空調遙控器的L CD 顯示對比度不良現象分析

1 　引　　言

TN 型液晶顯示器,以其成本的優勢,在LCD 市場中占有很大的份額。近年來,隨著人們生活水平的提高,空調的不斷普及,使得空調遙控器對TN2LCD 的需求量越來越大。而在這類LCD 上所出現的顯示對比度不良的現象也逐漸引起生產及使用者的注意,解決這一問題也成了當務之急。本文針對這個問題,從設計及生產實際出發提出改進方案。

2 　現象描述

關于空調用LCD 的顯示對比度出現的問題,從現象上大致可以分為3 類: 

A: 整體顯示對比度不良; 
B: 有部分像素點虛顯,且這些像素點基本上分布在同一個或兩個背電極中; 
C: 有部分像素點虛顯,但這些像素點分布無規律,且隨著不同段電極的驅動,虛顯的像素也隨之變化。
 
3 　L CD 結構材料、電極走線以及驅動方面的影響

3. 1 　LCD 結構和材料的影響

　　在分析此方面的影響時,暫時排除其他方面的問題,只考慮增大屏驅動能力的幾種方法。

3. 1. 1 　在允許范圍內適當降低閾值電壓( V th) 
　　收稿日期: 2002201211 ; 修訂日期: 2002202203 
3. 1. 2 　適當降低盒厚( d) 
　　考慮到Δ n ·d 值對視角和對比度的影響,做了不同盒厚的實驗,分別為90μm, 7. 05μm, 6.10μm 。

　　此種方法也可以在一定程度上解決現象A 的問題,并對B 、C 現象有所改善,但仍不能從根本上解決問題,其顯示效果排序是6. 10μm >7.05μm >7.90μm 。

　　降低d 值,也就減小了Δn ·d 值,增加了屏的驅動能力,但同時還要考慮盒厚d 與液晶的Δn 值相匹配[1] 。d 值的降低會增加LCD 制造的工藝難度,也會不同程度地影響到成品率。

3. 1. 3 　減小玻璃的方塊電阻( R □) 

　　減小玻璃的方塊電阻是我們在過去的設計中常常忽略的一點,設計R □的主要依據是走線面積、驅動頻率、液晶材料、顯示類型等[2] 。選用60Ω ,80Ω ,100Ω 不同阻值的ITO玻璃做實驗,從顯示效果看,排序結果是60Ω > 80Ω > 100Ω。

　　實驗結果表明降低ITO 玻璃的方塊電阻對改善對比度的作用不顯著,但可以看到低阻值ITO 玻璃做的屏顯示效果明顯要好于高阻值的ITO 玻璃。然而R □降低, ITO 膜厚必然增加[3] ,在顯示時可能會存在底影[4] ,影響顯示屏的整體亮度和對比度,而且低阻值ITO 玻璃的價格比較高,會增加成本,這也是在生產中需要考慮的一個因素。

3. 2 　LCD 電極走線設計的影響

　　布線設計是整個LCD 設計中十分關鍵的一環,對此曾有過專門的研究[5] 。在對上述3 種現象進行分析時,發現電極走線設計是影響第二種顯示對比度不均現象的最重要的因素。因為遙控器用屏限制了LCD 的尺寸及基本形狀近似方形,而它要顯示的圖形較多,使得電極走線非常復雜。針對一個這樣的實例,仔細分析它的電極走線圖,發現在走線設計中沒有充分考慮走線電阻對顯示效果的影響。將虛顯的像素所在的背電極設為COM1 , 其他背電極設為COM2 ,COM3 ,COM4 。

　　經對比發現,COM1 相對于其他背電極來說,走線細長而復雜,使得走線電阻要遠大于其他背電極[6] 。已知ITO 層的方塊電阻,當電流流過ITO 電極時,只要知道電流方向,電極可以看成由若干個正方形方塊電極組成,電極的總電阻就等于方塊電阻乘上方塊個數[7] 。也就是說在電極走線長度不變的情況下,它的總電阻數取決于垂直電流方向上的ITO 電極寬度。而本文的目標方向也是要調整走線電阻使得所有背電極的走線電阻趨于一致。對于一個已經成型的產品,在走線方式上的改動很有限,而只能在繪制版圖的過程中,將OM1 沿電流走向方向適當地加寬走線寬度,使得它的電阻值向其它背電極靠攏。

　　依此方法改版后重新制樣,解決了對比度不均現象。對于顯示圖形復雜的LCD , 至今我們仍沒有找到一種方法能夠對其走線圖中的電阻進行精確計算,也沒有一種有效的方法能夠對各電極的走線電阻進行評估,只能是以肉眼觀察、估算的方式去考慮走線電阻的均勻性。雖然這樣做不夠精確,但憑著不斷，積累的經驗仍然可以在實際生產中起到調整電阻、提高顯示效果的作用。

3. 3 　IC 驅動能力的影響
 
　　針對第三種顯示對比度不均現象,以一款空調用LCD 實例進行了大量的測試工作, 發現某一筆段在與其他筆段形成不同圖形時,并不總是虛顯,而是有時虛有時實。由此, 我們認為可能是客戶機的驅動IC 與該款LCD 不匹配,并對此進行了驗證。將出現顯示筆段明暗不均的屏用一款常用的LCD 驅動IC(HT1621 ) 進行驅動,用MCS251 系列單片機模仿時序,對其進行顯示筆段的控制,再將其周圍的另一圖標點亮時,明暗不均現象非常明顯,因此測試時用程序模仿上述現象。

　　此IC 內置DDRAM , 靜態RAM 的組織格式為32 ×4 位,用于存貯顯示數據,顯示RAM 的內容被直接鏡像到LCD 屏上,直觀地反應在顯示內容上。當某一筆段對應的DDRAM 上的數據為“1”時,該筆段就顯示, 反之則不顯示[8] 。測試程序的編寫主要用了該IC 的部分功能。


　　對所驅動的“模塊”進行測試, 按照此LCD 的要求, 選擇工作電壓:5. 0V,1/4 DU TY,1/ 3BIAS , 其交流特性為f lcd = 64Hz。 

　　用示波器對原來明暗不均的顯示筆段對應的COM 、SEG 進行測試,從其測試數據(見表1) 可知,各項性能參數基本與IC DATASHEET 所提供的技術參數一致,且顯示效果正常,無明暗不均現象。

　　將客戶機用同樣方法進行測試,結果發現虛顯筆段對應的SEG 上的電壓比正常顯示筆段的電壓低0.40.5V , 且示波器顯示的波形有明顯噪聲。當我們把客戶機顯示發虛的筆段對應的SEG 接到正常筆段上,結果正常筆段也出現明暗不均現象。由以上實驗及測試結果表明此客戶機的IC 在與這款LCD 的匹配性上確實存在問題,而且這也是引起此LCD顯示對比度不均現象的主要原因。

4 　結　　論

　　本文針對空調遙控器用LCD 出現的幾種不同顯示效果問題,從不同方面進行實驗改進,都起到了一定的作用。

　　a) 適當降低LC 的閾值電壓( V th) 、盒厚( d ) 及ITO 玻璃的方塊電阻( R □),可在一定程度上提高LCD 對比度;

　　b) 在電極走線設計上盡量調整不同背電極的走線電阻,使其趨于一致,可起到提高顯示效果的作用; 

　　c) 驅動IC 的選擇不當,與LCD 不匹配,同樣能引起顯示對比度不均,顯示效果不好。
 
　　在實際設計和生產中,并不是單純地使用某一種方法就能夠從根本上解決問題,而要根據實際情況將各種方法有效地結合起來,以使LCD 的顯示效果達到最佳。