1、段码液晶基本介绍段码液晶是一种非点阵类的显示器件其显示内容由预先设计好的笔段比如数字“8”的七段或固定图案如公司Logo、电池符号组成无法像点阵屏那样显示任意复杂图形 。主要类型根据液晶物理特性分类主要分为TN扭曲向列型成本低、最常用、HTN高扭曲向列型、STN超扭曲向列型对比度更好和FSTN带补偿膜的STN可实现黑白显示等 。核心优势功耗极低这是它最大的特点非常适合电池供电的设备如电表、水表、遥控器 。成本低廉无论是液晶屏本身还是驱动电路如经典的HT1621芯片成本都很有优势 。强光下可视性好主要依靠反射环境光工作在阳光下反而更清晰 。主要局限显示内容固化无法灵活修改。类型显示效果视角优点缺点典型应用TN灰底/黄绿底深色字最窄 (30-50°)成本极低、功耗低、响应速度快视角差、对比度一般不适合高DUTY驱动通常≤1/8计算器、电子表、遥控器等成本敏感产品HTN黄绿色或灰色底较窄 (60-70°)成本低视角比TN略有提升对比度仍较差显示效果一般对成本敏感、又需要稍好视角的仪表STN黄绿底/蓝底字色与底色对比强宽 (可达150°)驱动能力强DUTY高达1/240、视角宽、显示模式多样成本较高、工艺要求高有固有的黄绿或蓝色底色需要显示复杂信息的仪器、点阵屏FSTN黑底白字或白底黑字纯正黑白宽 (同STN)对比度极高、黑白显示纯正、视角宽阳光下可读性好成本高、响应速度慢不适合视频、低温下响应变差医疗设备、高端仪表、需要高清晰度显示的场合VA纯黑背景白字/彩色字较宽 (约100°)对比度最高、黑色背景纯正、色彩效果好价格昂贵、仅适用于低路数驱动通常≤1/16高端消费品、汽车仪表等追求酷炫黑底效果的场景2. 驱动核心COM与SEG段码液晶屏的电极排列就像一个网格 COM (Common公共端)也称为背板。可以想象成网格的“行”。SEG (Segment段输出端)可以想象成网格的“列”。每一个单独的笔段就位于某一根COM和某一根SEG的交叉点上。驱动芯片通过控制特定的COM和SEG引脚的电压差来点亮或熄灭这个交叉点上的笔段。由于液晶材料不能长时间承受直流电压否则会损坏因此驱动信号必须是交流信号即正负电压交替保证其平均电压为零 。3. 关键参数解析DUTY与BIAS的关系这是理解段码液晶驱动的核心。它们共同决定了液晶屏的驱动能力和显示效果。3.1 占空比 (DUTY)定义占空比指的是在动态扫描驱动模式下每个COM被选通激活的时间占整个扫描周期的比例。如果一个LCD有N个COM那么其占空比通常为1/N。因此DUTY数也就等于COM数。作用DUTY数决定了能驱动多少个COM即能支持多少个“行”。常见的DUTY有1/2、1/3、1/4、1/8、1/16等 。DUTY数越高可以驱动的笔段数量就越多。注意对于Duty数量来讲要大于COM数比如液晶为6COM也可以做成1/8Duty的但显示效果需要根据实际情况调整比如设置合适的驱动电压以及偏压比使其显示效果更好。3.2 偏压比 (BIAS)定义为了产生多级电压来区分“完全选中”、“半选中”非选中等状态需要设置多档电压。偏压比是指非完全选中电压与完全选中电压的比例。更精确地说在驱动波形中非选择电压的幅值与选择电压的幅值之比即为偏压比 。表示方法通常用1/Bias来表示例如 1/2、1/3、1/4 Bias。这里的Bias数指的是驱动电压的总级数。例如1/3 Bias 意味着驱动电压分为 VSS、1/3 VLCD、2/3 VLCD、VLCD 这4级 。作用通过设置不同的偏压可以在有限的电压下确保被选中的笔段获得足够的电压差VLCD而点亮同时未被选中的笔段上的电压差远低于液晶的阈值电压从而不会产生“鬼影”现象 。3.3 DUTY与BIAS的紧密关系DUTY和BIAS是成对出现的它们之间有一个经验公式核心在于通过公式找到最佳的偏压值以确保在动态扫描驱动下显示效果最好且没有“鬼影”。最佳偏压Bias1√N其中N为占空比的分母比如8COM的液晶其占空比为1/8则N8。简单来说当DUTY增加即COM数变多时每个COM被选中的时间变短要获得相同的亮度就需要更高的驱动电压VLCD和更复杂的偏压系统来区分选择与非选择状态。因此DUTY数越高通常需要越小的BIAS即1/3、1/4、1/5。根本原因占空比越高意味着每个COM被选通的时间越短。为了在如此短的时间内让液晶分子偏转到足够的角度就需要施加更高的驱动电压Von。但同时必须将非选通时刻的电压Voff压得更低才能避免“串扰”和“鬼影”。这个公式正是为了在增高Von和压低Voff之间找到平衡点使二者的电压差Von/Voff比值最大。常见搭配静态驱动1 Duty无需偏压。1/2 Duty通常搭配 1/2 Bias 。1/3 Duty、1/4 Duty通常搭配 1/3 Bias 。1/8 Duty通常搭配 1/4 Bias 。1/16 Duty通常搭配 1/4或 1/5 Bias 。4. 驱动电压与对比度液晶驱动电压 (VLCD)这是施加在液晶上的有效电压。它通常由系统电源电压VDD经过升压或分压得到 。驱动芯片通常会提供一个VLCD引脚来设置或调节这个电压 。对比度调节对比度的本质是被点亮段与未点亮段的亮度差。通过微调VLCD可以改变点亮段的电压从而控制其翻转程度达到调节对比度的目的 。如果VLCD过低显示会变淡如果VLCD过高可能会出现“鬼影”即不该点亮的段也微弱显示 。阈值电压 (Vth)这是液晶材料的一个固有特性。只有当加在液晶两端的电压差高于 Vth 时笔段才会点亮当电压差低于 Vth 时笔段应保持熄灭 。驱动芯片的设计目标就是利用DUTY和BIAS在选中段上产生远大于Vth的电压在非选中段上产生远小于Vth的电压。以上图表明LCD驱动单元采用1/3Bias或1/4Bias工作方式LCD的电源由VLCD提供LCD驱动电压VLCD1、VLCD2、VLCD3 由内部的电阻网络生成。LCD 电压来自 VLCD 引脚但是VLCD≤VCC。VLCD1、VLCD2 和 VLCD3 是 LCD 输出波形的内部偏置电压。5、小结总而言之驱动段码液晶屏就是用交流信号去控制COM和SEG构成的网格。通过设定DUTY来决定扫描的行数通过设定BIAS来精确控制各级电压最终确保在选中段上产生高于阈值Vth的电压差VLCD以清晰显示同时在非选中段上电压差足够低以避免“鬼影”并可以通过调节VLCD来方便地改变对比度。