液晶顯示模塊驅動調試技術

摘要： 本文通過對液晶顯示原理、LCM液晶顯示控制器內部架構及工作原理的闡述，著重詳述其軟件設計技巧及在調試過程中如何對其電壓、頻率、有效值等進行操作，使LCD呈現(xiàn)最佳的顯示效果。

關鍵詞： 晶振；上電順序；偏壓；倍壓

引言

如何使液晶顯示器獲得良好、穩(wěn)定的顯示效果，成為驅動開發(fā)人員值得探討的話題。LCD依靠外場(包括光、熱、電等)作用于初始排列不規(guī)則的液晶分子上，使其排列發(fā)生變化，進而實現(xiàn)對外界光的調制，使液晶顯示器件發(fā)生明、暗、遮、透、變色等效果，達到顯示目的。
  
以STN為例，在被寫入象素前后電極之間施加上一個大于閾值的交變電場，使電極間原來呈180-170沿玻璃表面扭曲排列的液晶分子層中間部分的液晶分子變?yōu)閮A斜垂直排列，從而使透過該處的線偏振光變?yōu)闄E圓偏光，并在檢偏處形成干涉色，實現(xiàn)顯示。

液晶顯示控制器原理

液晶顯示控制器基本結構如圖1，各廠商會加上一些特色設計(如無顯示緩沖區(qū)，增加電容釋放電路等)。

圖1  液晶顯示控制器基本結構

從圖1可以看到，數(shù)據(jù)緩沖器和指令寄存器用于接收MPU發(fā)來的指令和數(shù)據(jù)，以及向MPU反饋所需的數(shù)據(jù)信息，同時以狀態(tài)字寄存器表示控制器內部的操作狀態(tài)?？刂撇繉邮盏降男畔⑦M行處理。它具有獨立的時序振蕩器和邏輯控制線路，可對顯示緩沖區(qū)RAM的管理和對字符發(fā)生器的管理，實現(xiàn)對指令代碼的譯碼并生成相應的邏輯控制信號以及完成對各參量寄存器的設置，同時還可實現(xiàn)對液晶顯示驅動器的各種時序脈沖信號的產生，并可根據(jù)參量寄存器的某些狀態(tài)將不同顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進行某種規(guī)律的組合，發(fā)送到驅動部；驅動部提供液晶顯示模塊所需的各種輸出信號以及顯示數(shù)據(jù)。這些信息包括幀掃描信號(FLM)，數(shù)據(jù)移位脈沖(CP)，數(shù)據(jù)鎖存脈沖(LP)，驅動器交流驅動波形信號(M)以及顯示數(shù)據(jù)(D)等。在刷新地址指針的尋址下，顯示數(shù)據(jù)被送入顯示混合電路，在并/串電路中轉換成串行顯示數(shù)據(jù)形式輸出到液晶屏上。
  
這里，特別闡述一下晶振與液晶顯示控制器的上電順序。

晶振產生工作時鐘，提供給時序發(fā)生器以生成控制時序和顯示時序?？刂茣r序將驅動邏輯電路以管理和操作各功能電路。它負責顯示存儲器的管理與操作，字符發(fā)生器的操作，將參數(shù)寄存器的內容轉換成相應的顯示功能邏輯，以及將顯示數(shù)據(jù)和指令參數(shù)傳輸?shù)轿?。顯示時序提供給顯示時鐘電路以生成液晶顯示驅動系統(tǒng)所需的驅動時序列脈沖序列，并實現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)向液晶顯示驅動系統(tǒng)的傳送。晶振的頻率可通過寄存器進行設置。若頻率過低，反映到液晶屏上會出現(xiàn)屏閃及水波紋現(xiàn)象；頻率過高，會加大LCM功耗。

LCD的倍壓、偏壓由專門的電路供給。該電路會根據(jù)各廠商的設計思路影響LCM軟件調試。以AR3302為例，其內部關系調節(jié)原理如圖2。

圖2  AR3302內部調節(jié)原理

倍壓電路產生出的高電壓經電壓轉換器加載到V0-V4端口用于驅動LCD。芯片內部寄存器可調節(jié)2-7倍倍壓值，1/5-1/13的偏壓比，以及128級電壓設定值。AR3302內部設有分級倍壓設置寄存器，軟件設置時可置為一次倍壓到位。而一些液晶顯示控制器如PCF8835(或S6B33B2)，則無此設計，一次倍壓會因基板無法提供足夠電流，造成因倍壓不到位，LCM不顯示或花屏。因此針對該類芯片，在軟件編寫中應采取分步倍壓設置。

液晶顯示控制器上電會根據(jù)其內部電路設計有先后次序。一般而言，LCD邏輯系統(tǒng)電源應先于驅動電源供電，否則會造成空機上電池靜置后開機白線等預想不到的情況，嚴重時會造成芯片永久性損壞。所以，芯片上電應嚴格按照以下步驟進行：

使用外部電源供電
上電時，應先打開邏輯系統(tǒng)電源，并進行復位操作；加載外部電壓到相應的引腳(V0，V1，V2，V3，V4)；

關閉電源順序：進行復位操作；切斷外部LCD驅動電壓；關閉邏輯系統(tǒng)電源。

使用內置電源供電

打開電源的順序是先開邏輯系統(tǒng)電源(VDD)--倍壓電路系統(tǒng)(VEE)，執(zhí)行復位操作，倍壓、電壓轉換電路使能；如果VDD/VEE電壓不是同時預置，則VDD先上電；

關閉電源順序：進行復位操作；關閉倍壓電路系統(tǒng)(VEE)，關閉邏輯系統(tǒng)電源(VDD)。

指令系統(tǒng)

圖3  指令流程圖

液晶顯示控制器通過指令系統(tǒng)調整施加到象素上的電壓、相位、頻率、峰值、有效值、時序、占空比等一系列參數(shù)、特性來建立起一定的驅動條件，使顯示變化多端。如何調整寄存器值使液晶達到較好的顯示效果，需參考液晶顯示的參數(shù)以及多實踐。一般而言，電壓設定值、偏壓、倍壓寄存器三者的結合，可調整LCD的顯示亮度、色澤飽和度。電壓越高顯示亮度越亮，顯示會泛白，色彩飽和度較差。倍壓輸出應盡量與液晶工作電壓(VOP)一致，VOP值過低，液晶無法工作；VOP值過高，會縮短液晶壽命，顯示泛白。偏壓決定了液晶扭轉的角度，在對比度和灰度的控制中起著重要作用。液晶對比度是透過率之比，透過率又正比于施加有效電壓值，因此，液晶的選通電壓有效值與非選通電壓有效值之比決定了對比性能好壞。電壓設定值寄存器可輔助偏壓的設定，進行微調。手機為用戶提供的顯示屏色彩調節(jié)即為此參數(shù)的應用。晶振頻率調整刷屏速度，可改善屏水波紋現(xiàn)象；需要注意的是刷屏頻率越快，LCM的功耗也會增加。因交流電才能使液晶顯示，因此需設置N行翻轉寄存器，即N行后加在液晶上的電壓正負極翻轉一次。交流電的正負電壓有效值若不一致，則會造成顯示亮暗不均，也就是常見的屏橫紋。對于STN，為實現(xiàn)象素點的顯示，須在Y列與X行上同時施加電壓，這就存在選通點、半選通點和未選通點。若半選通點上的電壓超過或接近VOP值，都會造成顯示混亂，即交叉效應。N行翻轉寄存器的調整可改善此類問題的出現(xiàn)。此外，還需注意初始化及開關機的順序。未經過正常的開機程序，可能造成電壓不穩(wěn)，或倍壓上不去，造成LCD顯示花屏甚至無法正常初始化。同時，建議所有的液晶顯示控制器都實行分步倍壓至液晶VOP值，以避免出現(xiàn)開機/開蓋花屏(開機時，基板對LCM初始化；開蓋時，LCM退出休眠狀態(tài)，恢復正常供電，液晶顯示控制器倍壓電路開始工作)。

結語

在平板顯示器件空前發(fā)展的情況下，液晶顯示器件以其輕、薄、小、耗電低等優(yōu)點而一枝獨秀。本文通過對液晶模塊的顯示、工作原理的闡述，對軟件的設計、調試方法以及出現(xiàn)的問題進行了詳細講解，并總結出通用切實的調試方法。該方法已實踐于多項FSTN、CSTN、TFT產品的開發(fā)量產，為公司贏得了中興、奧盛、中電通信等客戶。這里介紹給廣大工程師，希望能以此快捷地開發(fā)出液晶顯示器件，使其達到良好、穩(wěn)定的顯示效果，從而做到理論與實踐相結合，縮短整機開發(fā)周期，為產品快速上市贏得寶貴時間。

參考文獻：

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3. 余理富，信息顯示技術[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2003.12