（黑底白字的常黑型）或相互正交（白底黑字的常白型），且与液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是将高分子塑料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的。我们通常所见的多是反向型的液晶显示器，这种显示器在下边的偏振片后还贴有一片反光片。这样，光的入射和观察都是在液晶盒的同一侧。TN、HTN、STN的结构：FSTN、ECB-Multi-colorSTN的结构：ColorSTN的结构：33、液晶显示器件的基本性能§电光性能：LCD光学透过率随电压变化的曲线，如图1。§响应速度：LCD加电压后，透过率变化的快慢程度，如图2。§对比度：LCD在选态透过率与非选态透过率的比值。如图3。§视角图：LCD在不同视角下观察所获得的等对比度曲线图。如图4。§温度性能：由于液晶材料本身的物理性质随温度变化而变化，因而引起LCD的阈值、透过光谱等会随温度漂移。§频率响应：LCD只能工作在一个适当的频率范围，太低会引起显示闪动太高则液晶分子跟不上电场变化。4§LCD功耗：指单位显示面积的电流密度。§寿命：·工业品保证100000小时。·民用品保证50000小时。§其他性能：防紫外、防眩目、防划伤等。4、液晶显示器件的基本参数LCD显示类型TN型：STN型：显示模式背景前景黄绿模黄绿色蓝黑色蓝模蓝色白色灰模灰白色深蓝色黑白模白色黑色照明方式LCD有三种显示方式：反射型，全透型和半透型。反射型LCD的底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。全透型LCD的底偏光片是全透偏光片，它需要连续使用背光源，一般在光线差的环境使用。半透型LCD是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光，一般也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用LCD。LCD显示方式还分正性和负性。正性LCD呈现白底黑字，在反射和半透型LCD中显示最佳；负性LCD呈现黑底白字，一般用于全透型LCD，加上背光源，字体清晰，易于阅读。正显模式（白底黑字）POSITIVETYPE负显模式（黑底白字）NEGATIVETYPE5温度特性类型TNSTNⅠⅡⅢⅣⅠⅡ工作温度（℃）0～50-10～60-20～70-30～800～50-20～70储存温度（℃）-20～60-20～70-30～80-40～90-20～60-30～80LCD的采光技术显示器件是被动型显示器件，它本身不会发光，是靠调制外界光实现显示的。外界光是液晶显示器件进行显示的前提条件。因此，在液晶显示装配、使用中，巧妙地解决采光，不仅可以保证和提高液晶显示的质量，而且一般液晶显示的采光技术分为自然光采光技术和外光源设置技术。而外光源设置上，又有背光源、前光源和投影光源三类技术。这里，我们就较为常见的背光源作简单介绍:一.背光源采光技术的两大任务是：1.使液晶显示器件在有无外界光的环境下都能使用；2.提高背景光亮度，改善显示效果。二.分类：现对常用的背照明光源，按如下分类说明：光源种类LEDEL（电致发光）CCFL寿命(小时)100,000(半衰期)2000～5000(半衰期)5000～8000特点优点寿命长分光特性好,无亮斑,薄而轻,耐振抗冲击在可见光范围光谱峰值可任选,亮度高,寿命长，适于彩色化缺点单色光，调光难寿命短，电压高不能调光，驱动电压高，有一定厚度发光方式边光背光一般为边光工作电压3.8～4.5V60～200V500～1000V推荐工作电压70～110V工作频率-50～1000Hz20KHz推荐工作频率-400～700Hz工作电流不定(由LED的数量决定）0.1～0.25mA/cm24～6mA电容值-100～1000pF/cm2工作温度-30℃～+50℃+10℃～50℃存储温度-40℃～+60℃-20℃～60℃存储湿度70%RH亮度3000～35000cd/m2功耗不定(由LED的数量决定)1～4W颜色种类黄、红、绿、橙、白EL是低亮度照明光源，发光颜色仅绿色、蓝绿色、橙色。白色外接元器件外接5V电源时须限流需DC-AC逆变器需DC-AC逆变器,串联限流电阻100KΩ～200KΩ全透型和半全透型LCD一般都需要加背光源，其放置位置根据实际情况下面介绍几种常见的背光源：6EL背光LED背光CCFL背光电致发光(EL)：EL背光源厚度薄，重量轻、发光均匀。它可用于不同颜色，但最常用于LCD白光背光。EL背光源功耗低，只需电压80-110VAC，通过变压器将5V,12V或24VDC转变得到。EL背光源的半衰期约为2000-5000小时。发光二极管(LED):LED背光源主要用于字符型模块。比EL寿命更长（最少5000小时），光更强，但能耗更大。作为固态装置，它直接使用5VDC。LCD一般直接排列在LCD的后面，厚度要增加5mm，LED可以发不同颜色的光，最常见的是黄绿光。冷阴极荧光灯(CCFL):CCFL能够提供能耗低，光亮强的白光。它由冷阴极荧光管发光，通过散射器将光均匀分散在视窗区。侧背光源体积小，能耗低，但CCFL需要一个变压器来供应270-300VAC的电源。它主要用于图形LCD，寿命达10000-15000小时。LCD的视角视角简单地说就是显示图案能看得清楚的角度。它是由定向层的摩擦方向决定，不能通过旋转偏光片改变。由于较早期LCD应用于手表，故视角以时针的钟点来命名，如6:00视角，12:00视角等等。6:00视角就是指在6点时针的平面方向到法线方向这个区域LCD显示效果理想；12:00视角是指12点时针的平面到法线方向区域显示理想。LCD的视角是由LCD显示屏在仪器上的位置来确定。例如计算器一般放在桌上或拿在手上使用，LCD做成6:00视角最好。有些仪器上的LCD屏装在低于人眼视线以下，一般做成12:00视角。汽车上的时钟一般装在驾驶员的右边，做成9:00的视角最佳。LCD视角示意图Duty,Bias,Vop的定义：7duty=Ton/TframeBias=v/Vlcd,Vop=Vlcd-Vss二．LCD模块概述8早期液晶显示器只生产LCD屏，驱动部分由客户自己设计制作。目前LCD生产厂家把LCD屏连接到COB板（带IC的PCB板）上，就做成了LCD模块。LCD模块分字符型模块和图像型模块。字符模块有1~4行，划分8~40个字块，分别组成081，161，162…404等字符型模块。每个字块由5x7点阵组成。每个字块单独驱动。图像型模块由多行多列的点阵像素组成，每个像素单独驱动，可显示文本、图像或同时显示文本和图像。图像型模块需要IC来控制，这种控制IC有些也装在LCD模块上。normal字符型模块可使用TN-LCD或者STN-LCD，但图像型模块都是采用STN-LCD。大多数模块的背光源可用EL或者LED。也有使用CCFL（冷阴极荧光管）的。IC与LCD的常见连接方式IC与LCD的常见连接方式SMT是英文Surfacemounttechnology的缩写即表面安装技术，这是一种较传统的安装方式。其优点是可靠性高，缺点是体积大，成本高，限制LCM的小型化。COB是英文ChipOnBoard的缩写，即芯片被邦定（Bonding）在PCB上，这样可大大地减少模块体积，同时在价格方面也可降低成本。由于IC制造商在LCD控制及相关芯片的生产上正在减小QFP（SMT型IC的一种，四边都有脚的那种）封装的产量，因此，在今后的产品中传统的SMT方式将被逐步取代。TAB是英文TapeAutomatedBonding的缩写即各向异性导电胶(ACF)连接方式将封装形式为TCP（TapeCarrierPackage带载封装）的IC用各向异性导电胶分别固定在LCD上。这种安装方式可减小LCM的重量、体积、安装方便、可靠性较好！最重要的是可以弯折。COG是英文ChipOnGlass的缩写，即芯片通过ACF（AnisotropicConductiveFilm各向异性导电膜）被直接邦定在玻璃上。这种安装方式可大大减小整个LCD模块的体积，又比TAB方式更低成本，且易于大批量生产，适用于消费类电子产品用的LCD，如：手机、PDA、MP3等便携式电子产品。这种安装方式在IC生产商的推动下，是当今IC与LCD的主要连接方式。COF是英文ChipOnFilm的缩写即芯片被直接安装在柔性PCB上。这种连接方式的集成度较高，外围元件可以与IC一起安装在柔性PCB上，随着COF薄膜（film）的迅速发展，目前已可以进入大量产阶段。这种连接方式可以方便地使代替TAB，又不用太贵的开模费用。并且可以做一些COG无法做到的小面积应用领域。三、COG/TAB/COF模块的结构与生产制作方法：1．COG模块一般由以下几个部分组成：LCD（含偏光片）、IC、ACF、FPC、硅胶、黑纸，以下逐个2介绍各组成部分：●LCD：同上面介绍9●IC：是整个液晶显示器的驱动部分，接收外界提供电源及单片机（CPU/MCU/MPU）所传过来的信号，而产生各种不同驱动波形到segment线和common线，从而产生不同的图案。●ACF：各向异性导电膜，主体为粘胶，在常温度下上具有轻微粘性，在温度为220℃±10℃时具有很强粘性，使IC与LCD玻璃连接在一起，这种粘胶的里面掺杂有导电金球，这种金球只有4~10μm直径，一旦受到适当压力就会变扁，甚至被压裂。如图示，当金球受热时，最外层的塑胶会被熔化掉，IC金引脚（突起）会压在金球上，金球又与LCD玻璃的引脚（ITO线）连在一起，所以电信号可以从IC传往LCD。ACF一般分为COG用（如AC8501、AC8304），TAB用（AC7106）。●FPC：软性线路板。柔软，可折叠，可适用于要求轻、折叠、体积小的手机、无