空调遥控器的L CD 显示对比度不良现象分析

1 　引　　言

TN 型液晶显示器,以其成本的优势,在LCD 市场中占有很大的份额。近年来,随着人们生活水平的提高,空调的不断普及,使得空调遥控器对TN2LCD 的需求量越来越大。而在这类LCD 上所出现的显示对比度不良的现象也逐渐引起生产及使用者的注意,解决这一问题也成了当务之急。本文针对这个问题,从设计及生产实际出发提出改进方案。

2 　现象描述

关于空调用LCD 的显示对比度出现的问题,从现象上大致可以分为3 类: 

A: 整体显示对比度不良; 
B: 有部分像素点虚显,且这些像素点基本上分布在同一个或两个背电极中; 
C: 有部分像素点虚显,但这些像素点分布无规律,且随着不同段电极的驱动,虚显的像素也随之变化。
 
3 　L CD 结构材料、电极走线以及驱动方面的影响

3. 1 　LCD 结构和材料的影响

　　在分析此方面的影响时,暂时排除其他方面的问题,只考虑增大屏驱动能力的几种方法。

3. 1. 1 　在允许范围内适当降低阈值电压( V th) 
　　收稿日期: 2002201211 ; 修订日期: 2002202203 
3. 1. 2 　适当降低盒厚( d) 
　　考虑到Δ n ·d 值对视角和对比度的影响,做了不同盒厚的实验,分别为90μm, 7. 05μm, 6.10μm 。

　　此种方法也可以在一定程度上解决现象A 的问题,并对B 、C 现象有所改善,但仍不能从根本上解决问题,其显示效果排序是6. 10μm >7.05μm >7.90μm 。

　　降低d 值,也就减小了Δn ·d 值,增加了屏的驱动能力,但同时还要考虑盒厚d 与液晶的Δn 值相匹配[1] 。d 值的降低会增加LCD 制造的工艺难度,也会不同程度地影响到成品率。

3. 1. 3 　减小玻璃的方块电阻( R □) 

　　减小玻璃的方块电阻是我们在过去的设计中常常忽略的一点,设计R □的主要依据是走线面积、驱动频率、液晶材料、显示类型等[2] 。选用60Ω ,80Ω ,100Ω 不同阻值的ITO玻璃做实验,从显示效果看,排序结果是60Ω > 80Ω > 100Ω。

　　实验结果表明降低ITO 玻璃的方块电阻对改善对比度的作用不显著,但可以看到低阻值ITO 玻璃做的屏显示效果明显要好于高阻值的ITO 玻璃。然而R □降低, ITO 膜厚必然增加[3] ,在显示时可能会存在底影[4] ,影响显示屏的整体亮度和对比度,而且低阻值ITO 玻璃的价格比较高,会增加成本,这也是在生产中需要考虑的一个因素。

3. 2 　LCD 电极走线设计的影响

　　布线设计是整个LCD 设计中十分关键的一环,对此曾有过专门的研究[5] 。在对上述3 种现象进行分析时,发现电极走线设计是影响第二种显示对比度不均现象的最重要的因素。因为遥控器用屏限制了LCD 的尺寸及基本形状近似方形,而它要显示的图形较多,使得电极走线非常复杂。针对一个这样的实例,仔细分析它的电极走线图,发现在走线设计中没有充分考虑走线电阻对显示效果的影响。将虚显的像素所在的背电极设为COM1 , 其他背电极设为COM2 ,COM3 ,COM4 。

　　经对比发现,COM1 相对于其他背电极来说,走线细长而复杂,使得走线电阻要远大于其他背电极[6] 。已知ITO 层的方块电阻,当电流流过ITO 电极时,只要知道电流方向,电极可以看成由若干个正方形方块电极组成,电极的总电阻就等于方块电阻乘上方块个数[7] 。也就是说在电极走线长度不变的情况下,它的总电阻数取决于垂直电流方向上的ITO 电极宽度。而本文的目标方向也是要调整走线电阻使得所有背电极的走线电阻趋于一致。对于一个已经成型的产品,在走线方式上的改动很有限,而只能在绘制版图的过程中,将OM1 沿电流走向方向适当地加宽走线宽度,使得它的电阻值向其它背电极靠拢。

　　依此方法改版后重新制样,解决了对比度不均现象。对于显示图形复杂的LCD , 至今我们仍没有找到一种方法能够对其走线图中的电阻进行精确计算,也没有一种有效的方法能够对各电极的走线电阻进行评估,只能是以肉眼观察、估算的方式去考虑走线电阻的均匀性。虽然这样做不够精确,但凭着不断，积累的经验仍然可以在实际生产中起到调整电阻、提高显示效果的作用。

3. 3 　IC 驱动能力的影响
 
　　针对第三种显示对比度不均现象,以一款空调用LCD 实例进行了大量的测试工作, 发现某一笔段在与其他笔段形成不同图形时,并不总是虚显,而是有时虚有时实。由此, 我们认为可能是客户机的驱动IC 与该款LCD 不匹配,并对此进行了验证。将出现显示笔段明暗不均的屏用一款常用的LCD 驱动IC(HT1621 ) 进行驱动,用MCS251 系列单片机模仿时序,对其进行显示笔段的控制,再将其周围的另一图标点亮时,明暗不均现象非常明显,因此测试时用程序模仿上述现象。

　　此IC 内置DDRAM , 静态RAM 的组织格式为32 ×4 位,用于存贮显示数据,显示RAM 的内容被直接镜像到LCD 屏上,直观地反应在显示内容上。当某一笔段对应的DDRAM 上的数据为“1”时,该笔段就显示, 反之则不显示[8] 。测试程序的编写主要用了该IC 的部分功能。


　　对所驱动的“模块”进行测试, 按照此LCD 的要求, 选择工作电压:5. 0V,1/4 DU TY,1/ 3BIAS , 其交流特性为f lcd = 64Hz。 

　　用示波器对原来明暗不均的显示笔段对应的COM 、SEG 进行测试,从其测试数据(见表1) 可知,各项性能参数基本与IC DATASHEET 所提供的技术参数一致,且显示效果正常,无明暗不均现象。

　　将客户机用同样方法进行测试,结果发现虚显笔段对应的SEG 上的电压比正常显示笔段的电压低0.40.5V , 且示波器显示的波形有明显噪声。当我们把客户机显示发虚的笔段对应的SEG 接到正常笔段上,结果正常笔段也出现明暗不均现象。由以上实验及测试结果表明此客户机的IC 在与这款LCD 的匹配性上确实存在问题,而且这也是引起此LCD显示对比度不均现象的主要原因。

4 　结　　论

　　本文针对空调遥控器用LCD 出现的几种不同显示效果问题,从不同方面进行实验改进,都起到了一定的作用。

　　a) 适当降低LC 的阈值电压( V th) 、盒厚( d ) 及ITO 玻璃的方块电阻( R □),可在一定程度上提高LCD 对比度;

　　b) 在电极走线设计上尽量调整不同背电极的走线电阻,使其趋于一致,可起到提高显示效果的作用; 

　　c) 驱动IC 的选择不当,与LCD 不匹配,同样能引起显示对比度不均,显示效果不好。
 
　　在实际设计和生产中,并不是单纯地使用某一种方法就能够从根本上解决问题,而要根据实际情况将各种方法有效地结合起来,以使LCD 的显示效果达到最佳。