平板显示器的双芯片显示驱动结构

平板显示器的双芯片显示驱动结构

     随着人们对安卓系统平板电脑显示分辨率的要求越来越高，这类平板电脑的显示分辨率正快速地从WXGA(800×1280)提高至WQXGA(1600×2560)。按照市场的要求，显示分辨率须达到300PPI(每英寸像素)及以上，因此显示器也就成为了带有高性能应用处理器(AP)的最为重要的部件之一。

        为了降低平板电脑显示系统的功耗，三星在其分辨率达到WQXGA级别的非晶硅液晶显示器中引入了双芯片显示驱动结构，本文对此进行了详细介绍。非晶硅液晶面板技术已广泛应用于平板电脑显示器的生产，其解决方案也适用于氧化物液晶显示器。

        本文将双芯片显示驱动结构与平板电脑显示系统中采用的定时器(T-CON)+多列驱动解决方案进行了比较，并说明了前者的成本效益。在功耗和成本方面，本文还说明了双芯片显示驱动结构优于传统结构的原因。

        引言

       由于很多人都使用智能手机和平板电脑，因此显示器的好坏已成为产品是否能脱颖而出的重要因素之一。三星Galaxy智能手机所使用的主动式有机发光二极管(AMOLED)显示器就是其中的一个例子(图1)。

        用户在决定购买智能手机和平板电脑时会考虑产品的面板技术及显示器PPI，比如他们可能会选择AMOLED显示器或高PPI平面转换(IPS)液晶显示器等。因此，显示器市场调研机构DisplaySearch在2013年开展的一项显示器调查结果显示，智能手机和平板电脑的显示器分辨率正在迅速提高，其中分辨率超过30 0PPI的显示器所占的市场份额约达24%(参考文献1)。

        由于采用了高PPI显示技术，智能手机和平板电脑显示器的分辨率已达到甚至超过电视机的分辨率。生产6英寸显示器及平板电脑的厂商已推出了分辨率达到WQXGA级别的产品线(如图2，三星Galaxy Note 10.1平板电脑)，而多家智能手机生产商则与他们开展合作，共同推出了达到全高清分辨率(1080×1920)的产品。

        对用户而言，高PPI显示是一项很有吸引力的技术，但这样的技术会消耗更多的电能。针对高PPI显示的高功耗问题，视频电子标准协会( VESA) 和移动产业处理器接口(MIPI)联盟等制定高速串行接口标准的组织提出了几个解决方案。其中，为减少静态图像的功耗，VESA将面板自动刷新(PSR)功能应用于eDP(1.3版)接口(参考文献4),而MIPI联盟在MIPI显示器串行接口(DSI)中也引入了类似于eDP PSR功能的概念。该功能支持DSI命令模式，可减少静态图像的功耗(参考文献5)。这些降低功耗的操作都与应用处理器和显示数据传输接口有关。

       除了在应用处理器和显示器之间降低功耗的方法外，三星还打算通过纵向显示型平板设备找到一种降低显示器系统功耗的结构。当前，纵向显示型平板设备均由平板电脑制造商推出。三星就推出了一款带有纵向显示型WXGA显示器的8.0英寸Galaxy Tab38.0平板电脑(如图3所示)。带有纵向显示型显示器的平板电脑可以提供类似于智能手机的用户体验(UX)，如提供纵向显示型用户界面(UI)以及支持单手握持等。

     为了给纵向显示型显示器提供低功耗和低成本的解决方案，三星将双芯片显示驱动结构应用于分辨率达到WQXGA级别的显示器中。

       平板电脑与智能手机显示系统

       如图4所示，平板电脑被置于笔记本电脑和智能手机之间。可见，其显示器的尺寸也介于这两类产品之间。

        然而，笔记本电脑和智能手机所应用的显示系统却朝着完全不同的方向发展。其中笔记本电脑显示器采用的是T-CON+多列驱动解决方案，而智能手机采用的则是单芯片显示驱动解决方案。后者的T-CON、内存、电源模块和多列驱动都位于一个芯片上，如图5(略)所示。

       平板电脑的显示系统则介于这两种显示系统之间，而且自平板电脑推出以来就一直在效仿笔记本的显示系统。平板电脑上市后，大多数产品都是作为上网本的替代品而为人们所熟知。对于用户而言，平板电脑所能满足的使用要求与笔记本电脑很相似，如观看多媒体内容和使用网络资源等。因此，与笔记本电脑显示系统类似，平板电脑也采用了横向显示的方式。

        目前，智能手机的显示系统采用单芯片显示驱动解决方案。但要将这种解决方案应用于笔记本电脑的横向显示型显示系统则并非易事，因为笔记本电脑的边框尺寸较大且在运行期间温度较高。

        如图3所示，随着纵向显示型平板电脑在市场上的推出，说明三星找到了一个新的解决方案。这种低功耗平板电脑显示器解决方案的概念与智能手机类似。然而，如果把单芯片显示驱动直接应用于分辨率达到WQXGA级别的平板电脑，其边框尺寸会增大，而且在使用时温度也会升高。因此，为降低平板电脑的边框尺寸和运行温度，三星采用了双芯片显示驱动结构。接下来，本文将向您介绍这种结构为何适用于平板电脑显示系统。

        平板电脑双芯片显示驱动结构

        为了对双芯片显示驱动结构进行详细说明，三星研究了显示驱动和分辨率达到WQXGA级别的显示器之间所需的输出通道的数量。分辨率达到WQXGA级别的横向显示型显示系统和纵向显示型显示系统如图6(略)所示，表1列出了输出通道数量的比较。就门驱动器(垂直驱动器)的输出通道而言，本文假定门驱动器嵌于液晶面板中，因为大多数液晶面板制造商都将门驱动器嵌于液晶面板中。

        如图7( 略) 所示，双芯片显示驱动结构的基本概念正逐渐淘汰显示系统中的T- CO N。将显示系统中两个相同的显示驱动集成在一起与智能手机显示系统的概念相似。

        从低功耗的角度看，智能手机显示系统比笔记本电脑显示系统的效率更高，因为其应用处理器和显示驱动之间只有一条数据传输路径和一个系统接口(MIPI)。因此，三星基于智能手机显示系统结构为搭载纵向显示型WQXGA显示器的平板电脑开发了双芯片显示驱动结构。

       如图7(略)所示，在纵向显示型WQXGA显示器的双芯片显示驱动结构中，所配备的两个芯片是相同的。其中左侧的显示驱动用来控制WQXGA面板的左半边，WQXGA面板的左半边通过2560的分辨率将RGB范围控制在1~80 0之间。而右侧的显示驱动则用来控制WQXGA面板的右半边，WQXGA面板的右半边通过2560的分辨率将RGB范围控制在8 01~16 0 0之间。双芯片显示驱动结构的功能类似于单芯片或T-CON+多列驱动解决方案，其功能完全由双芯片显示驱动来实现。

        双芯片显示驱动结构与T-CON+多列驱动结构最大的区别在于显示系统中是否配备了面板内接口。在T-CON+多列驱动结构中，面板内接口应配备在T-CON+多列驱动之间，因为列驱动集成电路没有定时控制器块。因此，T-CON应该控制与显示器面板相关的各种定时装置。而在双芯片显示驱动结构中，每个显示驱动中都有定时器，当需要在两个芯片之间传输数据时，两个定时器可以通过芯片到芯片接口与对方IC协同运行。

        与传统的T-CON+多列驱动解决方案相比，在纵向显示型平板电脑显示系统中采用双芯片显示驱动结构时，应考虑显示器边框的尺寸。如上文所述，就显示器边框而言，如果纵向显示型平板电脑采用了单芯片显示器和WQXGA分辨率，则显示器底部边框就会增大。这是因为显示驱动与液晶显示器之间的路由区域被480 0条输出通道占据了(如图8(略)所示)。路由区域会根据显示器的尺寸按比例增大。在采用单芯片显示驱动结构的情况下，为了缩小显示器边框的尺寸，显示驱动的X尺寸应与显示器的X尺寸几乎一致，但是做到这点很难。由于半导体设备中单芯片显示驱动的X尺寸有一定的局限性，X尺寸应不超过3.xmm。因此，本文建议使用双芯片显示驱动结构，以降低底部边框的尺寸。使用双芯片显示驱动结构可以缩小底部边框尺寸，因为液晶显示器与每个显示驱动之间的路由区域是被2400条输出通道所占据。输出通道数量的减少有助于缩小路由区域。因此，为了缩小显示器底部边框的尺寸，本文建议使用双芯片显示驱动结构。

        为了解决显示系统运行温度较高的问题，本文也建议使用双芯片显示驱动结构，因为高功耗可被平均到每个芯片中(如图9所示)。由于平板电脑显示器的功耗高于智能手机的显示器，如果将单芯片显示驱动应用于平板电脑显示器，那么功耗就集中到单个芯片中，而这会导致平板电脑显示器系统的运行温度过高。

       平板电脑双芯片显示驱动结构的优点

        与T-CON+多列驱动结构相比，双芯片显示驱动结构具有一些优点，本节将详细介绍。本文在对这两种结构进行比较之前，假定1T-CON+4列驱动将应用于纵向显示型WQXGA显示器(如图13(略)所示)。而在与双芯片显示驱动系统进行比较时，本文将1T- CO N+4列驱动解决方案定义为传统系统。

       如图10所示，就接口功耗来看，传统结构在T-CON和列驱动之间提供了额外的接口路径，并将其作为面板内接口。

        图11说明了与传统系统相比，双芯片显示驱动结构是如何减少总接口功耗的。其中，接口功耗的降低归功于两个显示驱动之间的芯片到芯片接口。

        图12将传统系统与采用双芯片显示驱动结构的WQXGA平板电脑显示接口功耗进行了对比。据估计，与传统系统相比，采用双芯片显示驱动结构的显示系统可减少71%的功耗。

        如表2和图13(略)所示，减少显示芯片的使用总数可以降低成本。

         如图13(略)所示，在双芯片显示驱动结构中，T-CON PCB与T-CON PMIC已被排除。柔性印刷电路板(FPCB)可用于与智能手机类似的平板电脑双芯片显示系统中。

        总结

        本文介绍了纵向显示型WQXGA显示系统的双芯片显示驱动结构，该结构应用于三星系统LSI业务针对平板电脑开发的双芯片显示驱动系统解决方案。

          就平板电脑而言，低功耗和低成本对于延长电池寿命和降低使用成本而言至关重要。本文描述了双芯片显示驱动结构降低接口功耗的原理，同时也详细说明了双芯片显示驱动的成本效益。

         对于未来的高PPI纵向显示型平板电脑显示器而言，双芯片显示驱动结构是为了低功耗和低成本而定制的一种解决方案。这种结构也可以应用到其他产品中，如可转换成平板电脑的个人电脑及笔记本电脑等。