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液晶显示器驱动方法及驱动电路探析
作者：陈建平
来源：《数字技术与应用》2011年第11期
摘要：液晶显示技术是20世纪的一项伟大发明，对于电子产品的普及起到了重要作用。本文简单介绍了液晶显示技术的驱动原理以及静态驱动和动态驱动方式两种LCD驱动方法的实现方法和特点。同时，介绍了一种点阵式驱动电路的图像优化的方法。并对两种驱动方式各自的优缺点和适用范围进行了比较和分析。 关键词：液晶显示 静态驱动 动态驱动
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)11-0213-01 1、引言
液晶显示技术是20世纪的一项伟大发明。相对于传统的显示器，液晶显示器具有重量轻、能耗较低、等优势。液晶显示器与集成电路（IC）的结合,对电子产品的快速普及起到了重要作用,对信息产业的迅速发展也起到了重要贡献。液晶显示器的类型主要分为两种：字段式和点阵式，驱动方法主要有静态驱动、被动矩阵驱动和主动矩阵驱动三种，而主动晶体管中，薄膜场效应晶体管液晶显示器(TFT-LCD)是目前应用较为广泛的一种，由于其性能优良，原材料成本低廉，是目前笔记本LCD的主流产品。本文介绍了一种TFT-LCD的驱动系统，基于通过旋转有序抖动算法，实现了高灰度值在低灰度面板上的显示。 2、驱动电路的工作原理及主要性能参数 2.1 驱动电路的工作原理
液晶显示由像素段电极和背电极上电位差产生的电场的光电效应产生的[1]。驱动方法主要分为静态驱动和动态驱动两种。静态驱动是将每个像素段的段电极分别引出，而另一端背电极接在一起，通过控制段电极和背电极的之间的脉冲而显示，这种驱动方式布线结构较为复杂，尤其是对于位数多的情况下，会造成外围电路布线困难，因此，很多情况下，尤其是点阵时LCD中不适合采用[2]。动态驱动的方法是在像素电极阵列中，横向将背电极接在一快引出，纵向将段电极接在一快引出，然后循环地对每个行电极和每个列电极施加脉冲，从而控制阵列的显示，相对于静态驱动，这种驱动方法更为常用。 2.2 动电路的主要性能参数[3]
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驱动电路的主要性能参数包括偏置和占空比。偏置指的是像素点（或像素段）熄灭后信号的幅值与未熄灭信号幅值之比。占空比指的是每个段显示的时间占整个显示周期的比。 3、驱动电路的实现
3.1 段式液晶屏EDS820的驱动实现
EDS820是一种5位8字的液晶显示器，驱动方式为静态驱动， 驱动时,引脚与单片机的I/O口相连接由单片机I/O的高电平或低电平输出控制每个引脚的显示。
段式液晶屏驱动选用的单片机一般为低端的单片机，例如51单片机系列、ATmeg48等。以下以89C52为例介绍通过I/O控制该液晶屏的情况，89C52的引脚包括电源和时钟引脚，程序控制引脚和I/O引脚，其中I/O引脚分为P0、P1、P2、P3四组8位I/O口，其中P0口使用时要接上拉电阻而P1口内部带有上拉电阻，没有高阻状态，使用时不用外接上拉电阻，P2和P3口和P1口类似，都是准双向8位I/O，内部带有上拉电阻，使用时不用外接上拉电阻。通过将P0、P1、P2、P3口加上合适的门电路与LCD的背电极和前电极连接即可控制LCD的显示。
3.2 点阵式液晶屏MT170EN01的驱动实现
点阵式液晶屏一般使用动态驱动的方法，相对于段式液晶屏，点阵式液晶屏的布线较为简单，但控制方法较为复杂，一般需要基于FPGA等高级微处理器。图1介绍了一个基于动态驱动控制的MT170EN01液晶屏的实现，该液晶屏是目前笔记本电脑等电子产品中广泛应用的一种液晶显示屏，大小为1280*1024点阵式液晶显示屏。
首先，AD转换器将VGA模拟信号转换成数字信号，然后输入到数据接收单元，数据接收单元将信号送至SDRAM控制器，由信号处理单元对信号进行优化处理，同时输出三路数字信号和同步信号，最后由FPGA控制电路把数字信号变为需要显示的时序的数字脉冲，控制液晶屏显示。
3.3 点阵式驱动电路中的图像优化
在图像传输帧调制的过程中，会造成图像细节的丢失，从而LCD显示的图像质量会受到一定的影响，通过旋转抖动的优化算法，可以提高LCD图像的分辨率，实现图像的优化。 将原始图像X抖动，可以产生图像D，叠加在原始图像上得到X’,经过量化得到一个质量较好的图像。旋转有序抖动算法是在抖动算法的基础上对抖动算法的改进，加入有序阈值矩阵,通过一系列的变换，使图像质量和分辨率得到很大程度上的提高。
通过这种旋转有序抖动算法，我们可以恢复帧调制过程中造成的图像细节的丢失，并且可以去除部分图像模糊，对图像质量的提高有着重要作用。
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4、结语
本文简单介绍了液晶显示技术的驱动原理以及静态驱动和动态驱动方式的实现方法，静态驱动方式实现简单，通过控制单片机的I/O口即可实现，对微处理器的性能要求较低，容易实现可通过单片机的引脚直接控制，但对于位数较多的情况下会带来布线大困难，因此具有一定的局限性，因此，该方法一般只用于低位的笔段式液晶显示中。相对于静态驱动方法，动态驱动方式外围电路的复杂度要大大降低，但控制方法较为复杂，对微处理器的要求较高，一般需要借助控制FPGA等高级处理芯片。在动态驱动的同时，通过FPGA等高级微处理器可以对图像进行优化，提高图像的分辨率，因此，动态驱动将越来越受到人们的青睐，目前，由动态驱动控制的薄膜场效应晶体管液晶显示器（TFT-LCD）以广泛应用于笔记本电脑、PC机、电视等家用电器中，是未来LCD发展的一个重要趋势。 参考文献
[1]鲍健,丁湘琳,孙力,等.用单片机直接驱动液晶显示器[J].量子电子学报,2005,4(8):650-652. [2]李维缇,郭强.液晶显示应用技术[M].北京:电子工业出版社,2000.
[3]杨虹,王刚,唐志勇,等.TFT液晶显示屏驱动方法的研究[ J].微电子学,2000,30(1):39-42.
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