彩屏模块技术及设计样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
STN LCD彩屏模块技术及设计
技术分类: 电源技术  消费电子设计  | -03-29
作者: 颜重光
       越来越多的手机、 PDA、 数码相机和视屏游戏机采用STN-LCD全彩色显示器, 因此, STN-LCD彩屏模块(LCM—LCD Module)的需求量激增, 国产的LCD液晶显示器的质量已可与国外的媲美, 许多手机设计、 生产厂商开始要求使用国内LCD厂家生产的LCD彩屏模块。 全世界生产手机3.8亿部, 将增长到4.3亿部, 将增长到5.2亿部。 LCM彩屏手机会占整个手机产量的35- 40%, 因此STN-LCD彩屏模块( LCM) 的年需求量会增长到几亿块。
       LCM内部结构

       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, 其下是白光LED和背光板, 还包括LCD的驱动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, LED驱动的升压稳压IC。
       LCM电路结构

       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, 向LCD驱动IC如三星的S6B33BOA提供工作电压, 驱动彩色STN- LCD的液晶显示图形和文字; 外来电源Vcc经电荷泵升压稳压, 向白光LED如99-21UWC提供恒定的恒压、 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。

       LCM主要光电器件
    l Colour STN-LCD
    l LCD Driver : S6B33BOA
    l LCD Driver LDO : AAT3221-2.8V  AAT3221-3.0V
    l White LED : 99-21UWC/TR8 99-215UWC/TR8
    l LED Driver : AAT3110  AAT3113  AAT3123  AAT3134 NCP5007   NCP5008/9
    l Backlight Board
       LCD
       LCD液晶显示器是英文Liquid Crystal Display的简称, LCD属于平面显示器的一种, 依驱动方式来分类可分为静态驱动( StaTIc) 、 单纯矩阵驱动( Simple Matrix) 以及主动矩阵驱动( Active Matrix) 三种。其中, 被动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) 及其它被动矩阵驱动液晶显示器; 而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型( Thin Film Transistor; TFT) 及二端子二极管型( Metal/Insulator/Metal; MIM) 二种方式。TN、 STN及TFT型液晶显示器因其利用液晶分子扭转原理之不同, 在视角、 彩色、 对比及动画显示品质上有高低层次之差别, 使其在产品的应用范围分类亦有明显区隔。以当前液晶显示技术所应用的范围以及层次而言, 主动式矩阵驱动技术是以薄膜式晶体管型( TFT) 为主流, 多应用于笔记本电脑及动画、 影像处理产品。而单纯矩阵驱动技术当前则以扭转向列( TN) 、 以及超扭转向列( STN) 为主, STN液晶显示器经由彩色滤光片( color filter) , 能够分别显示红、 绿、 蓝三原色, 再经由三原色比例之调和, 能够显示出全彩模式的真彩色。当前彩色STN-LCD的应用多以手机、 PDA、 数码相机和视屏游戏机消费性产品以及文书处理器为主。
LCD驱动IC
       LCD驱动IC多选用日立、 三星公司产品, 如三星公司的S6B33BOA是一颗具有很好性能/价格比的65K色彩饱和度的STN-LCD驱动IC。
       由于手机、 PDA、 数码相机和视屏游戏机消费性产品都是以电池为电源的, 随着使用时间的增长, 电源电压波动较大, LCD驱动IC需要一个稳定的工作电压, 因此设计电路时往往经由一个低压差稳压器(LDO)提供一个稳定的2.8V或3.0V电压, 如AAT3221。
       白光LED
       按背光源的设计要求, 需要前降电压( VF) 、 前降电流( IF) 小, 亮度高( 500-1800mcd) 的白光LED。以手机LCM为例, 当前都使用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, 予计到 中LCM都会选用2颗高亮度白光LED( 1200— mcd) 。PDA和Smartphone由于LCD屏较大会按需要使用4--8颗白光LED。
       EL 99-21/215UCW/TR8是具有很好性能/价格比、 自带反射镜的白光SMDLED, 其亮度分为T、 S、 R三个等级, T为720-1000 mcd, S为500-720 mcd, 都是在手机LCD背光适用之列。其品质等同于NACW215 / NSCW335。
       LED驱动
       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电压就往下降, 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( RF) 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; 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有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有恒压输出、 恒流输出; 按其对LED驱动的方法分有并联恒压驱动、 单个恒流驱动、 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, 如图4所示。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, 如图5所示。NCP5007是可恒流驱动5颗串联的LED、 PWM调光的背光LED驱动升压器, 如图6所示。

       新型的电荷泵、 升压器输出端内部都内置MOSFET, 可动态地调整负载内阻, 省却为平衡由于LED内阻不一需要外加的匀流电阻;
       开关工作频高的电容式电荷泵其所需的滤波电容器容量也小, 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和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 (ESR)、 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, 能够选用; Y5V 电介质较差, 不推荐选用。