Die Atmegas kommen mit veränderlicher Spannung ja halbwegs gut zurecht (siehe Datenblatt), aber bei LC Displays hast du immer das Problem, dass der Kontrast bei wechselnder Spannung stark schwankt. Um da nicht ständig nachregeln zu müssen (und auch weil manche LCDs pingelig sind mit den 5V, die sie wollen), würde ich schon mit LowDropRegler oder anders auf 5V regulieren.
Wenn ausser für Atmega und Display nicht viel Strom benötigt wird, könnte man evtl auch mit einem kleinen StepUp-Wandler etwas machen (zB LT1615-1).

Gruesse von der Katze