TFT 液晶屏与接口

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1、TFT液晶屏与接口TFT液晶屏与接口TFT （薄膜晶体管）显示器成本日渐降低，并且人们越来越渴望拥有用户友好程度更高的图形界面，越来越多的公司正在要求工程师 把这些产品设计到他们自己的产品中去。是否需要TFT显示器？要考虑的第一件事情就是你是否需要TFT。首先要记住：彩色会增加成本。 通过利用单色图形LCD模块来做设计，你可以节省大量资金。它们价格不高， 比较容易连接和控制，并且随时可以获得。单色显示器需要的硬件开销和复杂软 件都更少。对每像素一种颜色的管理比每像素三种颜色（红、绿、蓝）的管理更 容易。另外，“单色”不一定仅仅是指黑色和白色。根据背光和LCD材料的不 同，所谓的单色LCD有各种

2、颜色，包括黑色和白色、黄色、绿色、蓝色，以及 中间的各种变化。另外还有彩色无源LCD模块。根据设计准则的不同，彩色无源面板与TFT 面板相比可能具有多种优势，比如室外亮度和总体彩色亮度等方面。在TFT面 板和彩色无源面板之间做决定时，不要忘了刷新速度和视角TFT可以提供接近 180的视角，而无源彩色模块尽管在不断完善，但一般只能提供70至80 的视角。LCD面板由一层LCD材料及一层或多层偏振层组成，偏振层是由塑料、玻 璃或其它材料制成的（图1）。当你把两层偏振材料互相对齐时，光可以通过。 然而，当一层偏振基对另外一层偏振基成90时，光会被挡住。LCD流体起着 动态偏振基的作用。当你在某个LC

3、D单元上施加电压时，该单元转动90，把 光挡住或让光通过，这取决于LCD层下面的偏振基的方位。在无源LCD技术领域，这些单元相当于电容器。一旦充电，它们就会释放 各自的电压，慢慢转回各自的原始位置。由于这个原因，无源面板无法迅速改变 这些单元的状态，不适合快速运动图形。为了克服这个缺点，TFT LCD使用晶体 管来驱动LCD单元。虽然这种方法更复杂、更昂贵，但它实现了对LCD单元的 更快控制。因此，TFT能够显示完全运动视频和图形，而无源LCD模块在图像 运动速度快于每秒8至15帧时（具体帧数取决于制造商），会开始变模糊。不要因为这些因素而冷落无源彩色面板。在寻找完美的显示器时，应探索各 种选

4、项。例如，你的应用也许需要一种室外手持系统，它需要在阳光下也具有良 好的可读性。你也许会发现小尺寸TFT显示器和彩色无源LCD在这个应用中工 作得都很好，但TFT显示器可能具有更好的视角，而无源面板的颜色更好看。 通常，选择显示器既要考虑营销需要，也要考虑工程规范，两方面同样重要。显 示器会直接影响产品的外观，并且你会发现它们通常是很主观的。在选择显示器 时，无论是无源显示器还是有源显示器，都要确保与你合作的供应商或分销商会 向你（必要时还向你所在公司的营销决策者和管理决策者）展示正在工作的显示 器。今天，多数显示器厂商拥有演示系统，使你能够观看显示器播放录好的图片 或视频，也许这些系统还带有

5、针对录像机或DVD播放机的输入端。TFT显示器的尺寸在选择TFT显示器时，要考虑的第一件事就是尺寸。对于无源LCD模块， 你测量的是显示器的长和宽，而你对TFT面板的测量就象你对CRT显示器的测 量一样：测量的是对角线长度。因此，大小为122X92毫米的单色模块也许近似 于5.7英寸（约145毫米）的TFT。在设计产品的结构时，应考虑你是否计划 在日后把单色产品更新为彩色显示器TFT面板与显像管一样，具有几种近乎标 准的尺寸或尺寸范围，包括1.5至2.5英寸（用于手机）、3.5至3.9英寸 （用于PDA和手持系统）、5.7英寸、8.4英寸、10.4英寸、15英寸、17英 寸、19英寸、21英寸

6、等。其它较不常见的尺寸有4.5、5、6、7英寸。尺寸取决于应用和年度要求。例如，手机市场是高度变化的。假如你的应用 每年只需要几百或几千部显示器，你就需要确保显示器供应商在新的手机设计使 你选择的这种显示器过时的时候，不会宣布这种显示器寿终正寝。当你处于设计 周期的中途时，这种情况可能会发生。这种尺寸变化情况也可能具有若干好处。10.4英寸显示器一度只针对膝上 型电脑，现在却是显示器领域价格/尺寸比的最有效点。这种情况是因为存在大 量针对该尺寸LCD的应用。另外，厂商在切割这种尺寸的玻璃时成品率很高， 并且这种尺寸的LCD拥有用户基础。包括10.4英寸显示器的系统可能会比 8.4英寸显示器的系

7、统更便宜。不论你走哪条路，都要从你预期的显示器供应商 那儿获取反馈。TFT显示器的分辨率在选择TFT显示器尺寸的同时，你还需要选择分辨率。当显示器可视面积 减小时，用户分辨各个像素的能力也随之降低。因此，很少看到小于6英寸的显 示器具有VGA或更高的分辨率，多数较小的显示器提供QVGA或更低的分辨率。 与此类似，15英寸面板通常提供至少XGA的分辨率。你还会发现具有特殊分辨率的专用面板，比如480X234或320X96像素。 这些面板专门用于视频、汽车和机架区应用。例如，假如你的项目需要播放视频， 你也许会发现此类面板比具有QVGA或VGA分辨率的TFT显示器更有用。还应 注意，屏幕高宽比和尺

8、寸及分辨率同样重要。多数TFT面板具有3:4的屏幕高宽 比，不过你也能找到16:9的屏幕高宽比，或者该比例“几乎”为3:4或16:9 的专用TFT面板。TFT显示器的背光现在，应该考虑TFT面板使用的背光、侧光和前光了。本文使用“背光” 来代表所有三种光，这是因为尽管你以不同方式来安装它们，但它们的基本用途 是相同的。最常见的TFT显示器背光是CCFL （冷阴极荧光灯）。CCFL与办公室和家 庭中常用的荧光灯管类似。它们很小，比较容易使用，是良好的TFT显示器白 光源，通常可以在现场更换。彩色无源LCD面板和单色无源LCD面板也经常使 用 CCFL。根据尺寸和额定尼特的不同，TFT显示器使用一

9、支或多支CCFL管，不过这 些管也有一些缺点。例如，根据尺寸不同，一支CCFL管需要300至750V、2至 7mA交流电才能工作。这项要求意味着，假如你想使用CCFL，你就必须把自己 的或现货CCFL逆变器模块添加到设计中。此类模块提供各种功能，从简单的电 源转换到软启动、亮度减弱和温度补偿，它们的批量价格从几美元到大约25美 元不等。由于CCFL是荧光管，它们在温度方面也有局限。低温会使CCFL闪烁，产生的 光更少，而高温会缩短管的寿命。极端温度经常使人们很难设计在室外和汽车中 应用的TFT显示器。由于TFT显示器的温度范围比半导体和其它电子零件更 窄，因此设计人员有时使用加热器或制冷风扇作

10、为预防装置，来帮助克服与温度 有关的设计障碍。另外，虽然CCFL的寿命为几千小时，但它们可能会随着时间推移而烧毁或 变暗。它们会产生一些热量，你必须考虑这点，并且，由于它们是玻璃做的，因 此你可能会把它们震裂或摔裂。制造商正在越来越多地利用可更换CCFL来制造 TFT显示器，你也许会考虑这类产品，这取决于你期望自己的产品有多长寿命， 你是否想在日后更换整个TFT显示器，而不是只更换CCFL。假如你把自己产品 的寿命设计为用户升级之前的几年，假如产品过时了，假如运输额外CCFL管的 费用太高，或者假如更换它们的相关人力成本太高，那么更换整个TFT显示器 也许会同样经济。LED背光是5.7英寸和更

11、小的TFT显示器的一个选项。尽管单色LCD已 经使用TFT面板多年了，但LED技术在最近实现了照明这些面板所需的白光。 LED提供了相对于CCFL的若干优势，比如在整个工作温度范围的稳定性、机械 耐用性和简单的电源要求。不过，就象CCFL 一样，LED也产生热量，并且，有 时也很难把它们排列用来照明TFT而又不产生热点，这是因为LED的表面积很 小。白光LED也有额定寿命。随着时间推移，一些白光LED会烧尽制造商用于 使它们呈白色的搀杂材料。尽管这种缺陷不会导致LED失效，但它确实造成LED 输出的颜色变化，并因此导致TFT面板输出的颜色变化。在总体设计中，这种颜色变化可能是个问题，也可能不是

12、，这取决于应用， 不过设计工程师应该考虑这件事情，并与TFT面板供应商讨论这一点。白光LED 也是一种较新型的技术，目前价格很贵。由于这些局限因素，人们不常见到尺寸 大于5.7英寸、带LED背光的TFT面板。一些已在工作中使用过单色LCD的设计人员也许很熟悉EL （场致发光）面 板。尽管很便宜，但场致发光面板会发出绿色至黄色至蓝色的柔和光线，这取决 于场致发光材料以及应用的电压和频率。由于场致发光面板产生的光线颜色范围 有限，因此它们不适合于TFT显示器。而且，场致发光面板的寿命比LED或 CCFL更短，并且它们的光线强度会随着时间推移而减弱。它们也需要高频和高 压，这与驱动它们的CCFL的那

13、些指标类似。TFT显示器的驱动对TFT显示器进行驱动，有很多选项。一些无源面板使用简单的控制器，另 一些则可能悬挂于你的产品设计中的系统总线上。不过，驱动TFT所需的信号 和数据，要求必须使用专用TFT控制器，连同系统处理器和能够提供带宽来驱 动TFT视频的视频子系统。许多芯片、芯片组、电路板和SOC（单片系统）选 项，从简单的转换器到复杂的视频和图形系统，都可用来处理这项任务。对于这 些控制器和TFT本身之间的连接，TFT制造商们已经采用了两种近乎标准的接 口。第一种是并行接口，通常称为TTL （晶体管到晶体管逻辑电路）或LVTTL（低压晶体管到晶体管逻辑电路），它通过分立连接线路（图2）来

14、发送TFT数据和时钟信号。第二种是差分串行接口，被恰当地命名为LVDS （低压差分信 令），有几种变化型号可供使用，包括双LVDS和TMDS （最小化传输差分信号） （图 3）。通过LVDS传送的数据和时钟信号被时域多路传输到几个差分串行对，然后 被TFT解码。对于LVDS方案，应注意LVDS对并不与特定的数据通道或类型 对应，这很重要。一般不存在红对、绿对和蓝对。该方案把数据比特的多路传输 散布到多个对，以便实现高效率（图4和图5）。在查看接口类型时，你还会看到接口比特数量的规范，常见的例子有12、 18、24、36和48比特。这些数字包含整个接口，有时易使人误解。例如，TFT 使用每像素每

15、颜色4至8个数据比特。24比特TFT对于显示器上的每个像素 拥有针对红色的8比特、针对蓝色的8比特和针对绿色的8比特。当每种颜 色有256种变化时，24比特TFT将提供1670万种颜色（256X256X256=1678 万）。为了减轻对发送到显示器的数据的时钟要求，更高分辨率的显示器还可能使 用双接口来支持奇像素和偶像素。48比特TFT就是一个例子，它实际上具有两 个24比特接口，用于奇像素和偶像素。然后，每个接口进一步分为每像素每颜 色8比特，这为TFT提供了 1670万种颜色的颜色深度。请注意，更多的比特 数量未必会使显示器更好，只是使它不同而已。在内部讨论你的需要，并与你预 期的TFT供

16、应商讨论，这从来都是个好做法。表1列出了几种很流行的组合和 相应的颜色深度。根据TFT集成情况的不同，你还会发现其它接口，比如DVI （数字视觉接 口）、模拟式RGB和NTSC/PAL视频。带有这些类型输入端的TFT具有额外 的置于显示模块内部的驱动电子部件和控制电子部件，是为特殊应用或为容易集 成到设计中而设计的。在某些情况下，你也许不想使用TFT的TTL或LVDS接 口，理由可能包括可用时间、预算、对简单设计的需要、工程资源，或者另一种 格式的数据。在这些情况下，第三方公司可以提供多种TFT控制卡。这些控制 卡包括一些电子部件，这些部件把来自DVI、模拟式RGB、NTSC/PAL视频等输 入端的数据格式化，并把它们转换成TFT需要的TTL或LVDS信号。另外，它 们还提供多种功能，比如亮度、对比度、颜色平衡、图像成形、背光控制、亮度 减弱，以及针对TFT的电源管理和排序。使用第三方控制卡可以节省你的时间，不过它也会增加成本。应考虑这些