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光電/顯示技術  

新技術引領下一代顯示器革命

上網時間: 2016年04月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:TLA  COG  RGB  QVGA  螢幕 

作者: David Parsons,Renesas Electronics顧問

行銷團隊不斷地要求工程部門能夠在下一代產品中採用具有更優質影像的大尺寸顯示器。對於咖啡機、烤箱、工廠自動化與家用鍋爐等諸多應用而言,這一需求確實存在,當然也為工程團隊帶來有趣的全新挑戰。

如何在應用中配置顯示器?

讓我們先來看一下在選擇顯示器時會有哪些選項。在這一產業中經常用到許多「三個字母的縮寫詞」(TLA),雖然都很簡單,但有時也容易引起混淆。

相信在工程界的每位從業人員都十分熟悉液晶顯示器(LCD)這一概念;即使日後轉任其他工作崗位或從事「銷售」工作,也仍會記得曾經在實際工作中使用搭載LCD顯示器的設備。

其實它的基本原理很簡單。在兩個偏光層中間夾帶一層液晶(夾角90度),如果沒有液晶,就無法讓光線穿過。

然而,液晶採用一種螺旋模式排列,從而在兩偏光層之間旋轉光的偏振,這意味著所有光線可以從中穿過。當在液晶中導入電荷時,液晶會展開或加以調整,而不再旋轉光振,此時液晶會呈現黑色。

這種「扭轉」配向是LCD中最常見的內部配置,也就是「扭轉向列型液晶顯示器」(TN-LCD)的來源。「向列型」只是一種用來描述液晶實體狀態的方式。

彩色顯示器的配置是在每畫素採用三個獨立的LCD單元,並分別為每個單元配置紅色、綠色或藍色的濾光片。接著,當畫素以行與列的矩陣方式排列時,在每列畫素施加電壓並以行為基底時,即可開啟或關閉一個特定的畫素。

然而,這種方法的問題出在大尺寸螢幕上,當同時切換某一列與另一行中的幾個畫素時,通過矩陣的電荷傳播存在較長延遲,此外,電荷分佈在此矩陣時也會導致較差的對比度。

利用「超扭轉向列型」液晶顯示器(STN-LCD)模組可望在某種程度上解決這個問題。在STN螢幕中,採用的是「超級扭轉」或270度扭轉的液晶來取代90度旋轉的液晶。然而,它仍然打造了一種具有帶電列與基底行的矩陣,也稱為被動式矩陣,但仍存在著前面提到的固有限制。

至於主動控制模式,則提供了更好的對比度以及更快的響應時間。在主動式LCD系統中,每一個LCD單元都配置專用的電晶體,因此,電晶體控制著單元或畫素的切換。這使得「薄膜電晶體液晶顯示器」(TFT-LCD)一詞應運而生——這種由薄膜電晶體控制的LCD螢幕是當今圖形顯示應用中最常見的螢幕。

市場上還有一種尚未廣泛普及的顯示器技術替代方案——有機發光二極體(OLED)顯示器。基本上這是一種LED矩陣,每畫素配置1個OLED。相較於其他以LCD為基礎的產品,OLED顯示器具有更低功耗、更輕且可設計在軟性表面上的優點。然而,目前這種技術的製造製程代價高昂,顯示器中的藍色元件壽命較有限,因而延緩了大規模導入市場的進程。

當然,還有一些重要的其他替代技術也尚未廣泛應用:

EPD:即電子紙,用於電子書閱讀器以及一些手錶中,但並不適於嵌入式或非消費領域。

LCoS:矽基液晶,用於「近眼」設備或投影儀,但市場尚未起飛。

PDP(或電漿):用於舊式、大尺寸的顯示螢幕,但正迅速被LCD或LED取代中。

顯示器驅動

現在,我們瞭解螢幕顯示影像的原理以及各種顯示技術的差異。接下來讓我們看看如何實際驅動螢幕。對於較小的螢幕,往往採用被動控制系統,經常可以看到採用新的COG(玻璃上晶片)技術,其中LCD的驅動IC實際上整合於面板的玻璃中。

這樣能夠有效降低較小螢幕的成本。大多數情況下,這些螢幕包括一個附加的印刷電路板,其中包含螢幕的控制機制,另外還可以包含一個觸控介面控制器。

以顯示器來看,還有其他兩個選項:顯示模組和標準顯示器。正如你想像的,完整模組包括保存螢幕顯示影像資料所需的記憶體,通常是一個簡單的SPI介面。

我們並不打算探討這方面的更多細節,但可以肯定地說,雖然它們的價格比標準顯示器略高,但更有助於為新手用戶提供更簡單的解決方案。

(下一頁繼續:更多顯示器驅動…)


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