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1、1液晶显示模块（LCM）的基础知识一、 LCD 的工作原理1、液晶显示器基本常识LCD 基本常识液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。它显示图案或字符只需很小能量。正因为低功耗和小型化使 LCD 成为较佳的显示方式。 液晶显示所用的液晶材料是一种兼有液态和固体双重性质的有机物，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。 对于正性 TN-LCD，当未加电压到电极时，LCD 处于OFF态，光能透过 LCD 呈白态；当在电极上加上电压 LCD 处于ON 态，液晶分子长轴方向沿电场方向排列，光不能透过 LCD，呈黑态。有选择地在电极上施加电压，就可以显示
2、出不同的图案。 对于 STN-LCD，液晶的扭曲角更大，所以对比度更好，视角更宽。STN-LCD 是基于双折射原理进行显示，它的基色一般为黄绿色，字体蓝色，成为黄绿模。当使用紫色偏光片时，基色会变成灰色成为灰模。当使用带补偿膜的偏光片，基色会变成接近白色，此时 STN 成为黑白模即为 FSTN,以上三种模式的偏光片转 90，即变成了蓝模，效果会更佳。 2、液晶 0下图是一个反射式 TN型液晶显示器的结构图. 从图中可以看出,液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料-胶框（一般为环氧树脂）密封，盒的两个外侧贴有偏光片。 液晶盒中上下玻璃片之间的间隔，即通常所说
3、的盒厚，一般为几个微米（人的准确性直径为几十微米）。上下玻璃片内侧，对应显示图形部分，镀有透明的氧化铟-氧化锡（简称 ITO）导电薄膜，即显示电极。电极的作用主要是使外部电信号通过其加到液晶上去（这个电信号一般来自 IC）。 液晶盒中玻璃片内侧的整个显示区覆盖着一层定向层。定向层的作用是使液晶分子按特定的方向排列，这个定向层通常是一薄层高分子有机物，并经摩擦处理。在 TN型液晶显示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使长棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一个固定方向排列，分子长轴的方向沿着定向处理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，这样，在垂直于玻璃片表面的方向，盒内液晶分子的取向逐
4、渐扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了 90（参见下图），这就是扭曲向列型液晶显示器名称的由来。2实际上，靠近玻璃表面的液晶分子并不完全平等于玻璃表面，而是与其成一定的角度，这个角度称为预倾角，一般为 12。 液晶盒中玻璃片的两个外侧分别贴有偏光片，这两片偏光片的偏光轴相互平行（黑底白字的常黑型）或相互正交（白底黑字的常白型） ，且与液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是将高分子塑料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的。 我们通常所见的多是反向型的液晶显示器，这种显示器在下边的偏振片后还贴有一片反光片。这样，光的入射和观察都是在液晶盒的同一侧。 TN、HTN、STN 的结构： FSTN、E
5、CB-Multi-color STN 的结构： Color STN的结构： 33、液晶显示器件的基本性能 电光性能：LCD 光学透过率随电压变化的曲线，如图 1。 响应速度：LCD 加电压后，透过率变化的快慢程度，如图 2。 对比度：LCD 在选态透过率与非选态透过率的比值。如图 3。 视角图：LCD 在不同视角下观察所获得的等对比度曲线图。如图 4。 温度性能：由于液晶材料本身的物理性质随温度变化而变化，因而引起 LCD 的阈值、透过光谱等会随温度漂移。 频率响应：LCD 只能工作在一个适当的频率范围，太低会引起显示闪动太高则液晶分子跟不上电场变化。 4 LCD 功耗：指单位显示面积的电流密
6、度。 寿命： 工业品保证 100000 小时。 民用品保证 50000 小时。 其他性能：防紫外、防眩目、防划伤等。 4、液晶显示器件的基本参数 LCD 显示类型 TN 型： STN 型： 显示模式 背景 前景 黄绿模 黄绿色 蓝黑色 蓝 模 蓝色 白色 灰 模 灰白色 深蓝色 黑白模 白色 黑色 照明方式 LCD 有三种显示方式：反射型，全透型和半透型。反射型 LCD 的底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。全透型 LCD 的底偏光片是全透偏光片，它需要连续使用背光源，一般在光线差的环境使用。半透型 LCD 是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光，一般也带背光源，光
7、线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用LCD。 LCD 显示方式还分正性和负性。正性 LCD 呈现白底黑字，在反射和半透型 LCD 中显示最佳；负性 LCD 呈现黑底白字，一般用于全透型 LCD，加上背光源，字体清晰，易于阅读。正显模式（白底黑字）POSITIVE TYPE 负显模式（黑底白字）NEGATIVE TYPE 5温度特性 TN STN 类型 工作温度（） 050 -1060 -2070 -3080 050 -2070 储存温度（） -2060 -2070 -3080 -4090 -2060 -3080 LCD 的采光技术 显示器件是被动型显示器件，它本身不会发光，是靠
8、调制外界光实现显示的。外界光是液晶显示器件进行显示的前提条件。因此，在液晶显示装配、使用中，巧妙地解决采光，不仅可以保证和提高液晶显示的质量，而且 一般液晶显示的采光技术分为自然光采光技术和外光源设置技术。而外光源设置上，又有背光源、前光源和投影光源三类技术。 这里，我们就较为常见的背光源作简单介绍:一. 背光源采光技术的两大任务是： 1.使液晶显示器件在有无外界光的环境下都能使用；2.提高背景光亮度，改善显示效果。二. 分类： 现对常用的背照明光源，按如下分类说明： 光源种类 LED EL（电致发光） CCFL寿命(小时) 100,000 (半衰期)20005000 (半衰期)5000800
9、0 优点 寿命长 分光特性好,无亮斑,薄而轻,耐振抗冲击 在可见光范围光谱峰值可任选,亮度高,寿命长，适于彩色化 特点 缺点 单色光，调光难 寿命短，电压高 不能调光，驱动电压高，有一定厚度 发光方式 边光 背光 一般为边光 工作电压 60200V 推荐工作电压 3.84.5V 70110V 5001000V 工作频率 - 501000Hz 推荐工作频率 - 400700Hz 20KHz 工作电流 不定(由 LED 的数量决定）0.10.25mA/cm 2 46mA 电容值 - 1001000pF/cm 2 工作温度 -30+50 +1050 存储温度 -40+60 -2060 存储湿度 字符
10、型模块可使用 TN-LCD或者 STN-LCD，但图像型模块都是采用 STN-LCD。大多数模块的背光源可用 EL或者 LED。也有使用 CCFL（冷阴极荧光管）的。IC 与 LCD 的常见连接方式IC 与 LCD 的常见连接方式 SMT是英文Surface mount technology的缩写即表面安装技术，这是一种较传统的安装方式。其优点是可靠性高，缺点是体积大，成本高，限制 LCM 的小型化。COB是英文Chip On Board的缩写，即芯片被邦定（Bonding）在 PCB上，这样可大大地减少模块体积，同时在价格方面也可降低成本。由于 IC 制造商在 LCD 控制及相关芯片的生产上
11、正在减小QFP（SMT 型 IC 的一种，四边都有脚的那种）封装的产量，因此，在今后的产品中传统的 SMT 方式将被逐步取代。TAB是英文Tape Automated Bonding的缩写 即各向异性导电胶(ACF)连接方式将封装形式为 TCP（Tape Carrier Package 带载封装）的IC 用各向异性导电胶分别固定在 LCD 上。这种安装方式可减小LCM 的重量、 体积、安装方便、可靠性较好！ 最重要的是可以弯折。COG 是英文Chip On Glass的缩写，即芯片通过 ACF（Anisotropic Conductive Film 各向异性导电膜）被直接邦定在玻璃上。这种安装
12、方式可大大减小整个 LCD 模块的体积，又比 TAB 方式更低成本，且易于大批量生产，适用于消费类电子产品用的 LCD，如：手机、PDA 、MP3 等便携式电子产品。这种安装方式在 IC 生产商的推动下，是当今 IC 与 LCD 的主要连接方式。COF 是英文Chip On Film的缩写 即芯片被直接安装在柔性 PCB 上。这种连接方式的集成度较高，外围元件可以与 IC 一起安装在柔性PCB 上， 随着 COF 薄膜（film）的迅速发展，目前已可以进入大量产阶段。这种连接方式可以方便地使代替 TAB，又不用太贵的开模费用。并且可以做一些 COG 无法做到的小面积应用领域。三、COG/TAB
13、/COF 模块的结构与生产制作方法：1 COG 模块一般由以下几个部分组成：LCD（含偏光片） 、IC、ACF、FPC、硅胶、黑纸，以下逐个2 介绍各组成部分：LCD：同上面介绍IC：是整个液晶显示器的驱动部分，接收外界提供电源及单片机（CPU/MCU/MPU）所传过来的9信号，而产生各种不同驱动波形到 segment 线和 common 线，从而产生不同的图案。ACF：各向异性导电膜，主体为粘胶，在常温度下上具有轻微粘性，在温度为 22010时具有很强粘性，使 IC 与 LCD 玻璃连接在一起，这种粘胶的里面掺杂有导电金球，这种金球只有 410m直径，一旦受到适当压力就会变扁，甚至被压裂。如
14、图示，当金球受热时，最外层的塑胶会被熔化掉，IC 金引脚（突起）会压在金球上，金球又与 LCD 玻璃的引脚（ITO 线）连在一起，所以电信号可以从 IC 传往 LCD。ACF 一般分为 COG 用（如 AC8501、AC8304 ） ，TAB 用（AC7106） 。FPC：软性线路板。柔软，可折叠，可适用于要求轻、折叠、体积小的手机、无绳电话机、便携式机器、家电（如 MP3）等上。一般来说，FPC 一端镀金，另一端镀金或锡，接触 LCD 一端一定要镀金，以保持良好接触性能。FPC 压至 LCD 一端也是通过 ACF 来实现的上下导通的。但可以选用金球比较大的 AC7106 型来压，因为 FPC
15、 pitch 一般0.2mm，而 AC7106 的导电球大小为 10m。 金 ， 镍 合 金塑 胶 绝 缘 层塑 胶 球 塑 胶 球 金 ， 镍 合 金IC上 的 金 突 起LD的 TO引 线硅胶：起绝缘、保护 ITO 引线等作用。黑纸：起保护 IC 不让紫外光直射 IC 的作用。因为 IC 为半导体其线路部分在紫外光下会紊乱，从而造成不显示或全黑屏问题。 2、COG 的制作方法：见 COG 生产微观图10113、 TAB 模块的结构及生产制造方法TAB 模块一般由以下几个部分组成：LCD、IC（TCP 封装） 、黑纸、TAB 胶水。其中 IC 为 TCP 封装，是一种带状的封装，卷成整卷，像电影胶片一样，又称为菲林 IC。TAB 模块也是与 COG一样，通过 ACF 连接的，通常用的 ACF 型号有 AC7106。4.COF 模块的制作方法：如下图所示，IC 通过 ACF 压到 FPC 上，FPC 又通过另一种 ACF 压到 LCD 玻璃上。四、COB 1、 按连接方式分：插 PIN（装针）型、导电纸型、导电胶条型、导电胶条与导电纸混合型。装针型
