整合型显示驱动单芯片方案,One Chip Solution
随着面板制造技术的进步,以及市场需求的推动,面板厂逐步引入GIA(Gate Driver in Array)技术, 使用GIA电路取代Gate IC, 将Gate IC和Source IC进行整合。
传统TFT-LCD面板Gate线路采用配线从驱动芯片导入信号使TFT开启,将显示信号输入到像素单元完成画面显示。由于每一条配线对应一行Gate电路,配线条数较多,占用空间较大。为对应窄边框和高解析度产品需求,集成栅极驱动电路(GIA, Gate Driver in Array)技术应运而生。GIA即在TFT玻璃上通过用MOSFET所搭建的电路,给每行设计一组GIA电路,仅输入少量GIA Timing信号,可输出多路Gate控制信号,从而替代Gate Driver IC的功能。目前GIA方案已广泛应用在智能手机、平板电脑等主流显示市场,促进了智能手机、平板电脑等领域整合型显示驱动芯片的发展。
大尺寸LCD驱动IC的特点
,高电压工艺。模拟电路中电压越高,驱动能力越强,因此大尺寸LCD驱动IC采用高电压制造工艺,通常Source Driver IC为10~12V, Gate Driver IC更高,达40V。
第二,运行频率高。液晶显示器的分辨率越来越高,这就意味着扫描列数的增加, Gate Driver IC不断提高开关频率, Source Driver IC不断提高扫描频率。
第三,封装工艺特殊。LCD驱动IC通常绑定在LCD面板上,因此厚度尽可能地薄,通常采用高成本的TCP封装。还有特别追求薄的,采用COG封装,再有就是目前正在兴起的COF封装。
第四,管脚数特别多。Gate Driver IC少256脚, Source Driver IC少384脚。
第五,单一型号出货量特别大。驱动IC 单月平均出货量高达1.5亿片,而其中平均每个型号的出货量达差不多在300万片左右。
显示驱动芯片(Display Driver Integrated Circuit,简称DDIC)的主要功能是控制OLED显示面板。它需要配合OLED显示屏实现轻薄、弹性和可折叠,并提供广色域和高保真的显示信号。同时,OLED要求实现比LCD更低的功耗,以实现更高续航。
DDIC通过电信号驱动显示面板,传递视频数据。DDIC的位置根据PMOLED或AMOLED有所区分(PM和AM的区分见下文详述):
如果是PMOLED,DDIC同时向面板的水平端口和垂直端口输入电流,像素点会在电流激励下点亮,且可通过控制电流大小来控制亮度。
至于AMOLED,每一个像素对应着TFT层(Thin Film Transistor)和数据存储电容,其可以控制每一个像素的灰度,这种方式实现了低功耗和延命。DDIC通过TFT来控制每一个像素。每一个像素由多个子像素组成,来代表RGB三原色(R红色,G绿色,B蓝色)。
TFT上面的一个一个的像素的电压的值(或者是On状态的时间占空比),以扫描的方式按照一定的时间节奏一个一个的传输。
OLED的DDI和LCD的还不一样,尤其是大屏电视的OLED DDIC。因为LTPS(Low Temperature Poly-Silicon,简称为p-Si)材质的不均一,屏幕越大,信号到达TFT各个角落的时间的差异就越大,那么画面就会出现意想不到的撕裂的现象。所以的OLED DDI里面可以储存一张自己驱动的TFT的不均一性的照片,然后根据具体的不均一性的情况来对信号进行调整。
另外还需要有一个负责分配任务给它们的芯片,叫做Timing Controller,简称T-CON。一般情况下,T-CON是显示器里面复杂的芯片,也可以看做是显示器的“CPU"。它主要负责分析从主机传来的信号,并拆解、转化为Source/Gate IC可以理解的信号,再分配给Source/Gate去执行,T-CON具有这种功能是因为T-CON具有Source/Gate没有的控制时间节奏的能力,所以叫Timing Controller。越来越高的分辨率、刷新率和色深都对T-CON的处理能力以及前后各种接口的信息传输能力提出了挑战。
DDIC通过扫描的方式驱动显示屏。从上图可以看到,给相应的行和列加上电压就可以点亮相应的像素了。但是问题来了,如果我们想同时点亮2B和5E,给2列、5列以及B行、E行同时加电压的话,会发现连5B和2E也被无辜点亮。为了防止这种情况的发生,我们在时间上给予各条线先后顺序的区分。
目前选择的是每次处理一条X轴的线,每次只给一条横线加电压,然后再扫描所有Y轴上的值,然后再迅速处理下一条线,只要我们切换的速度够快,因为视觉残留现象,是可以展现出一幅完整的画面的。这种方式叫做Passive Matrix。
然后这样的方式的大的缺点就是,除非我们每条线切换的速度超级无地块,否则,实际上每条线可以分到的有电压的时间是非常短的,一旦电压移到下一条线上,原来这条线上的像素就全都暗下去了,整体画面给人的感觉是非常暗淡,不明亮的。
还有一个问题就是,如果某个像素不该点亮,但是因为它旁边的像素该被点亮,所以相应的X轴被加上了电压,这个像素也会受到旁边像素的一丢丢影响,被点亮一丢丢,结果就是图像的清晰度很不好,图像的边缘会模糊。
DDIC的封装形式
自从三星在2013年推出曲面屏(Curved Display),柔性显示屏技术迅速发展。大体上,显示屏分两类,即硬质显示屏和柔性显示屏。硬质显示屏使用硬质玻璃作为基板,而柔性屏使用一种塑料(polyimide,聚酰亚胺,简称PI,有机高分子材料)作为基板,具有可弯曲、可折叠、可卷曲的性能。一些智能手机在屏幕边缘弯折,提升了质感,就是归功于这种材料。
客观来说,COG、COF、COP是当下屏幕显示驱动芯片的3种不同封装技术,在广大媒体传导下也被称为“屏幕封装”。三者主要的应用是实现手机或电视系统对其屏幕(LCD,OLED)的驱动控制,以及与其它系统例如主板FPCB、部件等的信号链接。
COG(Chip On Glass)是将手机屏幕显示驱动芯片(Display Driver IC,DDIC)直接粘合链接到在玻璃材质为主的刚性玻璃基板上(Glass Substrate),之后由FPCB链接至手机其余PCB或部件。通常用于刚性显示屏,例如LCD。