LCD控制驅動器的設計與開發

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排列。當玻璃基板加入電場時，液晶分子配列產生變化，變成豎立狀態。當液晶分子豎立時光線無法通過，結果在顯示屏上出現黑色。液晶顯示器(LCD)將根據電壓的有無，控制液晶分子配列方向，使面板達到顯示效果。

對LCD的分類，有各種分類方法。通常可按照其顯示方式分為段式、點字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，還有多灰度和彩色顯示等。

在LCD驅動時，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，液晶本身發生劣化。液晶驅動方式包括靜態驅動、動態驅動等驅動方式。

（1)靜態驅動

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

（2)多路驅動方式

構成矩陣電極，公共端數為n，按照1/n的時序分別依次驅動公共端，與該驅動時序相對應，對所有的段信號電極作選擇驅動。這種方式適合于比較復雜控制的LCD。

在多路驅動方式中，像素可分為選擇點、半選擇點和非選擇點。為了提高顯示的對比度和降低串擾，應合理選擇占空比（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系如下：

Vo:LCD驅動電壓

N:占空比(1/N)

a:偏壓(1/a)

多路驅動方式可分為點反轉驅動和幀反轉驅動。點反轉驅動適合于低占空比應用，它在各段數據輸出時，將數據反轉。幀反轉驅動適合于高占空比應用，它在各幀輸出時，將數據反轉。

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

顯示方式從簡單的段式、點字符式到復雜的點陣式、階調式的變化。顯示顏色從黑白逐步變化到彩色。顯示屏從小到大，響應時間逐步縮短，目前STN顯示器在成本及消費電流方面有優勢。TFT顯示器在對比度和動畫對應速度方面有優勢。

作為LCD驅動器標準電路生產廠主要有NEC 、EPSON、三星等公司。目前手機市場中使用最多的驅動器電路仍然是黑白電路。但是，四灰度LCD驅動電路和彩色LCD驅動電路也逐漸投入到市場上。今后具有彩色、大屏幕、可上網、響應快的顯示器將成為手機發展的流行趨勢。

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

* 內含1/65分時顯示RAM的液晶顯示控制/驅動器

* 使用+3伏單一電源

* 內含升壓電路（3倍和4倍可轉換）

* 132 x 65 位用于點顯示的RAM

* 輸出：132段、65公共端

* 用于COG（Chip on Glass）

LCD驅動器基本構成由以下部分構成：

控制部分：

TopDown(自頂向下)

邏輯電路

RAM部分：

手工設計

異步2 PortRAM

I/O口

輸出專用口

模擬部分：

手工設計

DC/DC轉換器

DA轉換器

升壓放大器

電壓跟隨器

穩壓電路

溫度補償電路

振蕩電路

I/O部分：手工設計

顯示屏以手機為例，設計開發企業應與國內芯片制造企業聯手，設計、開發下列目前或近期即將需求的手機用LCD控制驅動器的系列產品：

• 黑白LCD控制驅動器

• 多灰度LCD控制驅動器

• 彩色STN-LCD控制驅動器

• 彩色TFT-LCD控制驅動器

(1)確定LCD驅動電路規格書

根據市場需求及發展趨勢，確定LCD驅動電路的規格書

（2)建立完整的設計環境

由于LCD控制驅動電路涉及到數字、模擬和高壓電路。SPICE參數的提取和驗證是其中重要的一項任務。因此，設計和工藝人員應制作測試用的TEG片，并對TEG片進行測試，提取和驗證SPICE參數，建立完整的設計環境。

（3)LCD控制驅動電路設計

電路設計包括確定電路設計方案、邏輯綜合、電路仿真和物理實現。

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

·電路描述與仿真。

數字電路可采用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模混合仿真技術，還要解決顯示圖象的驗證技術。

·版圖物理實現

為了保證設計效率，數字電路部分的版圖可利用SE，進行自動布局布線。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、布局布線技術和部分電路版圖和全芯片版圖的DRC技術。

（4)LCD控制/驅動電路測試技術。例如，多引腳對應能力；高速數據傳送；高精度測試；高電壓對應。■

參考資料

1.李維(言是). 郭強. 液晶顯示應用技術. 電子工業出版社

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

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