一، عملکرد اصلی ولتاژ محرک: مدولاسیون الکترو-نوری مولکول های کریستال مایع
اصل نمایش LCD مبتنی بر اثر الکترو{0}}نوری مولکول‌های کریستال مایع است: هنگامی که یک میدان الکتریکی خارجی بر روی لایه کریستال مایع اعمال می‌شود، آرایش مولکولی به هم می‌پیچد و جهت قطبش نور را تغییر می‌دهد و در نتیجه میزان عبور کنترل می‌شود. این فرآیند به شدت به ولتاژ محرک حساس است:
ولتاژ آستانه (Vth): ولتاژ بحرانی که در آن مولکول های کریستال مایع شروع به پیچیدن می کنند. اگر ولتاژ محرک کمتر از Vth باشد، کریستال مایع فعال نمی شود و به صورت حالت تاریک نمایش داده می شود. اگر ولتاژ خیلی زیاد باشد، ممکن است باعث پیچش مولکولی بیش از حد شود که منجر به کاهش کنتراست یا تصاویر باقیمانده شود.
ولتاژ اشباع (Vsat): ولتاژی که در آن مولکول های کریستال مایع به حداکثر زاویه پیچش خود می رسند. پس از فراتر رفتن از Vsat، ادامه افزایش ولتاژ به طور قابل توجهی باعث بهبود روشنایی نمی شود، بلکه ممکن است مصرف برق و تولید گرما را افزایش دهد.
الزامات درایو ارتباطی: مواد کریستال مایع به جریان مستقیم حساس هستند و استفاده طولانی مدت از ولتاژ جریان مستقیم می تواند باعث واکنش های الکترولیتی، آسیب به ساختار مولکولی کریستال های مایع و تار شدن صفحه نمایش یا کاهش طول عمر شود. بنابراین، ولتاژ محرک باید یک شکل موج AC باشد و جزء DC باید کمتر از 100mV باشد.
مورد: داشبورد ماشین خاصی از LCD نوع TN با ولتاژ کاری 3.0 ولت و ولتاژ آستانه 1.0 ولت (3.0 ولت/3) استفاده می کند. اگر ولتاژ محرک تا 2.8 ولت نوسان داشته باشد، برخی از بخش های کریستال مایع ممکن است به دلیل نرسیدن به آستانه تار نشان داده شوند. اگر ولتاژ به 3.5 ولت افزایش یابد، اگرچه می تواند روشنایی را بهبود بخشد، ممکن است پیر شدن LCD را تسریع کند و در نتیجه کنتراست 30٪ پس از 3 سال کاهش یابد.
2، تاثیر چند بعدی پارامترهای رانندگی بر عملکرد نمایشگر
1. نسبت تعصب: تعادل بین کنتراست و تصاویر باقیمانده
نسبت بایاس به عنوان نسبت تعداد مراحل ولتاژ محرک به تعداد COM (ترمینال های مشترک) تعریف می شود (به عنوان مثال. 1/3 بایاس نشان دهنده 3 مرحله ولتاژ است). عملکرد آن این است که:
کاهش تداخل متقاطع: با طراحی سطوح ولتاژ چندگانه، اطمینان حاصل کنید که اختلاف ولتاژ بین بخش انتخاب نشده و COM کمتر از آستانه است، از "شبح" یا تصاویر باقی مانده اجتناب کنید.
بهینه سازی کنتراست: هر چه نسبت بایاس بزرگتر باشد (مانند بایاس 1/2)، درجه بندی ولتاژ درشت تر است و کنتراست ممکن است کاهش یابد. هر چه نسبت بایاس کمتر باشد (مانند بایاس 1/4)، درجه بندی ولتاژ ظریف تر و کنتراست بالاتر است، اما پیچیدگی رانندگی افزایش می یابد.
مثال فنی:
در طرح رانندگی 1/4 Duty (4 COM) و 1/3 Bias، اختلاف ولتاژ بین سگمنت انتخاب شده و COM ± VDD (مانند 3.0 ولت) است و اختلاف ولتاژ بین سگمنت انتخاب نشده و COM 1/3 ± VDD (مانند 1.0 ولت) است. در این مرحله، ولتاژ بخش انتخاب نشده زیر آستانه (1.0 ولت)، به طور موثر تصاویر باقیمانده را سرکوب می کند، در حالی که اختلاف ولتاژ قطعه انتخاب شده به 2.0 ولت می رسد و کنتراست بالا را تضمین می کند.
2. چرخه وظیفه: متعادل کردن نرخ تجدید و سوسو زدن
چرخه وظیفه به عنوان نسبت یک زمان دروازه COM منفرد به کل چرخه اسکن تعریف می شود (به عنوان مثال. 1/4 Duty به این معنی است که هر زمان دروازه COM 25٪ از چرخه است). تأثیر آن شامل:
نرخ تازه‌سازی: هرچه چرخه کار کمتر باشد، دوره اسکن طولانی‌تر است و نرخ تازه‌سازی کمتر است که ممکن است باعث سوسو زدن کاراکترها شود. به عنوان مثال، زمانی که نرخ تازه سازی 1/4 Duty 60 هرتز باشد، دوره اسکن 16.7 میلی ثانیه است. اگر چرخه کار به 1/8 کاهش یابد و دوره اسکن به 33.3 میلی‌ثانیه افزایش یابد، نرخ تازه‌سازی به 30 هرتز کاهش می‌یابد و چشم انسان می‌تواند سوسو زدن را درک کند.
یکنواختی روشنایی: در چرخه های کاری کم، اختلاف ولتاژ بین بخش انتخاب نشده و COM ممکن است به دلیل دوره های طولانی اسکن نوسان داشته باشد که منجر به روشنایی ناهموار می شود.
راه حل:
با افزایش فرکانس فریم (مانند 60 هرتز به 120 هرتز) یا اتخاذ یک طراحی بایاس چند سطحی (مانند 1/4 Duty، 1/3 Bias)، نرخ تازه سازی و یکنواختی روشنایی را می توان در چرخه های کاری کم حفظ کرد.
3. طراحی شکل موج درایو: حذف اجزای DC و بهینه سازی پاسخ
شکل موج محرک باید شرایط زیر را برآورده کند:
تقارن: دامنه ولتاژ نیم سیکل مثبت و منفی برابر است و از صفر بودن مولفه DC اطمینان حاصل می کند. به عنوان مثال، در طرح 1/2 بایاس، شکل موج قطعه انتخاب شده +1.5V (نیمه چرخه اول) و -1.5 ولت (نیمه چرخه دوم) است، در حالی که قطعه انتخاب نشده 0 ولت است.
کنترل شیب: لبه افزایش/افت ولتاژ باید ملایم باشد تا از عقب‌نشینی ناشی از پاسخ تاخیری مولکول‌های کریستال مایع جلوگیری شود. به عنوان مثال، در TFT{1}}LCD، رابطه غیر خطی بین ولتاژ محرک و انتقال از طریق تصحیح گاما برای اطمینان از روشنایی یکنواخت در سطوح خاکستری پایین بهینه شده است.
مورد صنعت:
یک مانیتور پزشکی خاص از LCD نوع STN استفاده می کند و شکل موج رانندگی اصلی دارای یک جزء DC (تا 50 میلی ولت) است که در نتیجه نمایشگر پس از یک سال استفاده تار می شود. با بهینه سازی مدار پمپ شارژ و پیکربندی رجیستر، قطعه DC به 20 میلی ولت کاهش می یابد و عمر نمایشگر به بیش از 5 سال افزایش می یابد.
3، تمرین صنعت: راه حل های معمولی برای بهینه سازی ولتاژ رانندگی
1. داشبورد خودرو: پایداری ولتاژ در محیط‌های با دمای وسیع
داشبورد خودرو باید در محیطی از -40 درجه تا 85 درجه به طور پایدار کار کند و ولتاژ رانندگی باید با تغییرات دما سازگار باشد:
جبران دما: ولتاژ آستانه مواد کریستالی مایع با افزایش دما کاهش می یابد (به عنوان مثال Vth{2}}V در -40 درجه و Vth=1.2V در 85 درجه). ولتاژ محرک را از طریق سنسور دمای داخلی و DAC (مبدل دیجیتال به آنالوگ) به صورت پویا تنظیم کنید تا از کنتراست ثابت اطمینان حاصل کنید.
طراحی ضد تداخل: در محیط تداخل الکترومغناطیسی قوی محفظه موتور، درایو دیفرانسیل و کابل های محافظ برای کنترل نوسانات ولتاژ در ± 0.1 ولت و جلوگیری از سوسو زدن نمایشگر استفاده می شود.
اثر
از طریق طرح فوق، نوسان کنتراست داشبورد یک مدل خودروی خاص از 30 ± به 5 ± درصد در محدوده 40- درجه تا 85 درجه کاهش یافت و وضوح نمایشگر به طور قابل توجهی بهبود یافت.
2. لوازم الکترونیکی مصرفی: متعادل کردن مصرف برق کم و کنتراست بالا
گوشی‌های هوشمند و سایر لوازم الکترونیکی مصرفی به مصرف انرژی حساس هستند و طراحی ولتاژ رانندگی باید مصرف برق کم و کنتراست بالا را متعادل کند:
تنظیم ولتاژ دینامیک: ولتاژ محرک نور پس زمینه را با توجه به شدت نور محیط تنظیم کنید (مانند افزایش آن به 5.0 ولت در نور شدید و کاهش آن به 3.0 ولت در نور کم)، در حالی که ولتاژ محرک LCD را بهینه کنید (مانند کاهش آن از 3.3 ولت به 2.8 ولت)، که منجر به کاهش مصرف بیش از 4 ولت می شود.
بایاس چند سطحی: با اتخاذ طراحی 1/8 Duty و 1/4 Bias، با حفظ کنتراست بالا، تعداد پله‌های ولتاژ رانندگی از 3 (1/3 Bias) به 4 افزایش می‌یابد، که دامنه ولتاژ تک پله را کاهش می‌دهد و مصرف برق را کاهش می‌دهد.
داده ها
یک گوشی هوشمند خاص مصرف برق صفحه نمایش را از 120 میلی وات به 70 میلی وات کاهش داده و عمر باتری را تا 15 درصد افزایش داده است.
3. کنترل صنعتی: طراحی مدار درایو با قابلیت اطمینان بالا
تجهیزات کنترل صنعتی نیاز به عملکرد پایدار طولانی مدت دارند و مدار درایو باید از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار باشد:
طراحی اضافی: با اتخاذ یک مدار پمپ شارژ دوگانه، هنگامی که پمپ شارژ اصلی از کار بیفتد، به طور خودکار به مدار پشتیبان سوئیچ می شود و ولتاژ ثابت را تضمین می کند.
تشخیص خطا: نظارت بر زمان واقعی نوسانات ولتاژ رانندگی از طریق MCU. اگر نوسان بیش از ± 5٪ باشد، یک زنگ هشدار ایجاد می شود و یک گزارش خطا برای نگهداری آسان ثبت می شود.
مورد
تجهیزات PLC در یک کارخانه خاص از طرح فوق استفاده می کنند و پس از عملیات مداوم به مدت 5 سال، نوسانات ولتاژ رانندگی همچنان در ± 2٪ کنترل می شود و میزان خرابی 80٪ کاهش می یابد.
