大尺寸TFT顯示器源極驅(qū)動解決方案

引言
TFT LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）正在改變?nèi)藗兛从?jì)算機(jī)和TV的界面。低EMI的特點(diǎn)使得它可以變得很薄、很輕，節(jié)省空間，而且亮度更高，更好地融入環(huán)境，因此很多人都認(rèn)為這些平板顯示器件引領(lǐng)未來之路。
Solomon Systech公司在顯示器驅(qū)動方面已經(jīng)取得和掌握了豐富的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)，現(xiàn)在他們已開發(fā)出多種TFT源驅(qū)動器，可以通過一個(gè)驅(qū)動電路單元及一個(gè)大尺寸的TFT LCD應(yīng)用相匹配。該類源驅(qū)動采用了高速RSDS接口，電壓輸出水平精確，有電荷分享能力，并采取了TCP設(shè)計(jì)，故能充分發(fā)揮TFT穩(wěn)定的平板顯示的各種重要優(yōu)勢，包括良好的對比度、很高的幀頻率、響應(yīng)快和視角寬等。一個(gè)TFT LCD模塊由一個(gè)TFT面板、一個(gè)驅(qū)動電路單元、一個(gè)背光系統(tǒng)和一個(gè)組裝單元構(gòu)成(圖1)。本文將討論這種新型源驅(qū)動IC的功能和與TFT LCD模塊系統(tǒng)有關(guān)的一些信息。

圖1  TFT LCD模塊組成

TFT源驅(qū)動器結(jié)構(gòu)
上述TFT源驅(qū)動器由移位寄存器、數(shù)據(jù)鎖存器、電平平移器和數(shù)字/模擬信號轉(zhuǎn)換器、輸出及修復(fù)緩沖器等電路模塊構(gòu)成(圖2)。

圖2  TFT源驅(qū)動器的組成模塊
下面列出的各項(xiàng)因素在實(shí)現(xiàn)源驅(qū)動器最優(yōu)性能時(shí)必須予以考慮:
(1). 在功率安全情況下的動態(tài)模式和靜態(tài)模式功耗。
(2). 輸出緩沖器的驅(qū)動能力。每通道的負(fù)載為50pF_180pF，具體數(shù)值取決于平板的尺寸和分辨率。
(3). 輸出穩(wěn)定所花費(fèi)的時(shí)間。這意味著要確保源極驅(qū)動器輸出端保持的電壓水平在柵線關(guān)閉前都能處于有效狀態(tài)。例如，SXGA分辨率達(dá)1024柵線，幀頻率達(dá)75Hz。柵線的掃描時(shí)間就應(yīng)該是1/75/1024 =13(s。輸出所要求的時(shí)間應(yīng)該少于13(s。
(4). RSDS接收器的最大時(shí)鐘頻率。這將直接影響到應(yīng)用的分辨率和所允許的幀頻率。
(5). 源驅(qū)動器輸出的一致性, 輸出引腳間電壓的差異將會影響顯示的質(zhì)量。
SSD1211/13/31/33系列TFT源極驅(qū)動器采用了RSDS接口、電荷共享的驅(qū)動算法、內(nèi)部6bit DAC（用于SSD1231/33）、內(nèi)部8bit DAC（用于SSD1211/13），點(diǎn)或N線反相，支持針對筆記本PC、監(jiān)視器和LCD TV應(yīng)用的SVGA、XGA、WXGA、 SXGA、UXGA、QXGA的驅(qū)動系統(tǒng)。
圖3給出一個(gè)用于PC監(jiān)視器的17英寸SXGA平板顯示器實(shí)例。該平板顯示器利用SSD1231實(shí)現(xiàn)了6 bit DAC精度。

圖3  一個(gè)用于17" SXGA  PC平板顯示器實(shí)例

RSDS接口
抑制擺幅差分信號（Reduced Swing Differential Signaling，RSDS） 接口是一種差分信號協(xié)議，它與LVDS（低壓差分信號）類似，區(qū)別在于針對的應(yīng)用不同。采用RSDS接口后，系統(tǒng)可以改善TCON（時(shí)序控制器）和源驅(qū)動器間的連接，提高其速度，減少互聯(lián)、降低功耗和EMI。
RSDS采用了一種低電壓差分?jǐn)[幅(+/- 200 mV)和2:1的數(shù)據(jù)復(fù)用率，由此實(shí)現(xiàn)了較為簡單的、功耗更低的接收結(jié)構(gòu)。
該源驅(qū)動可以在高達(dá)85MHz的時(shí)鐘頻率下工作，帶有一個(gè)RSDS接口。除了它的電壓擺幅與TTL接口相比較小外，這種差分信號架構(gòu)還可以極大的壓制高速信號通路產(chǎn)生的EMI。
圖4示出彩色bit映射，它支持6bit和8bit源驅(qū)動器。對6bit接口來說，數(shù)據(jù)的總線的MSB可略去。

圖4  彩色位映射
由于RSDS接口利用雙沿信號觸發(fā)器以串行方式發(fā)送數(shù)據(jù)，對一個(gè)總共采用20條線的6bit應(yīng)用來說，總線的總寬度只包括了9對數(shù)據(jù)信號和一對時(shí)鐘信號。對傳統(tǒng)的6bit TTL接口來說，需要36條數(shù)據(jù)線和2條時(shí)鐘信號線。對于采用RSDS接口的系統(tǒng)來說，可以在TFT－LCD模塊中做到將總線寬度整體減少47.4％。

電荷分享輸出驅(qū)動
隨著應(yīng)用的尺寸不斷變大，面板的負(fù)載也相應(yīng)增加，動態(tài)功耗也將大大增加。這會影響到系統(tǒng)的功率預(yù)算。為了滿足這一要求而且為了實(shí)現(xiàn)在手持式筆記本電腦中的應(yīng)用，Solomon Systech的源驅(qū)動器采用了電荷分享輸出驅(qū)動算法，以減小功耗。
由于平板顯示將采用點(diǎn)式或者N線反相顯示，該源驅(qū)動器輸出應(yīng)該保證一半在VCOM電壓之上，而一半在VCOM電壓之下。電荷的分享是通過讓儲存在源驅(qū)動器輸出中的電荷重新分配來實(shí)現(xiàn)的，因此可以將消耗的動態(tài)電流節(jié)省一半。
使用電荷分享技術(shù)時(shí)，輸出波形與傳統(tǒng)的波形不同(圖5，圖6)。對于帶有電荷分享能力的輸出來說，接近VCOM電壓的地方始終要有一段時(shí)間用來讓電荷在所有其他輸出引腳之間實(shí)現(xiàn)再分布。此后，波形將回歸到傳統(tǒng)的驅(qū)動波形上。

圖5  無電荷分享的傳統(tǒng)輸出波形

圖6  電荷分享的輸出波形
與其他傳統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)不同，電荷分享不會讓源驅(qū)動器的驅(qū)動能力下降。這是因?yàn)殡姾晒蚕碇皇菑?fù)用了儲存在輸出端的能量，而輸出緩沖器的偏置電流將保持不變。此外，電荷分享的持續(xù)時(shí)間由水平線鎖存脈沖控制，無需另外采用專門的硬件。因此，Solomon Systech的源驅(qū)動器具有更高的驅(qū)動能力，而且功耗更低。

IC封裝設(shè)計(jì)
根據(jù)不同的應(yīng)用,在TAB封裝中,最大做到9+9伽馬輸入是可能的。SSD1231 的TAB封裝中有5+5輸入引腳，設(shè)計(jì)簡便,方便互聯(lián)。請參考圖7和圖8所示的詳細(xì)的TAB外形圖和引腳分配。

圖7  SSD1231T TAB 封裝設(shè)計(jì)

圖8  SSD1231 TAB引腳分布
SSD1231T為源輸出提供了2個(gè)測試引腳，以方便制造中的檢驗(yàn)，這樣當(dāng)面板上的任何一根垂直線出現(xiàn)中斷時(shí)，就會出現(xiàn)一對空置的用于信號修復(fù)的緩沖器。

結(jié)語
TFT LCD監(jiān)視器和TV將朝著更高的分辨率、更優(yōu)良的品質(zhì)和更大的物理尺寸發(fā)展。Solomon Systech 新開發(fā)的系列源驅(qū)動器將促成實(shí)現(xiàn)這些不同的應(yīng)用。
同時(shí)，Solomon Systech 正在開發(fā)一組用于COG應(yīng)用的源和柵驅(qū)動器，它們將進(jìn)一步減小TFT模塊的物理尺寸和重量。重要的是，它還將通過TAB/COF與PCB材料的節(jié)省來降低監(jiān)視器/TV系統(tǒng)材料方面的成本。