人類生存離不開信息，如控制論創始人——N 維納說：“要有效地生活，就要有足夠的信息。”人生活於社會，每時每刻都通過眼、耳、口、鼻、身從外部獲得信息，其中視覺信息占70%，而且眼睛獲取的信息數量大，最準確和可靠，如“一目了然和百聞不如一見”就是說視覺信息的重要性遠勝於其他。
基本介紹
- 中文名：液晶顯示
- 顯示技術分為：古代顯示技術 現代顯示技術
- 現代技術特點：傳輸給顯示裝置等
- 優點：低壓、微功耗等
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技術發展歷程
歷史歷程
古代顯示技術：特點是簡單，直觀。最久遠地古代發明是火和光。人們利用火和光來照明，煮食，取暖驅獸和傳遞信息等，烽火台和狼煙都是一種用火和光傳遞信息的方式。
現代顯示技術：特點是光與電的結合，是光與近代科學成就的結合。它追求的目標是：清晰、準確、實時、直觀、方便、節能、攜帶信息量大，色彩和立體化等。它是近代科學發展的產物，是現代科學技術的一個重要組成部分。
現代技術的基本特點：將各種非電量的信息，如聲、光、熱、力、數、氣氛等信息源通過一定的感測器、處理器進行感知和處理，傳輸給顯示裝置，再由顯示裝置進行處理、轉換，最後經由顯示器件轉換為人類視覺可識別的信息。所以我們稱這種現代顯示技術為信息顯示技術。
在信息顯示技術中，人們發現了信息數位化的重要作用和意義。數位化的信息更加準確，同一性，更易傳輸和識別。很多信息可以直接由數字表示，從而數位化信息顯示又成為信息顯示的又一個重要內容。又從數位化顯示發展到字元顯示，它把人類特有的語言文字用於顯示，這種顯示與數字顯示合在一起用途更廣用量更大。在這同時，人們還希望用圖形和圖像進行顯示，且顯示的內容為五彩繽紛，並且可以實時活動和具有三維立體效果。這些在二十世紀尾聲時都已經陸續實現。LCD的計算機器，手機，攜帶型計算機，半導體發光數碼管顯示（LED）的汽車計價器，商場的大螢幕廣告，證券所的股票交易顯示牌，螢光顯示器件（VFD）顯示的電子秤，家電，VCD，最新上市的平板等離子（PDP）顯示的大彩電，以及CRT顯示的彩電。這零零總總的各類顯示正為你做著各種各樣的服務，相信在不久的將來顯示技術的發展將會為人類做出更大的貢獻。
技術的展望
CRT是發展歷史最久的顯示器。它特殊的性能和成熟的工藝一直是顯示技術中的主流產品。它用模擬方式驅動，在數字電路全面取代模擬電路以前，這一優勢不會消失。它有特點：顯示效果佳，質量可靠，尤其在這幾年，CRT通過不斷地自我更新，從不同角度克服了自身的一些弱點，質量性能不斷提高，合自身的缺點不斷被克服，CRT的缺點：空間體積大，工作電壓高，功耗大，不能和大規模積體電路配合，軟X射線影響健康。
二、平板顯示器的多面發展
基於以上CRT的許多優點和缺點，人們一直追求又具有CRT所有優點又可以克服CRT所有的缺點的這樣的一種平板型顯示器件。從上世紀70年代起各種平板顯示器件就有如雨後春筍般先後湧現。
1）液晶顯示器件
2）電致發光顯示東山再起
3）LED（lighte emitting diode）
4）等離子顯示（PlasmaDisplay Panel）簡稱PDP
5）其他平板顯示器件
6）平板場發射顯示器，簡稱FED(FLAT FIELD EMITTING DISPLAY)
三、大螢幕顯示
大螢幕顯示已經是顯示技術中的一個大類。大螢幕顯示是一個多學科的複雜系統。常見的有以下幾種：
1）投影大螢幕
2) 巨型平板顯示
3) 電視牆
4)背投電視
液晶地位
顯示器件分類
1)主動顯示器件:
2)被動顯示器件
下表1.1所示被動型顯示器件的分類：
液晶產業結構
LCD產品製造涉及光學、半導體、電機、化工、材料等各項領域，上下游所需技術層面極廣，所以少有單一廠商能從材料到成品全部都做，因此各領域分工明顯，上游材料包括玻璃基板、ITO導電玻璃廠、偏光板、彩色濾光片、光源模組、液晶、半導體製造工序所需光罩，液晶驅動IC、印刷電路板（PCB）等；中游則集合各材料，製造LCD面板，提供給下游套用廠商使用，由於下游套用產品眾多，所需面板規格幾乎都不相同，需根據產品切割面板尺寸，因此LCD面板較沒有規格產品；下游套用產品種類眾多，從各式家電、消費性、信息、通信及工業產品，只要是需要顯示的器具，都需使用LCD產品。
優異和前景
綜合比較各類顯示器件，你會發現，液晶顯示器件確實具有很多獨到的優異特性，下面作一下簡單介紹：
一、優點：
1）低壓、微功耗
極低的工作電壓，只要2V~3V即可工作，而工作電流僅幾個微安即每個顯示字元只有幾個微安。一個小小的鈕扣電池也可以用1~2年，這是其他任何顯示器件無法比擬的。在工作電壓和功耗上液晶顯示正好與大規模的積體電路的發展相適應。如電子手錶、計算器、便攜儀表、手提電腦和GPS電子地圖等的實現都成為可能。
2）低壓驅動
一般扭曲向列型（TN）器件閥值電壓僅1.5~2V，可以直接與大規模積體電路直接相配。
3）平板型結構
液晶顯示器件的基本結構是由兩片玻璃基板製成的薄形盒。這種結構最利於用作顯示視窗，而且它可以在有限的面積上容納最大量的顯示內容，顯示內容的利用率最高。此外，這種結構不僅可以作得很小，如照相機上所用的顯示窗，而且作的很大，如大螢幕液晶電視及大型液晶廣告牌。
這種結構還便於大批量、自動化生產。現階段液晶顯示器件的生產大都採用自動化半自動化的集成化工藝生產，僅少量工人即可開動一條年生產上千上萬片的生產線。
現階段已經以開發出了用塑膠基片製成的液晶顯示器件。這種器件薄如紙，並可彎曲，從而進一步的降低了使用空間。
4）被動型顯示
1）、顯示器件本身不能發光，它靠調製外界光達到顯示目的。它不像主動型顯示器件那樣，靠發光刺激人眼實現顯示，而是單純靠對外界光的不同反射形成的不同對比度來達到顯示目的的。所以稱之為被動型顯示。被動型顯示更適合於人眼視覺，不易感到疲勞。這個優點在大信息量，高密度快速變換，長時間觀察的顯示尤其重要。
2）、被動型顯示不怕光沖刷。所謂光沖刷，就是指當環境光較亮時，被顯示的內容信息被光沖淡，從而顯示不清晰，而被動型顯示，由於它是靠反射外部光達到顯示目的，所以外部光越強，反射的光也越強，顯示的內容也就越清晰。
3）、液晶顯示不僅可以在室外也可以在室內顯示，對於在室內黑暗中顯示可以配備背光源就可以克服不能看的缺點。
5）顯示信息量大
與CRT相比，液晶顯示器件沒有蔭罩限制，像素點可以作得更小，更精細；與等離子顯示相比，液晶顯示器件像素點處不需要等離子顯示那樣，像素點間要留有一定的隔離區。因此液晶顯示在同樣大小的顯示窗面積內，可以容納更多的像素和更多的信息，這對於製作高清晰度電視，筆記本式電腦都非常有利。
6）易於彩色化
液晶本身無顏色，鉭是有許多方法可以實現彩色化，如濾色法和干涉法。由於濾色法技術比較成熟，使液晶的彩色化更準確更艷麗更沒在色失真的彩色化效果。
7）長壽命
液晶材料是有機高分子合成材料，具有極高的純度，其他材料也都是高純物質，在極淨化的條件下製成，液晶的驅動電壓又很低，驅動電流更是很微小，這種器件的劣化幾乎沒有，壽命很長，從實際套用中考察，除硬性撞、破碎或配套件損壞外，液晶顯示器件自身的壽命終結幾乎沒有。
8）無輻射無污染
二、各種顯示器比較
下表為幾種具有代表性的顯示器件結構原理和特點
顯示器件 | 性能特點 | ||
主動顯示 | 電子束管（CRT） | ||
輝光顯示 | 基本於冷陰極輝光放電時，陰析字型周圍的陰極輝區而實現顯示 | 基本參數：驅動為170V~300V直流或脈衝：功耗30mw~300mw，工作溫度範圍（-50~75）攝氏度，亮度為100~300FL， 特點：亮度高，醒目，驅動簡單但電壓高，功耗大，外形呈真空管形式。 | |
主動顯示 | 螢光顯示（VFD） | 基本參數：驅動為170V~300V直流或脈衝：功耗10w~200w，工作溫度範圍（-50~70）攝氏度，回響速度為7us，亮度為200FL，顯示可彩色化。 特點：低壓、小功耗、亮度高，顯示清晰，真空管外形，需雙電源驅動。 |
三、液晶顯示器的套用
液晶顯示器件的優異特性決定了它在各類顯示器件中的地位。只有20餘年液晶顯示就改變了幾百年的鐘表計時行業，電子計算器已經人人必備，智慧型化儀器儀表使用了液晶顯示，使它可以成為攜帶型。各種電腦改變了人類生活方式，甚至改變了戰爭形式。
液晶作為一種特殊的功能材料，具有極其廣泛的套用價值。隨著以液晶顯示器件為主的各類液晶產品的出現和發展，液晶已經深入到各行各業以及社會生活的各個角落。人類開發了液晶，液晶改變著人類生活。
四、液晶顯示系統的設計
高性能嵌入式便攜設備的普及對嵌入式顯示系統的設計提出了新的要求：高性能、低功耗、體積小、可移植性好和能工作在各種光照環境下。本文設計的嵌入式顯示系統為這類便攜設備的顯示系統開發提供了一種解決方案，不但滿足了高端嵌入式設備所需要的高性能，而且在高亮度顯示條件下能維持低功耗，適用於高檔PDA、便攜媒體播放器、手持式導航儀、便攜醫療和測試設備等領域。
主要器件的恰當選擇是實現上述設計目標的關鍵，本文選用的嵌入式微處理器三星S3C2440A(同時也是本顯示系統的LCD控制器)主要面向高端嵌入式設備，它採用ARM920T核心，最高工作頻率達533MHz，內含3通道的異步串列口、SDRAM控制器、I2C匯流排接口、USB主、從單元設備接口、攝像頭接口、AC97音頻編解碼接口、觸控螢幕接口和LCD控制器等眾多片上外設，低功耗，性價比高。
另外，夏普公司3.5英寸透反射式TFT-LCD LQ035Q7DH01採用了Advanced-TFT技術，它利用互連薄膜電晶體的導電跡線的金屬敷膜作為反射器，通過LCD矩陣返回入射光，提高了強環境光下的亮度同時又能保持較低的功耗;在明亮場所時具備 HR-TFT(高反射液晶)功能，而在暗淡環境下又具備內置背燈的透過型液晶功能，能在強烈的陽光和全黑的環境下工作。其螢幕解析度為320×240，用18位數據信號能顯示262144種色彩。
由於嵌入式Linux具有良好的穩定性和平台可移植性，同時又開放原代碼，成本低廉，本文選用嵌入式Linux作為作業系統。軟體開發環境採用Linux 2.4.20平台，交叉編譯器為arm-linux-gcc 2.95.3，完成了對LQ035Q7DH01顯示屏的驅動程式開發。
1 LCD控制器電路
LCD控制器用來傳輸圖像數據並產生相應的控制信號，S3C2440A LCD控制器能支持高達4K色STN屏和256K色TFT屏，支持1024×768解析度下的各種液晶屏，具有LCD專用DMA。S3C2440A產生的控制信號主要有幀同步信號VFRAME、行同步信號VLINE、像素時鐘信號VCLK和數據輸出使能信號VM。S3C2440A有VD[0:23]共24根RGB數據線，數據格式不同，接線方式就不同，本文用的是RGB565方式。
2 時序和數據匹配電路
由於S3C2440A的LCD控制器與LCD屏LQ035Q7DH01在數據格式及顯示時序上無法匹配，需要選用一種時序控制IC或者用CPLD來對不同數據格式的數據接口進行映射。由於CPLD面積較大、成本較高，因而通常只在需要對電路進行靈活配置的情況下才使用。本文時序控制IC選用夏普公司的LZ9FC22，該晶片體積小、性能穩定、專用於QVGA螢幕TFT-LCD。這是一個18位(R6G6B6)的控制器，由於本文採用的是RGB565 16位工作模式，所以將晶片輸入引腳R0和B0接地。引腳SIZE用於選擇LCD螢幕類型，接低電平時為320×240型螢幕。接高電平時為240×320型螢幕，本文LCD為240×320型螢幕，所以該引腳接高電平。引腳VRVE用於選擇LCD幀掃描方向，接低電平時掃描方向從上到下，接高電平時則相反，引腳HRVE用於選擇LCD行掃描方向，接低電平時掃描方向從右到左，接高電平時則相反。
3 多路電壓產生電路
LCD屏內集成有數字電路和模擬電路，需要外部提供數字電壓和模擬電壓。另外，為了完成數據掃描，需要TFT輪流開啟/關閉。當TFT開啟時，數據通過源極驅動器載入到顯示電極，顯示電極和公共電極間的電壓差再作用於液晶實現顯示，因此需要控制LCD的開啟電壓、關閉電壓，以及加到公共電極上的電壓。
本文採用松下公司生產的低壓差電壓線性調節器LM1117DT-3.3晶片來產生時序控制IC和LCD所需要的數字電壓。採用美國MAXIM公司推出的有源矩陣液晶顯示器電源晶片MAX1664來產生其他電壓，兩晶片所需的 5V輸入電壓由220V交流經一個AC/DC開關電源變換後提供。MAX1664內部集成有兩個DC-DC變換器，其中DC-DC1提供從輸入電壓值到 5.5V範圍的輸出電壓，DC-DC2為正負電壓雙路輸出,一路可提供從輸入電壓值到 28V的輸出電壓，另一路可提供0～-10V的輸出電壓。對於LQ035Q7DH01這樣的小型TFT LCD，MAX1664能為其提供高效的調節電壓。另外，MAX1664是一種高功率開關電源，要注意供電電源電路的連線和旁路電容的連線，晶片旁路端IN和INP之間用一隻33Ω的電阻隔離，如圖4所示。圖4中的D4～D6應採用高速的肖特基二極體，同時由於電感的直流等效電阻對轉換效率的影響較大, L3～L4應選用等效電阻低的電感, 為減小噪聲輻射,應選用禁止電感。電路板的布線要細心操作，接地點的連線要小心處理，否則將影響各輸出電壓的穩定。
4 顯示系統整體結構框圖
LCD控制器首先從存儲器SDRAM的顯示緩衝區中讀出圖像數據並將其轉換成RGB565的數據格式，然後將數據信號和LCD控制器產生的控制信號一併送入時序控制IC LZ9FC22，時序控制IC將數據信號和控制信號轉換成與LCD相匹配的格式後送入LCD，最後LCD將圖像顯示到螢幕上。這裡需要注意的是，在電路板布線時，LCD控制器到LCD屏的連線距離不可過長，最好不好超過50cm，否則容易出現顯示錯誤。
以上設計的嵌入式顯示系統，顯示亮度達100尼特，在LCD高亮度的情況下模組的功耗小於365mW,克服了一般TFT-LCD高亮度伴隨著高功耗的矛盾，同時由於設計的硬體驅動電路只需LCD控制器給出幀同步信號、行同步信號、像素時鐘、數據使能信號和RGB數據信號，因此，為移植到不同的平台帶來了較大的靈活性，實用性很強。
顯示方式
1、反射式
2、透射式
3、投影式
液晶顯示器投影儀中燈片的作用，對投射光源起調製作用，所以稱為液晶光閥。早期的液晶光閥是將液晶盒與光敏層組合在一起，中間隔一層遮光層。光敏物質為非晶矽、Se、CdS等光電導膜。利用光電導層接收不同光量時，電阻改變，從而調製加在液晶上的電壓。後來採用可電寫入的CCD，但是現階段多採用液晶盒加有源矩陣。特別是這幾年發展很迅速的LCOS（LC on Silicon）更是投影式的典型。在LCOS中有源矩陣直接製作在單晶矽片上，尺寸可以做得很小，並可充分利用發展已很成熟的矽集成工藝。
