LCD 的驅(qū)動IC.doc

LCD 驅(qū)動IC 元件趨勢和技術(shù)分析“LCD 的驅(qū)動IC”其實(shí)是一個范疇相當(dāng)廣的議題，LCD 的驅(qū)動類型大體可區(qū)分成TN（Twisted Nematic）、STN（Super-Twisted Nematic）、以及TFT（Thin-Film Transistors）等3 類，其中TN LCD 多半使用在數(shù)字表、計(jì)算機(jī)等簡單的數(shù)字顯示，而TFT 則小至數(shù)位相機(jī)的觀景窗，大至數(shù)十英寸的液晶平面電視都有使用。所以，數(shù)字表也需要LCD 驅(qū)動IC，大尺寸液晶顯示也需要驅(qū)動IC，然不同類型的LCD、不同尺寸的LCD 卻必須搭配不同的驅(qū)動IC，沒有一種LCD 驅(qū)動IC 可以合乎各種類型、各種尺寸的驅(qū)動需求，因此在談?wù)揕CD 驅(qū)動IC 時必須有更明確、更具體的范疇定義，才能夠完整說明與討論。當(dāng)然，有關(guān)TN、STN 之類的LCD 驅(qū)動IC 其技術(shù)已相當(dāng)成熟，技術(shù)發(fā)展與市場成長都達(dá)一定程度，因此已少有人關(guān)注，也因?yàn)榧夹g(shù)的成熟，使大陸的IC 設(shè)計(jì)業(yè)者也逐步跨入此領(lǐng)域，如此也迫使日本、南韓、臺灣的驅(qū)動IC 設(shè)計(jì)業(yè)者必須朝更高技術(shù)性的LCD 驅(qū)動IC 發(fā)展，從TN、STN 轉(zhuǎn)向TFT，從小寸數(shù)轉(zhuǎn)向大畫寸。另外一個加速臺灣驅(qū)動IC 提升的動力，是來自液晶面板廠。由于臺灣已經(jīng)成為全球液晶面板的組裝、制造重鎮(zhèn)，如果LCD 驅(qū)動IC 仍要持續(xù)倚賴進(jìn)口，將難以掌握制造成本、制造時程，所以國內(nèi)的面板大廠也都積極于LCD 驅(qū)動IC 的國產(chǎn)化，例如奇美電子（CHIMEI）即轉(zhuǎn)投資奇景光電（Himax），由奇景光電研制LCD 驅(qū)動IC，以大宗供應(yīng)給奇美電子。因此，本文以下將以大尺寸、TFT 類的LCD 驅(qū)動IC 為主，只有在特有情況下才會談?wù)揟N、STN 類的驅(qū)動IC，同樣的也在特有情況下才會談?wù)撝行〕叽绲尿?qū)動IC。驅(qū)動IC 類型首先，LCD 驅(qū)動IC 并非只有1 顆，而是由2 顆以上的晶片所構(gòu)成，這包括源極驅(qū)動器（SourceDriver）晶片、閘級驅(qū)動器（Gate Driver）晶片、以及時序控制器（Timing Controller；TCON或T-CON）晶片等（附注2），此外也可能需要運(yùn)算放大器（Operational Amplifier；OP AMP）或緩沖器（Buffer）的搭配。有時源極驅(qū)動器還區(qū)分成數(shù)位型或類比型，不過多數(shù)業(yè)者都采行數(shù)位型，僅少數(shù)業(yè)者采行類比型（附注3）。要注意的是，源極驅(qū)動器有時也稱為資料驅(qū)動器（Data Driver），而閘級驅(qū)動器則稱為掃瞄驅(qū)動器（Scan Driver）。輸入介面LCD 驅(qū)動IC 必須先接收來自LCD 控制IC 的畫面訊號，之后才能透過數(shù)位 轉(zhuǎn) 類比的程序來進(jìn)行驅(qū)動，而這個接收的輸入介面仍在持續(xù)演化中。目前最常見的介面是RSDS（Reduced Swing Differential Signaling），這是美國國家半導(dǎo)體（National Semiconductor；NS，簡稱：國半）以LVDS（Low-Voltage Differential Signaling，低電壓差動信號）介面為基礎(chǔ)所定義出的介面，此介面的優(yōu)點(diǎn)在于低電磁干擾（EMI）、低功耗，并盡可能保有傳輸效能與畫面解析度。RSDS 原本是NS 自有的技術(shù)，不過之后則開放使用，今日多數(shù)的時序控制器晶片、源極驅(qū)動器晶片都采行RSDS 介面。此外也有人支援最傳統(tǒng)的TTL（Transistor-Transistor Logic）介面。在RSDS 后NS 又提出一種新的介面，稱為PPDS（Point to Point Differential Signaling），新介面的優(yōu)點(diǎn)在于支援更高的畫面解析度、更高的傳輸（運(yùn)作）頻率，同時也能縮減傳輸?shù)木€路數(shù)目，不僅能抑止EMI，同時節(jié)省電路板佈線面積及成本。另外還也一種迷你型的LVDS，稱為mini-LVDS，也是因應(yīng)高畫寸趨勢而有的新技術(shù)提桉，mini-LVDS 也有助于傳輸線路數(shù)的縮減，mini-LVDS 往后也可能采行點(diǎn)對點(diǎn)作法，如此將稱為PPmL（Point to Point mini-LVDS）。電壓、頻率、色階、通道數(shù)在驅(qū)動電壓、驅(qū)動的掃瞄頻率、驅(qū)動的色階、驅(qū)動的通道數(shù)等方面，則都是朝更大的數(shù)字發(fā)展。其中驅(qū)動電壓愈高愈能改善視角、對比方面的表現(xiàn)，電壓高則有機(jī)會擁有更廣的視角（可視角度）、更高的顯示對比。而驅(qū)動頻率高則可以支援更快速的畫面更新率。至于驅(qū)動的色階也是從每原色6-bit（64 階）、8-bit（256 階）提升到10-bit（1,024階）、12-bit，未來甚至不排除支援到16-bit，畢竟HDMI 1.3 版已經(jīng)言明支援48-bit 的色深，如此三原色的每個原色可以配分到16-bit 的階度。而通道數(shù)（Channel；ch）方面，也是隨著大尺寸液晶電視的需求而增加，從以往的每顆（源極）驅(qū)動器晶片具有300 多、400 多個通道，增加到現(xiàn)在的600 多、700 多個通道，每顆驅(qū)動器晶片的通道數(shù)愈多，對應(yīng)用設(shè)計(jì)者而言，就能夠以較少的晶片用數(shù)而達(dá)到相同的驅(qū)動效果。舉例來說，在1920 x 1280 的解析度中，若1 顆資料驅(qū)動器晶片僅具有400 多個驅(qū)動通道，則需要5 顆才能達(dá)到1920 的驅(qū)動，相對的若是使用單顆就具有700 多個驅(qū)動通道的晶片，則只要3 顆就可以達(dá)到相同的驅(qū)動設(shè)計(jì)要求。源極驅(qū)動是如此，閘極驅(qū)動也類似，閘極驅(qū)動器的通道數(shù)一般多在200 多、300 多個通道，如今也逐漸往400 邁進(jìn)。特有的驅(qū)動功效除上述外，LCD 驅(qū)動IC 還可運(yùn)用其驅(qū)動控制手法來提升液晶畫質(zhì)，由于傳統(tǒng)CRT（Cathode Ray Tube：陰極射線管，俗稱：映像管）的顯示是用電子光束打擊屏光質(zhì)，光束移位后屏光質(zhì)的發(fā)光效應(yīng)就開始消退，相對的LCD 的顯示是持續(xù)持留性的，因此LCD 的動態(tài)顯示效果不如傳統(tǒng)CRT，為了達(dá)到逼近于CRT 的顯示特性，因此LCD 驅(qū)動IC 改變了驅(qū)動方式，也采行類似電子光束的間歇脈沖方式（Impulse Type）來驅(qū)動，以此改善動態(tài)畫質(zhì)。另外LCD 有液晶反應(yīng)較慢的殘影（附注4）問題，為了減少殘影對畫質(zhì)的影響，LCD 驅(qū)動IC 也會提供“插黑，插入全黑色的影像”的驅(qū)動控制功效，即是在替換成下一個畫面前，會先停止整個液晶畫面的驅(qū)動，使液晶呈現(xiàn)黑色，之后再換替成下一張畫面，當(dāng)然，這個黑色畫面的時間很短暫，僅十?dāng)?shù)毫秒，但卻具有消除殘影的效果。為了實(shí)現(xiàn)插黑機(jī)制，與TFT LCD驅(qū)動器晶片相搭配運(yùn)作的時序控制器也必須能共同配合才行。要注意的是，由LCD 驅(qū)動IC 進(jìn)行插黑控制，主要是使用CCFL 背光源，而今有許多液晶電視、液晶顯示器開始改采LED 背光源，由于LED 的點(diǎn)亮、熄滅速度反應(yīng)極快，不像CCFL的點(diǎn)亮、熄滅較慢，因此LED 背光也可用短時間內(nèi)熄滅所有背光LED 來達(dá)到插黑效果，這時就不用透過LCD 驅(qū)動IC 來進(jìn)行插黑。附帶一提的是，此一插黑若是透過軟體或影像資料傳輸?shù)姆绞絹韺?shí)現(xiàn)，那麼將會增加視訊傳輸?shù)念l寬耗占，為了避免此一耗占就必須在TFT LCD 驅(qū)動器晶片中，直接內(nèi)建插黑的控制功效，TFT LCD 驅(qū)動器晶片的設(shè)計(jì)業(yè)者對此問題，也增加了晶片的控制接腳（或稱：引腳），例如增加了BWSEL（Black White Select）的信號，將此接腳輸入Hi（High）信號即可對TFT LCD 進(jìn)行插黑。當(dāng)然，改善殘影、殘像的方式不是只有一種，也有試圖從其他層面來解決的構(gòu)想。例如有業(yè)者開發(fā)OCB 高速液晶材料，使液晶的扭轉(zhuǎn)操作更為快速，或者也有業(yè)者認(rèn)為，改變液晶的操作維度也可加速扭轉(zhuǎn)的角度變化，此稱為垂直扭轉(zhuǎn)，垂直扭轉(zhuǎn)雖然可以達(dá)到更快速的扭轉(zhuǎn)，但也因?yàn)榕まD(zhuǎn)角度的減少使液晶的遮光能力變差，結(jié)果很可能是：液晶轉(zhuǎn)變的速度變快了，但全黑時的黑度卻也更差了，因?yàn)橐壕まD(zhuǎn)至極致時，仍會有光從背光穿透到前端。驅(qū)動IC 的封裝有別于一般晶片的封裝，TFT LCD 驅(qū)動晶片有其獨(dú)特的封裝方式，一般的晶片多半使用QFP、BGA 之類的封裝，而TFT LCD 驅(qū)動晶片則不然，用的是捲帶式晶片載體封裝（Tape Carrier Package；TCP）封裝、晶粒軟膜接合（Chip On Film；COF）封裝、以及晶粒玻璃接和（Chip On Glass；COG）封裝。也因?yàn)榉庋b方式的特殊，因此其封裝測試（簡稱：封測）業(yè)者也與一般晶片封裝不盡相同，特別是TCP 封裝，國內(nèi)的主要業(yè)者有頎邦、南茂、硅品、華新先進(jìn)、飛信、福葆等等，而原有封測大廠日月光（ASE）則不在此列。另外與封裝息息相關(guān)的金凸塊（Gold Bump）在臺灣也有業(yè)者提供，如慎立、頎邦、福葆、米輯、攸立、利弘等等。驅(qū)動器晶片內(nèi)的SRAM同樣是為了節(jié)省影像傳輸介面的頻寬耗占，因此TFT LCD 驅(qū)動器晶片內(nèi)多半會內(nèi)建SRAM記憶體，此一記憶體用來暫存已經(jīng)傳送到驅(qū)動器晶片，但尚未要透過驅(qū)動器晶片進(jìn)行輸出的影像資料。由于TFT LCD 的畫寸愈來愈高、解析度愈來愈高、畫面更新率、色深也都在提升，很明顯的，驅(qū)動器內(nèi)