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單只談「LCD的驅動IC」其實是一個范疇相當廣的議題。 LCD的驅動類型大體可區分成TN（Twisted Nematic）、STN（Super-Twisted Nematic）（附注1），以及TFT（Thin-Film Transistors）等3類，其中TN LCD多半使用在數字表、計算器等簡單的數字顯示，而TFT則小至數字相機的觀景窗，大至數十英寸的液晶平面電視都有使用。 所以，數字表也需要LCD驅動IC，大尺寸液晶顯示也需要驅動IC，然不同類型的LCD、不同尺寸的LCD卻必須搭配不同的驅動IC，沒有一種LCD驅動IC可以合乎各種類型、各種尺寸的驅動需求，因此在談論LCD驅動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TN、STN之類的LCD驅動IC其技術已相當成熟，技術發展與市場增長都達一定程度，因此已少有人關注，也因為技術的成熟，使大陸的IC設計業者也逐步跨入此領域，如此也迫使日本、南韓、臺灣的驅動IC設計業者必須朝更高技術性的LCD驅動IC發展，從TN、STN轉向TFT，從小尺寸轉向大尺寸。 △圖說：TFT LCD驅動IC控工藝序示意圖。 另外一個加速臺灣驅動IC提升的動力，是來自液晶面板廠。由于臺灣已經成為全球液晶面板的組裝、制造重鎮，如果LCD驅動IC仍要持續倚賴進口，將難以掌握制造成本、制造時程，所以國內的面板大廠也都積極于LCD驅動IC的國產化，例如奇美電子（CHIMEI）即轉投資奇景光電（Himax），由奇景光電研制LCD驅動IC，以大宗供應給奇美電子。 因此，本文以下將以大尺寸、TFT類的LCD驅動IC為主，只有在特有情況下才會談論TN、STN類的驅動IC，同樣的也在特有情況下才會談論中小尺寸的驅動IC。 驅動IC類型 首先，LCD驅動IC并非只有1顆，而是由2顆以上的芯片所構成，這包括源極驅動器（Source Driver）芯片、閘級驅動器（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。有時源極驅動器還區分成數字型或模擬型，不過多數業者都實行數字型，僅少數業者實行模擬型（附注3）。 要注意的是，源極驅動器有時也稱為數據驅動器（Data Driver），而閘級驅動器則稱為掃瞄驅動器（Scan Driver）。 △圖說：NS公司的TFT LCD驅動IC：FPD33684，該驅動芯片強調低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，之后才能透過數字轉模擬的程序來進行驅動，而這個接收的輸入接口仍在持續演化中。 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）接口為基礎所定義出的接口，此接口的優點在于低電磁干擾（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，不過之后則開放使用，今日多數的時序控制器芯片、源極驅動器芯片都實行RSDS接口。此外也有人支持最傳統的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，同時也能縮減傳輸的線路數目，不僅能抑止EMI，同時節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，也是因應高尺寸趨勢而有的新技術提案，mini-LVDS也有助于傳輸線路數的縮減，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驅動器芯片上NEC有其獨到的接口傳輸技術：Mobile MCADS（Mobile Current Mode Advanced Differential Signaling），其技術優點在于縮減線路用數與降低EMI噪聲，圖中粉紅色區塊即是NEC電子的LCD驅動器芯片的位置。 電壓、頻率、色階、信道數 在驅動電壓、驅動的掃瞄頻率、驅動的色階、驅動的信道數等方面，則都是朝更大的數字發展，其中驅動電壓愈高愈能改善視角、對比方面的表現，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。而驅動頻率高則可以支持更快速的畫面更新率。 至于驅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（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）驅動器芯片具有300多、400多個通道，增加到現在的600多、700多個信道，每顆驅動器芯片的信道數愈多，對應用設計者而言，就能夠以較少的芯片用數而達到相同的驅動效果。 舉例來說，在1920 x 1280的分辨率中，若1顆數據驅動器芯片僅具有400多個驅動信道，則需要5顆才能達到1920的驅動，相對的若是使用單顆就具有700多個驅動信道的芯片，則只要3顆就可以達到相同的驅動設計要求。源極驅動是如此，閘極驅動也類似，閘極驅動器的信道數一般多在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。 特有的驅動功效 除上述外，LCD驅動IC還可運用其驅動控制手法來提升液晶畫質，由于傳統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，光束移位后熒光質的發光效應就開始消退，相對的LCD的顯示是持續持留性的，因此LCD的動態顯示效果不如傳統CRT，為了達到逼近于CRT的顯示特性，因此LCD驅動IC改變了驅動方式，也實行類似電子光束的間歇脈沖方式（Impulse Type）來驅動，以此改善動態畫質。 另外LCD有液晶反應較慢的殘影（附注4）問題，為了減少殘影對畫質的影響，LCD驅動IC也會提供「插黑，插入全黑色的影像」的驅動控制功效，即是在替換成下一個畫面前，會先停止整個液晶畫面的驅動，使液晶呈現黑色，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，僅十數毫秒，但卻具有消除殘影的效果。為了實現插黑機制，與TFT LCD驅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、熄滅速度反應極快，不像CCFL的點亮、熄滅較慢，因此LED背光也可用短時間內熄滅所有背光LED來達到插黑效果，這時就不用透過LCD驅動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據傳輸的方式來實現，那么將會增加視訊傳輸的頻寬耗占，為了避免此一耗占就必須在TFT LCD驅動器芯片中，直接內建插黑的控制功效，TFT LCD驅動器芯片的設計業者對此問題，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想。例如有業者開發OCB高速液晶材料，使液晶的扭轉操作更為快速，或者也有業者認為，改變液晶的操作維度也可加速扭轉的角度變化，此稱為垂直扭轉，垂直扭轉雖然可以達到更快速的扭轉，但也因為扭轉角度的減少使液晶的遮光能力變差，結果很可能是：液晶轉變的速度變快了，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規格尺寸的手機或PDA上。 驅動IC的封裝 有別于一般芯片的封裝，TFT LCD驅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）業者也與一般芯片封裝不盡相同，特別是TCP封裝，國內的主要業者有頎邦、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的金凸塊（Gold Bump）在臺灣也有業者提供，如慎立、頎邦、福葆、米輯、攸立、利弘等等。 驅動器芯片內的SRAM 同樣是為了節省影像傳輸接口的頻寬耗占，因此TFT LCD驅動器芯片內多半會內建SRAM內存，此一內存用來暫存已經傳送到驅動器芯片，但尚未要透過驅動器芯片進行輸出的影像數據。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，驅動器內的SRAM內存只會不斷的加大容量，好因應愈來愈大的影像數據傳輸量。 不過，內建SRAM容量愈來愈大的副作用是：(1)芯片產制的成本要增加，因為更多的SRAM內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的節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存的容量，因而提出暫存內存的壓縮技術，如此可運用較少的暫存內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的源極驅動器芯片）：HD66778，有的源級驅動器芯片會內建RAM內存，但此款芯片并未具備，此圖勢將HD66778用于QVGA規格尺寸的驅動上，此芯片適合用在PDA、相片打印機、多媒體顯示播放器等應用上。 附注1：STN若依據單色與彩色來區分則還可以稱為MSTN與CSTN，其中「M」即為「Mono，單色」之意，相對的「C」即為「Color，彩色」之意，另也有強調更細膩畫質的DSTN，D為「Double Layer，雙層」之意，不過TFT出現后近乎全面取代DSTN。 附注2：時序控制器（TCON）不見得以獨立、分立的離散性型態進行芯片封裝，有時會與TFT LCD驅動器芯片一同整合、封裝，如此即是TFT LCD驅動器芯片整合、內建了TCON的功效。 附注3：模擬式驅動的業者主要是日本恩益禧（NEC），然臺灣的聯詠科技（Novatek）在中型尺寸上也有提供模擬式的源極驅動器。 附注4：Ghost Shadow，也有人稱為「鬼影」或「拖影」，這是因為液晶扭轉變化慢所造成的短暫影像殘留，在動態影像時尤為明顯。 |
