驱动IC是一种集成电路芯片,用于控制LCD面板和AMOLED面板的开关和显示方式。随着面板显示分辨率和数据传输速度的提高,对驱动器IC的要求也越来越高。
我们常见的,α-si 类型的LCM模组一般搭配两种类型IC,Source & Gate IC——Gate Driver IC连接至晶体管之Gate端,负责每一列晶体管的开关,扫描时一次打开一整列的晶体管。当晶体管打开(ON)时,Source Driver IC才能够逐行将控制亮度、灰阶、色彩的控制电压透过晶体管Source端、Drain端形成的通道进入Panel的画素中。因为Gate Driver IC负责每列晶体管的开关,所以又称为Row Driver或Scan Driver。当Gate Driver逐列动作时,Source Driver IC负责在每一列中将数据电压逐行输入,因此又称为Column Driver或Data Driver。
完全分离型显示驱动芯片方案,TCON+Source IC+Gate IC
在完全分离型芯片架构中,TCON立于Driver IC设计在PCB上,Source IC和Gate IC分别绑定在玻璃侧边和底部。TCON输出Display Data、Source Control和Gate Control信号,通过PCB、FPC和玻璃基板走线,分别传输给Source IC和Gate IC。Source IC和Gate IC分别通过玻璃基板走线向Display Area(显示区域)传输电压信号驱动显示面板工作。
部分分离型显示驱动芯片方案,TED+Gate IC
该方案将TCON和Source IC整合为一颗TED IC,Gate IC为立芯片,系统主控芯片通过FPC输入System Data, TED IC中TCON模块对数据进行转换后在芯片内部输入给Source模块,同时通过玻璃走线将Gate Control信号输入Gate IC。TED IC和Gate IC分别通过玻璃走线向Display Area传输信号。该方案对驱动芯片进行了部分整合,但距离单芯片解决方案仍有较大差距。
该方案主要在中尺寸显示面板发展早期出现,大部分使用LVDS接口,并且使用该TED IC均需要搭配其特定的Gate IC使用。目前主要在低端应用市场如汽车后装市场流通。
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。
显示面板驱动芯片类型通常由面板设计规格决定,而面板设计规格源于下游市场及客户的需求。一款显示面板是选择使用整合型驱动芯片方案还是分离型驱动芯片方案,通常在面板设计初期就会决定,一旦面板设计定型后,相应的面板驱动芯片架构也随之确定。
以上三种架构在玻璃基板走线以及芯片绑定连接的Pin脚设计均完全不同,每一种面板设计架构对应一种芯片,即或是分离型芯片,或是整合型芯片。分离型芯片(包括TED芯片)适配的面板,无法用单芯片替代,反之亦然。
受应用场景、客户需求的影响,单芯片产品与分离型芯片产品的技术路线存在较大差异。单芯片架构需整合数字电路、模拟电路、算法软件等,相比分离型芯片要投入较多资源、人力满足高整合、低功耗、抗干扰等多个设计规格;而在模拟电路设计方案、通信接口协议、系统架构等方面,整合型芯片与分离型芯片的设计方案均存在明显差异。所以DDIC企业一般需搭建立研发团队开展整合型、分离型的研发工作,资源、人力成本投入高。行业内惟有个别企业,能在小尺寸(移动终端)、大尺寸两个领域同时拥有先发优势。
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。
驱动IC是控制液晶面板及AMOLED面板开关及显示方式的集成电路芯片。随着面板显示分辨率及数据传输速度的提高,其对驱动芯片的要求也不断提高。显示驱动芯片(Display Driver IC,简称“DDIC”)是面板的主要控制元件之一,也被称为面板的“大脑”,主要功能是以电信号的形式向显示面板发送驱动信号和数据,通过对屏幕亮度和色彩的控制,使得诸如字母、图片等图像信息得以在屏幕上呈现。
上下两玻璃基板的外侧,分别贴有偏光片(或称偏光膜)。当像素透明电极与公共透明电极之间加上电压时,液晶分子的排列状态会发生改变。此时,入射光透过液晶的强度也随之发生变化。液晶显示器正是根据液晶材料的旋光性,再配合上电场的控制,便能实现信息显示。
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。