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實用液晶屏產品及相關技術
更新日期:2006/7/24  信息來源:本站  相關作者:

一、概述
  液晶的發現可追溯到19世紀末,1888年被奧地利植物學家發現。它是一種在一定溫度范圍內呈現既不同于固態、液態,又不同于氣態的特殊物質態。既具有晶體所具有的各向異性造成的雙折射性,又具有液體所特有的流動性。一般可分熱致液晶和溶致液晶兩類。顯示應用領域使用的是熱致液晶,溫度低了,出現結晶,溫度高了,就變成液體。液晶顯示器件(LCD)所標注的存儲溫度指的就是呈現液晶態的溫度范圍。液晶由于它的各向異性而具有電光效應,尤其是具有扭曲向列效應和超扭曲效應,因此,可以制造出不同類型的顯示器件,可直接與大規模集成電路結合開發出一系列具有便攜顯示功能的產品。液晶顯示器件誕生至今不過二十多年,產品已經更新了四代。目前扭曲向列型液晶(TN)即將被淘汰,超扭曲向列型(STN)和有源矩陣型(TFT)已經成熟普及。鐵電型(FELCD)和多穩態型液晶顯示(MLCD)開始出現,其產品壽命大約為10 000至15 000個小時。

二、常用液晶屏分類
  液晶顯示器件有以下特點:①低壓微功耗;②平板型結構;③被動顯示(不怕光沖刷、無眩光,不刺激人眼);④顯示信息量大(像素?。?;⑤易于彩色化(一般使用濾色法和干涉法,使其在色譜上得到準確的復現);⑥無電磁輻射和X射線(利于信息保密,對人體安全);⑦長壽命(液晶背光壽命有限,不過可更換背光部分)。

  幾種常見液晶類型的原理。
  (1) TN(Twist Nematic)即扭曲向列型液晶。將涂有透明導電層的兩片玻璃基板間夾上一層正介電異向性液晶,液晶分子沿玻璃表面平行排列,排列方向在上下玻璃之間連續扭轉90°。然后上下各加一偏光片,底面加上反光片,基本就構成了TN型液晶。
  (2) STN(Super TN)型液晶,跟TN型結構大體相同,只不過液晶分子扭曲180°,還可以扭曲210°或270°等,特點是電光響應曲線更好,可以適應更多的行列驅動。
  (3) TN或STN型液晶,一般是對液晶盒施加電壓,達到一定電壓值,對行和列進行選擇,出現“顯示”現象,所以行列數越多,要求驅動電壓越高,因此往往TN或STN型液晶要求有較高的正極性驅動電壓或較低的副極性電壓,也因為如此,TN和STN型液晶難以做成高分辨率的液晶???。
  (4) DSTN(Double STN)液晶,上下屏分別由兩個數據通道傳送數據,由于很多液晶屏內部增加了驅動電源的變換部分,所以無需外部輸入高驅動電壓,通??梢允迪值サ繚垂┑?。STN(DSTN)液晶只可以實現偽彩色(一般人眼可以分辨218色即262144色,所以達到218色和超過218色的被稱之為真彩色,否則稱之為偽彩色)顯示,可以實現VGA、SVGA等一些較高的分辨率,但由于構成它們的矩陣方式是無源矩陣,每個像素實際上是個無極電容,容易出現串擾現象,從而不能顯示真正的活動圖像。
  (5) TFT(Thin Film Transistor)為薄膜晶體管有源矩陣液晶顯示器件,在每個像素點上設計一個場效應開關管,這樣就容易實現真彩色、高分辨率的液晶顯示器件。現在的TFT型液晶一般都實現了18bit以上的彩色(218色),在分辨率上,已經實現VGA(640×480)、SVGA(800×600)、XGA(1024×768)、SXGA(1280×1024)甚至UXGA(1600×1200)。

  液晶顯示??椋↙CD Module)簡稱“LCM”,是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源、結構件裝配在一起的組件。

三、選型注意事項
  液晶屏的選型包括LCD類型、品牌與價格、供貨、分辨率與尺寸、溫度與亮度、接口方式等關鍵指標。常見液晶分為以下幾類:段式、字符型和圖形點陣。段式液晶的每字為8段組成,即8字和一點,只能顯示數字和部分字母,如要顯示其他少量字符、漢字,需要廠家將所要顯示的內容固化在指定的位置。字符型液晶用于顯示字符和數字的,也可用上述方法顯示少量字符、漢字。

  TN類液晶用于生產字符型液晶???;STN(DSTN)類液晶??橐話鬮行⌒?,既有單色的,也有偽彩色的;TFT類液晶,則從小到大都有,基本上為真彩色顯示???。除了TFT類液晶外,一般小液晶屏都內置控制器,直接提供MPU接口;而大中液晶屏,要想控制其顯示,都需要外加控制器。
  動態顯示漢字和圖形需要選擇圖形點陣式液晶,如果使用單片機控制(控制能力有限),可選擇640×480以下的單色、320×240以下的偽彩色;如果使用PC、IPC,只要有液晶顯示部分或外加顯示控制,就可選擇不帶內置控制器的單色、偽彩色和真彩色液晶。由于LCD的分辨率在物理上是固定的,滿屏顯示一般只能以其固有的分辨率顯示,與CRT不同。
  工作溫度范圍一般指常溫(0℃~50℃)或寬溫(-20℃~70℃范圍以外),很多字符型液晶及小圖形點陣液晶有常溫型和寬溫型的,而大圖形點陣的液晶寬溫型比較少見。
  亮度單位為cd/m2或叫Nit(尼特),大部分TN、STN(DSTN)液晶的亮度不超過100cd/m2,但是目前比較常用的5~6英寸的偽彩色STN屏的亮度為130cd/m2左右,TFT類液晶的亮度一般為150cd/m2以上。另外夏普公司的LVM系列投影類產品,其亮度可以高達1000 cd/m2以上。
  根據筆者調研和查詢情況,夏普公司可以提供較為全面的各系列液晶顯示平板,并且國內各大代理公司也可以提供與之配套的各種附件(控制接口電路和逆變器等)和技術支持,其產品分類可見本文附錄。
  EPSON公司可以提供針對各類顯示屏的圖形控制接口芯片,這些芯片可以為開發者提供極大的方便,大大減少了開發周期和代價,并且可以使最終產品具有非常靈活的使用范圍。例如該公司最新推出的SED1354\55\56系列產品,可以使需要顯示的數據通過數據總線傳送到該芯片,根據寄存器設置,可以驅動包括數字RGB、模擬RGB和普通視頻接口的各種顯示器件。具體型號和技術指標見附錄。

四、背光選擇
  液晶從另一方面又可分為透射式、反射式、半反半透式三類,因為液晶為被動發光型顯示器,所以必須有外界光源才會顯示,透射式液晶必須加上背景光,反射式液晶需要較強的環境光線,半反半透式液晶要求環境光線較強或加背光。液晶的背景光通常有三種:LED、EL和CCFL(冷陰極發光)。
  冷陰極熒光燈CCFL是采用冷陰極代替鎢絲等熱陰極的低氣壓汞、稀有氣體放電燈,在強電場的作用下,依靠離子轟擊由鎳、鉭和鋯等金屬組成的電極來發射電子,使汞原子激發和電離,形成豐富的253.7nm紫外線和足夠的電流,紫外輻射再激發管壁上的熒光粉涂層而發光。因熒光物質的組成材料不同,故能發出不同顏色的光。它具有高亮度、高效率、低能耗、長壽命,以及長時間有效發光等優點。防震性能好,可重復亮燈熄滅,可在低溫下自如啟動。與熱陰極型熒光燈相比,發熱量低且管徑細小,可方便作為各種液晶顯示屏的照明用光源。
  字符類液晶一般為LED背光,以黃顏色(紅、綠色調)為主。一般為 + 4.2V驅動。LED背光壽命可達10萬小時。
  單色STN中小點陣液晶,多用LED或EL背光,EL背光具有低功耗、面光源、成型容易、色彩美觀等特點,需要高壓交流電驅動,以黃綠色(紅、綠、白色調)常見。是功耗最低的一種背光。一般用400~800Hz、70~100V的交流驅動,建議使用專業逆變電源驅動,如:SDEC1003。
  中大點陣STN液晶和TFT類液晶,多為冷陰極背光燈管(CCFL/CCFT),需要高壓交流電源供電,背光顏色為白色(紅、綠、藍色調)。300V以上的交流驅動,建議使用日本TDK公司專用逆變電源,如:CXA-L10A、CXA-L10L等。

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