彩色硅基液晶微显示器的驱动控制电路的研究与实现

摘要

随着计算机使用的便携化(甚至可穿戴化)、移动化、远程化、人机互动化，人们对于显示器件的微型化、便携化和高性能也提出越来越高的要求。特别是近几年来虚拟现实技术的发展、现代数字化部队的装备需要，以及可穿戴式计算机技术快速发展应用，使得微显示器件在这些领域占据了重要的地位。 硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)微显示技术，是一种新型的反射式液晶微显示技术，它把扫描驱动、时钟电路、存储器等周边驱动电路和液晶显示寻址开关矩阵集成在一块硅片上，提高了显示器件的紧凑性和可靠性，又通过调制每个像素对入射光(来自时序光源)的反射程度实现图像灰度显示，具有很高的开口率，可以获得高的显示分辨率，易实现大屏幕显示。目前，硅基液晶微显示技术已被应用在集成数字投影显示系统、军用头盔显示器、虚拟现实等方面。 本文对彩色硅基液晶微显示器的驱动电路作了研究，并依照三基色原理，采用场时序的方法设计了彩色硅基液晶微显示器的控制电路(显示控制器)。论文主要的研究成果和设计特点有以下四个方面： 1.研究了彩色硅基液晶微显示器的驱动电路。论文介绍了液晶显示器的常规有源驱动方式，针对其驱动电压高的缺点并结合彩色硅基液晶微显示器的要求，采用了一种低电压的驱动方式(公共电极场反转)，这种方式大大降低了驱动电路的电压。 2.分析了基于场时序的彩色成像方法。论文分析了几种彩色化方法及其优缺点，最后采用了场时序的彩色成像方法以实现硅基液晶微显示器的彩色显示。这种方法采用红、绿、蓝三基色脉冲光源组成不连续场时序光源，依次产生红色、绿色、蓝色光脉冲，然后利用人眼的视觉惰性合成彩色。 3.采用了四通道写入像素矩阵的方法。论文在实现硅基液晶微显示器的彩色显示时，为了减小时钟频率，采用了四通道写入像素矩阵的扫描寻址方式，即对每一个显示行在一个列时钟周期内，同时写入四个像素，这样可以使得像素的时钟频率降低四倍。 4.完成了彩色硅基液晶微显示器的系统结构中的显示控制器的设计。论文根据彩色液晶微显示器显示的扫描方式等方面的要求，将整个显示控制器分为四个单元进行了分析，采用Verilog HDL庑成硬件编程设计，并完成了控制器各个单元中的模块的功能仿真。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 课题的研究现状与发展趋势

1.3 论文的主要研究内容

1.4 论文结构

第二章微显示技术及硅基液晶显示技术

2.1 三类主要的微显示技术

2.1.1 自发光型微显示器

2.1.2 透射型微显示器

2.1.3 反射型微显示器

2.2 一种新型的反射式液晶显示技术——LCOS

2.2.1 硅基液晶显示芯片的工作机理及其电路结构

2.2.2 硅基液晶显示技术的优缺点

2.2.3 硅基液晶显示技术的主要应用

2.3 本章小结

第三章彩色硅基液晶显示器的系统构成

3.1 彩色硅基液晶显示系统的结构

3.1.1 LCOS芯片的简单分析

3.1.2 显示驱动控制电路结构的简单分析

3.1.3 时序光源

3.2 视频图像显示对彩色硅基液晶显示器的要求

3.3 设计中应考虑的主要显示性能指标

3.4 本章小结

第四章彩色硅基液晶微显示器的驱动电路和驱动方法分析

4.1 硅基液晶的驱动方式分析

4.1.1 常规的有源驱动方式

4.1.2 液晶的低电压驱动方式

4.2 彩色硅基液晶微显示器驱动电路分析

4.2.1 采用DRAM结构的LCOS模拟驱动电路

4.2.2 采用SRAM结构的LCOS数字驱动器

4.3 本文采用的采用硅基液晶微显示器的驱动电路

4.4 本章小结

第五章彩色硅基液晶微显示器控制电路的设计与实现

5.1 VGA时序分析

5.2 场时序彩色化设计

5.2.1 彩色化原理及分析

5.2.2 实现硅基液晶显示的场时序彩色化

5.3 显示控制电路的总体结构

5.3.1 显示控制电路的总体结构

5.3.2 显示控制器的总体模块

5.4 彩色序列控制器的设计及仿真分析

5.4.1 数据变换模块的设计

5.4.2 写地址发生器的设计

5.4.3 数据存储区的存储方案

5.5 扫描控制器的设计及仿真分析

5.5.1 读地址发生器的设计

5.5.2 读/写存储器控制单元设计

5.5.3 数据输出模块的设计

5.5.4 扫描时钟单元的设计

5.6 本章小结

第六章显示控制器的FPGA验证方案

6.1 验证系统的结构框图

6.2 验证系统主要部分的介绍

6.2.1 显示控制器部分

6.2.2 LED显示屏

6.2.3 其他器件的选择

6.3 本章小节

第七章结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢