IC驱动LCD方案分析以及考量，为什么STN点阵会引起LCD出现错误？是否驱动的问题？

　　STN点阵类LCD静电引起黑白条是什么原因？

　　近两年，LCD的生产在中国蓬勃兴起，华南一带最近两年就建立起了不少的新厂，因为工作的关系，经常与业内的很多人士来往，其中有从业于LCD厂也有从业于LCM厂的，发现这个行业中有许许多多的问题困绕着大家。本文摘选其中的ESD（ElectricalStaTIcDischarge）问题进行分析，因为在LCD、LCM生产过程中随时会产生因为ESD造成的不良，其中主要的不良有静电对PI层的击穿，静电对显示不良造成的影响。而本文着重对因静电造成的STN点阵类黑、白条缺陷进行解决，并对其它静电类缺陷提供可行的解决建议。

　　本文从ESD产生的成因分析，重点解决静电对LCD显示黑白条的影响，同时以实验为手段对问题进行验证，因为本人的水平有限，其中有些看法可能会有不当，希望大家谅解。只希望本文能对从事LCD、LCM行业中的技术人员有所帮助。

　　一、静电是如何产生的

　　自然界中的物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子中有带正电的电子与带负电的质子组成。一般情况下，原子中的电子数与质子数相等，物体呈现出不带电现象。但是当两个不同物质相互接触时就会使一个物体失去电子带正电而另一个物质得到电子带负电，若在分离过程中电荷难以中和就会使物体带静电。

　　二、静电放电模式（ESD）

　　因为ESD产生的成因及放电的方式各异，综合分析，主要有以下几种ESD模式：

　　1、人体放电模式（HumanBodyMode）

　　HBM模式主要是操作人员在走动过程中，身体与衣物或鞋与地面发生摩擦积累静电，当人体与IC或LCD器件接触，静电会通过IC管脚或器件外电极导入IC器件内或LCD盒内。

　　2、设备放电模式（MachineMode）

　　MM模式是设备生产运行过程中积累静电（如玻璃基板自动运送过程），当设备接触器件时，如果有电位差别，会产生ESD。

　　3、器件充电模式（Charge—DeviceMode）

　　CDM模式是器件本身积累静电，尤其是LCD器件，当上下两片玻璃基板都积累了静电且有很大的电位差时，会产生ESD。CDM模式放电速度快，造成的破坏力大。成盒后的LCD在生产过程中盒内也会导入大量电荷，如果遇到适当的放电环境，也会产生ESD。

　　4、电场感应模式（Field-InducedMode）

　　FIM模式主要产生于LCM制程，当IC经过某一电场时，相对极性的电荷会通过一些管脚释放掉，当IC通过电场后便会积累一些静电荷，此静电电荷会通过类似CDM模式释放。

　　5、测试导入模式（Test-GuideMode）

　　TGM模式为常见的一种模式，为LCD、LCM测试过程中在加电场测试过程中相对极性的电荷通过引脚进入盒内，导致某几根电极呈带电状态，影响LC分子的扭转，表现为显示黑条、白条。

　　三、LCD制程分析

　　一个基本的LCD生产制程主要分为以下几个步骤：

　　玻璃基板装蓝—清洗—涂感光胶—UV暴光—坚膜—刻蚀—剥离—清洗—TOP涂覆—PI涂覆—摩擦—清洗—印框—印点—成盒—切割—灌晶—裂粒—光台检—电性能检—贴片

　　从以上步骤分析产生静电的主要环节。

　　可以看出，静电容易从滚轮传送后及产品与人手接触后产生。

　　四、静电表现类型

　　常见的静电对LCD的影响主要有以下几个方面：

　　1、静电对PI层击穿

　　多出现在不同层之间的ITO形成电位差后瞬间放电，强大的电流烧伤PI。

　　2、静电类显示不匀

　　多出现在高温带电实验后，表现为块状显示不匀。

　　3、显示深、浅条

　　多出现在STN点阵产品显示中，某一根或几根产品显示比其它的深黑或浅白。

　　五、静电防护

　　在制程中不可能完全杜绝静电的产生，但可以削弱其的影响。主要工作是在容易产生静电的位置放置等离子除静电装置，适当的提高室内的湿度，改善设计增加放静电线，可以有效的减少静电的产生，但以上措施只能适当的降低对PI层的影响，对显示黑、白条的影响并没有太大的改进。同时以上也不是本文要论述的重点。

　　为了解决静电对显示深、浅条的影响，采用DOE实验的方法设定了以下实验：

　　实验从PI的固含量及AT材料的防静电性能考虑，分别采用两个因素，两个位极，

　　实验做出后，各组抽24粒产品，通过人为加静电的方法给每粒产品加上大致相同的静电，观察电测黑白条消失的时间，结果如下：

　　通过计算分析计算，实验3效果最好。

　　根据实验结果，采用实验工艺，针对以前客户反馈的黑白条产品进行生产，效果良好。

　　六、结论

　　1、LCD制程中的静电可以通过增加除静电离子风及提高室内的湿度等方法减少静电的影响。

　　2、对静电造成的显示黑、白条等不良采用防静电钝化膜材料对释放静电的时间是有效的。实际从实验来看，钝化膜材料影响不如PI的固含量影响大。

　　3、PI固含量的影响是很大的，PI固含量小、PI薄的产品与与之相反的产品静电保持时间能减少一半以上，如果同防静电钝化膜材料配合用效果更好，释放静电均值更稳定，延伸想的话，能采用防静电的PI材料用此固含量可能更好，但应考虑PI薄是否会造成其他缺陷，如暗显等，最好采用此结论时根据自己公司的PI状态进行实验验证。

　　LCD-IC驱动分析：

　　液晶显示的驱动方式有许多种，常用的驱动方法有：静态驱动法和动态驱动法。对于TN及STN-LCD一般采用静态驱动或多路驱动方式。这两种方式相比较各有优缺点。静态驱动响应速度快、耗电少、驱动电压低，但驱动电极度数必须与显示笔段数相同，因而用途不如多路驱动广。

　　1.静态驱动法 静态驱动法是获得最佳显示质量的最基本的方法。它适用于笔段型液晶显示器件的驱动。表一示出此类液晶显示器件的电极结构，当多位数字组合时，各位的背电极BP是连接在一起的。振荡器的脉冲信号经分频后直接施加在液晶显示器件的背电极BP上，而段电极的脉冲信号是由显示选择信号A与时序脉冲通过逻辑异或合成产生，当某位显示像素被显示选择时，A=1，该显示像素上两电极的脉冲电压相位相差180.，在显示像素上产生2V的电压脉冲序列，使该显示像素呈现显示特性；当某位显示像素为非显示选择时，A=0，该显示像素上两电极的脉冲电压相位相同，在显示像素上合成电压脉冲为0V，从而实现不显示的效果。这就是静态驱动法。为了提高显示的对比度，适当地调整脉冲的电压即可。

　　当液晶显示器件上显示像素众多时，如点阵型液晶显示器件，为了节省庞大的硬件驱动电路，在液晶显示器件电极的制作与排列上作了加工，实施了矩阵型的结构，即把水平一组显示像素的背电极都连在一起引出，称之为行电极，把纵向一组显示像素的段电极都连接起来一起引出，称之为列电极。在液晶显示器上每一个显示像素都由其所在的列与行的位置唯一确定。在驱动方式上相应地采用了类同于CRT的光栅扫描方法。液晶显示的动态驱动法是循环地给行电极施加选择脉冲，同时所有为显示数据的列电极给出相应的选择或非选择的驱动脉冲，从而实现某行所有显示像素的显示功能，这种行扫描是逐行顺序进行的，循环周期很短，使得液晶显示屏上呈现出稳定的图象。我们把液晶显示的扫描驱动方式称为动态驱动法。

　　LCD驱动IC的发展现状

　　LCD的驱动类型大体可区分成TN（TwistedNemaTIc）、STN（Super-TwistedNemaTIc）（附注1），以及TFT（Thin-FilmTransistors）等3类，其中TNLCD多半使用在数字表、计算器等简单的数字显示，而TFT则小至数字相机的观景窗，大至数十英寸的液晶平面电视都有使用。

　　所以，数字表也需要LCD驱动IC，大尺寸液晶显示也需要驱动IC，然不同类型的LCD、不同尺寸的LCD却必须搭配不同的驱动IC，没有一种LCD驱动IC可以合乎各种类型、各种尺寸的驱动需求，因此在谈论LCD驱动IC时必须有更明确、更具体的范畴定义，才能够完整说明与讨论。

　　当然，有关TN、STN之类的LCD驱动IC其技术已相当成熟，技术发展与市场增长都达一定程度，因此已少有人关注，也因为技术的成熟，使大陆的IC设计业者也逐步跨入此领域，如此也迫使日本、南韩、台湾的驱动IC设计业者必须朝更高技术性的LCD驱动IC发展，从TN、STN转向TFT，从小尺寸转向大尺寸。

　　另外一个加速台湾驱动IC提升的动力，是来自液晶面板厂。由于台湾已经成为全球液晶面板的组装、制造重镇，如果LCD驱动IC仍要持续倚赖进口，将难以掌握制造成本、制造时程，所以国内的面板大厂也都积极于LCD驱动IC的国产化，例如奇美电子（CHIMEI）即转投资奇景光电（Himax），由奇景光电研制LCD驱动IC，以大宗供应给奇美电子。

　　LCD驱动IC的接口

　　LCD驱动IC必须先接收来自LCD控制IC的画面讯号，之后才能透过数字转模拟的程序来进行驱动，而这个接收的输入接口仍在持续演化中。

　　目前最常见的接口是RSDS（ReducedSwingDifferenTIalSignaling），这是美国国家半导体（NationalSemiconductor;NS，简称：国半）以LVDS（Low-VoltageDifferentialSignaling，低电压差动信号）接口为基础所定义出的接口，此接口的优点在于低电磁干扰（EMI）、低功耗，并尽可能保有传输效能与画面分辨率。RSDS原本是NS自有的技术，不过之后则开放使用，今日多数的时序控制器芯片、源极驱动器芯片都实行RSDS接口。此外也有人支持最传统的TTL（Transistor-TransistorLogic）接口。

　　在RSDS后NS又提出一种新的接口，称为PPDS（PointtoPointDifferentialSignaling），新接口的优点在于支持更高的画面分辨率、更高的传输（运作）频率，同时也能缩减传输的线路数目，不仅能抑止EMI，同时节省电路板布线面积及成本。另外还也一种迷你型的LVDS，称为mini-LVDS，也是因应高尺寸趋势而有的新技术提案，mini-LVDS也有助于传输线路数的缩减，mini-LVDS往后也可能实行点对点作法，如此将称为PPmL（PointtoPointmini-LVDS）。

　　常见的LCD驱动IC

　　一、字符型LCD驱动控制IC

　　市场上通用的8×1、8×2、16×1、16×2、16×4、20×2、20×4、40×4等字符型LCD，基本上都采用的KS0066作为LCD的驱动控制器

　　二、图形点阵型LCD驱动控制IC

　　1、点阵数122×32

　　2、点阵数128×64

　　（1）ST7920/ST7921，支持串行或并行数据操作方式，内置中文汉字库

　　（2）KS0108，只支持并行数据操作方式，这个也是最通用的12864点阵液晶的驱动控制IC

　　（3）ST7565P，支持串行或并行数据操作方式

　　（4）S6B0724，支持串行或并行数据操作方式

　　（5）T6963C，只支持并行数据操作方式

　　3、其他点阵数如192×64、240×64、320×64、240×128的一般都是采用T6963c驱动控制芯片

　　4、点阵数320×240，通用的采用RA8835驱动控制IC

　　LCD驱动IC的拓展功能

　　LCD驱动IC可运用其驱动控制手法来提升液晶画质，由于传统CRT（阴极射线管，俗称：映像管）的显示是用电子光束打击荧光质，光束移位后荧光质的发光效应就开始消退，相对的LCD的显示是持续持留性的，因此LCD的动态显示效果不如传统CRT，为了达到逼近于CRT的显示特性，因此LCD驱动IC改变了驱动方式，也实行类似电子光束的间歇脉冲方式（ImpulseType）来驱动，以此改善动态画质。

　　另外LCD有液晶反应较慢的残影（附注4）问题，为了减少残影对画质的影响，LCD驱动IC也会提供「插黑，插入全黑色的影像」的驱动控制功效，即是在替换成下一个画面前，会先停止整个液晶画面的驱动，使液晶呈现黑色，之后再换替成下一张画面，当然，这个黑色画面的时间很短暂，仅十数毫秒，但却具有消除残影的效果。为了实现插黑机制，与TFTLCD驱动器芯片相搭配运作的时序控制器也必须能共同配合才行。

　　要注意的是，由LCD驱动IC进行插黑控制，主要是使用CCFL背光源，而今有许多液晶电视、液晶显示器开始改采LED背光源，由于LED的点亮、熄灭速度反应极快，不像CCFL的点亮、熄灭较慢，因此LED背光也可用短时间内熄灭所有背光LED来达到插黑效果，这时就不用透过LCD驱动IC来进行插黑。

　　附带一提的是，此一插黑若是透过软件或影像数据传输的方式来实现，那么将会增加视讯传输的频宽耗占，为了避免此一耗占就必须在TFTLCD驱动器芯片中，直接内建插黑的控制功效，TFTLCD驱动器芯片的设计业者对此问题，也增加了芯片的控制接脚（或称：引脚），例如增加了BWSEL（BlackWhiteSelect）的信号，将此接脚输入Hi（High）信号即可对TFTLCD进行插黑。

　　当然，改善残影、残像的方式不是只有一种，也有试图从其它层面来解决的构想。例如有业者开发OCB高速液晶材料，使液晶的扭转操作更为快速，或者也有业者认为，改变液晶的操作维度也可加速扭转的角度变化，此称为垂直扭转，垂直扭转虽然可以达到更快速的扭转，但也因为扭转角度的减少使液晶的遮光能力变差，结果很可能是：液晶转变的速度变快了，但全黑时的黑度却也更差了，因为液晶扭转至极致时，仍会有光从背光穿透到前端。