|
單只談「LCD的驅(qū)動IC」其實是一個范疇相當廣的議題。 LCD的驅(qū)動類型大體可區(qū)分成TN（Twisted Nematic）、STN（Super-Twisted Nematic）（附注1），以及TFT（Thin-Film Transistors）等3類，其中TN LCD多半使用在數(shù)字表、計算器等簡單的數(shù)字顯示，而TFT則小至數(shù)字相機的觀景窗，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。 當然，有關(guān)TN、STN之類的LCD驅(qū)動IC其技術(shù)已相當成熟，技術(shù)發(fā)展與市場增長都達一定程度，因此已少有人關(guān)注，也因為技術(shù)的成熟，使大陸的IC設(shè)計業(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，從小尺寸轉(zhuǎn)向大尺寸。 △圖說：TFT LCD驅(qū)動IC控工藝序示意圖。 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顆以上的芯片所構(gòu)成，這包括源極驅(qū)動器（Source Driver）芯片、閘級驅(qū)動器（Gate Driver）芯片、以及時序控制器（Timing Controller；TCON或T-CON）芯片等（附注2），此外也可能需要運算放大器（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)字型或模擬型，不過多數(shù)業(yè)者都實行數(shù)字型，僅少數(shù)業(yè)者實行模擬型（附注3）。 要注意的是，源極驅(qū)動器有時也稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動器（Data Driver），而閘級驅(qū)動器則稱為掃瞄驅(qū)動器（Scan Driver）。 △圖說：NS公司的TFT LCD驅(qū)動IC：FPD33684，該驅(qū)動芯片強調(diào)低EMI、低功耗并支持RSDS接口，適合用于筆記本電腦或桌上型液晶顯示器上。 輸入接口 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)字轉(zhuǎn)模擬的程序來進行驅(qū)動，而這個接收的輸入接口仍在持續(xù)演化中。 目前最常見的接口是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）接口為基礎(chǔ)所定義出的接口，此接口的優(yōu)點在于低電磁干擾（EMI）、低功耗，并盡可能保有傳輸效能與畫面分辨率。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)的時序控制器芯片、源極驅(qū)動器芯片都實行RSDS接口。此外也有人支持最傳統(tǒng)的TTL（Transistor-Transistor Logic）接口。 在RSDS后NS又提出一種新的接口，稱為PPDS（Point to Point Differential Signaling），新接口的優(yōu)點在于支持更高的畫面分辨率、更高的傳輸（運作）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)省電路板布線面積及成本。另外還也一種迷你型的LVDS，稱為mini-LVDS，也是因應(yīng)高尺寸趨勢而有的新技術(shù)提案，mini-LVDS也有助于傳輸線路數(shù)的縮減，mini-LVDS往后也可能實行點對點作法，如此將稱為PPmL（Point to Point mini-LVDS）。 △圖說：在手機用的TFT LCD驅(qū)動器芯片上NEC有其獨到的接口傳輸技術(shù)：Mobile MCADS（Mobile Current Mode Advanced Differential Signaling），其技術(shù)優(yōu)點在于縮減線路用數(shù)與降低EMI噪聲，圖中粉紅色區(qū)塊即是NEC電子的LCD驅(qū)動器芯片的位置。 電壓、頻率、色階、信道數(shù) 在驅(qū)動電壓、驅(qū)動的掃瞄頻率、驅(qū)動的色階、驅(qū)動的信道數(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)動頻率高則可以支持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，未來甚至不排除支持到16-bit，畢竟HDMI 1.3版已經(jīng)言明支持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)動器芯片具有300多、400多個通道，增加到現(xiàn)在的600多、700多個信道，每顆驅(qū)動器芯片的信道數(shù)愈多，對應(yīng)用設(shè)計者而言，就能夠以較少的芯片用數(shù)而達到相同的驅(qū)動效果。 舉例來說，在1920 x 1280的分辨率中，若1顆數(shù)據(jù)驅(qū)動器芯片僅具有400多個驅(qū)動信道，則需要5顆才能達到1920的驅(qū)動，相對的若是使用單顆就具有700多個驅(qū)動信道的芯片，則只要3顆就可以達到相同的驅(qū)動設(shè)計要求。源極驅(qū)動是如此，閘極驅(qū)動也類似，閘極驅(qū)動器的信道數(shù)一般多在200多、300多個通道，如今也逐漸往400邁進。 △圖說：南韓Samsung將LCD Driver IC（液晶驅(qū)動器芯片）簡稱為LDI，LDI屬于DDI（Display Driver IC）下的一塊，此外還有STN與TFT之分，STN又有字符與圖形之分，TFT亦有OA（辦公室自動化）與A/V（視聽）之分。 特有的驅(qū)動功效 除上述外，LCD驅(qū)動IC還可運用其驅(qū)動控制手法來提升液晶畫質(zhì)，由于傳統(tǒng)CRT（陰極射線管，俗稱：映像管）的顯 示是用電子光束打擊熒光質(zhì)，光束移位后熒光質(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，也實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，當然，這個黑色畫面的時間很短暫，僅十數(shù)毫秒，但卻具有消除殘影的效果。為了實現(xiàn)插黑機制，與TFT LCD驅(qū)動器芯片相搭配運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的點亮、熄滅速度反應(yīng)極快，不像CCFL的點亮、熄滅較慢，因此LED背光也可用短時間內(nèi)熄滅所有背光LED來達到插黑效果，這時就不用透過LCD驅(qū)動IC來進行插黑。 附帶一提的是，此一插黑若是透過軟件或影像數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絹韺崿F(xiàn)，那么將會增加視訊傳輸?shù)念l寬耗占，為了避免此一耗占就必須在TFT LCD驅(qū)動器芯片中，直接內(nèi)建插黑的控制功效，TFT LCD驅(qū)動器芯片的設(shè)計業(yè)者對此問題，也增加了芯片的控制接腳（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進行插黑。 當然，改善殘影、殘像的方式不是只有一種，也有試圖從其它層面來解決的構(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)雖然可以達到更快速的扭轉(zhuǎn)，但也因為扭轉(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，因為液晶扭轉(zhuǎn)至極致時，仍會有光從背光穿透到前端。 △圖說：日本瑞薩（Renesas）的Gate Driver for TFT（TFT LCD的閘極驅(qū)動器芯片）－HD66774R，該芯片具有240個輸出，使用COG封裝（尺寸10.60 x 2.80公厘），適合用在QCIF規(guī)格尺寸的手機或PDA上。 驅(qū)動IC的封裝 有別于一般芯片的封裝，TFT LCD驅(qū)動芯片有其獨特的封裝方式，一般的芯片多半使用QFP、BGA之類的封裝，而TFT LCD驅(qū)動芯片則不然，用的是卷帶式芯片載體封裝（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。 也因為封裝方式的特殊，因此其封裝測試（簡稱：封測）業(yè)者也與一般芯片封裝不盡相同，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、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)動器芯片內(nèi)的SRAM 同樣是為了節(jié)省影像傳輸接口的頻寬耗占，因此TFT LCD驅(qū)動器芯片內(nèi)多半會內(nèi)建SRAM內(nèi)存，此一內(nèi)存用來暫存已經(jīng)傳送到驅(qū)動器芯片，但尚未要透過驅(qū)動器芯片進行輸出的影像數(shù)據(jù)。由于TFT LCD的尺寸愈來愈高、分辨率愈來愈高、畫面更新率、色深也都在提升，很明顯的，驅(qū)動器內(nèi)的SRAM內(nèi)存只會不斷的加大容量，好因應(yīng)愈來愈大的影像數(shù)據(jù)傳輸量。 不過，內(nèi)建SRAM容量愈來愈大的副作用是：(1)芯片產(chǎn)制的成本要增加，因為更多的SRAM內(nèi)存容量就意味著更大的裸晶面積。(2)芯片運作時的用電更兇，此有違今日不斷強調(diào)的節(jié)能與綠色運算等理念。所以也有人提出不能一味地增加暫存內(nèi)存的容量，因而提出暫存內(nèi)存的壓縮技術(shù)，如此可運用較少的暫存內(nèi)存而達到相近的顯示效果。 △圖說：日本瑞薩（Renesas）的Soruce Driver for TFT（TFT LCD的源極驅(qū)動器芯片）：HD66778，有的源級驅(qū)動器芯片會內(nèi)建RAM內(nèi)存，但此款芯片并未具備，此圖勢將HD66778用于QVGA規(guī)格尺寸的驅(qū)動上，此芯片適合用在PDA、相片打印機、多媒體顯示播放器等應(yīng)用上。 附注1：STN若依據(jù)單色與彩色來區(qū)分則還可以稱為MSTN與CSTN，其中「M」即為「Mono，單色」之意，相對的「C」即為「Color，彩色」之意，另也有強調(diào)更細膩畫質(zhì)的DSTN，D為「Double Layer，雙層」之意，不過TFT出現(xiàn)后近乎全面取代DSTN。 附注2：時序控制器（TCON）不見得以獨立、分立的離散性型態(tài)進行芯片封裝，有時會與TFT LCD驅(qū)動器芯片一同整合、封裝，如此即是TFT LCD驅(qū)動器芯片整合、內(nèi)建了TCON的功效。 附注3：模擬式驅(qū)動的業(yè)者主要是日本恩益禧（NEC），然臺灣的聯(lián)詠科技（Novatek）在中型尺寸上也有提供模擬式的源極驅(qū)動器。 附注4：Ghost Shadow，也有人稱為「鬼影」或「拖影」，這是因為液晶扭轉(zhuǎn)變化慢所造成的短暫影像殘留，在動態(tài)影像時尤為明顯。 |
