液晶是什么材料做的？

显示器是人机交流的重要接口。CRT/阴极射线管显示器是早期的主要显示器。但是随着科技的不断进步，各种显示技术如雨后春笋般出现。近期，液晶(LCD)显示器以轻薄短小、低功耗、无辐射危险、直角显示平坦、图像稳定无闪烁等优势，在近几年价格下跌的吸引下逐渐取代CRT的主流地位，明日之星显示姿态十足。那么液晶显示器相比传统显示器有什么新的特点呢？

第一，显示质量高

因为LCD的每一个点在接收到信号后总是保持那个颜色和亮度，不断发光，不像阴极射线管显示器(CRT)需要不断刷新亮点。所以LCD的画质很高，永远不会闪烁，最大限度的减少了眼睛的疲劳。

第二，没有电磁辐射

传统显示器的显示材料是荧光粉，通过电子束对荧光粉的冲击来显示。电子束在撞击磷光体的瞬间会产生强大的电磁辐射。虽然目前很多显示产品已经有效的处理了辐射问题，但是很难尽可能的完全消除辐射。相对来说，液晶显示器在防辐射方面有先天优势，因为根本没有辐射。在防电磁波方面，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密封在显示器中。普通显示器为了散热，必须让内部电路尽量与空气接触，这样内部电路产生的电磁波就会“漏”很多。

第三，可视面积大

对于同样尺寸的显示器，LCD的可视面积更大。LCD的可视区域与其对角线尺寸相同。另一方面，阴极射线管显示器和显像管的前面板有一英寸左右的边框，不能用于显示。

第四，适用范围广

最初的液晶显示器通常用于电子表和计算器，因为它不能显示精致的字符。随着液晶显示技术的不断发展和进步，字符显示开始细化，也支持基本的彩色显示，并逐渐应用于液晶电视、相机的液晶显示器和手持游戏机。然后DSTN和TFT被广泛制作成电脑中的液晶显示器件，DSTN液晶显示屏被用于早期的笔记本电脑。TFT不仅用于笔记本电脑(现在大部分笔记本电脑都使用TFT显示屏)，也用于主流的台式显示器。

第五，画面效果好

与传统显示器相比，液晶显示器从一开始就采用纯平板玻璃，其显示效果是平面直角，给人耳目一新的感觉。而且液晶显示器在小面积屏幕上更容易实现高分辨率。比如17英寸的液晶显示器，可以很好的达到1280×1024的分辨率，但是18英寸的CRT彩色显示器，分辨率在1280×1024以上，画面效果并不完全令人满意。

六、数字接口

液晶显示器是全数字的，不像阴极射线管彩色显示器采用模拟接口。也就是说，使用LCD，显卡不再需要像往常一样把数字信号转换成模拟信号再输出。理论上这样会让色彩和定位更加准确完美。

七、“图”对称紧凑。

传统的阴极射线管显示器后面总是有一个笨重的显像管。液晶显示突破了这一限制，给人一种全新的感觉。传统显示器是通过电子枪向屏幕发射电子束，所以显像管的管颈不能做得很短，屏幕增大时整个显示器的体积必然增大。液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子的状态，达到显示目的。即使屏幕放大了，它的体积也不会直接增加，在重量上也比同等显示面积的传统显示器轻很多。

八、低功耗

传统的显示器由许多电路组成，在驱动阴极射线管时要消耗大量的功率，而且随着其体积的不断增大，其内部电路消耗的功率也一定会增加。相比之下，液晶显示器的功耗主要是由它的内部电极和驱动IC消耗的，所以功耗比传统显示器小很多。

液晶显示器的选择

在平板显示器件领域，目前广泛使用的有液晶(LCD)、电致发光显示器(el)、等离子体(PDP)、发光二极管(LED)、低压荧光显示器件(VFD)等。

液晶显示设备具有以下特征。

低压微功耗；扁平结构；被动显示型(无眩光、对人眼无刺激、无眼疲劳)；显示大量信息(因为像素可以做得很小)；易于着色(在色谱法中可以非常精确地再现)；无电磁辐射(对人体安全，有利于信息保密)；寿命长(这款设备几乎没有劣化问题，所以寿命极长，但LCD背光寿命有限，但背光部分可以更换)。

液晶选择的八大要素

◆LCD类型◆质量保证◆技术支持◆品牌和价格

◆供应链保证◆分辨率和尺寸◆温度和亮度◆界面模式

液晶显示屏的选型

▲字符→确定要显示的行数和列数→TN和STN类别→背光与否→确定大小→确定工作和存放温度范围。

▲图形→单色或彩色(TFT的真彩色或STN的假彩色<一般在256色以下>)→分辨率的确定→外形尺寸的确定→背光类型(LED、EL、CCFL)→工作和储存温度范围的确定。

▲定制→非标模块需求→填写定制单→签订合同。

液晶显示器类型

在液晶(LCD)方面，从选择的角度，我们把常见的液晶分为以下几类:段式，字符式，

常见的分段式液晶，每个字由8段组成，即8字1点，只能显示数字和部分字母。如果必须显示少数其他字符、汉字等符号，一般需要从厂家定制，要显示的字符、汉字等符号可以固化在指定位置，比如计算器。对于分段液晶显示器，我们提供定制服务。

字符LCD顾名思义是用来显示字符和数字的，图形和汉字的显示方式与分段式LCD相同。字符LCD一般有以下分辨率:8×1，16×1，16×2，16×4，20×2，20×4，40×2，40×4，其中8。

图形点阵液晶，我们分为TN，STN(DSTN)，TFT等等。这个分类需要从液晶材料和液晶效应开始。请参考液晶显示原理。

TN液晶由于其局限性，仅用于生产字符液晶模块。STN(DSTN)液晶模组一般都是中小尺寸，单色和伪彩色都有；TFT型液晶从小到大都有，几乎都是真彩色显示模组。除了TFT LCD，小型液晶屏一般都内置控制器(控制器的概念相当于显卡上的主控芯片)，直接提供MPU接口；大中型液晶显示屏需要一个额外的控制器来控制其显示。

因此，在选择自己需要的液晶屏时，需要详细考虑以下几个方面:

第一，如果只需要显示字符和数字，并且一屏显示的内容不超过字符LCD的最大限制(例如40×4)，可以选择字符LCD，直接与MPU连接。

第二，如果需要动态显示汉字和图形，那么只能选择图形点阵液晶。接下来要考虑的问题是，需要选择STN(DSTN)单色、伪彩色还是TFT真彩色。一般来说，如果用单片机来控制，由于其控制能力的限制，只能在640×480以下的单色和320×240以下的伪彩色之间选择；如果使用PC、IPC或其他控制能力强的主控模块(如视频输入控制模块)，只要有液晶显示部分或附加显示控制，就可以有更大的选择余地，单色、伪彩色、真彩色液晶无内置控制器都可以。同时要考虑外部尺寸的要求。另外请注意，LCD的分辨率是物理固定的，全屏显示只能以其固有的分辨率显示，与CRT不同。

三、背光的选择，说到背光，液晶需要从另一个角度分类，即透射式、反射式、半反射式和半透射式。因为液晶是无源发光显示器，必须有外接光源才能显示，透射式液晶必须加背景光，反射式液晶需要强环境光，半反射式液晶需要强环境光或背光。

带背光的字符LCD一般是LED背光，以黄色(红绿色调)为主。一般是+5V驱动。

单色STN中的中小点阵液晶通常采用LED或EL背光，EL背光通常为黄绿色(红绿白色调)。一般使用400-800 Hz，70-100 V交流驱动，普通驱动需要1W左右的功率。

大点阵的STN液晶和TFT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交流电驱动。

四、温度范围，很多字符型液晶和小图形点阵液晶有室温型和宽温型，而大图形点阵液晶在大陆市场比较少见。室温一般指0-50℃的工作温度和-20-70℃的宽温(个别液晶可达零下30℃，如LQ5AW136 TFT视频接口)；另外，对湿度也有一定的要求。

5.亮度:亮度单位是cd/m2或nit(尼特)，大部分TN和STN(DSTN)液晶的亮度不超过100cd/m2，但常用的5-6 \ "伪彩色STN屏的亮度在130cd/m2左右，京瓷有一种5.7。

六、配件，由于LCD的规格和接口没有国际标准，所以不同厂家、不同类型的LCD信号接口往往不一致，所以在选择LCD时，注意购买相关配件(包括信号连接器件、逆变器等。).

液晶屏的驱动模式

简单的矩阵驱动方式由垂直电极和水平电极组成，被驱动的部分由水平电压控制，垂直电极负责驱动液晶分子。

在TN和STN液晶显示器中，简单驱动电极的方式是X轴和Y轴交叉的方式，如下图所示。因此，如果显示部分变得越来越大，中央部分的电极反应时间可能会更长。为了让屏幕显示一致，整体速度会变慢。简单来说，就是CRT显示器的屏幕更新频率似乎不够快，也就是用户会感觉到屏幕闪烁和跳动；或者需要快速3D动画显示，但显示器显示速度跟不上时，显示的重要结果可能会延迟。因此，早期的液晶显示器尺寸有限，不适合观看电影或玩3D游戏。

有源矩阵的驱动方式是让每个像素对应一组电极，有点像DRAM的循环方式，电压扫描(或者叫充电一定时间)来表示每个像素的状态。为了改善这种情况，液晶显示技术采用有源矩阵寻址驱动，有源矩阵寻址是目前实现高数据密度液晶显示效果的理想器件，分辨率极高。方法是使用薄膜技术制作的硅晶体管电极，用扫描的方法选择任意显示像素的开和关。这其实就是用薄膜晶体管的非线性功能来代替液晶难以控制的非线性功能。

在TFT液晶显示器中，导电玻璃上画有网状细线，电极由薄膜晶体管排列的矩阵开关构成。每条线的交叉处都有一个控制盒。虽然驱动信号在每个显示点快速扫描，但电极上的晶体管矩阵中只有选中的显示点得到足够的电压驱动液晶分子，使液晶分子的轴转向“亮”对比度，未选中的显示点自然是“暗”对比度。

TFT液晶显示原理

TFT型液晶显示器比较复杂，主要包括荧光灯管、导光板、偏振片、滤光板、玻璃基板、取向膜、液晶材料、薄型晶体管等。首先，LCD必须使用背光，也就是荧光灯管投射光源，光源会经过一个偏光板，然后是液晶，然后液晶分子的排列会改变光线通过液晶的角度。那么这些光线必须穿过前面的彩色滤光薄膜和另一个偏振片。因此，我们可以通过改变刺激液晶的电压值来控制最后光线的强度和颜色，然后我们可以在液晶面板上改变不同深浅的颜色组合。

STN液晶显示原理

STN型的显示原理和TN类似，只是TN扭曲向列场效应的液晶分子旋转入射光90度，而STN超扭曲向列场效应旋转入射光180~270度。

这里要说明的是，单纯的TN液晶显示器本身只有两种情况(或者说黑白)，没有办法改变颜色。STN LCD涉及到液晶材料的关系和光的干涉，所以显示的颜色以浅绿色和橙色为主。但是，如果在传统的单色STN液晶显示器上增加滤色器，将单色显示矩阵的任意一个像素分成三个子像素，分别通过滤色器显示红、绿、蓝三原色，然后通过三原色的协调就可以显示全色模式的颜色。另外，如果TN LCD的显示屏更大，其屏幕对比度会更差，但STN的改进技术可以弥补对比度的不足。

TN液晶显示器的原理

TN型液晶显示技术可以说是液晶显示器中最基础的，其他类型的液晶显示器都可以说是基于TN型的改进。同样，它的工作原理也比其他技术简单。请参考下图。图中显示的是TN液晶显示器的简单结构图，包括垂直和水平偏振片、带有细线和凹槽的配向膜、液晶材料和导电玻璃基板。在没有电场的情况下，入射光通过偏振片后穿过液晶层，偏振光被分子扭曲的液晶层旋转90度。当它离开液晶层时，其偏振方向正好与另一块偏振片的偏振方向相同，因此光线可以顺利通过，整个电极表面都是明亮的。当施加电场时，每个液晶分子的光轴与电场的方向一致，因此液晶层失去了旋光能力。这样一来，入射偏振镜的偏振方向与另一个偏振镜的偏振方向垂直，无法通过，所以电极表面显得很暗。成像原理是将液晶材料放在两片透明导电玻璃之间，贴在一块光轴垂直的偏振片上，液晶分子会沿着配向膜的细槽方向依次旋转。如果不形成电场，光将从偏振片顺利进入，根据液晶分子沿其行进方向旋转，然后从另一侧出射。如果两块导电玻璃通电，两块玻璃之间会产生电场，进一步影响其间液晶分子的排列，扭曲其分子棒，使光线无法穿透，从而屏蔽光源。这样得到的明暗对比现象被称为TNFE(扭曲向列场效应，简称TNFE)。几乎所有用于电子产品的液晶显示器都是利用扭曲向列场效应原理制作的。

液晶显示器控制驱动程序的设计与开发

对于液晶显示器，它通常包括玻璃基板、ITO(氧化铟锡)膜、取向膜、偏振片等。上下两层。每个夹层包含形成在配向膜上的电极和凹槽，并且上下玻璃基板的配向为90度。液晶放置在上下夹层中，液晶会按照凹槽方向排列。整体而言，液晶分子的排列就像螺旋扭曲排列。当电场施加到玻璃基板上时，液晶分子的排列发生变化并变成垂直的。当液晶分子直立时，光线无法通过，导致显示屏上出现黑色。液晶显示器会根据电压的有无来控制液晶分子的排列方向，使面板达到显示效果。

液晶显示器有多种分类方法。一般按其显示方式可分为段落式、点字符式、点阵式等。除了黑白显示，还有多灰度和彩色显示。

驱动液晶显示器时，交流电压应加到段电极和公共电极上。如果只在电极上施加DC电压，液晶本身就会退化。液晶驱动模式包括静态驱动、动态驱动和其他驱动模式。

1)静态驱动器

所有段都有独立的驱动电路，这意味着在段电极和公共电极之间持续施加电压。适用于控制简单的液晶显示器。

2)多通道驱动模式

形成矩阵电极，公共端的数量为n，按照1/n的时序依次驱动公共端，对应驱动时序有选择地驱动所有段信号电极。这种方法适用于控制复杂的液晶显示器。

在多通道驱动模式下，像素可分为选择点、半选择点和非选择点。为了提高显示对比度和减少串扰，应合理选择占空比和偏置。

施加到LCD开和关的电压有效值与占空比和偏置电压之间的关系如下:

Vo:LCD驱动电压

N:占空比(1/N)

答:偏置电压(1/a)

多路驱动方式可分为点反转驱动和帧反转驱动。点反转驱动适用于低占空比应用。它在输出每段数据时反转数据。帧反转驱动适合高占空比应用。它在输出每一帧时反转数据。

帧率控制(FRC)和脉宽调制(PWM)通常用于控制多灰度和彩色显示。帧率控制是通过减少帧输出的数量，控制输出信号的有效值来实现多灰度和彩色控制。脉宽调制是通过改变分段输出信号的脉宽来控制输出信号的有效值，实现多灰度和色彩控制。

显示方式从简单的段落型、点字符型转变为复杂的点阵型、色调型。显示颜色从黑白逐渐变为彩色。显示屏由小变大，响应时间逐渐缩短。目前STN显示器在成本和消耗电流上有优势。TFT显示在对比度和动画速度上有优势。

作为LCD驱动的标准电路厂商，主要有NEC、EPSON、三星等公司。目前手机市场上使用最多的驱动电路还是黑白电路。然而，四灰度LCD驱动电路和彩色LCD驱动电路逐渐投入市场。未来，彩色、大屏幕、可上网、响应速度快的显示器将成为手机发展的流行趋势。

下面以NEC公司的产品mPD16682A为例，说明LCD控制驱动程序的主要特点和设计过程。该芯片适用于手机、中文或日文寻呼机等显示中文或日文字符的设备，每个字符使用16 x 16或12 x 12个点。

*带1/65分时显示RAM的LCD控制器/驱动器。

*使用+3伏单电源。

*包括升压电路(3倍和4倍可变)

* 132 x 65位内存，用于点显示

*输出:132段，65个公共端子。

*用于COG(玻璃上芯片)

LCD驱动程序的基本组成包括以下几个部分:

控制部分:

自上而下(自下而上)

逻辑电路

RAM部分:

手工设计

异步2端口RAM

输入输出端口

特殊输出端口

模拟部分:

手工设计

DC/DC转换器

数模转换器

升压放大器

电压跟随器

电压调节器电路

温度补偿电路

振荡电路

I/O部分:手动设计

显示屏以手机为例，设计开发企业应与国内芯片厂商联手，为目前或即将需要的手机设计开发以下系列LCD控制驱动程序:

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驱动电路的规格。

根据市场需求和发展趋势，确定了LCD驱动电路的规格。

2)建立完整的设计环境。

因为LCD控制驱动电路涉及数字、模拟和高压电路。SPICE参数的提取和验证是其中一项重要任务。因此，设计人员和技术人员要制作测试用TEG芯片，对TEG芯片进行测试，提取和验证SPICE参数，建立完整的设计环境。

3)3)LCD控制驱动电路的设计

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。

采用低功率技术，选择低功率电源；内置存储器，降低振荡频率；采用OSO(单触发操作)电路技术；采用MLS(多行选择)驱动方式。

电路描述和仿真。

数字电路可以用HDL语言描述，也可以用HDL仿真。模拟电路可以采用原理图输入和SPICE仿真。

对于整个电路仿真，既要采用数模混合仿真技术，又要解决显示图像的验证技术。

布局的物理实现

为了保证设计效率，可以使用SE对数字电路部分进行自动布局。为了获得高性能，模拟电路布局和I/O部件布局应该使用手动布局。由于整个芯片是用不同的方法制作的，所以需要使用整个芯片综合、布局布线技术和部分电路布局和整个芯片布局的DRC技术。

4)液晶控制/驱动电路测试技术。比如多针对应能力；高速数据传输；高精度测试；高电压对应。

液晶显示器中一些专业术语的解释

LCD液晶显示器

液晶模块

TN扭曲向列液晶分子的扭曲取向偏转90°。

STN超扭曲向列超扭曲向列约180 ~ 270扭曲向列

Fstn制定超扭曲向列格式超扭曲向列。STN增加了一层光路补偿片，用于单色显示。

TFT薄膜晶体管

背光-背光

逆变器-逆变器

屏幕显示屏幕上显示OSD。

数字视频接口(VGA)数字接口

TMDS转换最小化差分信号

Lvds低压差分信号低压差分信号

panenk—

集成电路集成电路

TCP载带封装柔性电路板

板上COB芯片通过键合将IC芯片固定在印刷电路板上。

FPC COF芯片将集成电路固定在柔性电路板上。

玻璃上的COG芯片将芯片固定在玻璃上。

占空比(Duty-duty ratio)，一个周期内高于点亮阈值电压部分的比率。

LED发光二极管

电致发光。EL层由高分子量薄片组成。

CCFT CCFL冷阴极荧光灯/管冷阴极荧光灯

PDP等离子显示板等离子显示屏

阴极射线管

视频图形阵列

印刷电路板

复合视频-复合视频

分量视频—

S-Video-S端子，与复合视频信号相比，传输对比度和分色。

国家电视系统委员会

逐行倒相系统

顺序信使avec纪念系统(顺序和存储彩色电视系统)

视频点播

每英寸点数

LCD显示器的模拟/数字接口

液晶显示器(LCD)是为个人电脑开发的最新配件之一。与同类阴极射线管(CRT)显示器相比，LCD显示器体积小、辐射少、功耗低、视频性能优越、外观新颖时尚。随着技术的进步，需求的增加，生产成本的降低，LCD的价格已经降低到普通消费者可以接受的程度。人们正在考虑用LCD显示器配置一个新的计算机系统或者替换旧的CRT显示器。

当决定一项新的购买计划时，大多数消费者必须权衡他们的需求。在一定的价格范围内，消费者会在充分权衡某一给定产品的特点和预期性能水平后决定是否购买。电脑和电脑配件的购买流程也差不多。系统工程师必须了解消费市场的性价比。对于这个对成本敏感的市场，设计的主要目标是降低板级的BOM(原材料成本)成本。去除板级元件相当于最终产品市场价格的大幅降低。如果购买方式如上所述，消费者在数字显示和模拟显示之间应该如何选择？

消费者在购买时会考虑以下几个关键因素:性能、兼容性和成本。选购显示器时，接口类型也成为了重点考虑的因素之一。标准的红绿蓝(RGB)模拟接口正面临日益强大的数字接口的挑战。接下来的几页将重点介绍这两种方案的不同之处。

模拟接口

在市面上的大量RGB模拟显示器中，来自计算机的离散视频数据RGB被送到DAC，然后数字信号被转换成模拟信号，与水平和垂直同步信号一起传输到显示器。

在显示器内部，前置放大器具有放大、箝位和失调调整功能。您可以选择使用独立前置放大器或集成前置放大器。目前市场上提供的前置放大器都是为CRT显示器设计的，并没有针对LCD进行优化。因此，在LCD环境下，前置放大器的故障和错误会降低视频性能。

下一步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引起误差，包括DC部分的线性度和偏移、交流分量的火花和位误差等。尽管参考说明书了解这些不良特征很重要，但如果它们只是随机发生，人眼就不容易察觉。当液晶屏刷新率达到60Hz时，如果没有太多的闪烁，人眼会过滤掉这些信号。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，这些影响将显示在显示屏上。在一个像素点上，当视频信号由白转黑时，如果ADC的输入带宽不好，液晶显示器的视频性能会大大降低。因为模拟信号会满幅振荡，输入带宽差的ADC会导致像素衰落，像素之间的边缘会变得模糊而不是平坦，在黑色垂直线与白色垂直线相邻的地方会变成灰线。建议ADC的输入带宽为1.5倍采样时钟频率。时钟频率由显示器的分辨率和刷新率决定。例如，一个刷新率为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为有效视频因子。

=(1024×768×85)/0.75 = 89.13 MHz

因此输入带宽为89.13×1.5 = 133.7 MHz。

在模拟接口中，需要数据时钟来同步来自LCD显示器和图形控制器的输入信号。同步由锁相环提供，利用计算机的水平同步脉冲为ADC和数字控制器芯片产生内部时钟信号。为了确保ADC能够在正确的时间采样，需要进行相位调整。为了获得最佳视觉效果，用户可能需要自己调整显示器。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好的画面，即灰色背景中的“雪花”，或亮度有明显差异。当这种视觉效果出现时，LCD屏幕上通常有一个区域看起来比显示屏的其他部分更暗或更亮。

在模拟系统中，一旦信号被转换成数据流，通常需要适当调整LCD显示器并调整帧速率。可以缩放图像以适合显示屏的大小，并且可以调整帧比率以设置刷新频率来满足显示器的要求，通常为60Hz。在缩放过程中，由从模拟信号到数字信号的转换引起的信号退化可能被放大。此外，显卡不标准、线缆屏蔽性能差、连接器质量差也会降低信号的性能，导致整个数据转换过程出错，降低图像质量。

数字接口

在数字接口设备中，计算机数据可以不经数据转换直接发送到显示器。因为不再需要将数据转换成模拟信号，然后再恢复成数字信号，所以消除了与它们相关的可能误差。

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。可能成为数字接口标准的竞争标准包括:显示器用低压差分信号(LVDS)标准、PanelLink标准、传输最小差分信号(TMDS)标准和数字接口(DISM)标准。每一种提出的传输技术都有其优点，但在单一标准被采用和推广之前，计算机制造商仍然会关注那些可能会应用很长时间的方案。根据计算机行业的快速变化，几乎很难做出一个正确的。