微型显示技术在便携系统上的应用

人们一直要求体积对越来越小的便携式显示器，以便能放进口袋或手袋中。早期手机上使用的是1寸至1.8寸单色LCD，现在则使用1.5寸至2.2寸彩色无源矩阵LCD。按目前的发展趋势,不久的将来手机将使用2寸至2.5寸显示器，而袖珍数码相机则用2.8寸显示器。
便携式显示器将朝着高分辨率及色彩更鲜艳的方向发展，在同样大小的屏幕上亦要比同类型产品显示更多的信息和高质量的图像。由于人类眼睛的局限性，有人认为提高分辨率只是在改善了图像的平滑度，相对效益较少。
微型显示器的面板象素可以比主动矩阵TFT LCD 小很多，它能够产生高分辨率的图像，亦没有屏幕实质尺寸的局限。它的尺寸可以做到一角硬币甚至是一粒米的大小，同时微型显示器的耗电量也比同类型产品明显较小。而且，在一个适当的视觉范围内，他们又可以产生一个与大尺寸显示器一样又大又清晰的虚拟图像。一个VGA（640xRGBx480）的微型显示器一般只是1/2寸（对角线）。
随着光学系统的发展，及使用高衍射的材料的镜片，掌上型显示器将变得越来越小。利用光学则解决了微型显示器本身的尺寸限制。例如，许多流行品牌相机或可携式摄像机的取景器（EVF）可与高平的微型显示器结合使用。微型显示器的图像也可以投放到一个平面上。实际上，所有便携式设备上的普通显示面板都能被微型显示器所取代。


图1 虚拟显示器的优点


图2 微显示取景器

图3 微型显示器在终端产品的应用

由于微型显示器的出现，新的应用也变得有可能。当戴上视频头盔，微型显示器能在两个微型显示器面板上同时提供影像到双眼，这种新的移动视频技术可用于微型影院。像Icuiti, Eyeneo 和 Oriscape 等公司建议与高平 公司提供设计开发用于个人DVD放映的微型显示器的眼镜产品。
这个技术也可以用来进行三维放映。设想使用两个显示相机放映两种不同的图象到左眼及右眼，所产生的三维空间会让人有亲临其境的感觉。这是一般平面影象显示面板所不能达到的。除了三维微型影院外，头戴式显示技术也可用与三维游戏和模拟。微型显示产品与数据结合使用将会促进新的应用模式的产生，如使用数码无线设备或其他的便携式电子设备察阅电邮和浏览网页。

图形控制芯片——微型显示器的主脑
不同的视频微型显示器需要不同的信号去控制同步和视频输入。他们要求有可编程的同步控制器、图像分级及反交错功能来与主机的或MCU /DVD视频接口。多数情况下，需要专门的FPGA、时序同步ASIC 或DAC。对于电子消费者和下一代的移动视频设备，显示器的多用性和成本是主要的考虑因素。今天，微型显示控制芯片已可以有效地解决这些问题。OEM 将简化系统架构与硬件设计。图4是简化了的功能结构框图。
对于一般的图象或视频，界面信号常常使用NTSC/PAL数字YUV或数字RGB。有些DSP 或MPEG芯片可以支持BT-601或BT-656格式的数字YUV信号等多种格式，而一般的MCU只能通过普通的TFT 面板支持单一的RGB界面信号。微型显示器的特殊同步或界面信号不用理会微型控制器或DSP，产品系统设计者可以轻松通过微型显示器完成所需要的设计或界面效果就象普通的显示器一样。

图4 晶门科技微型显示图片控制器SSD1502 或SSD1503结构框图


图5 微型显示器的数字视频输出界面结构框图


图6 微型显示器的RGB数位输出界面结构框图

设计者可以在没有高效的MCU或DSP的情况下，在一般的应用上通过使用I2C 或 SPI 安装微型显示器，I2C是非常普遍的，而SPI也是常被用在高速主机上用来进行高速系统连接。下面通过两个具有代表性的图表说明晶门科技的微型显示图形控制器在便携系统上的应用：
图5所示的架构可使用于便携式DVD播放机、掌上TV、监视系统、相机镜头等很多的视频相关方案。由于视频输入可有正方形或矩形的不同象素，所以在显示器上必须进行缩放来配合屏幕分辨率。如果输入信号是交错的PAL或NTSC的输入，芯片也可以实施反交错功能。不同的输入信号格式中也包含了YUV和RGB颜色间隔转换。
通过用于PDA的MCU，一般的电脑图像、2D/3D游戏、JPEG或MPEG的档案，都可以依照图6所示的结构进行显示。这类微型显示应用系统可应用于移动电话、数码相机、GPS显示器、PDA或电脑屏幕。

先进的系统使电池寿命延长8倍
除了方便使用外，低功耗是评鉴便携系统，特别是显示驱动系统的另一个指标。对于一般3.8寸 VGA的TFT LCD 面板、相关的CCFL背光板及面板的驱动线路，功耗大多是800mW（依赖于所使用的结构），而且大部分的功耗都在背光部分。可是，一个VGA 微型显示器，其显示区域非常小（少于0.5寸），LED 背光源和有效光显示区域也很小，使驱动消耗明显降低。Kopin的大多数显示器的消耗量是25 mW左右，这正符合便携电子系统软件对延长电池寿命的低功耗的需求。
使用头戴视频显示器可以有效降减少周围环境的影响。因此，背光源无须很亮。晶门科技的微型图像控制芯片能够调节背光源，使其达到适合的亮度。微型显示器与背光源的总驱动功耗仅100mW。在阅读文件或浏览网页时，系统大多是应用在浏览内容，其他部分则可以处于待机状态。显示器的功耗将直接影响电池的使用寿命。概括而言，微型显示技术可以有效延长电池的寿命达8倍以上。

的色彩和优质的视频
微型图像控制芯片内拥有三个高分辨8-bit视频DAC，其产生的颜色与实际一样亮丽逼真。DAC输出电流可以通过外部的电阻进行调整，以配合不同装载及阻抗要求。
微型显示图像控制器可以通过对Gamma进行调整，以搭配不同的彩色显示器面板的配置。当一些类型的微型显示器可能需要与现有设计不同的Gamma曲线时，也可以通过这个特性进行调节。面板的颜色也可以根据不同的终端客户的设定参数进行调节。
另外一个改进的特征是当输入信号是NTSC 或 PAL交错信号时，芯片将激活集成的反交错算法来产生一个更平稳、流畅的视频。

三维立体显示
在三维空间影象，芯片的混合逻辑包含立体三维 内容支持。当一个视频信号输入，微型显示器能够在两个不同的微型显示面板上呈现三维立体图片或视频。加上微型显示产品体积细小轻巧，和微型显示控制芯片只须配合极少量的零件，三维立体视象眼镜便能实现了。微型显示器可以通过一个输入视频信号产生立体的3D图象，这可以用少的互相联络信号线连接主机与3D屏幕。此外，通过简单的寄存器配置，可选择进行面性立体3D或线性立体3D。
个别的PC显示卡也可以支持微软的Direct 3D现有的3D内容。通过视角的两个视差点重建整个3D场景，显示卡软件API驱动器可以提供这种立体3D视频输出。现有的3D游戏程序，像汽车竞赛、计时战略、运动、球类游戏及城市建筑等，都可以运用微型显示系统显示出3D立体影像。

结语
随着微型显示技术的不断发展，微型显示器越来越被更多的消费者所接受。结合完善的芯片技术支援，微型显示器将会变得越来越有竞争力。■