驅(qū)動與控制技術(shù)推波助瀾，新興顯示屏應(yīng)用加速

　　不知不覺間，我們?nèi)粘Ｊ褂玫亩喾N便攜設(shè)備悄悄地發(fā)生了一些變化。手機(jī)的主要用途從打電話擴(kuò)展到多種輔助功能，如游戲、上網(wǎng)、發(fā)郵件、拍照等；MP3播放器提升對視頻的需求，向PMP升級；越來越多的PDA、甚至移動電視設(shè)備也出現(xiàn)在我們身邊。這些設(shè)備的一個(gè)共同特點(diǎn)是對圖像瀏覽和視頻播放的要求提高，而且強(qiáng)調(diào)友好的用戶交互界面，這對顯示屏的控制和驅(qū)動系統(tǒng)提出了新的要求。

　　顯示屏的尺寸不僅要更大、顯示亮度更高、顯示細(xì)節(jié)的能力更強(qiáng)，響應(yīng)速度更快，而且要求整個(gè)顯示控制和驅(qū)動系統(tǒng)不能消耗太多的功耗，不能占用太多的電路板空間，因此集成以及降低功耗成為顯示驅(qū)動和控制電路的重要發(fā)展趨勢。此外，基于電容性界面的觸摸屏也越來越流行，它們使手機(jī)等設(shè)備的操作更友好，但如何從市場上眾多的觸控方案，選擇合適的觸控方案是需要解決的一個(gè)首要問題。本文將探討針對便攜設(shè)備應(yīng)用的LCD、OLED等顯示屏的驅(qū)動和控制技術(shù)，以及觸摸屏控制技術(shù)的發(fā)展趨勢和最新的解決方案。

　　驅(qū)動芯片集成化的同時(shí)仍須平衡全局因素

　　目前多數(shù)廠商提供的LCD驅(qū)動越來越向集成化發(fā)展，不僅把升壓器、源驅(qū)動、柵驅(qū)動等集成到單芯片中，而且還有一些先驅(qū)者把電子部分集成到顯示器玻璃上。如何全面平衡集成的利弊？怎樣實(shí)現(xiàn)驅(qū)動最大的功率節(jié)?。咳绾螒?yīng)對新型顯示屏對驅(qū)動的新要求？這些問題成為驅(qū)動領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題。

　　對于便攜設(shè)備中顯示屏的驅(qū)動電路來說，縮小體積顯得尤為重要。把源驅(qū)動IC、門驅(qū)動IC、時(shí)鐘控制、電源供應(yīng)、甚至緩存集成在單個(gè)芯片的做法無疑會減少整個(gè)系統(tǒng)的體積，同時(shí)還簡化了便攜設(shè)備工程師的設(shè)計(jì)，因此深受歡迎。

　　此外，由于多種高速串行接口標(biāo)準(zhǔn)并存，如移動顯示屏數(shù)字接口(MDDI)標(biāo)準(zhǔn)、基于LVDS技術(shù)移動視頻接口(MVI)標(biāo)準(zhǔn)和移動行業(yè)處理器接口(MIPI)標(biāo)準(zhǔn)，所以在顯示控制器、接口轉(zhuǎn)換芯片或驅(qū)動IC中集成這些接口成為降低設(shè)計(jì)方案復(fù)雜性的一個(gè)途徑。例如：三星、東芝、夏普、愛普生、瑞薩、羅姆等公司已經(jīng)推出了各自的內(nèi)置MDDI接口的顯示控制器和接口轉(zhuǎn)換芯片，晶門科技也推出了帶MIPI 接口的LCD 驅(qū)動IC。

　　為了滿足移動電話的應(yīng)用需求，還誕生了一些針對移動電話應(yīng)用程序接口(API)的中間平臺方案，其中包括晶門科技推出的支持在移動電話系統(tǒng)中進(jìn)行靈活連接的mini-RGB接口。該解決方案由mini-RGB控制器SSD1270、一系列單芯片TFT驅(qū)動器(SSD1276、SSD1269、SSD2006和SSD2116)和mini-RGB接口組成，大大簡化了基帶系統(tǒng)和顯示模塊之間的連接。

　　值得注意的是，除了IC自身集成度更高并集成多種接口外，業(yè)界已有幾家廠商推出了把LCD 驅(qū)動集成到顯示器內(nèi)的產(chǎn)品。不過，該技術(shù)的起飛仍然需要解決成本、良率、和產(chǎn)能等問題。

　　“更高的集成能使客戶減少顯示模塊外的被動元件，但在眾多顯示技術(shù)中，目前只有低溫多晶硅(LTPS)TFT屏幕適合把電子部分集成到顯示屏上。”Leadis公司負(fù)責(zé)LED驅(qū)動和電源管理IC的副總裁Donato Montanari表示。

　　該公司的執(zhí)行副總裁兼首席運(yùn)營官Ken Lee補(bǔ)充道：“在高端的、需要更高像素密度的產(chǎn)品中，LTPS的市場份額會比常規(guī)顯示驅(qū)動的a-TFT(非晶硅)大，但在中低端模塊中，a-TFT將繼續(xù)表現(xiàn)出色，因?yàn)閍-TFT寬裕的產(chǎn)能帶來更低的成本?！盠eadis公司目前專注于小尺寸、單芯片顯示屏驅(qū)動解決方案。

　　把驅(qū)動器集成到顯示器玻璃中的好處是減少驅(qū)動成本、以及簡化LCM 流程，但晶門科技的周志光也指出其負(fù)面影響：“這種集成方法會使功耗更高，此外由于在面板中實(shí)現(xiàn)顯示RAM和高速接口(500MHz-1GHz)并不是件容易的事，所以這也是一種不靈活的解決方案?！钡J(rèn)為嵌入驅(qū)動器將是一種趨勢，需要5 到10 年時(shí)間以及大量的投資來實(shí)現(xiàn)。

　　新算法巧妙實(shí)現(xiàn)功率節(jié)省

　　隨著顯示屏在便攜設(shè)備中的地位越來越重要，顯示屏所消耗的功率占整個(gè)系統(tǒng)功率開銷的比例也越來越大，低功耗甚至零功耗顯示器需求急速上升。在前不久美國加州舉行的“SID 2007”展會，許多新技術(shù)都紛紛瞄準(zhǔn)了這項(xiàng)需求，包括電泳雙穩(wěn)態(tài)顯示器、雙穩(wěn)態(tài)LCD、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)顯示器、電潤濕法顯示器、傳統(tǒng)低功耗LCD等。

　　PowerLite模塊在顯示屏中的應(yīng)用框圖

　　對于節(jié)電來說，顯示屏驅(qū)動IC也是系統(tǒng)功率設(shè)計(jì)重要的考慮因素。Leadis公司的PowerLite專利技術(shù)包含兩種算法來實(shí)現(xiàn)全面節(jié)電：一個(gè)是動態(tài)背光控制(DBC)算法，用來分析并確定需要多少背光來在最大化節(jié)能的同時(shí)獲得高質(zhì)量圖像，計(jì)算結(jié)果直接發(fā)送到系統(tǒng)LED驅(qū)動器，再調(diào)整背光LED的功率；另一個(gè)是環(huán)境光感測(ALS)，利用外部相片探測器來檢測環(huán)境光，然后基于環(huán)境光和特定圖片內(nèi)容，來計(jì)算出最優(yōu)化的背光等級。

　　“在傳統(tǒng)LCD模塊中，LED背光驅(qū)動器一般不區(qū)分圖片內(nèi)容，直接全功率運(yùn)行?！盡ontanari指出，“碰到暗一點(diǎn)的圖像時(shí)，顯示屏驅(qū)動器令LCD陣列阻擋大部分的背光，這樣，由于只有小部分的光是真正通過LCD陣列轉(zhuǎn)送，所以必然會造成功率浪費(fèi)?！?

　　但使用PowerLite技術(shù)后，對于更暗的圖像來說，顯示屏驅(qū)動器允許LCD陣列傳送更大量的光，這樣系統(tǒng)發(fā)出的背光可以大大降低。與標(biāo)準(zhǔn)解決方案相比較，對于較暗的圖片，DBC和ALS的算法組合可使顯示模塊節(jié)省75%的功率；對于較亮的圖片，能節(jié)省20-50%的功率。PowerLite技術(shù)目前用在了Leadis公司的LSD285和LDS8861這兩款芯片中，能極大的延長用戶的電池壽命。

　　OLED、微型顯示等催生新的驅(qū)動方案

　　雖然不同材料的LCD顯示屏目前占據(jù)著便攜市場的主導(dǎo)地位，但諸如OLED、柔性顯示等新興顯示技術(shù)也逐漸取得商用化進(jìn)展。在越來越強(qiáng)調(diào)低功耗、低成本和快速響應(yīng)性能的今天，OLED屏幕可以更輕更薄、可視角度更大、成本更低更省電，顯示響應(yīng)時(shí)間更小等性能優(yōu)勢無疑會把OLED推向下一代主流顯示技術(shù)的地位。

　　但是OLED驅(qū)動IC也有著特殊的技術(shù)門檻。OLED是電流驅(qū)動型顯示設(shè)備，各個(gè)像素點(diǎn)的電氣特性不一致，為了達(dá)到亮度均勻，每個(gè)像素點(diǎn)的電流大小必須相同，因此需要額外的電流參考亮度控制系統(tǒng)。OLED的控制與驅(qū)動芯片是一種數(shù)?；旌?、高壓低功耗集成電路，需要集成控制器、靜態(tài)存儲器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、直流電壓變換器、振蕩器、源驅(qū)動和柵驅(qū)動等電路模塊。

　　由于LCD 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的非常完善，這對任何新的顯示技術(shù)來說都是一個(gè)障礙，新興技術(shù)需要大資本投資以進(jìn)入高批量的顯示市場。Lee透露：“2003-2005，PM OLED 曾短暫輝煌，但卻把地盤丟給了LCD。我們認(rèn)為未來AM OLED在顯示市場上更有潛力，而且Leadis在兩年前就開發(fā)了AM OLED的驅(qū)動?！?

　　影音TFT(AV TFT)是最近被開發(fā)的市場，最初是從筆記本和DVD 顯示發(fā)展而來。“它已從模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字接口。”晶門科技有限公司的周志光透露，“晶門科技把電源單芯片、源驅(qū)動、柵驅(qū)動整合進(jìn)單芯片SSD2116中，適用于橫向QVGA分辨率的AV TFT顯示器。”

　　微型顯示和電子紙顯示技術(shù)也有著巨大的機(jī)會，其特殊的性能為創(chuàng)新應(yīng)用留有更多的、以前從未想象到的空間。但是新技術(shù)變得成熟、并適合大批量生產(chǎn)，還需要更多時(shí)間。目前引人注目的進(jìn)展是摩托羅拉采用晶門科技雙穩(wěn)驅(qū)動器的電子紙手機(jī)已進(jìn)入量產(chǎn)階段。該款雙穩(wěn)驅(qū)動器控制器包含：用于命令和圖像數(shù)據(jù)輸入的MCU接口、用于緩沖圖像數(shù)據(jù)的顯示RAM、以及高電壓驅(qū)動輸出。

　　觸控方案呈現(xiàn)可編程趨勢，關(guān)鍵性能指標(biāo)逐一破解

　　仔細(xì)分析市場上常見的觸摸屏技術(shù)，會發(fā)現(xiàn)目前占主流的還是基于電容的方案。電容式觸控技術(shù)已迅速成為連接顯示器與媒體控制應(yīng)用的理想方案，持久的耐用度、簡單的材料清單、簡潔的外觀設(shè)計(jì)，都是其風(fēng)靡于多種便攜產(chǎn)品應(yīng)用的推動力。

　　對于賽普拉斯(Cypress)半導(dǎo)體公司的PSoC這種可編程IC來說，改變電容感應(yīng)設(shè)計(jì)的軟件是非常容易的事。新的固件可以通過軟件枚舉上載到電容感應(yīng)的PCB板上，用戶不必從系統(tǒng)中拆下PCB或者電容感應(yīng)模塊。如果固件出現(xiàn)了問題，做一個(gè)簡單的軟件升級即可，根本不用更換整個(gè)電容感應(yīng)模塊。

　　相反，作為觸控領(lǐng)域另一家主流廠商，義隆電子所量產(chǎn)的觸控屏程序是提前寫好的，但該公司表示也在考慮芯片的可編程性?！傲x隆計(jì)劃未來會提供一些可編程的觸控芯片?！崩钣枭仆嘎叮岸椅覀儠岩恍┏Ｓ玫能浖胚M(jìn)去，使客戶可以直接調(diào)出來用，為其設(shè)計(jì)帶來更大彈性。短期內(nèi)，義隆的方案以O(shè)TP為主，比起采用Flash的工藝在成本上更有優(yōu)勢。”

　　不過可編程芯片對用戶的開發(fā)能力要求很高，一些業(yè)界人士指出，很多使用PSoC的客戶都借助了代理商的編程方案，而自己進(jìn)行編程的并不多?？删幊淘谔峁┰O(shè)計(jì)便利性的同時(shí)，也為設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)能力提出了更高的要求。

　　面臨市場上眾多的觸控方案，如何判別其優(yōu)劣，并選擇合適自己產(chǎn)品的方案成為工程師頭痛的問題。Cypress的PSoC CapSense產(chǎn)品經(jīng)理王一杭表示：“當(dāng)我們評估一種電容傳感方案的性能，我們審查抗擾度、信噪比和功能。信噪比是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，信噪比低的系統(tǒng)不好。CapSense方案針對各種各樣的噪聲源進(jìn)行了測試，顯示了優(yōu)秀的免疫能力。實(shí)際上, 我們還經(jīng)常幫助客戶定義合適的生產(chǎn)測試規(guī)則?！?

　　其它的性能指標(biāo)，如RF抗干擾性、抗AC噪聲、對電源瞬時(shí)過沖的適應(yīng)性等，也是電容感應(yīng)設(shè)計(jì)時(shí)的重要因素?！盎赑SoC的電容感應(yīng)方案和算法經(jīng)過了嚴(yán)格的性能測試，使客戶不必在噪聲導(dǎo)致的失效問題上花太多的時(shí)間進(jìn)行調(diào)試?！蓖跻缓急硎尽?

　　除此之外，“還應(yīng)該注重解析度和靈敏度這兩個(gè)參數(shù)?！绷x隆電子電腦周邊部專案經(jīng)理李予善認(rèn)為，“在解析度方面，義隆的觸控板技術(shù)在廣泛用于便攜式設(shè)備之前，最初是用于筆記本電腦上的，長期以來曾積累了很多技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，目前可以達(dá)到300dpi，即每平方英寸上300x300個(gè)點(diǎn)。而對于靈敏度，目前有八個(gè)段可以調(diào)整，因?yàn)閷`敏度來說，并不是越靈敏越好，有時(shí)靈敏度太高會造成誤讀，靈敏度不夠又會導(dǎo)致按下去沒反應(yīng)。所以應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是靈敏度的可調(diào)性?！?

　　觸控屏的功耗參數(shù)同樣重要。Cypress的PSoC也增加了類似的背光控制和環(huán)境光感測，以在執(zhí)行電容觸控的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)電的性能，從而延長電池壽命。

　　此外，由于便攜產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境差異很大，所以芯片最好能有一個(gè)寬廣的工作溫度范圍。義隆電子的觸控芯片的工作溫度在-40到80度之間。

　　王一杭建議設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)電容性感應(yīng)界面時(shí)需要注意以下四個(gè)問題：需要有簡單易用但功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工具；靈活的架構(gòu)；集成化的能力；具有成本效益的解決方案。簡單易用、功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工具可以幫助設(shè)計(jì)人員花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)而不是幾天來完成定制的CapSense觸摸屏設(shè)計(jì)。靈活的架構(gòu)對于原型和測試階段來說非常重要，許多手機(jī)設(shè)計(jì)都是在經(jīng)歷了無數(shù)次的設(shè)計(jì)修訂才最終定稿的。

　　在設(shè)計(jì)電容性界面的過程中，還必須十分小心以確保在覆蓋層和傳感元器件之間沒有金屬涂料粒子以及空氣縫隙。位于涂層上的金屬點(diǎn)或者其他導(dǎo)體物質(zhì)將阻礙電容性傳感器的正常工作并中斷偵測。位于傳感器件和涂層之間的空氣間隙將劣化電容性能。針對這種現(xiàn)象，Cypress推出了用戶定制設(shè)計(jì)的指引，來幫助設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)可實(shí)際工作的電容性系統(tǒng)，避免昂貴的重新設(shè)計(jì)循環(huán)。

　　在觸控這個(gè)領(lǐng)域，芯片制造商和系統(tǒng)廠商的合作關(guān)系會更密切一些。在這個(gè)領(lǐng)域，做出樣品不難，難的是在量產(chǎn)過程中控制好良率、可制造性等問題。傳感器的尺寸很大，無法和控制器集成，而且如果顯示屏貼合不好，還會影響觸控質(zhì)量，因此一些半導(dǎo)體廠商除了直接銷售觸控模塊，也和顯示屏廠商合作，以提供貼好觸控模塊的完整的觸控屏。