LCD驱动IC诸元趋势分析
责任编辑:chineselng    浏览:20883次    时间: 2008-04-07 19:47:53      

免职声明:本网站为公益性网站,部分信息来自网络,如果涉及贵网站的知识产权,请及时反馈,我们承诺第一时间删除!

This website is a public welfare website, part of the information from the Internet, if it involves the intellectual property rights of your website, please timely feedback, we promise to delete the first time.

电话Tel: 19550540085: QQ号: 929496072 or 邮箱Email: Lng@vip.qq.com

摘要:单只谈「LCD的驱动IC」其实是一个范畴相当广的议题。   LCD的驱动类型大体可区分成TN(Twisted Nematic)、STN(Super-Twisted Nematic)(附注1),以及TFT(Thin-Film Transistors)等3类,其中TN LCD多半使用在数字表、计算器等简单的数字显示,而TFT则小至数字..

分享到:
单只谈「LCD驱动IC」其实是一个范畴相当广的议题。

  LCD的驱动类型大体可区分成TN(Twisted Nematic)、STN(Super-Twisted Nematic)(附注1),以及TFT(Thin-Film Transistors)等3类,其中TN LCD多半使用在数字表、计算器等简单的数字显示,而TFT则小至数字相机的观景窗,大至数十英寸的液晶平面电视都有使用。

  所以,数字表也需要LCD驱动IC,大尺寸液晶显示也需要驱动IC,然不同类型的LCD、不同尺寸的LCD却必须搭配不同的驱动IC,没有一种LCD驱动IC可以合乎各种类型、各种尺寸的驱动需求,因此在谈论LCD驱动IC时必须有更明确、更具体的范畴定义,才能够完整说明与讨论。

  当然,有关TN、STN之类的LCD驱动IC其技术已相当成熟,技术发展与市场增长都达一定程度,因此已少有人关注,也因为技术的成熟,使大陆的IC设计业者也逐步跨入此领域,如此也迫使日本、南韩、台湾的驱动IC设计业者必须朝更高技术性的LCD驱动IC发展,从TN、STN转向TFT,从小尺寸转向大尺寸。

TFT LCD驱动IC控工艺序示意图

△图说:TFT LCD驱动

IC控工艺序示意图。(制图:郭长佑)

  另外一个加速台湾驱动IC提升的动力,是来自液晶面板厂。由于台湾已经成为全球液晶面板的组装、制造重镇,如果LCD驱动IC仍要持续倚赖进口,将难以掌握制造成本、制造时程,所以国内的面板大厂也都积极于LCD驱动IC的国产化,例如奇美电子(CHIMEI)即转投资奇景光电(Himax),由奇景光电研制LCD驱动IC,以大宗供应给奇美电子。

  因此,本文以下将以大尺寸、TFT类的LCD驱动IC为主,只有在特有情况下才会谈论TN、STN类的驱动IC,同样的也在特有情况下才会谈论中小尺寸的驱动IC。

  驱动IC类型

  首先,LCD驱动IC并非只有1颗,而是由2颗以上的芯片所构成,这包括源极驱动器(Source Driver)芯片、闸级驱动器(Gate Driver)芯片、以及时序控制器(Timing Controller;TCON或T-CON)芯片等(附注2),此外也可能需要运算放大器(Operational Amplifier;OP AMP)或缓冲器(Buffer)的搭配。有时源极驱动器还区分成数字型或模拟型,不过多数业者都实行数字型,仅少数业者实行模拟型(附注3)。

  要注意的是,源极驱动器有时也称为数据驱动器(Data Driver),而闸级驱动器则称为扫瞄驱动器(Scan Driver)。

NS公司的TFT LCD驱动IC

△图说:NS公司的TFT LCD驱动IC:FPD33684,该驱动芯片强调低EMI、低功耗并支持RSDS接口,适合用于笔记本电脑或桌上型液晶显示器上。(www.national.com

  输入接口

  LCD驱动IC必须先接收来自LCD控制IC的画面讯号,之后才能透过数字转模拟的程序来进行驱动,而这个接收的输入接口仍在持续演化中。

  目前最常见的接口是RSDS(Reduced Swing Differential Signaling),这是美国国家半导体(National Semiconductor;NS,简称:国半)以LVDS(Low-Voltage Differential Signaling,低电压差动信号)接口为基础所定义出的接口,此接口的优点在于低电磁干扰(EMI)、低功耗,并尽可能保有传输效能与画面分辨率。RSDS原本是NS自有的技术,不过之后则开放使用,今日多数的时序控制器芯片、源极驱动器芯片都实行RSDS接口。此外也有人支持最传统的TTL(Transistor-Transistor Logic)接口。

在RSDS后NS又提出一种新的接口,称为PPDS(Point to Point Differential Signaling),新接口的优点在于支持更高的画面分辨率、更高的传输(运作)频率,同时也能缩减传输的线路数目,不仅能抑止EMI,同时节省电路板布线面积及成本。另外还也一种迷你型的LVDS,称为mini-LVDS,也是因应高尺寸趋势而有的新技术提案,mini-LVDS也有助于传输线路数的缩减,mini-LVDS往后也可能实行点对点作法,如此将称为PPmL(Point to Point mini-LVDS)。

在手机用的TFT LCD驱动器芯片上NEC有其独到的接口传输技术

△图说:在手机用的TFT LCD驱动器芯片上NEC有其独到的接口传输技术:Mobile MCADS(Mobile Current Mode Advanced Differential Signaling),其技术优点在于缩减线路用数与降低EMI噪声,图中粉红色区块即是NEC电子的LCD驱动器芯片的位置。(www.necel.com

  电压、频率、色阶、信道数

  在驱动电压、驱动的扫瞄频率、驱动的色阶、驱动的信道数等方面,则都是朝更大的数字发展,其中驱动电压愈高愈能改善视角、对比方面的表现,电压高则有机会拥有更广的视角(可视角度)、更高的显示对比。而驱动频率高则可以支持更快速的画面更新率。

  至于驱动的色阶也是从每原色6-bit(64阶)、8-bit(256阶)提升到10-bit(1,024阶)、12-bit,未来甚至不排除支持到16-bit,毕竟HDMI 1.3版已经言明支持48-bit的色深,如此三原色的每个原色可以配分到16-bit的阶度。

  而通道数(Channel;ch)方面,也是随着大尺寸液晶电视的需求而增加,从以往的每颗(源极)驱动器芯片具有300多、400多个通道,增加到现在的600多、700多个信道,每颗驱动器芯片的信道数愈多,对应用设计者而言,就能够以较少的芯片用数而达到相同的驱动效果。

  举例来说,在1920 x 1280的分辨率中,若1颗数据驱动器芯片仅具有400多个驱动信道,则需要5颗才能达到1920的驱动,相对的若是使用单颗就具有700多个驱动信道的芯片,则只要3颗就可以达到相同的驱动设计要求。源极驱动是如此,闸极驱动也类似,闸极驱动器的信道数一般多在200多、300多个通道,如今也逐渐往400迈进。

南韩Samsung将LCD Driver IC

△图说:南韩Samsung将LCD Driver IC(液晶驱动器芯片)简称为LDI,LDI属于DDI(Display Driver IC)下的一块,此外还有STN与TFT之分,STN又有字符与图形之分,TFT亦有OA(办公室自动化)与A/V(视听)之分。(www.Samsung.com

  特有的驱动功效

  除上述外,LCD驱动IC还可运用其驱动控制手法来提升液晶画质,由于传统CRT(阴极射线管,俗称:映像管)的显

示是用电子光束打击荧光质,光束移位后荧光质的发光效应就开始消退,相对的LCD的显示是持续持留性的,因此LCD的动态显示效果不如传统CRT,为了达到逼近于CRT的显示特性,因此LCD驱动IC改变了驱动方式,也实行类似电子光束的间歇脉冲方式(Impulse Type)来驱动,以此改善动态画质。

  另外LCD有液晶反应较慢的残影(附注4)问题,为了减少残影对画质的影响,LCD驱动IC也会提供「插黑,插入全黑色的影像」的驱动控制功效,即是在替换成下一个画面前,会先停止整个液晶画面的驱动,使液晶呈现黑色,之后再换替成下一张画面,当然,这个黑色画面的时间很短暂,仅十数毫秒,但却具有消除残影的效果。为了实现插黑机制,与TFT LCD驱动器芯片相搭配运作的时序控制器也必须能共同配合才行。

  要注意的是,由LCD驱动IC进行插黑控制,主要是使用CCFL背光源,而今有许多液晶电视、液晶显示器开始改采LED背光源,由于LED的点亮、熄灭速度反应极快,不像CCFL的点亮、熄灭较慢,因此LED背光也可用短时间内熄灭所有背光LED来达到插黑效果,这时就不用透过LCD驱动IC来进行插黑。

  附带一提的是,此一插黑若是透过软件或影像数据传输的方式来实现,那么将会增加视讯传输的频宽耗占,为了避免此一耗占就必须在TFT LCD驱动器芯片中,直接内建插黑的控制功效,TFT LCD驱动器芯片的设计业者对此问题,也增加了芯片的控制接脚(或称:引脚),例如增加了BWSEL(Black White Select)的信号,将此接脚输入Hi(High)信号即可对TFT LCD进行插黑。

  当然,改善残影、残像的方式不是只有一种,也有试图从其它层面来解决的构想。例如有业者开发OCB高速液晶材料,使液晶的扭转操作更为快速,或者也有业者认为,改变液晶的操作维度也可加速扭转的角度变化,此称为垂直扭转,垂直扭转虽然可以达到更快速的扭转,但也因为扭转角度的减少使液晶的遮光能力变差,结果很可能是:液晶转变的速度变快了,但全黑时的黑度却也更差了,因为液晶扭转至极致时,仍会有光从背光穿透到前端。

日本瑞萨(Renesas)的Gate Driver for TFT(TFT LCD的闸极驱动器芯片)-HD66774R

△图说:日本瑞萨(Renesas)的Gate Driver for TFT(TFT LCD的闸极驱动器芯片)-HD66774R,该芯片具有240个输出,使用COG封装(尺寸10.60 x 2.80公厘),适合用在QCIF规格尺寸的手机或PDA上。

 驱动IC的封装

  有别于一般芯片的封装,TFT LCD驱动芯片有其独特的封装方式,一般的芯片多半使用QFP、BGA之类的封装,而TFT LCD驱动芯片则不然,用的是卷带式芯片载体封装(Tape Carrier Package;TCP)封装、晶粒软膜接合(Chip On Film;COF)封装、以及晶粒玻璃接和(Chip On Glass;COG)封装。

  也因为封装方式的特殊,因此其封装测试(简称:封测)业者也与一般芯片封装不尽相同,特别是TCP封装,国内的主要业者有颀邦、南茂、硅品、华新先进、飞信、福葆等等,而原有封测大厂日月光(ASE)则不在此列。另外与封装息息相关的金凸块(Gold Bump)在台湾也有业者提供,如慎立、颀邦、福葆、米辑、攸立、利弘等等。

  驱动器芯片内的SRAM

  同样是为了节省影像传输接口的频宽耗占,因此TFT LCD驱动器芯片内多半会内建SRAM内存,此一内存用来暂存已经传送到驱动器芯片,但尚未要透过驱动器芯片进行输出的影像数据。由于TFT LCD的尺寸愈来愈高、分辨率愈来愈高、画面更新率、色深也都在提升,很明显的,驱动器内的SRAM内存只会不断的加大容量,好因应愈来愈大的影像数据传输量。

  不过,内建SRAM容量愈来愈大的副作用是:(1)芯片产制的成本要增加,因为更多的SRAM内存容量就意味着更大的裸晶面积。(2)芯片运作时的用电更凶,此有违今日不断强调的节能与绿色运算等理念。所以也有人提出不能一味地增加暂存内存的容量,因而提出暂存内存的压缩技术,如此可运用较少的暂存内存而达到相近的显示效果。

日本瑞萨(Renesas)的Soruce Driver for TFT

△图说:日本瑞萨(Renesas)的Soruce Driver for TFT(TFT LCD的源极驱动器芯片):HD66778,有的源级驱动器芯片会内建RAM内存,但此款芯片并未具备,此图势将HD66778用于QVGA规格尺寸的驱动上,此芯片适合用在PDA、相片打印机、多媒体显示播放器等应用上。(www.america.renesas.com

  附注1:STN若依据单色与彩色来区分则还可以称为MSTN与CSTN,其中「M」即为「Mono,单色」之意,相对的「C」即为「Color,彩色」之意,另也有强调更细腻画质的DSTN,D为「Double Layer,双层」之意,不过TFT出现后近乎全面取代DSTN。

  附注2:时序控制器(TCON)不见得以独立、分立的离散性型态进行芯片封装,有时会与TFT LCD驱动器芯片一同整合、封装,如此即是TFT LCD驱动器芯片整合、内建了TCON的功效。

  附注3:模拟式驱动的业者主要是日本恩益禧(NEC),然台湾的联咏科技(Novatek)在中型尺寸上也有提供模拟式的源极驱动器。

  附注4:Ghost Shadow,也有人称为「鬼影」或「拖影」,这是因为液晶扭转变化慢所造成的短暂影像残留,在动态影像时尤为明显。

】【打印繁体】【投稿】 【收藏】 【推荐】 【举报】 【评论】 【关闭】【返回顶部