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[原创]说说液晶显示器

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郑振寰 发表于 2005-6-7 03:57 | 显示全部楼层 |阅读模式

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液晶显示器在医疗器械上使用率很高,当然在生活中也屡见不鲜,下面简单介绍一下液晶显示器方面的东西。

在我88年开始涉足设计开始,就一直没有间断过接触液晶显示器,那个时候的液晶仅仅局限于LCD数码管,用于计算器和电子表等简单的产品上,以后液晶工艺提高,开始用于字符显示,后来液晶工艺和技术有了突破性发展,大面积的彩色的点阵液晶显示器相继投产,才有了我们今天的液晶电视,笔记本电脑等设备的普及。

我的第一个设计是数字程控电话,所谓数字只不过是数字显示,并合计算器功能罢了,原因是一个电话机厂和一个计算器厂想共同生产一个产品,因此,就有了这个怪胎。当初的设计也很简单,电路都是现成的,整合起来就可以了,关键是液晶,那个时候国内生产厂不多,质量过关的也不多,于是考察选厂任务就交给我,走遍全国,终于可以找到满意的厂子,在等待他们出样品的半个月期间,我开始跟厂里的工程师请教关于液晶的知识。

简单的说,液晶就是在两块玻璃上进行蚀刻,一块为背幕,一块为字符,两块蚀刻好以后,进行灌注液晶体,引线及胶合,然后配置偏振,这样一个产品就出来了。下面是两种数码管的图片。

2005-6/2005673371830519.jpg 2005-6/2005673371858181.jpg
上图是米字管,能显示数字和字母,下图是8字管只能显示数字。背幕玻璃是一块完整的导电玻璃,这块玻璃整体作为一个极,可以象征性理解为负极,米字管也好8字管也好每个笔划都作为一个字段分别进行蚀刻且分别引线,作为一个极,可以象征性理解为正极,在这两块导电玻璃胶合后灌注液晶体,液晶体有个特点,就是不通电的时候是透明的液体,通电的时候成类似固体的有一定对比度(相对于透明),因此,通电的被蚀刻的字段可以显示出来,而没有通电的继续保持液体透明状态,但是这种对比度需要在一定的偏振虑光下才能被看到,因此,还需要生产相应的偏振片,偏振片是有方向的,正的方向可以是你清晰的看到字符,而反的方向你只能看到漆黑一片,相信那个时候维修过计算器的同行都有体会,清理完计算器后,没注意把偏振片(都以为是保护塑料片,没有反正的)装翻了,就会黑屏,呵呵,对不起,重新拆开再装一遍。当初为了工艺上的方便,我要求厂家把偏振片直接沾在液晶屏上,那个时候国内的厂家透明胶并不是很合格,废品率很高无法解决,透明胶一旦出现气泡等瑕疵 整块屏就报废,没办法折中一下,只是把偏振片四周胶合,这样被外壳挡住就看不出来了。就这样,这个产品就这么生产了2年。

以后技术和工艺提高了,所有的液晶偏振都和玻璃为一个整体了,所以现在几乎找不到分离的了。

有了液晶屏之后,就要引脚了,一般有三种,一种是最原始的我认为最有维修价值的就是导电橡胶,所谓导电橡胶就是在一定的长宽高的尺寸下(符合液晶的引脚长度,宽度,和装配高度)的一个长条,及其细密的间隔有导电橡胶和绝缘橡胶,导电和绝缘橡胶紧密地结合在一起,这样既导电又绝缘,看下图:
2005-6/200567564218450.gif

液晶引脚和线路板的金手指一一对应的,而且可以通过机械定位准确地对应,但是导电橡胶就不能这样了,因此,只有采用这种结构(图中黑白相间的就是导电橡胶和绝缘橡胶)才能自行寻找一条合适的路径来导通液晶引脚和线路板的金手指。导电橡胶有方形长条的(面接触),有圆形长条的(点接触),有薄膜印碳的等等,在医疗器械中经常可以看到。

第二种是DIP形式,类似DIP封装的集成电路,就是在液晶引脚上用导电胶粘合上金属引脚,这种结构注定不能用在高密集的点阵屏上,否则引脚面积将大大超过显示面积,那样的话就滑稽了,一般只用在数码管上,在过去的三位半数字万用表上经常看到。当初生产三位半4位半万用表时,采购这种屏可是风光,屁股后面一堆厂家的推销员,呵呵。这种结构非常娇气,焊接时间和温度掌握不好,会把金属引脚从玻璃上脱落,整个屏就报废了。

第三种是导电带,就是在液晶引脚和金手指上高频热合(用导电胶)上一条挠性的印刷碳膜的聚酯薄膜,见下图:

2005-6/2005674593989841.gif

印刷碳膜的宽度和间距跟液晶引脚和金手指是一致的,需要专门的设备热合上的,一旦这个薄膜上的碳膜导电胶失效,就会造成一个字段或者一行或者一列点阵不能显示,以我们的维修工具来说基本上无法修复。我曾经短暂的修复过一台血球,三条竖线不能显示,用电烙铁和铜片,2个星期后再度脱落,没有这个导电胶根本不能长久,从那以后,我再也没有尝试过去修复什么液晶,不去废那个脑筋了。

数码管的连接方式上述三种都有,点阵屏只有导电橡胶和导电带,高密集的点阵屏恐怕只能用导电带,因为印刷碳膜可以做的像线路板一样密集。

点阵屏是在两块导电玻璃上分别蚀刻尽可能小的方点,两块玻璃分别负责行和列,要想点亮这个点,只需要给相应的行和列加电就可以了,足够密集的点可以显示任何我们想要得东西,文字,图形等等,通过液晶体和控制电路的不同,可以得到灰度,伪彩色,真彩色等等,我们常见的绿屏和蓝屏。笔记本和手机常用彩屏。

驱动电路,数码管的驱动电路一般都整合到AD转换器或者一块驱动电路里了,但是点阵屏由于需要行和列的驱动,而每个电路负责驱动行或者列的线数又是固定的,因此,驱动电路需要很多,这就牵扯时钟和时序问题,还有背景灯的使用,也需要单独的电源电路(液晶的特点是背景越亮,显示越清楚),在不密集的点阵屏驱动电路里,时钟和时序电路集成在驱动电路里面,但是在高密集屏上这些电路都是分离的。像F820的屏就需要行和列差不多数量的驱动芯片,而在ABX MICROS60上,只需要三个芯片,一个管行,两个负责列,因为它是窄长条形的。

2005-6/2005675313115248.gif
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在下面这个ABX M60的液晶驱动板的背面上可以清晰的看出三个电路和其外部引线和元件,当然,不是所有的驱动电路都是这样膏药式封装的,在这个图片上可以看出三个驱动芯片中的一个是驱动行的,两个是驱动列的,可以看到总线中的11条,两条电源线清晰可见。

像这样的驱动线路,一般是通过CPU或者其扩展电路的总线来进行驱动的,总线中的全部或者一部分分别驱动各个驱动电路进行寻址或者数据传递,下图是一个笔记本屏的示意图,对我们有参考价值:

2005-6/2005675562368405.gif
上图是一个笔记本的彩屏驱动示意图,已经很明确的告诉我们液晶的驱动概况。

驱动电路大部分跟主板分离,做成单独的驱动板跟液晶屏组成液晶模块,驱动电源则单独或者跟主板或者跟仪器电源组合。

根据上图,我们来共同分析一下医疗器械中的液晶问题:

横线或者竖线常亮:不影响正常操作但会影响观察。可能是驱动电路损坏,还有可能是之间的线路短路造成的,后者多常见。

横线或者竖线不亮,不影响正常操作但会影响观察。连接引起的。

黑屏但能正常操作无法观察:背景灯损坏,有的液晶是灯管的,更换一个就可以,有的是SMT LED的,一般有几个LED,因此不可能全部损坏,需要检查背景灯电源和相关元件,abx micros60就修复过一例因为电阻烧坏造成整个背景灯不亮。还有的是由于驱动总电路损坏或者电源损坏造成的,像f820就有这样的电路,在主板上,更换之后就恢复。

黑屏整个系统无法正常工作,像血球仪还伴随着电磁阀吸合等现象,这是因为从上图中我们知道,整个驱动电路都是挂在总线上的,开机时,cpu要进行总线自检,当总线不能在需要的状态时(如驱动电路输入端短路损坏等)cpu就是一直等待总线自检成功,造成无法启动,(电磁阀的吸合是总线的一个自动恢复过程,如果能恢复成功会释放电磁阀的,恢复不成功就只能等下去不释放了,因为他们的驱动都挂在总线上)。当然这个程序的设计和处理器的选择有很大的关系,单纯的cpu不会有这种情况,它一般不管总线情况(除非程序设定),只管开机自检,遇到不听指挥的单元,就是出现动作紊乱,例如,一组电磁阀的驱动坏了,总线不自检,开机进行系统自检的时候可能因为这一组电磁阀不动作导致液体外漏/不足/流体错误/废液错误/试剂错误/泵错误等等,而液晶驱动损坏,仅仅不显示罢了,不会造成停机。而mcu则不同,启动必须经过总线等一系列的硬件自检才可运行程序。

屏幕显示抖动、重叠、漂移、时有时无等情况:一般是由于接触不好,驱动电源问题,时钟和时序电路问题引起的。

[此贴子已经被作者于2005-6-7 6:50:59编辑过]
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be-helm 发表于 2005-7-12 15:01 | 显示全部楼层
谢谢提供资料!
老无知 发表于 2005-7-20 22:03 | 显示全部楼层
看看有好处今后维修能用上
施长进 发表于 2005-8-29 11:02 | 显示全部楼层

不错!!谢谢今天又进步了!!!老兄是个高手

姚邵琪 发表于 2005-8-30 15:27 | 显示全部楼层
施工,你怎么叫老兄啊?应该叫郑老师啊。
sgxdn 发表于 2006-6-16 11:09 | 显示全部楼层
9494
天虹 发表于 2006-6-19 17:36 | 显示全部楼层

还是不清楚,我这里有一台设备,显示屏有背光灯但不显示字符。

tystys 发表于 2006-9-12 13:37 | 显示全部楼层
郑老师真高手,佩服。
lyx 发表于 2006-9-23 22:54 | 显示全部楼层
谢谢提供资料!郑老师真高手,佩服!
sdcwcywjj 发表于 2006-9-25 19:51 | 显示全部楼层
不错,谢谢您的辛勤劳动!
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