定制TFT-LCD屏贴合触摸屏老化测试的改进设计研究

定制TFT-LCD屏贴合触摸屏老化测试的改进设计研究

孙楹煌

汕头超声显示器技术有限公司  广东 汕头 515000

摘 要：TFT- LCD早期就是应用在笔记本电脑上的中底端液晶显示屏，逐渐发展为贴合触摸屏，广泛应用在手机、车载中控屏等电子产品上。为了短时间内发现定制触摸屏的质量问题，通常会在出厂前对检查正常的定制屏进行老化测试，按照批量进行8-24小时点亮老化测试，测试后对整个定制屏再次进行异常显示的检查。本文针对定制屏老化的测试，提供了四种行之有效的设计方案，不仅提升了测试效率，更节约了人工成本、维护成本和开发阶段的成本。

关键词：TFT-LCD；屏贴合触摸屏；老化测试；改进设计

引言

随着我国工业化进程的不断加快，电子、智能设备成为人们生活、工作不可或缺的工具，不仅产品升级迅速，而且相关的制造设备和测试装置也在不断地更新换代，向高效化和智能化的方向发展。本文以定制TFT-LCD屏贴合触摸屏老化测试的改进设计为例，综合参考原有的设计方案提出四种改进模式，通过有效减少驱动设备驱动定制屏的压力，明显提升了老化测试的效率，同时大幅度节约了成本。

一、TFT-LCD触摸屏概述

简单地说，TFT- LCD早期就是应用在笔记本电脑上的中底端液晶显示屏，逐渐发展为贴合触摸屏，广泛应用在手机、车载中控屏等电子产品上。从本质上讲，TFT-LCD就是LCD 技术与微电子技术结合后产生的高新技术。也就是通Si 材料处理技术和微电子精细加工技术，进行玻璃基板上Si材料大面积开发以及TFT 平面阵列的工艺技术， 充分结合已经成熟的LCD 制作技术，不仅显著提升了显示品质和大规模自动化生产的能力，而且合格率明显提高，成本显著降低，性价比已经接近CRT。

纵观显示品质方面的提升，从分辨率的层面剖析，大约利用七年的时间，从开始的CGA（320×200）、VGA（640×480）、SVGA（800×600）、XGA（1024×768）、SXGA（1280×1024），发展到目前的UXGA（1600×1200）。其TFT -LCD分辨率发展速度与摩尔定律大体上符合。同时体现出计算机芯片的研发速度与TFT- LCD 发展速度的一致性，也可以验证TFT -LCD 与计算机发展速度与适配性的齐头并进的态势[1]。

二、TFT-LCD触摸屏老化检测的步骤

（一）高温检测

定制屏的试验，不管是高温还是电压的形式，高温环节都是必需的，并且必须确定合适的面板的驱动电压值。高温老化表现为三个阶段：早期的失效期、中期的偶然失效期和晚期的耗损失效期，该三个阶段统称为失效曲线原理。按照该原理可以加快恶化LCD液晶屏自身的不足，最终淘汰。早期失效期在该三个阶段中显得最关键，因为液晶屏的不足大多会在这个阶段暴露。之后因为设计因素、制作材料，或者是制作过程的工艺局限等问题，步入偶然失效期以及接下来的耗损失效期。这个过程一般在零下20度到79度的温度里进行，检测的时间在8-24小时之间，完成后还要进行人工检查。

（二）电压检测

进行电压老化试验的宗旨是检验定制屏可以接受高压或者低压的程度，以此进行稳定性的判断，获取合适的面板电压值。该过程是利用示波器进行电压波形的观察。如果面板的画面持续闪烁，可能存在以下两种情况：第一，存在不一致大小的正负极电压，第二，因为高温老化的遗留问题，造成既有的像素电压和电压设计值之间的偏差。必须通过调整电压值来解决这些问题，只有合适的电压值，画面就不再闪烁。

三、原设计方案分析

原设计方案利用TFT-LCD屏贴合触摸屏作为定制触摸屏的产品。有两根引出线设置在组装后的定制屏上，其中一根是定制的DP线，位置为20-pin 两端公头；另一根引出线是两端公头的普通USP线，如图1所示。因为以下还要介绍内部不同接线顺序的DP线，所以，为了区分两条线，将该DP线命名为DP1。定制屏的两根引出线发出的信号类型详见表1。

图 1 定制触摸显示屏示意图

表 1 定制触摸显示屏引出线包含的信号类型

原设计方案是通过定制的测试机台进行定制屏的老化的测试，每台测试机只能对一台定制屏进行驱动。因为定制产品的局限性，其内部信号不同于标准DP线的内部信号，所以在分配上不能利用市场上的DP直接进行。按照这个设计要求，测试机台要与待测的定制屏的数量相等，倘若布置过多的待测定制屏，就会明显增大成本。如果预算是有限的，待测机台又不能设置过多，只能缩短测试老化的时间，或者缩减待测定制屏，但这样布置又会埋下质量的隐患，极易造成退货返工的现象，会造成不可估量的经济损失，因此本文提出了改进的设计方案[2]。

四、改进设计方案

（一）A改进设计方案

在原来的设计方案基础上增加多路USBHUB和DP模块,与相应线材搭配，便可以实现多台定制屏的同时驱动。本改进方案优势就是并联驱动的操作，完全可以在没有增强信号的情况下进行，测试机台的驱动能力决定整个系统的最大驱动能力。增加的USBHUB和DP模块是市面上普遍应用的产品。

其中 DP 模块和 USBHUB 为市面上常见产品。DP模块构成包括20-pinDP母口与20-pin加长母排针进行转接。多路DP模块的组成，要按照测试机台的驱动能力，进行诸多DP模块的并联，通过DP2有效连接DP模块和测试机台，DP2的DP是两端公头，同时，两端的接线顺序要与定制线材逐一对应。全部测试系统的搭建可以通过以下案例说明。倘若要实现一台测试机同时驱动三台定制屏的目标，那么接入的DP模块至少4个，其中的一个DP模块必须连接测试机台的输入信号，其他的模块与定制屏连接。同时，因为自身配备一根USB输入线，只需要选择附带3口输出的USBHUB就可以。另外配置对应的电源线才便可以实施测试应用。

（二）B改进设计方案

考虑到A改进方案中，无论是运维成本、发生的故障率以及测试机台本身的成本都比一台普通电脑高，因此在B改进方案中，则是不用测试机，而是使用普通电脑。其工作原理可以视为，在多台显示器上投屏电脑画面，但因为定制屏的引出线不是电脑常用的VGA 或 HDMI等屏幕驱动接口，必须要转换后使用。为了更通俗地说明，以下的案例说明都采用VGA接口，可以借鉴相同的规律布置 HDMI等接口的驱动方式。B改进方案设计的硬件框架，既可以一台电脑对单台定制屏的驱动，也可以是一台电脑对多台定制屏的驱动。可以利用VGA 显示器驱动板1定义显示器驱动板，有助于改进方案驱动板的区分。信号转换是VGA显示器驱动板1的核心作用，是把VGA的电脑信号转换为LVDS信号和背光源驱动信号，其中 LVDS是定制屏需要的信号。

在B改进设计方案中，VGA 显示器驱动板1的驱动能力可以左右该系统的最大驱动力。由此可见选择相应的配件是至关重要的。首先，本研究选择的配件是市面上的常用产品，包括电脑、USBHUB、电源、多路DP模块、VGA线、VGA 显示器驱动板等。本改进设计方案选择普通配置的电脑，但必须保证显卡的分辨率高于定制屏的分辨率。在显示器驱动板的选择上，要按照定制屏所应用的液晶屏的型号确定，如果市场上没有可以驱动对应定制屏的VGA显示板驱动板，那么就把开发的权力留给读者。然后按照定制屏引出线和驱动板引出线的差异进行转接电路板的开发，同时利用适合的背光线和LVDS屏线进行搭配。最后，最多能驱动定制屏数量要通过各部分电路的驱动能力计算获得，选择相匹配的多路DP模块、电源和USBHUB 等，再搭配相应的线材进行使用。

（三）C改进设计方案

该C改进设计方案和下面的D改进设计方案，都可以视为升级后的B改进方案，其目的是有效提升系统的驱动能力，以便驱动更多定制屏。C改进设计方案中新增了多路的VGA分配器，以加强VGA的信号，提升其驱动能力，所以，多路VGA分配器的驱动能力决定C改进设计方案最大的驱动力。 目前该类分配器被市场广泛应用，驱动路数通常分为四路、八路、十六路、三十二路等。根据驱动能力分为以下两种驱动方式。

1.单级驱动方式

该方式只是对多路VGA分配器的合理应用，根据驱动能力进行相关的匹配，包括VGA显示器驱动板、一定数量的线材、USBHUB 、 转接电路板 、电源等，就能够对多台定制屏进行同时驱动[3]。

2.多级驱动方式

该驱动方式是通过联级的模式进行两级多路VGA分配器的设计，针对多路的VGA分配器，第一级驱动第二级，第二级驱动定制屏各自VGA分配器。例如，如果分配器采用八路VGA，那么针对八路VGA分配器，第一级可以驱动第二级，第二级八台八路分配器便能够对64台定制屏进行驱动。

（四）D改进设计方案

D改进设计方案的原理是在一块VGA显示器驱动板内，将全部配件进行重新设计，将其命名为VGA显示器驱动板2, 让整体的电路设计简洁化。因为VGA 显示器驱动板2是自行设计的， 有必要促进其驱动能力的提升，没必要被市场的VGA分配器驱动能力的左右。

五、结束语

采用本文四种改进方案，有效测试了不同批次的定制TFT-LCD屏贴合触摸屏，定制屏测试为同一批次产品实施24 hrs测试，过程未显现异常，结果都完全符合相关的标准。由此，本文制定的四类改进方案，不仅大幅度降低了测试定制屏老化过程中的超高费用，而且还能够按照用户的个性化需求进行更合理的改进，推广价值极高。

参考文献

[1] 马群刚.TFT-LCD原理与设计(第二版) [M], 北京：电子工业出版社 ,2020，（8）

:419-481.

[2] 雷武伟，文丰，刘东海等. 基于LVDS的高可靠性远距离数据传输设计[J], 电子技术应用 .2019, ⑹ :130-134.

[3] 徐巧玉，李坤鹏，王军委等. 一种LVDS 接口的液晶显示驱动设计[J]. 河南科技大学学报： 自然科学版 .2017,(5):18-19.

[4] 王国裕，尹伟，张红升.嵌入式系统VGA显示驱动实现 [J],电子世界 .2014,(10):454-455.