中華製16桁×2行LCDの不具合を解消する！

経緯

2024年10月に Amazon Japanで中国製のLCDを購入 しました。

価格は6,000円、16桁×2行のバックライト付きLCDが２つ入ったものを2つ買いました。 届いてすぐに動作確認をしましたが、うまく点灯しませんでした。

しかし、この不良は、若干の手直しで、動作するようになりますので、
同じ症状でお悩みの方が居られましたら、皆さんに共有したいと思います。

どのような商品？

取扱説明書も、図面も、何もついていない、Amazon あるある商品。
パッケージにQRコードが付いていますので、製造メーカサイト からサンプルプログラムをダウンロードできます。
頒布されているサンプルには、以下のものが入っていました。

• LCDのデータシート
• PCF8574(I2C)インターフェイスチップのデータシート
• その他、おすすめ商品のデータシート
• USBドライバ（CH340、当商品とは全く関係なし）
• Arduino、C++、Pythonでのサンプルコード
  • Arduino版(C++)のソースは他メーカー（Adafruit）のライブラリを使用
  • C++のサンプルは、ライブラリが添付していないため使用できません
  • Pythonのものは、RPi.GPIO を使用しており ラズパイ５ では動きませんでした

まずは動作確認

Arudino で簡単な サンプルコード を作って動作を確認していきます

上記の動画では、「12_」と出ていますが、実際には「12345」と出力しています。
「12_」も出たりでなかったりで、動作が非常に不安定でした。

サンプルコード

• 前記のLCDを動作させた仮コード（Arduino 用）は以下の通りです。

• lcd.init() を2回呼んでますが、2回呼ばないと動きません！

sketch_NanoIOT.ino

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

void setup() {

    lcd.init();
    lcd.init();

    lcd.display();
    lcd.backlight();
    lcd.cursor();
    lcd.setCursor(0,0);
    lcd.print("12345");
}
void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
}

商品の仕様・構成

まずデータシートから確認していきます。
LCDモジュールだけのデータシートと思われる、製造メーカーサンプル在中の LCD1602.pdf （商品名：TC1602B-01）から抜粋；

LCDバックライト最大定格	最大 150mA
LCDバックライト定格	5.0V
液晶モジュール定格	4V～	4.2V (typ値)	～4.4V	100mA
LCDモジュール電源	5.0V
外部接続	GND / VCC / SDA / SCLの4線式（I2C）
I2C制御IC	PCF8574T または PCF8574AT 8ビット・シフトレジスタにI2C機能が付いたような代物
LCD制御IC	恐らく日立の HD44780 (1999') と同等
その他	LCDモジュールだけのデータシートで、LCDモジュールの寸法図が書かれており、当該商品とは別物だと分かります 液晶モジュールとバックライトの稼働電圧が異なりますが、液晶モジュールの電源ラインに抵抗やレギュレータらしきものは付いていません バックライトLED用に耐圧45V/100mA の電圧バラストタイプのトランジスタ1つと、電流制限用の抵抗100オームが付いてます

PCF8574 の接続ライン

次に I2C インターフェイスの PCF8574 ですが、チップ自体のデータシートであり、特段おかしいところはありませんでした。

本商品としてのデータシートは付属していないので、チップ間接続を調べることにします。
テスターと虫眼鏡で確認したところ、以下のような接続でした。
LCDを、4ビットモードで制御する仕様です

PCF8574の端子	LCD側の端子(4ビットモード)	備考
D0	RS	0=コマンド/1=データ
D1	RW	0=書き込み/1=読み込み
D2	E	許可ライン(クロック的)
D3	Backlight	0=オフ/1=オン
D4	D4	4bitモードでのD4ライン
D5	D5	4bitモードでのD5ライン
D6	D6	4bitモードでのD6ライン
D7	D7	4bitモードでのD7ライン

PCF8574 の I2Cアドレス選択

I2Cアドレス選択は、以下のようになっています
（PCF8574 のデータシートから抜粋）

I2Cアドレスライン	I2Cアドレス選択
	PCF8574A 0x3F(初期値)	PCF8574 0x27(初期値)
A7	0 内部固定	0 内部固定
A6	0 〃	0 〃
A5	1 〃	0 〃
A4	1 〃	1 〃
A3	1 〃	0 〃
A2	下位3ビットは基板上のジャンパより、 ジャンパ 信号レベル オープン High(1) ショート Low(0) デフォルト 全オープン（0b111と等価）
A1
A0
アドレス線 (A0～A2）ジャンパ（赤枠 ） 下の黒く四角いのが PCF8574 です その上の3本脚の黒いのが電圧バラスト用のトランジスタ

動作させるための修正

対策その1） 電源電圧を下げる

データシートからの観点で、液晶モジュールに、typ値の 4.2V でなく 5V が供給されている点が気になるので、まずここから改善します。LCDに直接手を加えるのではなく、電源ラインに抵抗を入れて降圧させることにしました。

画ずらが汚いですが、赤丸 の箇所が電源ラインに挿入した抵抗です。
色々やってみて41オームに落ち着きました。
電圧は、typ値より若干低い 4.1V 弱になりました。

対策その2） バックライトの電流制限抵抗を交換

次は液晶の文字色が黒くなる現象の対策です。

動作症状

• 症状としては以下のものが挙げられます。

  バックライト	状態	正常性
  消灯時	明るい光にかざすと、液晶部分が白く抜けている	正常
  点灯時	じわじわと、でもほぼ瞬時に黒く変色する	異常

不良原因

• 前記の症状から、考えられる原因は、以下の通りです。

1. バックライトの消費電力が大きい
2. ゆえに液晶部で著しい電圧降下が発生
3. 電圧降下により液晶色が白から黒に変色する

修正

• 次のように修正して行きます

修正箇所（添付写真）の説明
1. 左端赤枠のところにLEDの A（アノード）, K（カソード）が見えます
2. 赤矢印（ハイライト部分）のところに LED のラインが通っています
3. 橙色の箇所に「101」と書かれたチップ抵抗 100オーム があります。 これを 220オーム 1/4W のチップ抵抗（「221」表示）に交換します。 ※ 抵抗の交換には、元の抵抗の取り外しと、ハンダ付け作業が必要です。

修正後の動作確認

これですべての手順は終わりです。修正後の様子を撮影しました。
青地のバックライトに、白抜きの字がちゃんと表示されています！

最後に

如何だったでしょうか？

では、また！