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驱动IC在降低手机液晶模组能耗中的作用 [原创 2009-12-23 18:27:41]   
 

现阶段手机的概念已经远远超越了通讯工具的范筹,可视电话、GPS导航、移动电视等丰富多元的显示功能被不断地整合到手机之中;与此同时,手机显示屏的尺寸、像素、分辨率也不断增加。在此情况下,如何既满足多元显示需求,又兼具低功耗特点,已成为手机设计制造业者无法躲避的严峻挑战。特别是目前手机中配备TFT液晶屏的比例越来越高,而显示屏又是手机耗能大户,因此如何通过驱动IC控制并降低TFT液晶模组的能耗正成为一门显学。

 

驱动IC降低能耗的三大途径

 

如果从整个液晶模组的角度来看,其电能消耗大约可以包括:面板耗能、驱动IC耗能、背光源耗能、与系统端高速信号传送电路电容的充放电耗能等多个方面。只有对这些因素综合考量,全面改善,才能有效降低模组的能耗水平。近年来,随着技术的发展,原先主要担负传送数据,驱动电极等配角工作的驱动IC正逐渐成为降低模组耗能,提升显示效率的要角。

 

一般说来,LCD驱动IC在解决模组耗电问题上,大体有三种途径:首先,最直接的方式就是采用更加细微的制造工艺,减少驱动IC本身的能耗。液晶模组的驱动IC基本由时序控制器(Timing Controller;TCON或T-CON)芯片、源极驱动器(Source Driver)芯片、闸级驱动器(Gate Driver)芯片,并搭配运算放大器(Operational Amplifier;OP AMP)或缓冲器(Buffer)构成。通过采用{zx1}细微制造工艺缩小半导体电路尺寸,使其低电压化,从而达到低消耗电力的目标。这是半导体业通常使用的办法,液晶驱动IC同样可以通过此种方式实现节省电能。

 

当然,LCD驱动IC有一定自身的特殊性,因为单芯片驱动IC中,通常混有35V~45V的高电压工艺,6V左右的中电压,以及3V的低电压细微工艺,需要有xx匹配各种电压组合的设计能力,因此期望缩减制造工艺并不容易。但在相关业者的致力开发下,目前市场上驱动IC已出现0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米等不同工艺的产品,甚至有厂商在新产品的开发上,已经跨入0.15微米,未来有计划朝向0.13微米的工艺迈进。

 

其次,决定TFT液晶模组画面细腻程度的重要指标是灰阶级数,它由施加在液晶模组上的模拟电压所决定。而在驱动IC的内部电路中,把数字型灰阶信号转换成模拟电压的DAC(Digital to Analog Converter),以及输出增幅电路等的模拟电路,都是消耗电能的重要因素。因此,如果想要大幅降低耗电量,势需改变驱动IC的电路架构,例如有些业者采用新设计的模拟电路为中心,如经常在一般大型面板使用的直接增幅方式,(Source驱动电路的输是通过各自的增幅器进行增幅后,直接输出驱动方式)就可以考虑改采用手机等小型面板的集中增幅器方式(增幅器设计在灰阶电路中)达到省电的效果。

 

除了可对驱动IC的制造工艺和电路设计进行调整外,在驱动IC内部设置各种省电功能也可以达到节能目的。比如在驱动IC中内置可以储存动态信息的存储器,在手机待机时转为8色或部分显示模式,以及电荷充放电时使用等化功能等。具体情况,下文细述。

 

内置存储器的节能功用

 

从目前的驱动IC架构来看,可以简单分为内置存储器的驱动IC与无内置存储器的驱动IC两类。就降低能耗方面的性能来看,内置存储器的驱动IC具有较大的优势。因为如果液晶模组采用的是无内置存储器的驱动IC,当需要进行图像信号传送时,无论前后画面是否相同,驱动IC均需不断与控制芯片进行连接传输。而每一次的信息传送,都须消耗电能,如果驱动IC中内置了存储器,就无需在驱动IC与控制芯片间进行连续传输,许多数据可直接从存储器中调用,电能的消耗自然比无内置存储器驱动IC要小。

 

具体到手机层面来看,手机的控制芯片所传送出的影像数据大多是静止影像,因此内置存储器的驱动IC,可以有效达到降低耗电的目标。因为从控制芯片送出一次影像信息后,将会被储存在存储器中,如果下一幅影像的内容没有变化,就不必再从控制芯片处将信息发送过来。通常手机控制芯片会发送18/16Bit(或是9/8Bit)的数据,高速写入模式就是将复数(n次分)位元数据先暂时写入液晶驱动IC内的动态暂存存储器中,当画面出现改变时,才需再一次将新的影像数据写入存储器,而与反覆写入时所消耗电力相比之下约可以节省1/n的电能。此外还可以因为减低数据传送的频率,使得控制芯片有多余的时间,进行其它方面的处理。

 

当然,从制造工艺的角度来看,在混压的驱动IC中加入存储器是有一定困难的,也考验着芯片工程师的设计能力,但这种困难并非不可克服。目前日本的NEC、瑞萨,台湾的联咏等业者都已经完成这类产品的量产。

 

正5V到负5V的点反转

 

目前手机显示屏线扫描的Line Inversion Drive技术会产生线跟线之间的闪烁现象,如果要改善画质,维持液晶屏幕显示的顺畅性,就有必要在驱动IC的技术上防止液晶的极性化,即每隔一段时间提供不同极性电压,完成极性反转。

 

Line Inversion Drive之所以产生闪烁的现象,是因为反转为同一极性的反转,另外一个电极面层要用不同极性的电流来驱动,每个电极都会有一个容量,而容量都会产生V curve,因此会产生噪声,而噪声的出现就会让LINE产生闪烁的现象。当以点反转的方式进行时,因为V Com的电流是一个定值,所以极性不具同一性,如果对一个极性进行反转,极性是正负正负按照顺序来排列,因此点反转的技术对电压值要求较高,传统的点反转的方式是0~10伏,整体上耗电较大。针对此种情况,NEC等业者开发出正5V到负5V的点反转技术,因对驱动IC施加的电压值比较少,每个电极所承载的电流也会降低,耗电力就可因此降低。

 

依影像需求调整背光亮度

 

液晶模组中{zd0}的电能消耗来自背光源,约有80%~90%。然而,无论液晶屏幕上所显示的画面是亮色系还是暗色系,对背光模组来说所消耗的电能都是一样,也就是说,无论画面如何改变,背光模组都在以{bfb}的耗电方式进行运作。所以几乎所有的业者都一致认定,xxx降低手机耗电量的方法就是改善背光模组的效率。

 

目前,市场上已经开发出很多具有侦测并控制背光亮度功能的驱动IC。但是,如果仅仅单独控制背光源的亮度,会在某些情况下造成一些像素的改变。因此,更好的办法是先利用驱动IC侦测影像数据,然后再根据具体的影像需要什么样的亮度,再去控制背光源的亮度。

 

以等化功能降低液晶模块耗电

 

驱动IC的等化功能实际上是一种电荷再分配技术,它在一定程度上也能达到省电的功能,当TFT液晶显示时,由施加在二极间液晶材料的电位差产生灰阶表现。{dy}次所施加的电压,会在TFT Gate驱动芯片OFF的时候,被保存在二极之间,下一次再显示不同影像资料时,需要配合显示影像所需的电压,对储存电压进行再调整。也就是说,要对各电极的电位做充电与放电动作。如果采用内置等化功能的LCD驱动IC时,IC内部二极间的电位会暂时被短路,减轻驱动IC内的增幅器对面板电荷的充电及放电的负荷,从而达到电能降低的目的。

 

待机时8色显示模式或部分显示模式

 

目前手机的待机画面大多都被设计为显示日期、时间以及一定的静态图像,如果手机在待机时以8色显示模式或部分显示模式显示画面则可大幅度降低电能消耗。8色显示模式通常是让26万色的显示灰阶电路,在待机时限定成8色,并控制剩余灰阶电路的动作,因此实际的电路动作是,只驱动RGB各色最上层和最下层的灰阶色调,并暂停其它灰阶电路的功能。而部分显示模式方面,则是在只要显示部分画面时,停止对非显示部分的扫描,这也是个很有效的省电方式。

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