(LCM)液晶显示模块设计一小时速成.ppt

2004年(LCM)液晶显示模块设计培训,LCM产品概述 LCM产品设计的特点 LCM的分类 LCM的结构 LCM各组成部分设计要点 LCM功能测试方法,2004年(LCM)液晶显示模块设计培训,简单介绍模块产品的应用领域、优点、设计特点及分类 常规模块结构、COG、TAB及COF模块结构 模块主要分件的设计要点（外框、胶条、背光源、FPC、PCB等及电路原理设计应注意的问题） 测试方法及电测机的设计要点,2004年(LCM)液晶显示模块设计培训,一、LCM产品概述 英文名称叫“Liquid Crystal Display Module”，简称“LCM”，中文一般称为“液晶显示模块”。 应用领域：通信工具、消费电子、数字工控仪表、 车载系统、机载系统等等 发展前景：应用越来越广泛、品种越来越繁多 市场越来越广阔、品质要求在提高 目前状况：日本、韩国 技术领先地位 中国 技术发展迅速 差距在逐步缩小,2004年(LCM)液晶显示模块设计培训,二、LCM产品设计的特点 客户定制居多 客户需求为设计宗旨 分件设计规范化 设计三向沟通： 客户需求 生产工艺宽容度 供应商制程能力 合格的产品设计,2004年(LCM)液晶显示模块设计培训,三、LCM的分类 加工工艺分类： SMT模块、COB模块、COG模块、 TAB模块、COF模块、混合型模块 显示内容分类： 图形型，字符型，段码型，混合型 注：还有很多种分类方法,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,四、LCM的结构 SMT模块、COB模块： LCD 外框 胶条(热压胶纸) 背光源 PCB COG模块、 TAB模块、COF模块： LCD 外框 FPC 背光源 PCB 其他一些混合型模块结构各自不同,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,五、LCM各组成部分设计要点 1.总图 模块的整体外形主视图、显示象素及点的大小 各个尺寸及公差标注清晰，关键尺寸需要特别标出。 客户端I/O口的定义要标注清晰。 指明背光源的使用条件、波长或色度坐标 指明模块的工作电压、显示模式、视角、工作温度、储存温度、控制器IC型号、DUTY/BIAS等。 若客户有特殊要求，还需要另外说明。,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,2.电路原理 液晶显示模块的控制与驱动，由控制、驱动集成电路（IC）完成。对于非客户指定IC，一般IC的选取原则如下： a)控制器与驱动器选配时尽量选取同一公司的产品。 b)按实际驱动路数N，占空比Duty，偏压比Bias来选择。三者关系：Duty=1/N，Bias=1/（ N +1）。 c)模块的输入/输出接口要求及数据的传输方式（并行、串行或I2C）。 d)IC的封装形式和IC的性能价格比。显示缓冲区（DDRAM）的大小。 e)HITACHI，TOSHIBA，EPSON，SAMSUNG等公司及已使用过的IC优先考虑。 掌握控制器IC及驱动器IC的特点和用法，理解IC说明书上的相关指令及外围电路,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,液晶显示模块的驱动 静态驱动 基本思想:在相对应的一对电极间连续外加电场或不外加电场。 动态驱动 基本思想:电极沿X、Y方向排列成矩阵，按顺序给X电极施加选通波形，给Y电极施加与X电极同步的选通或非选通波形，如此周而复始。 交叉效应 与选点像素在同一行和同一列的像素均有选择电压加入，称之为半选择点。若该点的电场电压处于液晶的阈值电压附近时，屏幕上出现不应有的半显示现象，使显示对比度下降。我们将此现象称为“交叉效应”。 静态驱动法不存在交叉效应。 解决“交叉效应” 的方法：平均电压法 将液晶的驱动电压等分成若干档，适当的提高非选择点的电压，从而降低半选点上两电极的电压差。,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,偏压电路 在动态驱动方法中，偏压电路的设置非常重要。根据所需的偏压系数，把液晶驱动电压VLCD分为不同的电压档次，实现液晶显示的驱动波形，这就是偏压电路的功能。偏压电路的设计依据为偏压比（Bias）和控制驱动集成电路的要求。 最常用偏压电路有两种形式： 电阻分压电路 电阻加运算放大器电路 对于32路以下的模块，采用电阻分压电路。 由运算放大器组成的分压电路稳定性较好，适合于驱动路数较多的液晶显示器件,通常32路及32路以上的模块选用该电路。 对于240路以上的模块，可选用专用的偏压电路IC。如LA5318，LA5315等。,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,输入/输出（I/O）接口 液晶显示模块I/O接口包括电源，控制信号，数据信号。其中，控制信号分片选信号，读写信号，数据/指令选择和复位信号，数据信号位数分串行、并行两种。 温度补偿电路 常规液晶显示模块无温度补偿电路，只有当客户提出要求时，才另行设计。同某些测量电路中的温度补偿原理一样，利用热敏电阻一类的热敏元件的温度系数在分压电路中的影响，来实现电路的温度补偿。经反复试验，修正电路参数，以模块在整个工作温度区显示特性最佳为准。 DC-DC 驱动电源电路 单凭驱动器的逻辑电源使液晶显示器件产生显示效果是不够的。若控制系统中客户端提供了负电源则直接使用；若没有提供负电源，则利用现有的DC-DC转换器从逻辑电源转换生成负电源。,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,3.背光源的设计 背光源综述 由于液晶材料不发光，只是利用分子旋转使光通过或不通过，所以需要外部照射光。背光源是安装于透射或半透射LCD背面的照明光源。 背光源分类 发光二极管（LED） 用于小型设备、手机等 电致发光薄膜（EL） 用于便携及面积稍大的设备 冷阴极荧光管（CCFL） 用于面积较大或大面积的彩屏设备,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,LED背光源的设计 a.底部光：将发光二极管均匀（等间距或交错）的排列成点阵形式，通过扩散板让光的分布更加均匀使从正面看不到发光二极管的亮点的影子，而得到多点成面的均匀的光。是一个由较多的点光源构成组成的面光源。,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,b.侧部光：利用发光二极管发出各波长段（或全色-白色）的光，经由导光板引导光的散射方向，在导光板的底面用网状印刷的方式印上扩散点，当光线射到扩散点时，反射光会望各个角度扩散，使线光源转换成面光源，再通过扩散扳将背光源的面光源均匀的漫射，而得到表面亮度均匀的光。,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,LED背光源的技术参数: 1、光参数： A：亮度Lv：单位是cd/m2（或称尼特NT）指最低点亮度 LED背光源：一般Lv=10200 cd/m2 (LED点亮5分钟后测试) 彩屏手机：15004000 cd/m2 B: 颜色：单色LED用峰值波长p和主波长d表示，它们之间的对应关系如下表所示, 设计时波长应给一个合理的范围：3nm,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,2、电参数： A 、顺向电压Vf：（V）（If=1020 mA）时，每支GaN基LED（B:兰、W:白、G纯绿）Vf：=2.8V3.6V, 其它(R、G、YG、O、A) Vf：=1.8V2.2V, 定电压工作时：标注工作电流范围； B、顺向电流If：（mA）极限值If=25 mA允许使用If=20 mA，一般设计值1015 mA， 定电流使用时：标注工作电压范围； C 、反向漏电流Ir：越小越好，一般要求Vr0.1mA/支路（Vr=5V时）,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,3、工程图纸设计 LED背光图采用第一视角视图方向，画出主视图、侧视图、和仰视图，复杂的背光源采用全部视图和局部剖视图表达清楚 底背光厚度一般最小设计为大于4mm,通常取5 mm到7 mm；LED灯的排布从5mm到7 mm，背光源厚度越低，排布越密 侧背光厚度一般设计为大于2mm,通常取2.5 mm到4 mm 对于常规LCD模块（即用铁框），LED背光源有效发光区的最小长度和宽度至少比外框视窗的长和宽大1mm到2 mm；有效发光区中心与外框视窗中心重合,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,COG、COF、TAB背光源的有效发光视区一般比LCD的发光视区单边大0.25到0.5，发光尺寸以最小值（MIN）标注 引脚规格：底背光一般用直径为0.5 mm或0.6mm的引脚，长度要大于4.3mm。侧背光一般用支脚的方式，宽度一般为1.5 mm到2.5 mm,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,4、例图,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,EL背光源的设计 EL发光原理：发光材料（硫化锌）的粒子在电极间交流驱动的电场作用下，产生激发式跃迁，当回到基态时发出高频率的冷光。EL是一个平板式的面光源 EL结构：EL为夹层式结构，上下各有一个电极，上电极为透明导电膜（ITO膜），光从此面射出，下电极为背电极，其材料主要为银或碳，发光材料主要是硫化锌（ZnS）当它含有不同的激活剂时，在电场驱动下，可发出不同颜色的光。 EL的亮度随极间的电压、频率的改变而变化，一般情况随电压及频率的增加亮度也相应增加。通常情况背电极上方还会有一层保护层（UV层）。通常称发光层为P层，称介质层为BA层，称背电极为Ag层（C层），在电极处ITO电极为正极（发光面电极），背电极层电极为负极（也称发光电极和非发光面电极）。,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,EL背光的电光性能 a.当电压110V，频率400Hz，光强大于70cd/m2， 功耗最大2mw/cm2，电流最大18mA/cm2 b.工作电压范围：50V 130V 典型范围：270 700Hz c.工作温度：-20 0C +70 0C d.存储温度: -300C +80 0C,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,工程图纸设计 工程图主要要求能反映出产品的外形尺寸、发光尺寸、电极位尺寸、厚度、正反面。还要指出产品的特殊要求。在图上标明尺寸公差。并注明产品发光颜色，驱动条件及使用电压频率，并标明产品型号、版本号、比例，用EL光电性能图文框进行工程图设计，并将以上内容标注清楚。如有特别注明可以在EL图文框内加以注明。,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,例图,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,CCFL背光源的设计 CCFL背光源是依靠冷阴极气体放电，激发荧光粉而发光的光源，将线光源转化成面光源而得到的三基色准确、色温高、高亮度的光源 CCFL背光源的光电特性 a.工作电压范围 200V到2000V。 b.工作频率范围 30KHZ到70KHZ。 c.灯管电流4mA到6mA;灯管功耗1W到4.2W;寿命15000小 时左右 d.一般地，CCFL的管电压与长度成正比，一般在250- 300V/100 mm,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,工程图纸设计 采用第一视角视图方向，用主视图、侧视图、和仰视图来表达。 有效发光区的最小长度和宽度至少比外框视窗长和宽大1 mm-2 mm，有效发光区中心与外框视窗中心重合。 引脚用软线连接并采用三芯或四芯扦座引出。 有效发光区四周轮廓以虚线画出，尺寸标注以最小值（MIN）标注。 注释部分应包括：背光源类型、工作电压、灯管电流及工耗、亮度、颜色的色坐标（或色温）、寿命、及未注公差等要求,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,4.FPC的设计,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,FPC的分类 单层FPC 双层FPC 多层FPC Cable FPC 镂空FPC FPC的应用 广泛用于COG、TAB、COF模块、彩屏手机,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,FPC的结构 以普通双层FPC为例，FPC的基本结构为：PI，粘合剂，COPPER，粘合剂，基材，粘合剂，COPPER，粘合剂，PI,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,FPC的设计 FPC材质的厚度 1.PI厚度为12.5um，如果选择25um的PI，FPC会偏硬，弯折性能不好； 2.COPPER厚度：镂空板为35um，非镂空板为18um； 3.所有露铜的地方必需镀金与镀镍，Ni的厚度为25um，Au的厚度为0.10.2um。镀金为了防止氧化，太薄则镀金工艺不好控制，而且不能很好达到防氧化效果；太厚则会影响焊接性能。镀镍是助焊，镀层太厚在焊接时容易断裂。用于接插件的FPC，由于插拔次数较多，则镀金的厚度可以适当加厚； 4.为了达到完全贴合，粘合胶的厚度应该比PI层略厚，如12.5um的PI则可以使用20um的粘合胶； 5.补强板的厚度（包括双面胶）：常用的有0.1mm，0.15mm，0.2mm这几种。,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,FPC厚度标注 单层板（包括镂空板）厚度一般标0.100.05mm； 一般双层FPC厚度为：0.150.05mm； 多层板厚度根据客户资料来确定，而且要标明加补强板部分的厚度和不加补强板部分的厚度。 尺寸标注 一般尺寸公差为0.2mm，重要尺寸公差要严格控制，加上方框来表示控制尺寸，如有必要则需加严公差，比如一些定位孔的公差、焊盘的宽度、PITCH值的公差、与LCD连接端电极的长度和PITCH值的公差而对一些不需要控制很严的尺寸，公差可以放宽，比如一些双面胶的定位尺寸公差和双面胶的尺寸则可以放宽到0.5mm。 如果是参考尺寸，则加上括号“（）”来表示。,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,定位标记的设计 定位标记一般做成焊盘或者机械孔，不要用丝印标记，并且注意控制其公差;设计FPC与LCD的对位标记（mark）时，在尽可能的情况下，将FPC两边对位标记之间的距离设计在13mm以上，便于camera同时照到两边的电极。另外mark可以是单独的一根电极，或者是在最旁边的电极上加一横条焊盘,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,FPC外形图设计 双层FPC外形图设计,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,镂空板（开窗FPC）外形图设计,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,CABLE FPC外形图设计,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,多层板外形图设计,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,FPC菲林图,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,FPC菲林图,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,FPC弯折区域设计：在外形图中，应该标出弯折区域，在弯折区 域一般只有单层走线，故没有走线的那一面的PI层和COPPER层均可以去掉，以增加柔软性。在弯折区域内不能放置过孔和焊盘,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,5.外框、胶条的设计 外框是固定液晶显示器和印刷电路板之间的支架 模块新项目中对铁框产品的材料选择作如下规定： 对常规模块产品，外框统一改用SPCC（冷扎板），表面作电着黑（电泳漆）处理，或SECC（电解板），表面为灰色并作脱脂清洗处理。 对手机模块外框，一般选用SUS304-1/2H材料（不锈钢），料厚为0.15mm/0.2 mm和0.3mm三种规格。 外框的选取遵循下列原则： a)外框套合LCD，LCD在外框宽度方向的移动量小于LCD台阶宽度二分之一，外框选直线形。 b)外框套合LCD，LCD在外框宽度方向的移动量大于LCD台阶宽度二分之一，外框选紧缩形。 c)一般情况下，直框作为首选。LCD和外框套合后，在不影响LCD排版粒数的情况下，LCD在外框宽度方向移动量控制在0.3mm0.4mm以内,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,外框设计例图,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,导电胶条是LCD与PCB板之间的连接器件，分发泡型，啫喱型两种 导电胶条设计遵循以下规则： 采用主视图、俯视图和电极的局部放大图表胶条的外形和PITCH大小 模块如需轻扭转试验（客户要求），则选用发泡型，其余选啫喱型 对啫喱导电胶条，需注明YS型或SYS型，啫喱衬垫胶条，需注明SR型， 对发泡导电胶条，需注明YP型。导电胶条PITCH值要小于LCD电极PITCH值四分之一，一般取0.10mm，0.05mm两种 导电胶条高度设计应考虑导电胶条压缩量及硬度，一般硬度取2040度，压缩量及硬度的选取原则：一般情况选3040度，易出现扭缺和颜色不匀的可选2030度，压缩量：对于发泡型压缩量取15%左右，对于啫喱型当硬度为3040度时，取810%左右，对于硬度为2030度取912%。另外，压缩量的选取与绝缘层的宽度占总宽度的比例有关，一般比例为：3（绝缘层）:4（导电芯）:3（绝缘层）。导电芯占的比例越大，压缩量要适当减小，对于长脚的模块，建议使用2030硬度的胶条,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,导电胶条的宽度一般等于LCD的台阶宽度，2.0、2.5、3.0宽度尺寸优先考虑。LCD在外框内宽度方向的移动量较大时，胶条的宽度可稍大于LCD台阶宽度。但要保证导电芯完全处于LCD台阶上。其长度与LCD长度一致或略小于LCD长度 导电极的宽度应大于或等于总宽度的三分之一。如果采用香港唯一公司生产的胶条，导电极的宽度可向0.6mm标准值靠拢，特殊情况下（如对于64路以上的模块）可选1.0mm宽度。导电极应尽可能居中，以便于模块装配。 高度的公差值一般取0.1mm，宽度公差取0.2mm，长度公差取0.3mm，导电极的宽度应标出最小值（min），局部放大图中应标出导电极的PITCH值,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,六、 LCM功能测试方法简介 设计电测机电路图,2004年液晶显示模块(LCM)设计培训,注意事项 1 若无特殊情况，常用数据口和控制口请按上图连接； 2 电测机图纸中应标明模块尺寸、I/O口数量和PITCH值，指明接触面，以及电测机要使用接插件型号； 3 含串并口控制的模块，无特殊要求，按并口模式测试； 4 标明使用的所有元器件的型号和参数； 5 工装更改严格按工装更改通知单填写； 6 包含部分客户电路（如按键、LED等）的模块，需注明测试其性能。 7 尽可能考虑引脚虚焊或者相邻引脚焊接短路的检测。 8 对比度调节中断控制统一使用P3.3口，电测机图纸可不再注明，由工装按上图连接。 生产厂工装组制作电测机,2004年液