1、液晶显示模块（LCM）知识详解 2008 年 11 月 23 日 星期日 22:19液晶显示模块（LCM）知识详解 液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB 线路板、背光源、结构件装配在一起的组件英文名称叫“LCDModule”，简称“LCM”，中文一般称为“液晶显示模块”。实际上它是一种商品化的部件根据我国有关国家标准的规定：只有不可拆分的一体化部件才称为“模块”，可拆分的叫作“组件”。所以规范的叫法应称为“液晶显示组件”。但是由于长期以来人们都已习惯称其为“模块”。液晶显示器件是一种高新技术的基础元器件，虽然其应用巳很广泛，但对很多人来说，使用、装配时仍感到困难。特别是点
2、阵型液晶显示器件，使用者更是会感到无从下手特殊的连接方式和所需的专用设备也非人人了解和具备，故此液晶显示器件的用户希望有人代劳，将液晶显示器件与控制、驱动集成电路装在一起，形成一个功能部件，用户只需用传统工艺即可将其装配成一个整机系统。从广义上说，凡是由液晶显示器件和集成电路装配在一起的部件都属于“模块”，但实际上我们通常所说的“模块”主要是指点阵液晶显示器件装配的点阵液晶显示模块，特别因为是点阵液晶显示器件产品除某些专用大批量的一些品种(如翻译机、通讯用)，生产厂家是直接向用户供应液晶显示器件外，几乎所有通用型点阵液晶显示器件都是加工成模块后才供给用户的，所以很容易形成“液晶模块”就是“点阵
3、液晶模块”的误解。 一、数显液晶模块这是一种由段型液晶显示器件与专用的集成电路组装成一体的功能部件，只能显示数字和一些标识符号。段型液晶显示器件大多应用在便携、袖珍设备上。由于达些设备体积小，所以尽可能不将显示部分设计成单独的部件，即使一些应用领域需要单独的显示组件，那么也应该使其除具有显示功能外，还应具有一些信息接收、处理、存储传递等功能，由于它们具有某种通用的、特定的功能而受市场的欢迎。常见的的数显液晶显示模块有以下几种。1计数模块这是一种由不同位数的七段型液晶显示器件与译码驱动器，或再加上计数器装配成的计数显示部件。它具有记录、处理、显示数字的功能。目前我国市场上能够见到的主要产品有由
4、CD4055译码驱动器驱动的单位液晶显示器件显示模块，以及由ICM72ll，ICM7231，ICM7232，CDl4543，UPDl45001，HD44100 等集成电路与相应配套的液晶显示器件组装成的 4 位、6 位、8 位、10 位、12 位、16 位计数模块在选用这类计数模块时必须注意以下几点: 弄清功能：虽说都叫“计数模块“，但其中大部分并不能直接计数。它们的输人端口有的仅是BCD 码接口形式，有的是 BCD 码加选通端输人接口形式，还有的是可直接与串行、并行口相接的接口形式等等，如需要计算或记录一串数字，还必须配置相应的电路，当然也有将计数电路配好在模块上的产品。认准结构：液晶显示器
5、件有不同的安装方法和安装结构。固此，在选用时要注意其结构特点，一般来说，这种计数模块大都由斑马导电橡胶条、塑料(或金属)压框和 PCB 板将液晶显示器件与集成电路装配在一起而成。其外引线端有焊点式、插针式、线路板插脚式几种。注意电源：一台设备应该尽量使用统一的电源，常见的液晶显示器件计数模块有单电源型和双电源型，有 5V 和 9V 等不同规格。2计量模块这是一种有多位段型液晶显示器件和具有译码、驱动、计数、A/D 转换功能的集成电路片组装而成的模块。由于所用的集成电路中具有 A/D 转换功能，所以可以将输入的模拟量电信号转换成数字量显示出来。我们知道任何物理量，甚至化学量(如酸碱度等)都可以转
6、换为模拟电量，所以只要配上一定的传感器，这种模块就可以实现任何量值的碉量和显示，使用起来十分方便。计量模块所用的集成电路型号主要有ICL7106、ICL7116、ICL7126、ICL7136、ICL7135、ICL7129 等，这些集成电路的功能、特性决定了计量模块的功能和特性。作为计量产品，按规定必须进行计量鉴定。经计量部门批准在产品上贴有计量合格证。3计时模块计时模块将液晶显示器件用于计时历史最久，将一个液晶显示器件与一块计时集成电路装配在一起就是一个功能完整的计时器。声于它没有成品钟表的外壳，所以称之为计时模块。计时模块虽然用途很广，但通用、标准型的计时模块却很难在市场上买到，只能到电
7、子钟表生产厂家去选购或定购合适的表芯，计时模块和计数模块虽然外观相似，但它们的的显示方式不同，计时模块显示的数字是由两位一组两位一组的数字组成的而计数模块每位数字均是连续排列的。由于不少计时模块还具有定时、控制功能，因此这类模块可广泛装配到一些加电、设备上，如收录机、CD 机、微波炉、电饭煲等电器上。二、液晶点阵字符模块它是由点阵字符液晶显示器件和专用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件，结构件装配而成的，可以显示数字和西文字符。这种点阵字符模块本身具有字符发生器，显示容量大，功能丰富。一般该种模块最少也可以显示 8 位 1 行或 16 位 l 行以上的字符。这种模块的点阵排列是由 57、58
8、 或 511 的一组组像素点阵排列组成的。每组为 1 位，每位间有一点的间隔，每行间也有一行的间隔，所以不能显示图形。一般在模块控制、驱动器内具有已固化好 192 个字符字模的字符库 CGROM，还具有让用户自定义建立专用字符的随机存储器 CGRAM，允许用户建立 8 个 58 点阵的字符。三、点阵图形液晶模块这种模块也是点阵模块的一种，其特点是点阵像素连续排列，行和列在排布中均没有空隔。因此可以显示了连续、完整的图形。由于它也是有 X-Y 矩阵像素构成的，所以除显示图形外，也可以显示字符。1.行、列驱动型这是一种必须外接专用控制器的模块，其模块只装配有通用的行、列驱动器，这种驱动器实际上只有
9、对像素的一般驱动输出端，而输入端一般只有 4 位以下的数据输入端、移位信号输人端、锁存输人端、交流信号输人端等，如 HD44100，IID66100 等此种模块必须外接控制电路，如HD61830，SEDl330 等才能与计算机连接该种模块数量最多，最普遍。虽然需要采用自配控制器，但它也给客户留下了可以自行选择不同控制器的自由2行、列驱动-控制型这是一种可直接与计算机接口，依靠计算机直接控制驱动器的模块。这类模块所用的列驱动器具有 I/O 总线数据接口，可以将模块直接挂在计算机的总线上，省去了专用控制器，因此对整机系统降低成本有好处。对于像素数量不大，整机功能不多，对计算机软件的编程又很熟悉的用
10、户非常适用。不过它会占用你系统的部分资源。3行、列控制型这是一种内藏控制器型的点阵图形模块。也是比较受欢迎的一种类型这种模块不仅装有如第一类的行、列驱动器，而且也装配有如 T6963C 等的专用控制器。这种控制器是液晶驱动器与计算机的接口，它以最简单的方式受控于计算机，接收并反馈计算机的各种信息，经过自己独立的信息处理实现对显示缓冲区的管理，井向驱动器提供所需要的各种信号、脉冲，操纵驱动器实现模块的显示功能。这种控制器具有自己一套专用的指令，并具有自己的字符发生器CGROM用户必须熟悉这种控制器的详细说明书，才能进行撮作。这种模块使用户摆脱了对控制器的设计、加工、制作等一系列工作，又使计算机避
11、免了对显示器的繁琐控制，节约了主机系统的内部资源。常见的液晶显示器按物理结构分为四种：(1)扭曲向列型(TN-TwistedNematic)；(2)超扭曲向列型(STN-SuperTN)；(3)双层超扭曲向列型(DSTN-DualScanTortuosityNomograph)；(4)薄膜晶体管型(TFT-ThinFilmTransistor)。1.TN 型采用的是液晶显示器中最基本的显示技术，而之后其它种类的液晶显示器也是以 TN 型为基础来进行改良。而且，它的运作原理也较其它技术来的简单。请参照下方的图片。图中所表示的是 TN 型液晶显示器的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具
12、有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。2.STN 型的显示原理与 TN 相类似。不同的是，TN 扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90 度，而 STN 超扭转式向列场效应是将入射光旋转 180270 度。3.DSTN 是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏，从而达到完成显示目的。DSTN 是由超扭曲向列型显示器(STN)发展而来的。由于 DSTN 采用双扫描技术，因此显示效果相对 STN 来说，有大幅度提高。4.TFT 型的液晶显示器较为复杂，主要是由：萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等构成。首先，液晶显示器必须先利用背光源，也就是
13、萤光灯管投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶。这时液晶分子的排列方式就会改变穿透液晶的光线角度，然后这些光线还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变加在液晶上的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，这样就能在液晶面板上变化出有不同色调的颜色组合了。是目前主流液晶显示器的面板。TFT-LCD 是薄膜晶体管液晶显示器英文 Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display 字头的缩写。TFT(Thin Film Transistor)LCD 即薄膜场效应晶体管 LCD，是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种。和
14、TN 技术不同的是，TFT 的显示采用“背透式”照射方式假想的光源路径不是像 TN 液晶那样从上至下，而是从下向上。这样的作法是在液晶的背部设置特殊光管，光源照射时通过下偏光板向上透出。由于上下夹层的电极改成 FET 电极和共通电极，在 FET 电极导通时，液晶分子的表现也会发生改变，可以通过遮光和透光来达到显示的目的，响应时间大大提高到 80ms 左右。因其具有比 TN-LCD 更高的对比度和更丰富的色彩，荧屏更新频率也更快，故 TFT 俗称“真彩”。相对于 DSTN 而言，TFT-LCD 的主要特点是为每个像素配置一个半导体开关器件。由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制。因而每个节点都相对
15、独立，并可以进行连续控制。这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应速度，同时也可以精确控制显示灰度，这就是 TFT 色彩较 DSTN 更为逼真的原因。目前，绝大部分笔记本电脑厂商的产品都采用 TFT-LCD。早期的 TFT-LCD 主要用于笔记本电脑的制造。尽管在当时 TFT 相对于 DSTN 具有极大的优势，但是由于技术上的原因，TFT-LCD 在响应时间、亮度及可视角度上与传统的 CRT 显示器还有很大的差距。加上极低的成品率导致其高昂的价格，使得桌面型的 TFT-LCD 成为遥不可及的尤物。不过，随着技术的不断发展，良品率不断提高，加上一些新技术的出现，使得 TFT-LCD 在响应时间、对比
16、度、亮度、可视角度方面有了很大的进步，拉近了与传统 CRT 显示器的差距。如今，大多数主流 LCD 显示器的响应时间都提高到 50ms 以下，这些都为 LCD 走向主流铺平了道路。LCD 的应用市场应该说是潜力巨大。但就液晶面板生产能力而言，全世界的 LCD 主要集中在中国台湾、韩国和日本三个主要生产基地。亚洲是 LCD 面板研发及生产制造的中心，而台、日、韩三大产地的发展情况各有不同。目前主流的 TFT 面板有 aSi(非晶硅薄膜晶体管)、TFT 技术和 LTPS TFT（低温复晶硅）TFT 技术。在 a-Si 方面，三个生产基地的技术各有千秋。日本厂商曾经研制出分辨率高达 25602048
17、 的LCD 产品。因此，有些人认为，aSi TFT 技术完全可满足高分辨率的产品需要，但是，由于技术的不成熟，它还不能满足高速视频影像或动画等的需要。LTPS TFT 相对可以节约成本，这对于 TFT LCD 的推广有着重要意义。目前，日本厂商已经有量产 12.1 英寸 LTPS TFT LCD 的能力。而中国台湾已开发完成 LTPS 组件制造技术与 LTPS SXGA 面板技术。韩国在这方面缺少专门的设计人员和研发专家，但像三星等主要企业已经推出了 LTPS 产品，显示出韩国厂商的实力。不过，目前 LTPS 技术尚不成熟，产品集中在小屏幕，而且良品率低，成本优势尚无从谈起。与 LTPS 相比
18、，a-Si 无疑是目前 TFT LCD 的主流。日本公司的 aSiTFT 投资策略上几乎都以第三代 LCD 产品为主，通过制造技术及良品率的改善来提高产量，降低成本。日本一直走高端路线，其技术无疑是最先进的。由于研发力量有限，台湾的 a-Si TFT 技术主要来自日本厂商的转让，但由于台湾企业一般属于劳动密集型，技术含量价低，以生产低端产品为主。韩国在 a-Si方面有着强大的研发实力，比如三星公司就量产了全球第一台 24 寸 a-Si TFT LCD240T，它的响应时间小于 25ms，可以满足一般应用需要；而可视角度达到了 160 度，使得 LCD 在传统弱项上不输给 CRT。三星 240T
19、 标志着大屏幕 TFT LCD 技术走向成熟，也向世人展示了韩国厂商的实力不容置疑。TFT-LCD 的市场分析TFT-LCD 是有源矩阵液晶显示器(AM LCD)的典型代表，其研究最活跃、发展最快、应用增长也最迅速，在笔记本电脑、摄像机与数字照相机监视器等方面的应用独领风骚，另外，它在地理信息系统以及飞机座舱、便携式 DVD、台式电脑和多媒体显示器等方面都得到很好的应用。彩色 TFT-LCD 的构思最初由美国人(西屋公司)于 1972 年提出、日本东芝公司在 1982 年率先实现这一技术的规模生产，但那时的生产技术还不成熟。自 1993 年日本掌握了 TFT-LCD 生产技术以来，分辨率已由
20、CGA (320 * 200)发展到今天的 UXGA (1600 * 1200),基片尺寸也已有第一代的240 * 270-32O * 400mm2 发展到 2001 年日本夏普、韩国三星电子和 LG-Philips 公司分别上马的第七代的 1350 * 1700 mm2。目前，TFT-LCD 的应用主要在小尺寸的移动电话市场、中型尺寸的掌上电脑与笔记本电脑市场、大型尺寸的液晶显示监视器和液晶电视市场等五个方面。2005年 TFT-LCD 将被主要应用于显示器(39%)、笔记本电脑(25%)、手机(16%),液晶电视(10%), PDA(6%)五大领域，市场销售金额将超过 250 亿美元，占
21、LCD 市场比例超过 90%，成为液晶乃至整个平板显示技术领域的主导技术。TFT-LCD 技术的产业特点资金密集，规模经营:建立一条生产线投资在 10 亿美元左右.技术密集:涉及到半导体技术、精密机械、精密光学、自动控制、大规模集成电路设计和制造技术、光电子、微电子、精细化工、光源、材料、通讯、计算机软件等。发展速度快，核心技术稳定:TFT-LCD 产业化十年来生产线经历了 7 次大的发展，平均 1 年半生产线就要更新一次。但是 TFT-LCD 的核心技术是相对稳定的。带动的产业面广，对国民经济具有全局意义:上游原料、生产设备、生产技术涉及到现代工业生产的几十个领域。新材料的开发、大规模生产设
22、备的制造、先进生产技术的应用，将带动上游产业群。TFT-LCD 模块是信息产业的核心器件，涉及到通讯、交通、家电、计算机、教育、工业、医疗、国防等几乎所有的领域。a-Si TFT-LCD 技术的研究现状分辨率: TFT-LCD 的分辨率在近几年中经由 CGA( 320 * 2 00),VGA( 640 * 4 80),SVGA (1280 * 1024)。XGA (1024 * 768). SXGA (1280 * 1024)发展到目前的 UXGA (1600 * 1200)、QXGA (2560 * 2048)的水平。对比度:美国 P.P.Muhoray 等人推出了波导基 LCD 技术，并利
23、用这种技术实现了 174:1 的高对比度，而现在的 TFT-LCD 对比度最高可达到 500:1。视角: 由于液晶材料是各向异性的，其分子排列的取向及在电场作用下的重新排列取得均匀影响 LCD 器件视角的拓宽，这就造成了 LCD 器件视角上的缺点，现已提出多种宽视角技术，如同平面切换模式、相对称微单元模式、畴垂直模式等，视角可达到 170 度。响应速度:当帧频为 60% 时，帧周期约为 16ms,采用 TN 型 LCD 的普通 TFT-LCD 器件的响应时间可低于 20ms。最近推出了一种利用弹性连续聚合物稳定化的平面开关方法，可使响应时间缩短到 10ms，采用光学补偿带可将响应时间缩短到 2
24、3ms，目前已用本技术研制出响应时间为 8ms的彩色 LCD 电视机。寿命: 由于制造技术的发展，TFT-LCD 的寿命可达到 3 万小时以上。大屏幕和反射式己出现:已研制成功 38in 的 TFT-LCTV,结束了大屏幕 LC 的拼接时代，反射式TFT-LCD 彩色显示器也开始商品化。由于 TFT 制作技术的发展、液晶材料性能的改善、宽视角技术的采用、响应速度的提高和成品率的提高，TFT-LCD 显示性能已并不亚于 CRT。TFT 型液晶显示器结构通常的 a-Si TFT 主要由玻璃基板、栅电极、栅绝缘层、半导体活性层 a-Si,欧姆接触层 n+a-Si、源漏电极及保护膜等组成，其中栅绝缘层
25、和保护膜一般采用 SiN。a-SiTFT 的结构可分为四种典型结构:源、漏、栅三电极位于半导体活性层 a-Si 同一侧的平面结构，其中源、漏、栅三电极位于 a-Si 层上侧的称正栅平面结构，源、漏、栅三电极位于 a-Si 层下侧的称倒栅平面结构;源、漏、电极与栅电极位于 a-Si 层两侧的交错结构，其中栅电极在 a-Si 层上侧，源、漏电极在 a-Si 层下侧的称正栅交错结构或顶栅结构，栅极在 a-Si 下侧，源、漏电极在 a-Si 层上侧的称倒栅交错结构或底栅结构。从制造工艺上看，交错结构的 SiN,a-Si 和 n+a-Si 三层(或其中二层)可以连续淀积，适合流水作业，又可减少交叉污染。
26、现在，交错结构已成为主流，它不仅对 a-Si, SiN., n+a-Si 可连续作业，而且倒栅还可以作遮光层(不需另设遮光层)，这对 a-Si TFT 是重要的，因为 a-Si 对光敏感，一旦有光流入引起漏电流增加，将会导致像质恶化。OLED 显示屏 有机电致发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。对于有机电致发光器件，我们可按发光材料将其分为两种: 小分子 OLED 和高分子 OL
27、ED（也可称为 PLED）。它们的差异主要表现在器件的制备工艺不同:小分子器件主要采用真空热蒸发工艺，高分子器件则采用旋转涂覆或喷墨工艺。OLED 的发光原理有机发光显示技术由非常薄的有机材料涂层和玻璃基板构成。当有电荷通过时这些有机材料就会发光。OLED 发光的颜色取决于有机发光层的材料，故厂商可由改变发光层的材料而得到所需之颜色。有源阵列有机发光显示屏具有内置的电子电路系统因此每个像素都由一个对应的电路独立驱动。OLED 具备有构造简单、自发光不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广等优点，技术提供了浏览照片和视频的最佳方式而且对相机的设计造成的限
28、制较少。OLED 的特点OLED 为自发光材料，不需用到背光板，同时视角广、画质均匀、反应速度快、较易彩色化、用简单驱动电路即可达到发光、制程简单、可制作成挠曲式面板，符合轻薄短小的原则，应用范围属于中小尺寸面板。显示方面：主动发光、视角范围大；响应速度快，图像稳定；亮度高、色彩丰富、分辨率高。工作条件：驱动电压低、能耗低，可与太阳能电池、集成电路等相匹配。适应性广：采用玻璃衬底可实现大面积平板显示；如用柔性材料做衬底，能制成可折叠的显示器。由于 OLED 是全固态、非真空器件，具有抗震荡、耐低温（-40）等特性，在军事方面也有十分重要的应用，如用作坦克、飞机等现代化武器的显示终端。由于上述优点，在商业领域 OLED 显示屏可以适用于 POS 机和 ATM 机、复印机、游戏机等；在通讯领域则可适用于手机、移动网络终端等领域；在计算机领域则可大量应用在 PDA、商用 PC 和家用 PC、笔记本电脑上；消费类电子产品领域，则可适用于音响设备、数码相机、便携式DVD；在工业应用领域则适用于仪器仪表等；在交通领域则用在 GPS、飞机仪表上等。
