移动产品的TFT驱动器设计

移动产品的TFT驱动器设计

     （华强电子世界网讯） 根据DisplaySearch公司调查数据，2004年全球手机和PDA模组的需求量预计将达到6.69亿。其中TFT模组在手机和PDA市场的比重将从2003年的18％增加到2004年的28％。
    
     a-TFT显示早期主要用于大尺英寸显示应用，如笔记本电脑、显示器和液晶电视等。直到2003年，随着a-TFT和CSTN模组价格差距的缩小，对中小尺英寸a-TFT模组的需求才急剧增长。因为对大屏幕和小屏幕显示模组的要求非常不同，故要求采用不同的设计技术。
    
     对大屏幕显示来说，通常都采用了大的电池（如笔记本电脑），甚至连接电源供电（如显示器、电视），所以显示驱动器的大小和耗电的要求不是非常苛刻。然而，中小尺英寸显示通常都是便携产品，如手机和数码相机等，要采用轻便的电池，所以显示驱动器的大小和耗电对手持设备来讲是非常重要的因素。下面将详细解释它们的不同，并提出对应的解决办法。
    
     1.减少耗电
    
     下面将讨论两种在中小尺英寸显示应用中减少耗电的方法。
    
     （1）反转的方法
    
     在大尺英寸显示中，用点阵（像素）反转来减少闪烁，不过因为点阵反转增加很多耗电所以不可以用在中小尺英寸显示中。取而代之的通常是用行反转或列反转。对小尺英寸如1.9～2.2英寸显示，可以进一步考虑使用帧反转来减少耗电。当然，应用帧反转时，如果为了减少闪烁又会要求增加帧频率，这样会增加耗电，不过综合的耗电量仍然小于使用行反转或列反转。
    
     在针对使用晶门科技驱动器SSD1278的一个1.9英寸，176×220 QCIF+显示模组上进行的实际测量中，当显示设在262K色，60Hz帧频时，行反转时功耗8mW，而帧反转时仅7mW。
    
     （2）局部显示模式
    
     在手机的使用中，超过90％的时间都是待机模式，此时手机仅显示日期、时间、网络状态及电池信号等。因此，待机模式下的耗电也是手机设计考虑的重要因素。
    
     在折叠机中，主显示屏朝内，待机时翻盖合上，因而可以将主显示关掉来减少耗电。在直板机中，主显示屏一直对外，所以不可以关掉，待机时显示如上提到的一些信息。不过这类信息并不要求很高的颜色数，也不占用整个屏幕。在SSD1278中，使用8颜色的局部显示模式，还可以减少帧反转或减少帧频来进一步减少耗电。图片2显示了SSD1278在一个显示模组上用32行、8颜色、60Hz帧频和帧反转时，测得功耗仅有1.2mW。
    
     2. 减小显示模组的尺英寸
    
     中小尺英寸的显示屏通常用于手持设备，这些产品的尺英寸都比较细小，如一个手机的典型尺英寸只有90mm×45mm×23mm。显示模组的厚度和尺英寸都非常要紧。所以在驱动IC的设计中用了不同的技术来帮助减小模组的尺英寸。
    
     （1）单芯片
    
     传统的TFT屏有两个驱动器边框位置，一个为源驱动器，一个为门驱动器。对手机显示来说，人们希望最大化有效的可视面积，所以希望能减小驱动器所占边框的尺英寸。从双芯片方案到单芯片方案，就等同于将有效可视区域放大，将更适合高分辨率的显示，如图3所示。
    
     对于驱动器IC的设计，这两种方案要求的晶圆工艺是不一样的。在双芯片方案中，门驱动器需要30V或更高电压的高压工艺，但对晶体管的几何尺英寸不做特别要求；源驱动器要求5～6V的工艺但要求很小的晶体管几何尺英寸。在单芯片方案中，既要求高压工艺，又要求很小的晶体管几何尺英寸，所以只有不多的几家厂商可以提供单芯片方案。
    
     通过从双芯片方案到单芯片方案，工艺工序的数目和系统的成本都可以进一步降低。
    
     （2）集成的电容和肖特基二极管
    
     以前的单芯片TFT驱动器有15～20个外接的组件，包括电容和肖特基二极管。采用先进的设计技术和晶圆工艺，外部组件的数目可以减少到10个。图4所示的采用晶门科技SSD1283TFT驱动器的显示模组只用到了9个电容和一个肖特基二极管。
    
     （3）外部组件的尺英寸
    
     除了更少的外部组件数目，外部组件的机械尺英寸也非常重要，在图4的示例中，只有6个0603和3个0402规格的电容。如果要进一步减小模组尺英寸，在某些情况下也可以考虑使用电容阵列。
    
     （4）一次可编程特性对屏进行修正
    
     为了达到无闪烁的条件，对屏进行修正经常是单调冗长的工作，而且大多数TFT屏都需要机械性修正，这还要一个可变电阻。通过将OTP（一次可编程）单元集成设计到IC中，屏的修正可以方便地用软件的方法通过编程来完成。这样的话，外部组件更少，结果更可信。
    
     3. 更好的效果
    
     现在，移动设备的使用者对产品有比以前更高的要求，期望产品可以提供更多的信息内容。对显示部分，他们期望更高的分辨率，更多的色深度和更快的相应时间。
    
     （1）分辨率
    
     从STN的模组过渡到TFT的模组，因为有更高的开模费，一些分辨率值成了标准。手机上通用的有：128×160、QCIF（144×176）、Symbian（176×208）、QCIF+（176×220）、QVGA（240×320）、CIF（288×352）， 一直到 VGA（480×640）。
    
     随着分辨率的增加，屏和驱动IC间的连接数目也增加了。 对QVGA或以下的分辨率，用a-TFT屏，采用单芯片方案，IC焊盘的间距小到20μm还是有可能实现的。如果分辨率更高，就还是要用双芯片方案，除非使用低温多晶硅（LTPS）。
    
     （2）颜色深度
    
     对手机显示而言，对每个像素颜色数的要求已经从256色到262K色，几乎所有新的显示都已支持262K色需要。对内建RAM的驱动器来说，越高的色深度意味着越大的RAM区尺英寸。这要求更小几何尺英寸的晶圆工艺，如0.25μm甚至0.18μm。源驱动器的输出能力也要相应增加，因为门驱动器的选择时间和行数成反比，而源驱动器输出必须在门驱动器选择时间内对TFT晶体管充电到要求的电压。
    
     （3）图形加速特性
    
     随着显示分辨率和颜色深度的增加，可以显示更多的信息。MCU更新显示增加的负担将延缓系统的响应。所以，显示驱动器需要有一些图形处理的特性来分担MCU的工作，或者考虑使用一个外部图形控制器。
    
     对带有外部图形控制器的系统，显示数据存储在图形控制器内，因而显示驱动器不需要任何内存，在图形控制器和显示驱动器之间的接口是RGB信号接口。不过，图形控制器通常非常耗电，在待机模式下应当关掉。所以一小部分内容应置于驱动芯片内显示一些手机的重要信息，如时间、网络和电池状态等。此时，图形控制器应该关掉，除非有显示数据需要更新。
    
     总而言之，显示模组的显示效果不是仅和驱动IC有关的，TFT屏和模组本身也扮演很重要的角色。驱动器必须和屏特性达到最佳匹配产生真实色彩。驱动器的伽马曲线应是可以编程的，这样可以用通用的2.2伽马特性产生屏。对背光和TFT屏孔隙比的选择也对视觉效果有很大影响。背光源的耗电相比屏和驱动器是很大的。当耗电是要考虑的关键问题时，半透型的TFT是优先的选择。