LCD驅動技術的最新進展

摘要： 介紹有關LCD顯示器驅動技術和相關芯片的最新進展。
關鍵詞： TFT-LCD；驅動技術

　　5月18日至23日，2008年第46屆SID大會在美國洛杉磯會議中心召開，展覽會吸引了8000余名來訪者。從展品與專題報告內容來看，主角仍是LCD與OLED。在73場專題報告會中，涉及LCD的有30場，涉及OLED的有13場。LCD顯示屏進一步向大屏幕高分辨率發(fā)展，出現(xiàn)了超高清82英寸大屏幕；LED背光源開始進入實用化。OLED的亮點是已有多家公司推出OLED電視展品，而在去年只有SONY公司一家在報告會上展出OLED-TV。本文集中介紹有關LCD顯示器驅動技術的進展。

　　LCD顯示器有兩大發(fā)展方向。一個方向是屏幕尺寸更大、分辨率更高、動態(tài)畫質更好的LCD-TV，其中最重要的任務是提高運動圖像的質量，即解決LCD顯示器天生的運動偽像問題。另一個方向是用于移動顯示(例如手機顯示屏)的顯示屏向著更高速、更高分辨率方向發(fā)展，即移動顯示屏要顯示1280×800或1366×768像素的視頻信號和畫面，屏幕尺寸也加大到5英寸~6英寸。為此要開發(fā)出一系列成本低、功耗低的芯片。

　　維持型顯示和較慢的時間響應是LCD產生運動偽像(Motion Artifacts)的原因。CRT顯示屬于瞬態(tài)顯示，每個像素熒光粉在一幀中只有在約0.1ms時間內被電子束激發(fā)而發(fā)光，顯示該位置圖像的亮度，然后在約1ms時間內衰減到零。在下一幀中再發(fā)光，顯示另一個位置。人眼感受到的運動是平滑的，其中暗的時段被人眼的低通時間響應特性(即所謂視覺暫留)濾掉了。TFT-LCD是維持型，顯示任何運動物體，在一幀時間內總是停留在一個位置上，在下一幀跳到另一個位置，加上人眼對運動物體的自動跟蹤特性，將不同幀的發(fā)光強度積分在一起，人眼因此對運動圖像感到模糊，這就是運動偽像。解決LCD較慢的響應時間可采用過驅動(OD，Over Drive)技術，以此將液晶(LC)的響應時間降低到8ms或更短。但是如何正確選擇過驅動電壓的大小仍是一個較大的技術問題。過分的OD將使運動目標邊緣產生亮、暗雙邊，即過驅動中的邊緣偽像；不足的OD則使LC的響應時間不夠短，引起運動圖像模糊。即使LC的響應時間問題已完滿地解決，LCD維持型顯示器特性仍會對運動圖像產生一系列偽像。對于高分辨率大顯示屏，運動偽像問題變得嚴重。因此出現(xiàn)一系列降低維持時間(即積分時間)，使LCD顯示更接近于瞬態(tài)型顯示的措施，以減輕運動偽像的生成。

　　下面對2008 SID 有關LCD各種專題討論會上提出的各種提高LCD運動圖像質量的措施作部分匯總。

用新的驅動方案實現(xiàn)超高清

　　LCD-TV屏尺寸越大，對像質要求越高。三星公司于07年在SID展覽會上曾展出世界上最大的70英寸全高清(FHD) LCD-TV。如分辨率保持不變，屏尺寸大了會影響觀看的舒適度。例如40英寸FHD屏的像素密度為55 PPI(每英寸像素數(shù))，而對于80英寸FHD屏，其像素密度減為27.5 PPI。對于40英寸FHD屏，選視距大于屏高的三倍；用同樣的視距觀看80英寸FHD屏，則視角從33o增至60o，臨場感大為增加(如圖1所示)。但如仍保持40英寸FHD屏的1920×1080像素容量，則會感到像素密度不夠。所以置于近處看的80英寸屏，需要超高清(UD)，即像素容量應增至3840×2160，為40英寸FHD屏的四倍。

圖1  屏尺寸與視角的關系

　　對UD-TV，采用電荷分享S-PVA 充電技術
　　為了正確地驅動UD大LCD屏，列驅動數(shù)據電壓必須有效地從列驅動器傳輸出去，并保存到每個TFT源的輸入端。對于82英寸的UD大屏，每個像素的充電時間不但減少一半，還由于傳輸路徑的增長，增加了延遲。

　　顯示器結構采用三星公司常用的S-PVA結構，如圖2所示。每個像素具有八個疇，分為A、B兩個可以獨立驅動的子像素。

圖2  八疇S-PVA的像素結構

　　電荷分享(CS)S-PVA像素結構在2007年已提出，是用一根數(shù)據線驅動兩個子像素。這個方案與對每個子像素分別用一根數(shù)據線(1G-2D)驅動的結構相比可以減少數(shù)據線，但是在全白場時會損失亮度。

　　新的電荷分享S-PVA充電技術
　　新電荷分享像素驅動方案的等效電路示于圖3。首先第N門信號(G N)線使子像素A、B的TFT 1、2導通，對其存儲電容CSTA、CSTB 與液晶電容CLCA、CLCB 充電。當N+1門信號(G N+1)來時，子像素通過小W/L的TFT 3少量放電，使子像素A、B充上不同的電荷，這是為達到S-PVA八個疇效應所需要的。

圖3  新的電荷分享S-PVA 像素結構