留学生北京户口放弃:TFT显示与XGA显示那个更好一些

由于 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 LCD 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 480×234 或 320×96 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，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（256×256×256=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。应考虑这些折衷，这会有帮助。例如，想一想为什么为了驱动 TFT，某个设计就需要来自电脑视频卡、单板电脑或其它视频电子设备的 RGB 输出。也许你需要一个标准的 RGB 输出，来驱动 CRT 或投影系统，或者你需要 TTL 或 LVDS 接口上的一个 RGB 输出，这是为了实施的简便或驱动更长的电缆。不论哪种情况，只要你没有使用 TTL 或 LVDS 接口，你就增加了额外的成本，这是因为你必须使用单独的控制器、转换板或系统。不过集成式显示器是这一规律的例外。
集成式显示器是为特殊应用而设计的 TFT（图 6）。这种显示器在 TFT 模块中包含了额外的电子部件，以减少 TFT 工作所需的外部元件数量。这些电子部件可能包括 CCFL（冷阴极荧光灯）逆变器、直流/直流转换器和一个支持不同输入信号的 TFT 控制器。DVI、NTSC、PAL、模拟式 RGB 和数字式 RGB 只是你可能会发现的其它输入中的几种而已。一些集成式面板甚至支持多种输入类型，比如模拟式 RGB 和 NTSC/PAL。
协调工作
最后，想一想显示器、电源和控制部分如何一起工作。图 6、图 7、图 8 和图 9 给出了一些使用 TFT 的典型应用和你需要考虑的其它相关事项。
图 6 显示了一种带有 NTSC 视频输入端的集成式 TFT。一种典型用途也许是车载视频娱乐系统，你可以在该系统中把 DVD 播放机、录像机和卫星接收器连接到显示器。在这种应用中，空间、成本和对宽温度范围的容忍是重要的设计准则。这种应用的设计人员也许更愿意选择完整的包，因为他们担心如何以及在何处实施驱动器板和逆变器板。

图 7 显示的系统与图6类似，不过没有集成式 TFT。在这个例子中，一种现货控制板把复合视频和模拟式 RGB 视频输入转换为 TTL 或 LVDS 信号，然后非集成式 TFT 使用这些信号。一块“按钮板”连接到控制板，来提供干触点按钮，这些按钮调节控制器的各项屏幕显示参数，比如亮度、对齐、对比度和颜色平衡。
图 8 描绘了一种单板电脑。许多单板电脑既支持直接连接 TFT，又支持标准的 RGB 电脑视频输出。本例使用单板电脑的 TFT 接口（不论是 TTL 或 LVDS）来连接 TFT 面板。一些单板电脑具有额外的输入端，本例包含一个可选的 DVI 连接。CCFL 逆变器尽管是单独模块，也连接到了这台单板电脑，电脑为逆变器供电，并提供模拟信号或基于 PWM 的信号，用于减弱 CCFL 管的亮度。这台单板电脑以一套双电源为整个系统供电，该电源还为任何连接到这台单板电脑的 IDE 驱动器供电。
最后这个例子描绘了完全的嵌入式系统（图 9）。在这种情况下，TFT 控制器可以是单独的芯片，或者包含于 SOC、FPGA 或系统微控制器中。它可以使用主存或单独的帧缓冲存储器来存储图形和文字。该控制器可以直接驱动 TFT，或者需要额外的驱动器缓冲器逻辑电路。与单板电脑例子一样，CCFL 逆变器连接到嵌入式系统，如果该系统使用的 CCFL 逆变器支持亮度减弱功能，那么它就允许电源排序，以及通过模拟式或 PWM 亮度减弱控制来减弱 CCFL 的亮度。
考虑一些细节问题
虽然前面已经讨论了选择和使用 TFT显示器的重点内容，不过还有几点细微之处值得一提，它们对于你的应用和 TFT 选择过程也许很重要。首先，对比度是 TFT 能够显示的最黑的黑色和最白的白色之间的比例。该比例越高，浅色和深色混杂就越少，图像就更鲜亮、更明快。不过，较高的对比度会增加成本。
第二个细节是坏像素。即使是非常好的 TFT 也会有坏像素或丢失像素。虽然这个概念听起来可能有些怪，但是每家 TFT 制造商都应该制定自己的质量控制流程。显示器中有数十万个像素，各家制造商都应确定自己觉得能够接受的失效像素是多少，这个数量是从零个失效像素开始的。例如，一台 10.4 英寸 SVGA（800×600 像素）显示器有 480,000 个像素，最多可能允许 9 个坏像素，比例低于 0.002%。进一步而言，制造商们可能会规定这些坏像素不能彼此相邻，目的是防止看得见的“洞”。对于极高的设计要求，TFT 厂商也许会做“箱式排序”（对显示器分级或排序，把缺陷降到最低）来达到优质，因此，除非你已询问过某家厂商，否则请不要把这家厂商排除在外。

视角是一个可能存在的问题，尤其是在形状奇特的 TFT 或小型 TFT 中。视角告诉设计人员，显示器当初是设计为从哪一点来观看的（图 10）。普遍的观点是 12 点、3 点、6 点和 9 点。想象一下，一条中线垂直于显示器表面，比如时钟的中心。视角规定：最佳观看点是在该中心点稍微偏上、偏下、偏左、偏右的点。这并不意味着你无法从其它角度观看，只是意味着它是该 TFT 设计的最佳观看点。想象一下，一个人坐在膝上型电脑前面，这个人通常坐在比这台设备稍高一些的位置，俯视屏幕。由于这个原因，膝上型电脑的视角都是 12 点。PDA 可能具有 12 点或 6 点的视角，这是因为你可能会拿着它，从上面或下面看屏幕
另一方面，机架安装式设备、车载 GPS 系统或医疗设备的显示器可能需要 3 点或 9 点视角来达到最佳性能。
假如你正在研制针对便携式系统或电源有限设计的应用，你也许需要考虑电源。与无源 LCD 相比，TFT 耗电更多，可能需要电源排序。另外，TFT 的耗电量是动态的，因为它根据显示的图像而或多或少地用电。多数 TFT 数据表详细说明了最大耗电量或基于各种测试的耗电量，通常采用镶嵌模式，目的是提供平均额定功率。这些信息不是想阻止便携式系统设计者使用 TFT，它只是在选择过程中需要考虑的另一件事情而已。
一些显示器，通常是小型 TFT，需要额外的芯片，比如定时 IC、灰度发生器和直流/直流转换器电路。在 PDA 和其它手持设备等空间有限的应用中，通过把额外 IC 从 TFT 的模块中去掉，并把它们与其它电路组合起来或移到 ASIC 或 FPGA 中，从而节省空间，这是很有意义的。这么做可以实现更小、更紧凑的 TFT 面板。在评估小型 TFT 时，应牢记这个事实。你也许需要询问显示器供应商，TFT 是否包括所有部件，或是除了通常的 TFT 接口要求以外，你还将需要额外的 IC。

在室外应用、航空电子应用或针对极端环境的应用中，温度和压力是人们关心的话题。在热、冷或偏离正常压力的情况下，TFT 和 CCFL 管可能全部或部分失效，或性能很差。在涉及极端环境的应用中，有件事情很重要，那就是咨询 TFT 制造商。虽然一些面板是为很宽的温度范围设计的，比如在汽车应用或手持应用中的那些面板，但是只有很少的数据表给出了有关压力极值的信息，比如针对无加压航空电子应用的适用性。然而，假如你找到了完美的显示器，而它并不满足这些需要，那么你可以通过使用加热器、冷却器和加压外壳来克服温度和压力问题。
电缆是人们常常忽略的 TFT 部件。虽然 TFT 制造商试图对连接器建立标准，不过直到最近都没有出台正式协议或规范。一些 TFT 电缆和连接器有很高的最少订货量要求，因为它们很难制造，或需要昂贵的设备来填充这些小小的、多管脚的连接器。第三方电缆制造厂或电子产品分销商有时会对你有所帮助。
SPWG（标准面板工作组，www.spwg.org）是一个值得注意的标准化源头机构，这是一个多家公司组成的协作组织，宗旨是推出正式的 TFT 机电标准。SPWG 并不规定光学特性或性能特性，把这些留给各个 TFT 制造商处理，而由它来支持所有 TFT 制造商降低成本和保持设计中的便携性的工作。
多数电子产品分销商会与“第三方增强”公司密切合作，来为他们销售的 TFT 提供和协调各种附件、电缆工具包和增强件。很多分销商还设立了专门的部门或业务单位，与客户、TFT制造商和第三方组织合作，从而在挑选和使用 TFT 时，提供可能的最好服务。
当你可以花更少钱购买完整的 LCD 显示器，并可以去掉你原本需要的各种零件时，为什么还要为 TFT 掏钱呢？首先，LCD 显示器制造商要么自己制造 TFT，要么大批采购 TFT，从而降低了成本。由于 LCD 显示器供应商们不断重新设计各自的产品来降低成本并增加功能，因此无法保证你现在使用的 LCD 显示器未来也带有同样的零件。另外，还要考虑把 TFT 完好无损地从显示器中拆下来并再次使用所涉及的时间和人力。最后，假如你真的遇到问题或疑难，那就几乎没有或根本没有办法来做质量控制，或得到有缺陷面板的 RMA（退回材料授权），或更换材料。
虽然 TFT 不是终极显示器技术，但它们很流行，随时可以获得，成本效率高，并且容易选择和用于设计中，因而是一种很好的选择。