一、概述

　　 液晶的發(fā)現(xiàn)可追溯到19世紀(jì)末，1888年被奧地利植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)。它是一種在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)既不同于固態(tài)、液態(tài)，又不同于氣態(tài)的特殊物質(zhì)態(tài)。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(dòng)性。一般可分熱致液晶和溶致液晶兩類(lèi)。顯示應(yīng)用領(lǐng)域使用的是熱致液晶，溫度低了，出現(xiàn)結(jié)晶，溫度高了，就變成液體。液晶顯示器件(LCD)所標(biāo)注的存儲(chǔ)溫度指的就是呈現(xiàn)液晶態(tài)的溫度范圍。液晶由于它的各向異性而具有電光效應(yīng)，尤其是具有扭曲向列效應(yīng)和超扭曲效應(yīng)，因此，可以制造出不同類(lèi)型的顯示器件，可直接與大規(guī)模集成電路結(jié)合開(kāi)發(fā)出一系列具有便攜顯示功能的產(chǎn)品。液晶顯示器件誕生至今不過(guò)二十多年，產(chǎn)品已經(jīng)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(jīng)成熟普及。鐵電型（FELCD）和多穩(wěn)態(tài)型液晶顯示（MLCD）開(kāi)始出現(xiàn)，其產(chǎn)品壽命大約為10,000至15,000個(gè)小時(shí)。

二、常用液晶屏分類(lèi)

　　液晶顯示器件有以下特點(diǎn)：①低壓微功耗；②平板型結(jié)構(gòu)；③被動(dòng)顯示（不怕光沖刷、無(wú)眩光，不刺激人眼）；④顯示信息量大（像素小）；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(zhǔn)確的復(fù)現(xiàn)）；⑥無(wú)電磁輻射和X射線（利于信息保密，對(duì)人體安全）；⑦長(zhǎng)壽命（液晶背光壽命有限，不過(guò)可更換背光部分）。

　　幾種常見(jiàn)液晶類(lèi)型的原理。

　　(1) TN（Twist Nematic）即扭曲向列型液晶。將涂有透明導(dǎo)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(xù)扭轉(zhuǎn)90°。然后上下各加一偏光片，底面加上反光片，基本就構(gòu)成了TN型液晶。

　　(2) STN（Super TN）型液晶，跟TN型結(jié)構(gòu)大體相同，只不過(guò)液晶分子扭曲180°，還可以扭曲210°或270°等，特點(diǎn)是電光響應(yīng)曲線更好，可以適應(yīng)更多的行列驅(qū)動(dòng)。

　　(3) TN或STN型液晶，一般是對(duì)液晶盒施加電壓，達(dá)到一定電壓值，對(duì)行和列進(jìn)行選擇，出現(xiàn)“顯示”現(xiàn)象，所以行列數(shù)越多，要求驅(qū)動(dòng)電壓越高，因此往往TN或STN型液晶要求有較高的正極性驅(qū)動(dòng)電壓或較低的副極性電壓，也因?yàn)槿绱?，TN和STN型液晶難以做成高分辨率的液晶模塊。

　　(4) DSTN(Double STN)液晶，上下屏分別由兩個(gè)數(shù)據(jù)通道傳送數(shù)據(jù)，由于很多液晶屏內(nèi)部增加了驅(qū)動(dòng)電源的變換部分，所以無(wú)需外部輸入高驅(qū)動(dòng)電壓，通?？梢詫?shí)現(xiàn)單電源供電。STN(DSTN)液晶只可以實(shí)現(xiàn)偽彩色(一般人眼可以分辨218色即262144色，所以達(dá)到218色和超過(guò)218色的被稱(chēng)之為真彩色，否則稱(chēng)之為偽彩色)顯示，可以實(shí)現(xiàn)VGA、SVGA等一些較高的分辨率，但由于構(gòu)成它們的矩陣方式是無(wú)源矩陣，每個(gè)像素實(shí)際上是個(gè)無(wú)極電容，容易出現(xiàn)串?dāng)_現(xiàn)象，從而不能顯示真正的活動(dòng)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(gè)像素點(diǎn)上設(shè)計(jì)一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管，這樣就容易實(shí)現(xiàn)真彩色、高分辨率的液晶顯示器件?，F(xiàn)在的TFT型液晶一般都實(shí)現(xiàn)了18bit以上的彩色(218色)，在分辨率上，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)VGA(640×480)、SVGA(800×600)、XGA(1024×768)、SXGA(1280×1024)甚至UXGA(1600×1200)。

　　液晶顯示模塊（LCD Module）簡(jiǎn)稱(chēng)“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(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件。

三、選型注意事項(xiàng)

　　液晶屏的選型包括LCD類(lèi)型、品牌與價(jià)格、供貨、分辨率與尺寸、溫度與亮度、接口方式等關(guān)鍵指標(biāo)。常見(jiàn)液晶分為以下幾類(lèi)：段式、字符型和圖形點(diǎn)陣。段式液晶的每字為8段組成，即8字和一點(diǎn)，只能顯示數(shù)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(nèi)容固化在指定的位置。字符型液晶用于顯示字符和數(shù)字的，也可用上述方法顯示少量字符、漢字。

　　TN類(lèi)液晶用于生產(chǎn)字符型液晶模塊；STN(DSTN)類(lèi)液晶模塊一般為中小型，既有單色的，也有偽彩色的；TFT類(lèi)液晶，則從小到大都有，基本上為真彩色顯示模塊。除了TFT類(lèi)液晶外，一般小液晶屏都內(nèi)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(dòng)態(tài)顯示漢字和圖形需要選擇圖形點(diǎn)陣式液晶，如果使用單片機(jī)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(nèi)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?qū)挏兀?20℃～70℃范圍以外），很多字符型液晶及小圖形點(diǎn)陣液晶有常溫型和寬溫型的，而大圖形點(diǎn)陣的液晶寬溫型比較少見(jiàn)。

　　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(guò)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(lèi)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(lèi)產(chǎn)品，其亮度可以高達(dá)1000 cd/m2以上。

　　根據(jù)筆者調(diào)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(guó)內(nèi)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(shù)支持，其產(chǎn)品分類(lèi)可見(jiàn)本文附錄。

　　EPSON公司可以提供針對(duì)各類(lèi)顯示屏的圖形控制接口芯片，這些芯片可以為開(kāi)發(fā)者提供極大的方便，大大減少了開(kāi)發(fā)周期和代價(jià)，并且可以使最終產(chǎn)品具有非常靈活的使用范圍。例如該公司最新推出的SED13545556系列產(chǎn)品，可以使需要顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送到該芯片，根據(jù)寄存器設(shè)置，可以驅(qū)動(dòng)包括數(shù)字RGB、模擬RGB和普通視頻接口的各種顯示器件。具體型號(hào)和技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)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(lèi)，因?yàn)橐壕楸粍?dòng)發(fā)光型顯示器，所以必須有外界光源才會(huì)顯示，透射式液晶必須加上背景光，反射式液晶需要較強(qiáng)的環(huán)境光線，半反半透式液晶要求環(huán)境光線較強(qiáng)或加背光。液晶的背景光通常有三種：LED、EL和CCFL(冷陰極發(fā)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(qiáng)電場(chǎng)的作用下，依靠離子轟擊由鎳、鉭和鋯等金屬組成的電極來(lái)發(fā)射電子，使汞原子激發(fā)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(fā)管壁上的熒光粉涂層而發(fā)光。因熒光物質(zhì)的組成材料不同，故能發(fā)出不同顏色的光。它具有高亮度、高效率、低能耗、長(zhǎng)壽命，以及長(zhǎng)時(shí)間有效發(fā)光等優(yōu)點(diǎn)。防震性能好，可重復(fù)亮燈熄滅，可在低溫下自如啟動(dòng)。與熱陰極型熒光燈相比，發(fā)熱量低且管徑細(xì)小，可方便作為各種液晶顯示屏的照明用光源。

　　字符類(lèi)液晶一般為L(zhǎng)ED背光，以黃顏色（紅、綠色調(diào)）為主。一般為 + 4.2V驅(qū)動(dòng)。LED背光壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。
單色STN中小點(diǎn)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(diǎn)，需要高壓交流電驅(qū)動(dòng)，以黃綠色（紅、綠、白色調(diào)）常見(jiàn)。是功耗最低的一種背光。一般用400～800Hz、70～100V的交流驅(qū)動(dòng)，建議使用專(zhuān)業(yè)逆變電源驅(qū)動(dòng)，如：SDEC1003。

　　中大點(diǎn)陣STN液晶和TFT類(lèi)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(lán)色調(diào)）。300V以上的交流驅(qū)動(dòng)，建議使用日本TDK公司專(zhuān)用逆變電源，如：CXA-L10A、CXA-L10L等。

五、觸摸屏介紹

　　目前觸屏的制造商包括美國(guó)的ELO、MicroTouch、Keytec公司；英國(guó)的Intasolve公司；日本的Minato和Carrolltouch、中國(guó)臺(tái)灣的Ingenious Technology公司等，主要面向電阻、電容和表面聲波屏。中國(guó)內(nèi)地開(kāi)發(fā)紅外觸屏的主要有北京匯冠。五線電阻屏較為流行的是美國(guó)Elo和Microtouch品牌。四線電阻屏較流行的是中國(guó)臺(tái)灣的四線電阻屏和內(nèi)地南方的國(guó)產(chǎn)四線電阻屏。

　　1、電阻式觸屏

　　（1）四線觸屏的原理和控制

　　四線式觸屏的控制主要由A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)，一個(gè)二極管(D1)和四個(gè)開(kāi)關(guān)管（Q1、Q2、Q3、Q4）組成。在觸屏不處在觸摸狀態(tài)時(shí)，將Q1、Q2、Q3置為截止態(tài)，Q4為導(dǎo)通。一旦出現(xiàn)觸摸動(dòng)作，觸屏經(jīng)由D1產(chǎn)生一中斷信號(hào)給MPU，MPU立即使Q1導(dǎo)通，在X軸方向上形成電流回路，啟動(dòng)ADC的CH0通道經(jīng)由Y1即可讀到X軸的坐標(biāo)值；同樣關(guān)閉Q1和Q4，打開(kāi)Q2和Q3，啟動(dòng)ADC的CH1通道經(jīng)由X1可讀到Y(jié)軸的坐標(biāo)值。用戶購(gòu)買(mǎi)觸屏?xí)r，可直接選配控制器，常見(jiàn)控制器接口有COM串口、PS/2和PC-BUS幾種類(lèi)型，一般廠家可提供DOS、WINDOWS9X和WINDOWSNT的驅(qū)動(dòng)程序。

　　常見(jiàn)ADC有：①M(fèi)AXIM公司的MAX1249或MAX1247-四通道12位A/D轉(zhuǎn)換器，串行輸入輸出，帶內(nèi)部時(shí)鐘；低功耗，轉(zhuǎn)換速度為133ksps。②TI公司的ADS7843/7846—內(nèi)置一只二極管用于中斷通道和四個(gè)開(kāi)關(guān)管，開(kāi)關(guān)狀態(tài)通過(guò)控制字設(shè)置，串行輸入輸出。③MICROCHIP公司的PIC16C71X系列帶MPU、EPROM、RAM、8位4通道ADC、13個(gè)I/O口及4個(gè)中斷口的微處理器，在線串口編程。

　　（2）五線電阻觸屏

　　五線電阻觸屏除具有四線觸屏的特點(diǎn)外，還具有高分辨率和高速傳輸反應(yīng)、只需一次校正、穩(wěn)定性高、MTBF(單點(diǎn)點(diǎn)擊)＞3500萬(wàn)次等特性。

　　常見(jiàn)ADC有TI公司的ADS7845—12位A/D轉(zhuǎn)換器，最高到125kHz的轉(zhuǎn)換率。

　　2、表面聲波觸屏

　　表面聲波觸屏的觸屏部分是一塊強(qiáng)化玻璃板，安裝在屏幕的前面。玻璃屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個(gè)相應(yīng)的超聲波接收換能器。玻璃屏的四個(gè)周邊則刻有45°角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。工作原理以右上角的X軸發(fā)射換能器為例：發(fā)射換能器把控制器通過(guò)觸屏電纜送來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲波能量向左方表面?zhèn)鬟f，然后由玻璃板下邊的一組精密反射條紋把聲波能量反射成向上的均勻面?zhèn)鬟f，聲波能量經(jīng)過(guò)屏體表面，再由上邊的反射條紋聚成向右的線傳播給X 軸的接收換能器，接收換能器將返回的表面聲波能量變?yōu)殡娦盘?hào)。當(dāng)手指或其他能夠吸收或阻擋聲波能量的物體（不能為堅(jiān)硬的物體）觸摸屏幕時(shí)，X軸途經(jīng)手指部位向上走的聲波能量被部分吸收，控制器再根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算出手指的位置。除了能響應(yīng)X、Y坐標(biāo)外，它還響應(yīng)Z軸坐標(biāo)，也就是能感知用戶觸摸壓力大小。其主要特點(diǎn)是：性能穩(wěn)定、反應(yīng)速度快、清晰美觀、抗暴、超高透光率，觸摸準(zhǔn)確，但容易受灰塵和水的干擾。主要為國(guó)產(chǎn)TPS觸屏和進(jìn)口ELO觸屏兩種。

　　3、電容式觸屏

　　電容式觸屏是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，雙玻璃設(shè)計(jì)能徹底保護(hù)導(dǎo)體層及感應(yīng)器。此外，在附加的觸摸屏四邊均鍍上狹長(zhǎng)的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。用戶觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場(chǎng)，手指與導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)“耦合電容”，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流的強(qiáng)弱與手指及電極間的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。其特點(diǎn)為觸摸準(zhǔn)確度較高，抗干擾能力較強(qiáng)（但怕靜電干擾）。主要代表為美國(guó)MicroTouch公司。

　　4、紅外線觸屏

　　該技術(shù)是指通過(guò)紅外線發(fā)射與接收感測(cè)元件在透明介質(zhì)上形成紅外線探測(cè)網(wǎng)，利用觸摸體阻隔紅外線的工作方式進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)定工作的技術(shù)?，F(xiàn)在的紅外觸屏在技術(shù)性能參數(shù)上已基本達(dá)到其他觸屏的水平。紅外線式觸屏安裝簡(jiǎn)單，只需為顯示器加上光點(diǎn)距架框，無(wú)需在屏幕表面加上涂層或接駁控制器。光點(diǎn)距架框的四邊排列了紅外線發(fā)射管及接收管，在屏幕表面形成一個(gè)紅外線網(wǎng)。用戶以手指觸摸屏幕某一點(diǎn)，便會(huì)擋住經(jīng)過(guò)該位置的橫豎兩條紅外線，計(jì)算機(jī)便可即時(shí)算出觸摸點(diǎn)位置。外界光線變化，如陽(yáng)光或室內(nèi)射燈等均會(huì)影響紅外線觸屏的準(zhǔn)確度，且它不防水及污物，甚至細(xì)小的外來(lái)物也會(huì)導(dǎo)致誤差，不適宜放置于戶外。