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LCD显示屏的器件选择和驱动电路设计

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STN-LCD彩屏模块的内部结构如图1所示,它的上部是一块由偏光片、玻璃、液晶组成的LCD屏,其下面是白光LED和背光板,还包括LCD驱动IC和给LCD驱动IC提供一个稳定电源的低压差稳压器(LDO),二到八颗白光LED以及LED驱动的升压稳压IC.

图1


  STN -LCD彩屏模块的电路结构如图2所示,外来电源Vcc经LDO降压稳压后,向LCD驱动IC如S6B33BOA提供工作电压,驱动彩色STN-LCD的液晶显示图形和文字;外部电源Vcc经电荷泵升压稳压,向白光LED如NACW215/NSCW335提供恒压、恒流电源,LED的白光经背光板反射,使 LCD液晶的65K色彩充分表现出来,LED的亮度直接影响LCD色彩的靓丽程度。

图2


  LCD 属于平板显示器的一种,按驱动方式可分为静态驱动(Static)、单纯矩阵驱动(Simple Matrix)以及有源矩阵驱动(Active Matrix)三种。其中,单纯矩阵型又可分为扭转式向列型(Twisted Nematic,TN)、超扭转式向列型(Super Twisted Nematic,STN),以及其它无源矩阵驱动液晶显示器。有源矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型(ThinFilmTransistor,TFT)及二端子二极管型(Metal/Insulator/Metal,MIM)两种。TN、STN及TFT型液晶显示器因其利用液晶分子扭转原理的不同,在视角、彩色、对比度及动画显示品质上有优劣之分,使其在产品的应用范围分类亦有明显差异。以目前液晶显示技术所应用的范围以及层次而言,有源矩阵驱动技术是以薄膜式晶体管型为主流,多应用于笔记本电脑及动画、影像处理产品;单纯矩阵驱动技术目前则以扭转向列以及STN为主,STN液晶显示器经由彩色滤光片 ,可以分别显示红、绿、蓝三原色,再经由三原色比例的调和,可以显示出全彩模式的真彩色。目前彩色STN-LCD的应用多以手机、PDA、数码相机和视屏游戏机消费产品以及文字处理器为主。

器件选择

  1. LDO选择。由于手机、PDA、数码相机和视屏游戏机消费产品都是以电池为电源,随着使用时间的增长,电源电压逐渐下降,LCD驱动IC需要一个稳定的工作电压,因此设计电路时通常由一个LDO提供一个稳定的2.8V或3.0V电压。LCM将安装在手机的上方,与手机的射频靠得很近,为了防止干扰,必须选用低噪音的LDO,如LP2985、AAT3215.

  2. 白光LED.按背光源的设计要求,需要前降电压(VF)和前降电流(IF)小、亮度高(500-1800mcd)的白光LED.以手机LCM为例,目前都使用3-4颗白光LED,随着LED的亮度增加和手机厂商要求降低成本和功耗,预计到2004年中LCM都会选用2颗高亮度白光LED(1200- 2000mcd),PDA和智能手机由于LCD屏较大会按需要使用4-8颗白光LED.NACW215/NSCW335和EL 99-21/215UCW/TR8是自带反射镜的白光LED,EL系列其亮度分为T、S、R三个等级,T为720-1000mcd,S为500- 720mcd,都是在手机LCD背光适用之列。

LED驱动电路设计

  白光LED的驱动需要供给恒定的电压或恒定的电流,而手机电源一开始工作后,其电压就开始往下降,因而需要升压器件升压、稳压。为了减少升压器件的工作频率对手机射频的影响,一般选用以电容器为电能传递中间体的电容式电荷泵,而以电感器为电能传递中间体的升压器能输出较高电压。

  电容式电荷泵的效率按其升压方法分倍频和分数倍频二种,前者效率约90%,后者效率约93-95%;电感式升压器效率约83-85%.电容式电荷泵按其输出分恒压输出、恒流输出,按其对LED 驱动的方法分并联恒压驱动、单个恒流驱动和串联恒流驱动。电感式升压器都是恒流输出,输出电压较高,对LED串联驱动。

  倍频升压的电容式电荷泵如AAT3110,5V恒压输出,最大电流120mA,并联驱动LED,如图3所示。

  分数倍频升压的电容式电荷泵如AAT3113,有4-6路恒流输出,每路能输出20mA电流,单个恒流驱动LED,具有32级调光功能。AAT3134将输出DAC模块分成二块,其输出可分别驱动双屏显示的大小LCM模块。

  NCP5009是带光敏传感器的背光LED驱动升压器,适用于自动调光的高档手机LCM,对LED串联驱动。LM2704是可恒流驱动4颗串联LED、PWM调光的背光LED驱动升压器。

  新型的电荷泵、升压器输出端都内置MOSFET,可动态地调整负载内阻,省却为平衡由于LED内阻不一致需要外加的匀流电阻。开关工作频率高的电容式电荷泵其所需的滤波电容器容量小,对RF的干扰也小。

  电容器最好选择陶瓷电容器,因为陶瓷电容器无极性并具有较低的等效串联电阻(ESR),典型值小于100mΩ。陶瓷电容器的等效串联电阻值、电介质材料优劣、电容值的大小对输出纹波有重大影响。X7R电容器电介质是最好的,成本略高;X5R电容器电介质居中上,可以选用;Y5V电介质较差,不推荐选用。

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