的驱动类型大体可区分成TN(TwistedNematic)、STN(Super-TwistedNematic)(附注1),以及TFT(Thin-FilmTransistors)等3类,其中TNLCD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。
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(SourceDriver)芯片、闸级驱动器(GateDriver)芯片、以及时序控制器(TimingController;TCON或T-CON)芯片等(附注2),此外也可能需要运算放大器(OperationalAmplifier;OPAMP)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(DATADriver),而闸级驱动器则称为扫瞄驱动器(ScanDriver)。
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(ReducedSwingDifferential
在RSDS后NS又提出一种新的接口,称为PPDS(PointtoPointDifferential
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HDMI1.3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1920x1280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。
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(ImpulseType)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xx残影的效果。为了实现插黑机制,与TFTLCD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TFTLCD驱动器芯片中,直接内建插黑的控制功效,TFTLCD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(BlackWhiteSelect)的信号,将此接脚输入Hi(High)信号即可对TFTLCD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{jz}时,仍会有光从背光穿透到前端。
驱动IC的封装
有别于一般芯片的封装,TFTLCD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TFTLCD驱动芯片则不然,用的是卷带式芯片载体封装(TapeCarrierPackage;TCP)封装、晶粒软膜接合(ChipOnFilm;COF)封装、以及晶粒玻璃接和(ChipOnGlass;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(GoldBump)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TFTLCD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。
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