根据LCD结构原理解决实际争端

摘要：笔者根据lcd显示及结构原理,采用直接量测LCD驱动波形,快速有效确定故障原因,解决了整机厂、LCD制造厂和IC驱动芯片厂的技术争端.

关键词：LCD结构原理；LCD显示问题；鬼影

中图分类号：TN141.9

文献标识码：B

LCD 即 Liquid Crystal Display的缩写，全名是液晶显示器，已成为最广泛使用的显示技术和元器件之一。然而在实际产业链中，却容易由于术业有专攻，对同一问题有不同技术见解，各执一词而造成争端，影响合作公司和厂家的协作及生产。本文以笔者处理过的实际案例给出解决方案和思路，以供业界和读者参考使用。

STN和HTN LCD的结构都是上偏光片ITO玻璃液晶ITO玻璃下偏光片,其它结构如以环氧树脂来形成封闭液晶盒,以辅助工艺来控制液晶盒高度则不赘述。通常LCD厂家会提供驱动IC和分压电阻网络形成的驱动电路，再加上必要的背光源和机械结构，称之为LCD模组，即LCM。相当多的应用工程师仅了解LCM驱动电路的接口，而忽略了液晶显示原理。同时LCD厂家又容易执着于LCD生产工艺流程和检测方法，对驱动电路关注不够。这样一来，在碰到非常见、隐蔽性强的故障现象时，往往都认为是对方认识错误，竭力试图说服对方而并没有找到故障根本原因，给不出解决方案。

近现代物理学的快速发展和革命性给电子元器件的日新月异奠定了坚实的基础。然而人们往往在惊诧于电子元器件的新功能到熟悉并以理所当然的感觉享受科技的进步时，有意无意中将目光跳过了近现代物理学的基本理论和基本物理现象及实验。

从物理上看，太阳光经地球大气散射变成向各个方向偏振的光线，偏光片将某个方向偏振的光线予以通过而滤除其余光线。这样进入LCD液晶盒的光线将是且只能是对同一方向作偏振。液晶盒上下玻璃各分布有相应的ITO走线，对液晶形成相应的电极。液晶是同时具有电极性和光学各向异性的有机长棒分子。电极上若建立起电压差，液晶分子偏转，特定偏振方向的光线将通过液晶分子到达下偏光片并折回观察者的眼睛，观察者看到LCD上相关字符或图案。若电极上施加的电压差不够，造成液晶分子偏转角度不够，进而影响折回光线数量，最后观察者看到的LCD上相关字符或图案变成显示不足，形成鬼影。

从LCD 面板厂的角度看，STN和HTN类型的LCD关于液晶材料的特性，工艺的限制如擦膜角度等，因其专业性带来的难于理解和生产工艺的保密性带来的难于公开，从而业界对LCD使用者可以标定的规格为视角方向――常见的为六点钟和十二点钟（若不明白何为六点钟和十二点钟，看看您的手表），驱动方法――如1/16 duty 和1/5 bias。Duty 指驱动波形的占空比，从示波器上看横轴即时间轴。Bias指驱动波形偏置电压，从示波器上看竖

轴即电压幅值。

Duty and bias 的设置是因为如下几个原因。

一是因为驱动电路上容易实现。

二是因为液晶适合交流驱动，不适合用直流驱动。举个容易理解的例子来帮助理解。一般而言，水通常含有杂质。杂质在水中产生离子。离子在水中均匀分布，观察者看不到特别现象。如果给水通上直流电，离子将在电场的作用下向两电极运动。这样一来，电阴极将会吸引带正电的氢离子，使电阴极区域氢离子浓度急剧上升，产生氢气。同样的道理，电阳极区域将产生氧气。于是液态的水被分解成气态的氢气和氧气。回到液晶，它是介于液态和固态，可以看作是液态的晶体。若加上直流电，同样会发生电离反应，液晶将被分解成气体。这种情况当然要极力避免，因而液晶适合交流驱动。

众所周知，电路上直流较交流容易实现，大部分电的控制信号都是基于电的地平面电压变化。这样跟上述液晶不适合用直流驱动的特性相冲突。如何解决呢？读者需注意如前所述，液晶分子是因为加在其上的电场而

偏转。该电场的建立和强度取决于该液晶分子两端ITO玻璃电极上的电压差。因此在上下ITO玻璃电极上没有施加常见的地电平，而取代为扫描电压并周期性的反转极性。对于液晶分子而言，等同于交流驱动。

三是因为ITO玻璃上的走线都是在二维平面上进行，以点阵型LCD为例。点阵是如何建立的呢？

通常如在上ITO玻璃布走线如图所示，走线取名为com1,2…n。

则在下ITO玻璃布走线如图所示，走线取名为Seg1,2…m。

上下ITO玻璃贴合后，视觉上则如下图所示：

因ITO走线为透明状，故LCD未工作时则不易为人眼所察觉。

当LCD工作，若COM1和SEG1被驱动电路选中，位于点（COM1，SEG1）区域的LCD液晶分子偏转，被LCD观察者眼睛察觉。如下图所示：

读者马上可以意识到，要使某点显示，只需确定m和n的值即可。于是点阵建立，有经验的电子工程师可以将LCD驱动类比于memory存储器读写，m、 n的确立类似于存储器地址。然而读者可以注意到，当点（COM1，SEG1）被选中时，整个COM1和SEG1两条线都被建立起电场，为什么最终显示的是一个点而不是两条线呢？这是因为COM1和SEG1电压此时极性是相反的。于是在此点上此时电压差最大，也足够驱动液晶分子偏转完全到位，而使

人眼察觉产生视觉。COM1和SEG1其它点上电压差不足够而没有产生视觉效应。

令人遗憾的是，当m、n值较大时，虽然电路上duty 和bias的分母数可以做到足够大，而液晶分子的光电效应却无法做到相应的视觉匹配，此时将不可避免的看到COM1和SEG1两条线。LCD厂能做的是竭力使COM1和SEG1两条线的灰度尽可能的低，同时使点（COM1，SEG1）的灰度尽可能的高。以使m、n 点阵看起来还是一个点阵。LCD厂采用的办法是统筹兼顾液晶分子的选择、偏光片的选择和刀法、ITO玻璃的布线、液晶盒的工艺控制等等。统筹兼顾的方法给出整个工序参数，可以大幅改善LCD显示性能，成为各LCD厂的秘密而不被公开。

对LCD应用技术人员而言，关键是认识到Duty 和 bias的结合使用，从电路上很好的解决了液晶交流驱动和灰度的问题，而不仅仅满足于m、 n 的使用和确定。

下面笔者以实际案例阐述如何找到造成某鬼影的隐蔽原因。

某整机厂发现LCD显示异常，出现多余两条黑线，如下图所示：

将故障LCD样板拿到LCD厂家测试，一切正常，如下图所示：

查LCD 的ITO 走线图，得到与显示异常相关的走线名为COM11和COM15。用示波器测量相关波形并与正常LCD样品比对，发现驱动IC 输出异常。并且此异常波形可以重复稳定得到。如下图红线圈出，可明显看出故障品电压幅度比正常品低约1V左右,由此判断因驱动IC故障。相关波形如下图所示：

得出结论驱动IC故障，经IC厂分析为电火花检测（ESD）造成IC内部故障。反馈回LCD厂加强ESD管控并修改测试程序后能检测出故障品，如下图所示。至此，笔者成功解决了整机厂与LCD厂和IC供应商间的技术争端，得到令各方满意的解决方案。

结论：深入了解元器件的结构和工作原理，能帮助工程技术人员透过表面现象看故障本质，快速找到合理的解决方案。

参考文献

[1]郭强，液晶显示应用技术，ISBN：750534883，北京：电子工业出版社会，2003.10-30.

作者简介：梁光辉(1975-),男,湖南衡阳人，助理工程师,大专,研究方向:光电显示,实用电子技术应用，毕业后任职于衡阳市天翔机电实业总公司衡阳市开关厂，现在利盟打印机深圳有限公司任职，E-mail: 。