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LCD

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LCD概述
LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称,LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体,两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线,透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向,将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多,但是价钱较其贵。
LCD液晶投影机是液晶显示技术和投影技术相结合的产物,它利用了液晶的电光效应,通过电路控制液晶单元的透射率及反射率,从而产生不同灰度层次及多达1670百万种色彩的靓丽图像。LCD投影机的主要成像器件是液晶板。LCD投影机的体积取决于液晶板的大小,液晶板越小,投影机的体积也就越小。
根据电光效应,液晶材料可分为活性液晶和非活性液晶两类,其中活性液晶具有较高的透光性和可控制性。液晶板使用的是活性液晶,人们可通过相关控制系统来控制液晶板的亮度和颜色。与液晶显示器相同,LCD投影机采用的是扭曲向列型液晶。LCD投影机的光源是专用大功率灯泡,发光能量远远高于利用荧光发光的CRT投影机,所以LCD投影机的亮度和色彩饱和度都高于CRT投影机。LCD投影机的像元是液晶板上的液晶单元,液晶板一旦选定,分辨率就基本确定了,所以LCD投影机调节分辨率的功能要比CRT投影机差。
LCD投影机按内部液晶板的片数可分为单片式和三片式两种,现代液晶投影机大都采用3片式LCD板(图1)。三片式LCD投影机是用红、绿、蓝三块液晶板分别作为红、绿、蓝三色光的控制层。光源发射出来的白色光经过镜头组后会聚到分色镜组,红色光首先被分离出来,投射到红色液晶板上,液晶板“记录”下的以透明度表示的图像信息被投射生成了图像中的红色光信息。绿色光被投射到绿色液晶板上,形成图像中的绿色光信息,同样蓝色光经蓝色液晶板后生成图像中的蓝色光信息,三种颜色的光在棱镜中会聚,由投影镜头投射到投影幕上形成一幅全彩色图像。三片式LCD投影机比单片式LCD投影机具有更高的图像质量和更高的亮度。LCD投影机体积较小、重量较轻,制造工艺较简单,亮度和对比度较高,分辨率适中,现在LCD投影机占有的市场份额约占总体市场份额的70%以上,是目前市场上占有率最高、应用最广泛的投影机。
液晶显示器使用时,不允许施加直流电压,驱动电压的直流成分最大不能超过 50mV 。 LCM 在焊接时应注意只焊 I/O 接口,且烙铁温度不高于 260 ℃,烙时一次不超过 3 ~ 4 秒,焊接次数最多不超过 3 ~ 4 次,焊剂应最好使用高质量焊剂,焊后,应注意把 PCB 板清洁。
注意 LCD 与 LCM 防潮,潮湿会使 LCD 的玻璃表面电阻降低,造成显示不正常,且易使 LCM 电极腐蚀。
LCD 装机时,应确保器件的导电线接触面积充分大, 并保持整个接触面压力均衡(注意拧螺丝的压力应均衡),固定框要求平整、光滑,固定框的压力应尽可能加在该器件的四周封接框上; LCM 在装配时, 要注意操作人的充分接地,使用的烙铁及其它器具均应保持良好的接地。焊接应注意保护 LCD 表面,以免焊剂溅落于表面造成破坏。
器件不宜长期受阳光直射及紫外线的照射,以免影响使用寿命。
器件不宜存放在高温、高湿或有腐蚀、挥发性化学物品环境中,以免使 LCD 变色、 LCM 电极腐蚀,失去正常的显示功能。 LCM 应放在有抗静电的包装或器具里。
LCD 的上下两面贴的偏光片切勿沾上有机溶剂; 因偏光片材质较软,装机使用过程中,避免硬物顶伤、压伤器件的上下两面,且不能使用粗、硬的布擦拭偏光片; LCM 在操作过程中请勿接触油脂类东西。


液晶基础知识

显示器是人与机器沟通的重要界面,早期以显像管(CRT/Cathode Ray Tube)显示器为主,但随着科技不断进步,各种显示技术如雨后春笋般诞生,近来由于液晶(LCD)显示器具有轻薄短小、耗电量低、无辐射危险,平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势,在近年来价格不断下跌的吸引下,逐渐取代CRT之主流地位,显示器明日之星架势十足。那么液晶显示器与传统的显示器相比,到底有什么新的特点呢?

一、显示质量高

由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度,恒定发光,而不象阴极射线管显示器(CRT)那样需要不断刷新亮点。因此,液晶显示器画质高而且绝对不会闪烁,把眼睛疲劳降到了最低。

二、没有电磁辐射

传统显示器的显示材料是荧光粉,通过电子束撞击荧光粉而显示,电子束在打到荧光粉上的一刹那间会产生强大的电磁辐射,尽管目前有许多显示器产品在处理辐射问题上进行了比较有效的处理,尽可能地把辐射量降到最低,但要彻底消除是困难的。相对来说,液晶显示器在防止辐射方面具有先天的优势,因为它根本就不存在辐射。在电磁波的防范方面,液晶显示器也有自己独特的优势,它采用了严格的密封技术将来自驱动电路的少量电磁波封闭在显示器中,而普通显示器为了散发热量的需要,必须尽可能地让内部的电路与空气接触,这样内部电路产生的电磁波也就大量地向外“泄漏”了。

三、可视面积大

对于相同尺寸的显示器来说,液晶显示器的可视面积要更大一些。液晶显示器的可视面积跟它的对角线尺寸相同。而阴极射线管显示器,显像管前面板四周有一英寸左右的边框,不能用于显示。

四、应用范围广

最初的液晶显示器由于无法显示细腻的字符,通常应用在电子表、计算器上。随着液晶显示技术的不断发展和进步,字符显示开始细腻起来,同时也支持基本的彩色显示,并逐步用于液晶电视、摄像机的液晶显示器、掌上游戏机上。而随后出现的DSTN和TFT则被广泛制作成电脑中的液晶显示设备,DSTN液晶显示屏用于早期的笔记本电脑;TFT则既应用在笔记本电脑上(现在大多数笔记本电脑都使用TFT显示屏),又用于主流台式显示器上。

五、画面效果好

与传统显示器相比,液晶显示器一开始就使用纯平面的玻璃板,其显示效果是平面直角的,让人有一种耳目一新的感觉。而且液晶显示器更容易在小面积屏幕上实现高分辨率,例如,17英寸的液晶显示器就能很好地实现1280×1024分辨率,而通常18英寸CRT彩显上使用1280×1024以上分辨率的画面效果是不能完全令人满意的。

六、数字式接口

液晶显示器都是数字式的,不像阴极射线管彩显采用模拟接口。也就是说,使用液晶显示器,显卡再也不需要像往常那样把数字信号转化成模拟信号再行输出了。理论上,这会使色彩和定位都更加准确完美。

七、“身材”匀称小巧

传统的阴极射线管显示器,后面总是拖着一个笨重的射线管。液晶显示器突破了这一限制,给人一种全新的感觉。传统显示器是通过电子枪发射电子束到屏幕,因而显像管的管颈不能做得很短,当屏幕增加时也必然增大整个显示器的体积。而液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示目的,即使屏幕加大,它的体积也不会成正比的增加,而且在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。

八、功率消耗小

传统的显示器内部由许多电路组成,这些电路驱动着阴极射线显像管工作时,需要消耗很大的功率,而且随着体积的不断增大,其内部电路消耗的功率肯定也会随之增大。相比而言,液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上,因而耗电量比传统显示器也要小得多。


液晶显示器的选型

在平板显示器件领域,目前应用较广泛的有液晶(LCD)、电致发光显示(EL)、等离子体(PDP)、发光二极管(LED)、低压荧光显示器件(VFD)等。

液晶显示器件有以下一些特点

低压微功耗;平板型结构;被动显示型(无眩光,不刺激人眼,不引起眼睛疲劳);显示信息量大(因为像素可以做的很小);易于彩色化(在色谱上可以非常准确的复现);无电磁辐射(对人体安全,利于信息保密);长寿命(这种器件几乎没有什么劣化问题,因此寿命极长,但是液晶背光寿命有限,不过背光部分可以更换)。

液晶选型8大要素

◆LCD类型 ◆质量保证 ◆技术支持 ◆品牌与价格

◆供应链保证 ◆分辨率与尺寸 ◆温度与亮度 ◆接口方式

液晶显示屏的类型选择

▲字符→确定显示行、列数→TN、STN类→是否带背光→确定尺寸→确定工作与储存温度范围
▲图形→单色还是彩色(TFT真彩还是STN伪彩〈一般在256色以下〉)→确定分辨率→确定外形尺寸→背光类型(LED、EL、CCFL)→确定工作与储存温度范围
▲定制→非标准模块的要求→填写定制单→签定合同

LCD类型

在液晶(LCD)方面,从选型角度,我们将常见液晶分为以下几类:段式,字符型,常见段式液晶的每字为8段组成,即8字和一点,只能显示数字和部分字母,如果必须显示其它少量字符、汉字和其它符号,一般需要从厂家定做,可以将所要显示的字符、汉字和其它符号固化在指定的位置,比如计算器。对于段式液晶,我们提供定做业务。

字符型液晶,顾名思义,字符型液晶是用于显示字符和数字的,对于图形和汉字的显示方式与段式液晶无异。字符型液晶一般有以下几种分辨率,8×1,16×1、16×2、16×4、20×2、20×4、40×2、40×4等,其中8(16、20、40)的意义为一行可显示的字符(数字)数,1(2、4)的意义是指显示行数。

图形点阵式液晶,我们又将其分为TN、STN(DSTN)、TFT、UBF、OLED等几类。这种分类需从液晶材料和液晶效应讲起,请参考液晶显示原理。

TN类液晶由于它的局限性,只用于生产字符型液晶模块;而STN(DSTN)类液晶模块一般为中小型,既有单色的,也有伪彩色的;TFT类液晶,则从小到大都有,而且几乎清一色为真彩色显示模块。除了TFT类液晶外,一般小液晶屏都内置控制器(控制器的概念相当于显示卡上的主控芯片),直接提供MPU接口;而大中液晶屏,要想控制其显示,都需要外加控制器。
因此,选择您所需要的液晶屏,需要考虑的几个方面细述如下:

一、如果只需要显示字符和数字,而且一屏所显示的内容不超过字符型液晶的最大限制(比如40×4),就可选择字符型液晶,直接与MPU连接即可。

二、如果需要动态地显示汉字和图形,那么,只能选择图形点阵式液晶,接下来该考虑的问题就是需要选择STN(DSTN)单色、伪彩色还是TFT真彩色。一般情况下,如果使用单片机控制,由于其控制能力的限制,只有在640×480以下单色、320×240以下伪彩色的范围内进行选择;如果使用PC、IPC或其它控制能力比较强的主控模块(如视频输入控制模块),只要具备液晶显示部分或外加显示控制,就可以有较大的选择余地,不带内置控制器的单色、伪彩色和真彩色液晶均可。 同时应该考虑到外形尺寸的要求。另外请注意,LCD的分辨率在物理上是固定的,满屏显示一般只能以其固有的分辨率显示,这一点与CRT有所区别。
各种类型图形点阵式液晶优劣
STN屏幕
STN(Super Twisted Nematic)屏幕,又称为超扭曲向列型液晶显示屏幕。在传统单色液晶显示器上加入了彩色滤光片,并将单色显示矩阵中的每一像素分成三个像素,分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色,以此达到显示彩色的作用,颜色以淡绿色为和橘色为主。STN屏幕属于反射式LCD,它的好处是功耗小,但在比较暗的环境中清晰度较差。
STN也是我们接触得最多的材质类型,目前主要有CSTN和DSTN之分,它属于被动矩阵式LCD器件,所以功耗小、省电,但么应时间较慢,为200毫秒。
CSTN一般采用传送式照明方式,必须使用外光源照明,称为背光,照明光源要安装在LCD的背后。
TFT屏幕
TFT(Thin Film Transistor)即薄膜场效应晶体管,属于有源矩阵液晶显示器中的一种。它可以“主动地”对屏幕上的各个独立的像素进行控制,这样可以大大提高反应时间。一般TFT的反应时间比较快,约80毫秒,而且可视角度大,一般可达到130度左右,主要运用在高端产品。所谓薄膜场效应晶体管,是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。TFT属于有源矩阵液晶显示器,在技术上采用了“主动式矩阵”的方式来驱动,方法是利用薄膜技术所作成的电晶体电极,利用扫描的方法“主动拉”控制任意一个显示点的开与关,光源照射时先通过下偏光板向上透出,借助液晶分子传导光线,通过遮光和透光来达到显示的目的。
TFT-LCD液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏,也就是“真彩”(TFT)。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关,每个像素都可以通过点脉冲直接控制,因而每个节点都相对独立,并可以连续控制,不仅提高了显示屏的反应速度,同时可以精确控制显示色阶,所以TFT液晶的色彩更真。TFT液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳,但也存在着比较耗电和成本较高的不足。TFT液晶技术加快了手机彩屏的发展。新一代的彩屏手机中很多都支持65536色显示,有的甚至支持16万色显示,这时TFT的高对比度,色彩丰富的优势就非常重要了。
TFT型的液晶显示器主要的构成包括:萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。
TFD屏幕
TFD(Thin Film Diode)屏幕,又称为薄膜二极管半透式液晶显示屏。TFD技术由精工和爱普生公司开发出来,专门用在手机屏幕上。它是TFT和STN的折中,比STN的亮度和色彩饱和度更好,也比TFT省电。最大特点是无论在关闭背光(反射模式)或打开背光(透射模式)条件下都能提供高画质、易观看的显示,并具有低功耗、高画质、高反应速度等优点。
UFB屏幕
UFB LCD是2002年3月,三星公司发布的一款手机用新型液晶显示器件,具有超薄、高亮度的特点。UFB-LCD是专为移动电话和PDA设计的显示屏,具有超薄、高亮度的特点,可显示65536种色彩,达到128x160的分辨率,该显示屏还采用了特别的光栅设计,可减小像素间距,以获得更佳的图像质量。
UFB液晶显示屏的对比度是STN液晶显示屏的两倍,在65536色时亮度与TFT显示屏不相上下,而耗电量比TFT显示屏少,并且售价与STN显示屏差不多,可说是结合这两种现有产品的优点于一身。
OLED屏幕
OLED (Organic Light Emitting Display)即有机发光显示器,在手机LCD上属于新型产品,被称誉为“梦幻显示器”。OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同,无需背光灯,采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄,可视角度更大,并且能够显著的节省耗电量。目前在OLED的二大技术体系中,低分子OLED技术为日本掌握,而高分子的PLED(LG手机的所谓OEL就是这个体系的产品)的技术及专利则由英国的科技公司CDT的掌握,两者相比PLED产品的彩色化上仍有一定困难。
不过,虽然将来技术更优秀的OLED可能会取代TFT等LCD,但有机发光显示技术还存在着使用寿命短、屏幕大型化难等缺陷。
三、背光选择,说到背光问题,需要从另一个角度将液晶分类,即透射式、反射式、半反半透式液晶三类,因为液晶为被动发光型显示器,所以必须有外界光源,液晶才会有显示,透射式液晶必须加上背景光,反射式液晶需要较强的环境光线,半反半透式液晶要求环境光线较强或加背光。

字符类液晶 带背光的一般为LED背光,以黄颜色(红、绿色调)为主。一般为+5V驱动。

单色STN中小点阵液晶 多用LED或EL背光,EL背光以黄绿色(红、绿、白色调)常见。一般用400—800Hz、70—100V的交流驱动,常用驱动需要约1W的功率。

中大点阵STN液晶和TFT类液晶 多为冷阴极背光灯管(CCFL/CCFT),背光颜色为白色(红、绿、蓝色调)。一般用25k—100kHz,300V以上的交流驱动。

四、温度范围,很多字符型液晶以及小图形点阵液晶有常温型和宽温型的,而大图形点阵的液晶宽温型的在大陆市场上比较少见,常温一般指工作温度0—50℃,宽温到-20—70℃(个别的可到零下30℃,如LQ5AW136 TFT 视频接口);另外在湿度方面也有一定的要求。

五、亮度问题,亮度单位为cd/m2或叫Nit(尼特),大部分TN、STN(DSTN)液晶的亮度不超过100cd/m2,但是目前比较常用的5—6\"的伪彩色STN屏的亮度都在130cd/m2左右,京瓷有一种5.7\"的LCD亮度达200cd/m2,而TFT类液晶的亮度则150cd/m2以上常见。

六、配件方面,由于液晶的规格、接口没有国际标准,所以不同厂家、不同类型的液晶的信号接口往往不一致,所以选择液晶时,注意购买相关配件(包括信号连接器件、逆变器等)。


液晶屏幕的驱动方式
单纯矩阵驱动方式是由垂直与水平方向的电极所构成,选择要驱动的部份由水平方向电压来控制,垂直方向的电极则负责驱动液晶分子。

在TN与STN型的液晶显示器中,所使用单纯驱动电极的方式,都是采用X、Y轴的交叉方式来驱动,如下图所示,因此如果显示部份越做越大的话,那么中心部份的电极反应时间可能就会比较久。而为了让屏幕显示一致,整体速度上就会变慢。讲的简单一点,就好象是CRT显示器的屏幕更新频率不够快,那是使用者就会感到屏幕闪烁、跳动;或着是当需要快速3D动画显示时,但显示器的显示速度却无法跟上,显示出来的要果可能就会有延迟的现象。所以,早期的液晶显示器在尺寸上有一定的限制,而且并不适合拿来看电影、或是玩3D游戏。

主动式矩阵的驱动方式是让每个画素都对应一个组电极,它个构造有点像DRAM的回路方式,电压以扫描的(或称作一定时间充电)方式,来表示每个画素的状态。为了改善此一情形,后来液晶显示技术采用了主动式矩阵(active-matrix addressing)的方式来驱动,这是目前达到高资料密度液晶显示效果的理想装置,且分辨率极高。方法是利用薄膜技术所做成的硅晶体管电极,利用扫描法来选择任意一个显示点(pixel)的开与关。这其实是利用薄膜式晶体管的非线性功能来取代不易控制的液晶非线性功能。

在TFT型液晶显器中,导电玻璃上画上网状的细小线路,电极则由是薄膜式晶体管所排列而成的矩阵开关,在每个线路相交的地方则有着一弄控制匣,虽然驱动讯号快速地在各显示点扫瞄而过,但只有电极上晶体管矩阵中被选择的显示点得到足以驱动液晶分子的电压,使液晶分子轴转向而成「亮」的对比,不被选择的显示点自然就是「暗」的对比,也因此避免了显示功能对液晶电场效应能力的依靠。

TFT液晶显示原理

TFT型的液晶显示器较为复杂,主要的构成包括了,萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。首先液晶显示器必须先利用背光源,也就是萤光灯管投射出光源,这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶,这时液晶分子的排列方式进而改变穿透液晶的光线角度。然后这些光线接下来还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩,并进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。

STN液晶显示原理

STN型的显示原理与TN相类似,不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度,而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180~270度。

要在这里说明的是,单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形(或称黑白),并没有办法做到色彩的变化。而STN液晶显示器牵涉液晶材料的关系,以及光线的干涉现象,因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片(color filter),并将单色显示矩阵之任一像素(pixel)分成三个子像素(sub-pixel),分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色,再经由三原色比例之调和,也可以显示出全彩模式的色彩。另外,TN型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大,其屏幕对比度就会显得较差,不过藉由STN的改良技术,则可以弥补对比度不足的情况。

TN型液晶显示原理

TN型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的,而之后其它种类的液晶显示器也可说是以TN型为原点来加以改良。同样的,它的运作原理也较其它技术来的简单,请读者参照下方的图片。图中所表示的是TN型液晶显示器的简易构造图,包括了垂直方向与水平方向的偏光板,具有细纹沟槽的配向膜,液晶材料以及导电的玻璃基板。 不加电场的情况下,入射光经过偏光板后通过液晶层,偏光被分子扭转排列的液 晶层旋转90度,离开液晶层时,其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致,因此光线能顺 利通过,整个电极面呈光亮。 当加入电场的情况时,每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致,液晶层因此失去了旋光的能力,结果来自入射偏光片的偏光,其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系,并无法通过,电极面因此呈现黑暗的状态。 其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间,液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列,如果电场未形成,光线会顺利的从偏光板射入,依液晶分子旋转其行进方向,然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后,两片玻璃间会造成电场,进而影响其间液晶分子的排列,使其分子棒进行扭转,光线便无法穿透,进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象,叫做扭转式向列场效应,简称TNFE(twisted nematic field effect)。在电子产品中所用的液晶显示器,几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成


LCD控制驱动器的设计与开发

对于液晶显示屏,它通常包括玻璃基板、ITO(Indium Tin Oxide)膜、配向膜、偏光板等制成的夹板,上下共有两层。每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽,上下玻璃基板配向为90度。上下夹层中放置液晶,液晶将按照沟槽方向配向。整体看起来,液晶分子的排列就像螺旋形的扭转排列。当玻璃基板加入电场时,液晶分子配列产生变化,变成竖立状态。当液晶分子竖立时光线无法通过,结果在显示屏上出现黑色。液晶显示器(LCD)将根据电压的有无,控制液晶分子配列方向,使面板达到显示效果。

对LCD的分类,有各种分类方法。通常可按照其显示方式分为段式、点字符式、点阵式等。除了黑白显示外,还有多灰度和彩色显示等。

在LCD驱动时,需在段电极和公共电极上施加交流电压。若只在电极上施加DC电压时,液晶本身发生劣化。液晶驱动方式包括静态驱动、动态驱动等驱动方式。

(1)静态驱动

所有的段都有独立的驱动电路,表示段电极与公共电极之间连续施加电压。它适合于简单控制的LCD。

(2)多路驱动方式

构成矩阵电极,公共端数为n,按照1/n的时序分别依次驱动公共端,与该驱动时序相对应,对所有的段信号电极作选择驱动。这种方式适合于比较复杂控制的LCD。

在多路驱动方式中,像素可分为选择点、半选择点和非选择点。为了提高显示的对比度和降低串扰,应合理选择占空比(duty)和偏压(bias)。
施加在LCD上所表示的ON和OFF时的电压有效值与占空比和偏压的关系如下:
Vo:LCD驱动电压
N:占空比(1/N)
a:偏压(1/a)
多路驱动方式可分为点反转驱动和帧反转驱动。点反转驱动适合于低占空比应用,它在各段数据输出时,将数据反转。帧反转驱动适合于高占空比应用,它在各帧输出时,将数据反转。

对于多灰度和彩色显示的控制方法,通常采用帧频控制(FRC)和脉宽调制(PWM)方法。帧频控制是通过减少帧输出次数,控制输出信号的有效值,来实现多灰度和彩色控制。而脉宽调制是通过改变段输出信号脉宽,控制输出信号的有效值,来实现多灰度和彩色控制。

显示方式从简单的段式、点字符式到复杂的点阵式、阶调式的变化。显示颜色从黑白逐步变化到彩色。显示屏从小到大,响应时间逐步缩短,目前STN显示器在成本及消费电流方面有优势。TFT显示器在对比度和动画对应速度方面有优势。
作为LCD驱动器标准电路生产厂主要有NEC 、EPSON、三星等公司。目前手机市场中使用最多的驱动器电路仍然是黑白电路。但是,四灰度LCD驱动电路和彩色LCD驱动电路也逐渐投入到市场上。今后具有彩色、大屏幕、可上网、响应快的显示器将成为手机发展的流行趋势。

下面将以NEC公司mPD16682A产品为例,说明LCD控制驱动器主要特性和设计流程。该芯片适用于手机、汉字或日语传呼机以及其他显示汉字或日语字符的设备,每个字符使用16 x 16或12 x 12个点。
* 内含1/65分时显示RAM的液晶显示控制/驱动器
* 使用+3伏单一电源
* 内含升压电路(3倍和4倍可转换)
* 132 x 65 位用于点显示的RAM
* 输出:132段、65公共端
* 用于COG(Chip on Glass)
LCD驱动器基本构成由以下部分构成:
控制部分:
TopDown(自顶向下)
逻辑电路
RAM部分:
手工设计
异步2 PortRAM
I/O口
输出专用口
模拟部分:
手工设计
DC/DC转换器
DA转换器
升压放大器
电压跟随器
稳压电路
温度补偿电路
振荡电路
I/O部分:手工设计
显示屏以手机为例,设计开发企业应与国内芯片制造企业联手,设计、开发下列目前或近期即将需求的手机用LCD控制驱动器的系列产品:
黑白LCD控制驱动器
多灰度LCD控制驱动器
彩色STN-LCD控制驱动器
彩色TFT-LCD控制驱动器
1)确定LCD驱动电路规格书
根据市场需求及发展趋势,确定LCD驱动电路的规格书。
2)建立完整的设计环境
由于LCD控制驱动电路涉及到数字、模拟和高压电路。SPICE参数的提取和验证是其中重要的一项任务。因此,设计和工艺人员应制作测试用的TEG片,并对TEG片进行测试,提取和验证SPICE参数,建立完整的设计环境。
3)LCD控制驱动电路设计
电路设计包括确定电路设计方案、逻辑综合、电路仿真和物理实现。
·采用低功耗技术,需选择低功耗电源;内置存储器和降低振荡频率;采用OSO(One Shot Operation)电路技术;采用MLS(Multi Line Selection多线选择)驱动法。
·电路描述与仿真。
数字电路可采用HDL语言描述,HDL仿真。模拟电路可采用原理图输入,SPICE仿真。
对于整体电路仿真需采用数模混合仿真技术,还要解决显示图象的验证技术。
·版图物理实现
为了保证设计效率,数字电路部分的版图可利用SE,进行自动布局布线。为获得高性能,对模拟电路版图及I/O部分版图应采用手工布图。由于全芯片采用不同的方法分块制作,因此需利用全芯片合成、布局布线技术和部分电路版图和全芯片版图的DRC技术。
4)LCD控制/驱动电路测试技术。例如,多引脚对应能力;高速数据传送;高精度测试;高电压对应。


LCD部分专业术语解释
LCD Liquid Crystal Display 液晶显示
LCM Liquid Crystal Module 液晶模块
TN Twisted Nematic 扭曲向列。液晶分子的扭曲取向偏转90°
STN Super Twisted Nematic 超级扭曲向列。约180~270°扭曲向列
FSTN Formulated Super Twisted Nematic 格式化超级扭曲向列。一层光程补偿片加于STN,用于单色显示
TFT Thin Film Transistor 薄膜晶体管
Backlight — 背光
Inverter — 逆变器
OSD On Screen Display 在屏上显示
DVI Digital Visual Interface (VGA)数字接口
TMDS Transition Minimized Differential Signaling
LVDS Low Voltage Differential Signaling 低压差分信号
Panelink —
IC Integrate Circuit 集成电路
TCP Tape Carrier Package 柔性线路板
COB Chip On Board 通过邦定将IC裸片固定于印刷线路板上
COF Chip On FPC 将IC固定于柔性线路板 上
COG Chip On Glass 将芯片固定于玻璃上
Duty — 占空比,高出点亮的阀值电压的部分在一个周期中所占的比率
LED Light Emitting Diode 发光二极管
EL Electro Luminescence 电致发光。EL层由高分子量薄片构成
CCFL(CCFT) Cold Cathode Fluorescent Light/Tube 冷阴极荧光灯
PDP Plasma Display Panel 等离子显示屏
CRT Cathode Radial Tube 阴极射线管
VGA Video Graphic Array 视频图形阵列
PCB Printed Circuit Board 印刷电路板
Composite video — 复合视频
Component video —
S-video — S端子,与复合视频信号比,将对比和颜色分离传输
NTSC National Television Systems Committee NTSC制式,全国电视系统委员会制式
PAL Phase Alternating Line PAL制式(逐行倒相制式)
SECAM SEquential Couleur Avec Memoire SECAM制式(顺序与存储彩色电视系统)
VOD Video On Demand 视频点播
DPI Dot Per Inch 点每英寸


LCD显示器的模拟/数字接口
液晶显示器(LCD)是为PC开发的最新附件之一。与同类的阴极射线管(CRT)显示器相比,LCD显示器体积小、辐射少、功耗低,同时视频性能优越、外观新颖圆滑。技术的进步、需求的增加以及生产成本的降低,使LCD的价格降到可为普通消费者接受,人们在考虑配置一个新的带LCD显示器的计算机系统,或是替换掉旧的CRT显示器。

在决定一项新的购置计划时,大部分消费者都要权衡其需求。在一定的价格范围内,对于给定的一套产品的特点及预期的性能水平,消费者会在充分权衡后决定是否购买该产品。计算机和计算机附件的购买过程也与此类似。系统工程师必须了解消费市场中的性能价格比。对于这种成本敏感市场而言,设计的主要目标是降低板级的BOM (原材料费用)成本。板级元器件的去除等同于最终产品市场价格的大幅降低。如果购买模式如上所提,消费者该怎样在数字显示器和模拟显示器间作一选择呢?

消费者在购置时会考虑以下几个关键因素:性能、兼容性以及成本。在购置显示器时,接口类型也成为关键的考虑因素之一。标准的红、绿、蓝(RGB)模拟接口正面临着数字接口日渐强大的挑战。以下篇幅将着重讨论两种方案间的差异。

模拟接口

在市场上现有的大量RGB模拟显示器中,来自计算机的离散视频数据RGB送至DAC,然后数字信号被转化为模拟信号并与水平及垂直同步信号一起传送到显示器。

在显示器内部,前置放大器具有放大、钳位及偏移调节的作用。可选择使用单独的前置放大器或集成前置放大器。目前市场上供应的前置放大器都设计用于CRT显示器,并未经过优化以用于LCD。因而,在LCD环境下,前置放大器所产生的失效及错误会降低视频性能。

下一步关键是实现模拟信号到数字信号的转换(ADC)。在转换过程中,转换器有限的分辨率会产生错误,包括DC部分的线性度和偏移以及AC成分的电火花及位错误等。虽然参照说明书这些不理想的特性显得很重要,但如果只是随机发生,人眼不容易察觉。LCD屏的刷新率达到60Hz时,如果闪烁并不太多,人眼将会滤除这些信号。值得注意的是ADC的输入带宽是有限的。如果ADC没有足够的输入带宽,这些影响会表现在显示屏上。在一个象素点上,当视频信号由白转黑时,如果ADC输入带宽不佳,则会大幅降低LCD显示器的视频性能。由于模拟信号会全幅振荡,输入带宽不佳的ADC会导致象素消退,象素之间的边缘将不再平整而是变得模糊,在黑色垂直线与白色垂直线相邻的地方将变成灰线。建议ADC输入带宽为采样时钟频率的1.5倍。时钟频率通过显示器的分辨率和刷新率来决定。例如刷新率为85Hz的XGA(1024×768)显示器需要89MHz的时钟,ADC输入带宽至少为133MHz。

Fs = (水平分辨率×垂直分辨率×刷新率) / 0.75) 其中 0.75 是有效视频因子(active video factor)
= (1024 ×768 ×85) / 0.75 = 89.13MHz
所以输入带宽为89.13 × 1.5 = 133.7MHz

在模拟接口中,需要一个数据时钟在LCD显示器及图形控制器传来的输入信号间进行同步。同步由锁相环(PLL)提供,它用计算机的水平同步脉冲来为ADC和数字控制器芯片产生内部时钟信号。为了确保ADC能在正确的时间采样,需要进行相位调节。为了获得最佳的视觉性能,也许需要用户自己调节显示器。PLL还会在显示器中产生相位噪声或时钟抖动,从而在显示器上产生不良的画面,即在灰色的背景中产生“雪花”,或在亮度上出现明显的不同。产生这种视觉影响时,通常在LCD屏上有一块区域看上去比显示屏的其它部分要暗一些或亮一些。

在模拟系统中,信号一旦被转换为数据流,LCD显示器通常就需要进行适当的调节及帧比率调整。可对图像进行缩放以符合显示屏的大小,同时调整帧比率来设置刷新频率以满足显示器的要求,通常为60Hz。在缩放过程中,由模拟信号到数字信号转换过程产生的信号退化可能会被放大。此外,不标准的图形控制卡、电缆的屏蔽性差以及连接器质量低劣也会降低信号的性能,导致整个数据转换过程的误差,引起图像质量的降低。

数字接口

在数字接口装置中,计算机数据可以直接发送到显示器,而无需进行数据转换。由于不再需要将数据转换为模拟信号随后再还原为数字信号,从而排除了与之相关的可能引起的误差。

美中不足的是,数字接口不能共享模拟接口方案的通用标准。有可能成为数字接口标准的竞争标准包括:低压差分信号(LVDS)标准、PanelLink标准、传输最小差分信号(TMDS)标准以及用于显示器的数字接口(DISM)标准。每种提议的传输技术都有其优点,但在单一标准被采用并获得推广前,计算机厂商们仍会将关注那些可能长期应用的方案上。根据计算机产业的快速变革而言,几乎很难做出一个正确预测。
LCD使用注意事项
1 液晶屏与屏幕保护程序
实际上屏幕保护程序仅对使用图形界面操作系统(比如Windows)的CRT显示器有保护作用,但是由于笔记本电脑所使用的LCD显示屏和CRT显示器的工作原理是不同的,所以屏幕保护程序往往只能帮倒忙。
屏保对显示器的作用
CRT(阴极射线显像管)显示器的显像原理主要是由灯丝加热阴极,阴极发射电子,然后在加速极电场的作用下,经聚焦极聚成很细的电子束,在阳极高压作用下,获得巨大的能量,以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三原色。为此,电子枪发射的电子束不是一束,而是三束,它们分别受电脑显卡R、 G、 B三个基色视频信号电压的控制,去轰击各自的荧光粉单元,从而在显示屏上显示出完整的图像。
在图形界面的操作系统下,显示屏上显示的色彩多种多样,当用户停止对电脑进行操作时,屏幕显示就会始终固定在同一个画面上,即电子束长期轰击荧光层的相同区域,长时间下去,会因为显示屏荧光层的疲劳效应导致屏幕老化,甚至是显像管被击穿。因此从Windows 3.X时代至今,屏幕保护程序一直作为保护CRT显示屏的最佳帮手,通过不断变化的图形显示使荧光层上的固定点不会被长时间轰击,从而避免了屏幕的损坏。
而LCD(Liquid Crystal Display),即液晶显示屏,它的核心结构类似于一块“三明治”,两块玻璃基板中间充斥着运动的液晶分子。信号电压直接控制薄膜晶体的开关状态,再利用晶体管控制液晶分子,液晶分子具有明显地光学各向异性,能够调制来自背光灯管发射的光线,实现图像的显示。而一个完整的显示屏则由众多像素点构成,每个像素好像一个可以开关的晶体管。这样就可以控制显示屏的分辨率。如果一台LCD的分辨率可以达到1024 x 768 (XGA),它就既代表它由1024X768个像素点可供显示。因此从LCD的工作原理也可以解释出很多人会问到的问题,比如为什么LCD的最佳分辨率固定,LCD的刷新频率为什么只有60Hz。
由上述的LCD工作原理我们看出,一部正在显示图像的LCD,其液晶分子一直是处在开关的工作状态的,对于一部响应时间达到20ms的LCD工作1秒钟,液晶分子就已经开关了几百次左右。而液晶分子的开关次数自然会受到寿命的限制,到了寿命LCD就会出现老化的现象,比如坏点等等。因此当我们对电脑停止操作时还让屏幕上显示五颜六色反复运动的屏幕保护程序无疑使液晶分子依旧处在反复的开关状态。
由于现在更多的屏幕保护程序制作者过分注重图像的表现力以及色彩的变幻,已经完全将屏幕保护程序当作一个动画来制作,有些甚至是3D即时处理的动画,还需要图形处理器的配合处理,因此很多精美且体积庞大的屏幕保护程序便应运而生,如此的屏幕保护程序固然能够给观赏者以视觉上的享受,但是此时对于电脑内的硬件来说却成为了累赘,这和屏幕保护程序让电脑硬件休息的设计初衷严重的背离。
由于需要应付不断变化,且色彩细节丰富的屏幕保护程序,CPU、硬盘和显示卡的工作负荷可能比平时一般的应用还要高,对于有时会使用电池供电的笔记本电脑来说,这个时候这样的屏幕保护程序无疑成了电力杀手。
因此,在你可能会在一段时间离开你的笔记本电脑时,尤其是在使用电池供电时,关闭LCD才是你唯一正确的方法。当然如何的关闭它你有很多种方法来实现。
最直接的方法便是关掉你的笔记本电脑,这也是最省电的方法,当然你可能只是离开10-15分钟的样子,重新启动可能会觉得很不耐烦,那也可以扣上屏幕,这时候系统将自动关闭屏幕进入待机状态,再次让笔记本回到工作状态之需要掀起屏幕即可。
另外像IBM笔记本电脑提供了快捷键关闭屏幕的方法,只要正确安装了HotKey驱动,即可通过FN+F3组合键将屏幕暂时关闭,按任意键即可重新点亮屏幕。当然并不是所有的笔记本电脑都能单独将屏幕关掉,但是几乎所有的笔记本电脑都提供了关闭背光灯管的快捷键,由于液晶屏的光线来自于背光灯管,长时间工作,灯管也自然会老化,既然不能直接关闭屏幕,那也不能让屏幕保护程序干烧灯管。
如果你不能确定自己究竟要离开多久,那么关闭屏幕的工作就可以交给Windows来完成,你可以在电源管理程序中设置多长时间失去对计算机的操作后关闭屏幕和计算机。
不要被漂亮的屏幕保护所迷惑,为了更好的保护你的LCD,请让它们远离你的笔记本电脑!



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参考资料
1.深圳晶华显示器材有限公司 2.中美合资的深圳LCD、深圳LCM模块制造企业,成立于1987年的专业lcd产品中国制造商,供应标准及订制的TN,STN,FSTN LCD和LCD模块,我们制造COB, COG, TAB, CSTN,TFT LCD模组.产品广泛应用于仪器仪表、家用电器、通讯设备、工业设备和电子玩具等领域。 3.网址:http;//www.china-lcd.com 4.EMAIL:zhaoxian@china-lcd.com 5.联系电话:0755-82422243 6.http://zhidao.baidu.com/question/7384021.html 7.LCD品牌大比拼http://product.pcpop.com/LCD/00000_1.html

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评论人:zly19880328
很好,解决了我的一部分资料问题。谢谢!