256×64點(diǎn)陣字符型LCD屏的設(shè)計(jì)探討

楊躍

【摘 要】利用AutoCAD 2007和有關(guān)液晶顯示器設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，完成一款256×64點(diǎn)陣字符型LCD屏的設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)要介紹液晶顯示器發(fā)展史及顯示原理，繪制外觀圖、單粒圖形及菲林版，結(jié)合使用環(huán)境、成本等因素，用“四瓶體系”完成液晶材料的配置，確定液晶屏所用偏振片、ITO玻璃、封框膠、襯墊料的性能參數(shù)，簡(jiǎn)單了解液晶屏生產(chǎn)工藝。

【關(guān)鍵詞】點(diǎn)陣字符型；菲林版；液晶材料配置；性能參數(shù)；生產(chǎn)工藝

中圖分類(lèi)號(hào)： TP334 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）25-0032-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.014

【Abstract】Using AutoCAD 2007 and the theory of LCD design，a 256 *64 dot matrix character LCD screen is designed.This paper briefly introduces the development history and display principle of liquid crystal display，draws the appearance diagram，single grain graphics and film version，combines the use environment，cost and other factors， completes the configuration of liquid crystal materials with "four bottle system"，determines the performance parameters of polarizer，ITO glass，sealing glue and gasket used in liquid crystal display，and simply understands the production of liquid crystal screen.Technology.

【Key words】Dot matrix character；Film version；Liquid crystal material configuration；Performance parameters；Production process

1 256×64點(diǎn)陣字符型LCD屏的總體設(shè)計(jì)

LCD屏的基本設(shè)計(jì)過(guò)程為：外觀圖的設(shè)計(jì)（顯示像素的設(shè)計(jì)→液晶盒的設(shè)計(jì)→COM層走線(xiàn)的分布→SEG層走線(xiàn)的分布→總體走線(xiàn)）→菲林版的設(shè)計(jì)（上版的設(shè)計(jì)→下版的設(shè)計(jì)→PI涂覆版的設(shè)計(jì)→封框版的設(shè)計(jì)）。

1.1 外觀圖的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)思路：根據(jù)資料分析，先確定液晶屏可顯示的字符數(shù)為較為常用的16*4，根據(jù)題目要求，確定每個(gè)字符模塊為16*16點(diǎn)陣，分別設(shè)定一個(gè)點(diǎn)陣的長(zhǎng)和寬、點(diǎn)陣間距以及字符間距，留夠電極走線(xiàn)的距離，基本可確定可視區(qū)及大小玻璃的外形尺寸。

1.1.1 液晶點(diǎn)陣的設(shè)計(jì)

常見(jiàn)的點(diǎn)陣字符型液晶顯示屏的一個(gè)字符為5×8、5×7、5×5、5×6、16×16等。顯示屏的分辨率為256×64，即顯示區(qū)域水平方向每行陣列256個(gè)像素電極，垂直方向每列陣列64像素電極，設(shè)定每一個(gè)像素電極的長(zhǎng)和寬分別為0.45mm、0.65mm，間距為0.05mm、0.05mm，字符間間距分別為0.6mm、0.7mm。

1.1.2 液晶盒的設(shè)計(jì)

（1）使用AutoCAD 2007軟件，學(xué)習(xí)掌握點(diǎn)陣字符型液晶屏的繪制方法

顯示字符區(qū)域的圖形：?jiǎn)蝹€(gè)字符的長(zhǎng)寬分別為7.95mm、11.15mm，可顯示的字符為16*4，字符間距分別為0.6mm、0.7mm，顯示字符的區(qū)域位于可視區(qū)的中央，得到顯示區(qū)域的圖形。

（2）液晶盒外觀圖形

顯示字符區(qū)域的長(zhǎng)寬分別為136.2mm，46.7mm。留夠電極走線(xiàn)的寬度，晶盒顯示字符區(qū)域距大玻璃左邊緣15.9mm，距小玻璃下邊緣6.65mm。往外擴(kuò)充可得到可視區(qū)尺寸，可視區(qū)即液晶顯示屏的顯示區(qū)域，其分布在大小玻璃重合區(qū)域的內(nèi)部。然后得到大小玻璃尺寸，偏光片位于可視區(qū)和小玻璃之間。

1.1.3 COM、SEG層的布線(xiàn)

1）邏輯走線(xiàn)

邏輯走線(xiàn)表是指顯示像素所對(duì)應(yīng)的上下玻璃基板的電極之間的邏輯連接關(guān)系。同一列點(diǎn)陣都共用一個(gè)SEG電極，同一行共用一個(gè)COM電極。當(dāng)選擇所需要的點(diǎn)陣點(diǎn)亮?xí)r，只需要相應(yīng)的COM電極與相應(yīng)的SEG電極通上反相電壓即可。

2）電極設(shè)計(jì)原理

在布線(xiàn)之前，要設(shè)計(jì)好電極，電極設(shè)計(jì)原理取決于液晶顯示器件的顯示原理，當(dāng)給上下玻璃基板加電時(shí)，液晶分子在電場(chǎng)作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而引起光的通過(guò)的變化。一個(gè)液晶顯示屏所能顯示的圖形是由基本的顯示像素構(gòu)成的，因此電極圖形的繪制實(shí)質(zhì)是基本的顯示像素電極的繪制經(jīng)過(guò)組合而成。能夠顯示的區(qū)域?qū)?yīng)的上下基板的ITO膜必須保留，而不能夠顯示的區(qū)域或不需要顯示的區(qū)域的ITO膜則要刻蝕掉或使其在上下對(duì)應(yīng)部分不發(fā)生重疊。

3）電極走線(xiàn)原則

在COM電極和SEG電極走線(xiàn)設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)真值表確定出各個(gè)引腳所要點(diǎn)亮的區(qū)域，同時(shí)還要兼顧電極走線(xiàn)的原則：

（a）同一面上不同的引出端電極的連線(xiàn)不能交叉，如必須相交時(shí)，用過(guò)渡點(diǎn)跨線(xiàn)；

（b）上、下圖形走線(xiàn)盡量避免交叉，不能避免時(shí)，交叉點(diǎn)最好選擇在可視區(qū)之外；若必須在可視區(qū)內(nèi)交叉，其交叉點(diǎn)的面積要控制在0.1mmx0.1mm范圍內(nèi)；

（c）布線(xiàn)的寬度盡量走寬；

（d）走線(xiàn)要遠(yuǎn)離切割線(xiàn)，一般控制在距切割線(xiàn)0.5mm以上，因?yàn)榫嗲懈罹€(xiàn)太近，在切裂時(shí)屏邊緣若有崩邊的話(huà)極易使電線(xiàn)斷開(kāi)，形成廢品。

（e）對(duì)于點(diǎn)陣屏，可視區(qū)的空白處用ITO線(xiàn)段填充。

（f）為了保證一定的貼合余量，一個(gè)邊緣只由一層電極來(lái)控制，另一層的對(duì)應(yīng)邊緣可擴(kuò)大用于保證貼合余量。

2 菲林版的設(shè)計(jì)

2.2.1 光刻掩模版設(shè)計(jì)

掩膜版設(shè)計(jì)是依據(jù)外觀圖和用戶(hù)對(duì)顯示圖形與引出電極的連線(xiàn)規(guī)定（真值表）來(lái)進(jìn)行的，設(shè)計(jì)時(shí)是先對(duì)一組單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)出液晶顯示器上下玻璃上的ITO圖形，設(shè)計(jì)完成后，再根據(jù)其外觀尺寸大小進(jìn)行排版制成生產(chǎn)用的掩膜版。

2.2.2 取向涂覆版

APR版設(shè)計(jì)與光刻掩膜版要完全配套 ，APR版因?yàn)槭怯幂佂餐扛?，所以APR版的長(zhǎng)邊方向不能完全是產(chǎn)品的實(shí)際尺寸，要按一定比例收縮，其收邊比根據(jù)涂覆機(jī)的涂覆輥直徑和選用的APR版的板材來(lái)制定。

2.3 液晶顯示屏的材料選取

2.3.1 STN器件要求及STN用液晶材料

STN器件的要求：更寬的向列相范圍；高低溫范圍內(nèi)須有較好的相穩(wěn)定性，即有序程度要較高。成盒要求：扭曲角→240°/180°；預(yù)傾角→5-6°；d/p→（φ/2π-0.25φ/2π+0.25）；p=1/htp·c。

液晶分子大多由棒狀或碟狀分子形成，與分子長(zhǎng)軸平行或垂直方向的物理特征會(huì)有所差異，這是液晶分子結(jié)構(gòu)的異方性。由于這異方性，所以液晶分子在介電系數(shù)和光電系數(shù)等光電系數(shù)上都具有異方性。

STN-LCD用液晶材料主要由單晶化合物和手性添加劑混配而成。聚酰亞胺（PI）對(duì)液晶分子具有良好的取向性能，一般都用PI作為取向膜。STN-LCD要求取向劑具有較高的預(yù)傾角，酯類(lèi)和聯(lián)苯類(lèi)液晶化合物是STN-LCD用混晶材料的主要成分。這兩類(lèi)液晶粘度較低，液晶相范圍較寬，適合配制不同性能的混晶材料。

2.3.2 STN-LCD用手性添加劑

STN-LCD用液晶材料中使用的手性添加劑主要是S811。 手性添加劑濃度對(duì)液晶顯示品質(zhì)有重要影響，手性添加劑濃度不合適，液晶器件會(huì)出現(xiàn)視角疇，影響器件的顯示品質(zhì)。STN混晶中S811的含量一般低于0.5%。STN-LCD用液晶材料使用的手性添加劑除了S811外，還有R1011和S1011，均為國(guó)外公司商品牌號(hào)。

2.3.3 液晶配置比例

單用一種液晶材料很難完全滿(mǎn)足期間要求的所有特性，因此通常要采用混合液晶來(lái)調(diào)制其物理性能。通常配置液晶的方法是，先根據(jù)生產(chǎn)需要確定目標(biāo)液晶的重量（W），然后確定各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)液晶的配置比例（mi），并計(jì)算出各標(biāo)準(zhǔn)的重量（Wi），最后將稱(chēng)量好的每種Wi混合在一起，即配置成目標(biāo)液晶。關(guān)鍵的工作是如何來(lái)準(zhǔn)確確定配置液晶的比例。

2.3.4 STN型液晶配置方法

一般LC廠(chǎng)商會(huì)提供若干個(gè)介電常數(shù)及閥值電壓值序列排列的系列產(chǎn)品。只需依足加法法則就可自行配出所需的液晶。

2.3.5 偏光片選取

偏光板的主要作用是可以將不具偏極性的自然光轉(zhuǎn)化為偏極光，使與電場(chǎng)呈垂直方向的光線(xiàn)通過(guò)，讓LCD面板能正常顯示影像。

2.3.6 襯墊料的選取

在制造液晶顯示器時(shí)，需要確保液晶層間隙為一定的厚度，叫做盒厚。盒厚一般為幾個(gè)微米。使用的襯墊料尺寸一般在5～9um，選用時(shí)要根據(jù)盒厚而定。主要技術(shù)參數(shù)：粒徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差、硬度、純度。根據(jù)實(shí)際要求，選用日本水公司的米可羅伯爾SPS系列，材料以二乙烯基苯為主要成分的架橋重合體，有優(yōu)良的耐熱性、耐寒性、耐化學(xué)品性。

2.3.7 取向材料的選取

在液晶顯示器制造工藝中，通常通過(guò)在基片表面制作一層取向膜，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶分子的均一取向。液晶分子在基片表面排列性能的好壞直接影響顯示器的對(duì)比度、閥值電壓、響應(yīng)時(shí)間、視角等特性。取向膜的制造方法主要是摩擦法與非摩擦法兩類(lèi)，目前應(yīng)用最廣的是摩擦法。摩擦可以使膜表面產(chǎn)生足夠大的錨定能，使液晶分子在液晶顯示器的兩片玻璃板之間的某一區(qū)域內(nèi)，以一定的預(yù)傾角呈現(xiàn)均勻、一致的排列。常用材料有PI、PS、PVA、PVC、PMMA等，由于PI有著高的熱穩(wěn)定性，目前應(yīng)用最廣的是聚酰亞胺。

2.3.8 封框膠

選用參考的主要技術(shù)參數(shù)：粘度、純度、固化后粘著強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)硬化條件?？蛇x用日本積水公司生產(chǎn)的PHOTOLEC A-720系列，它的主要成分是丙烯酸樹(shù)脂，系紫外線(xiàn)硬化型樹(shù)脂，有良好的耐熱性，耐化學(xué)性，即使是被液晶濡濕的玻璃上，也有良好的附著性，且硬化物不污染液晶。

3 結(jié)論

在簡(jiǎn)單介紹了LCD工作原理及制造工藝的基礎(chǔ)上，完成了STN型256×64點(diǎn)陣字符型LCD屏的設(shè)計(jì)。首先確定點(diǎn)陣長(zhǎng)度、點(diǎn)陣間距以及字符間距，然后留夠電極走線(xiàn)的寬度，進(jìn)而確定液晶盒的外形尺寸，并根據(jù)集成度的計(jì)算，確定菲林版的排布，使用AutoCAD 2007軟件完成對(duì)液晶顯示屏外觀圖及菲林版的設(shè)計(jì)。用四瓶體系確定所用的液晶材料的組分，根據(jù)LCD對(duì)其各部分的要求確定液晶屏所用的其他材料，并對(duì)工藝有一定了解。

【參考文獻(xiàn)】

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