段式LCD原理及其驱动方式详解

段式LCD
段式LCD原理及其驱动方式详解_第1张图片

段式LCD在低功耗应用场景被广泛的应用,很多做产品的嵌入式工程师应该都有涉及到过,刚接触段式LCD的时候,即使会使用,可是对它的工作原理其实并没有那么清晰,花了很多时间才搞清楚,所以一直想写一篇详细的段式LCD的文章,希望能对刚接触段式LCD的朋友们能有点帮助。

段式LCD显示原理
先说一下LCD的显示原理,LCD本身不发光,我们看到的LCD的显示只是由于液晶分子按顺序排列导致光无法透过而形成的图案。

所以段式LCD能显示的图案都是屏幕在生产时就事先确定好的,然后通过对图案两端选择施加交流电压使其显形或隐形。至于为什么要用交流电压,是因为长期的直流电压加在液晶分子两端会影响液晶分子的电气化学特性,导致屏幕显示模糊,寿命减少,且不可恢复。

对于液晶分子来说,只要两端电压达到一定值,则会按顺序排列导致视觉效果上的显形,其具体的临界值电压由生产工艺所决定。

段式LCD的显示
段式LCD的引脚一般分为SEG和COM,COM作为公共驱动,SEG作为区段驱动,即单个COM和多个SEG段共同控制着LCD上部分像素点。如下表所表示的,当对应COM口和对应的SEG口压差达到最大值时,两者联合控制的像素点将会显形。

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从表中来看,如果COM0处于最低电压时,其连接的SEG0~SEGn中某个像素点想显形,则对应SEG口输出一个高电压使COM0和其之间的压差达到预定电压值即可。
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如图所示,一个7段码的8字加一个点,它的显示由一个公共驱动COM0和8个SEG共同决定。

LCD的重要参数
由于像素点两端必须施加交流电,且当有多个COM口和多个SEG口相连时,LCD的显示可能存在冲突,所以采用了时分动态扫描的方式来对LCD进行驱动。
介绍扫描方式之前,先介绍LCD的几个重要参数:
占空比(duty):占空比指的是单个COM口的有效选通时间占整个扫描周期时间的比值,其数值为1/com。
偏置(bias):LCD 的 SEG/COM 的驱动波形为模拟信号,而各档模拟电压相对于 LCD 输出的最高电压的比例称为偏置,而一般来讲,Bias 是以最低一档与输出最高电压的比值来表示。
偏置电压可能会让人有点迷糊,它的作用是,在某个COM被选通时,输出中间电压给其他不被选中的COM或者SEG,使对应像素点压差达不到显形压差。

一般来说,COM口越多,需要的偏置电压档位越多,对应的经验公式如下:
在这里插入图片描述

偏置电压的来源:一般是通过电阻网络,将LCD使用的最高电压VLCD分压得来。
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LCD的时分动态扫描
以4个COM口,2个SEG口作为示例,实际应用中,SEG口很多,示例只展示两个SEG口,原理是相同的:
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图中,共有8个像素点,由4个COM和2个SEG共同控制,如果要显示数字5及右下角的标点,需要显形的点如下:
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时分动态扫描时,依次选通COM1~COM3,即将对应COM口输出VLCD,此时,如果COM减去对应SEG口输出的电压达到显形电压,对应像素点显形,由图上可以看到,第一个相位时,SEGn和SEGn+1都为0V,而COM1为VLCD,即对应COM口和SEG口压差达到显形电压值,此时对应两个像素点都显形。
奇帧和偶帧
LCD两端不能施加直流电,所以在一次扫描完成后,需要输出反相波形,所以就有了奇帧和偶帧,两者合在一起为LCD输出的一个完整帧,在一个完整帧内,每个COM口被选通两次。

显示效果
由于人眼能识别的帧率其实不高,当LCD每秒的刷新率超过人眼能识别的最大刷新率,整个LCD屏上显示的即使是有一定时间顺序显示间隔的,人眼也无法分辨,所以在我们看来,所有的像素点都是在同一时间显示的,其实从原理上看出,它们并非是同时显形。

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