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)藗兛从嬎銠C和TV的界面。低EMI的特點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、技術(shù)，現(xiàn)在他們已開發(fā)出多種TFT源驅(qū)動器，可以通過一個驅(qū)動電路單元及一個大尺寸的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，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TFT LCD模塊由一個TFT面板、一個驅(qū)動電路單元、一個背光系統(tǒng)和一個組裝單元構(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
下面列出的各項因素在實現(xiàn)源驅(qū)動器最優(yōu)性能時必須予以考慮:
(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)定所花費的時間。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1024柵線，幀頻率達75Hz。柵線的掃描時間就應(yīng)該是1/75/1024 =13(s。輸出所要求的時間應(yīng)該少于13(s。
(4). RSDS接收器的最大時鐘頻率。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給出一個用于PC監(jiān)視器的17英寸SXGA平板顯示器實例。該平板顯示器利用SSD1231實現(xiàn)了6 bit DAC精度。
圖3  一個用于17" SXGA  PC平板顯示器實例

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擺幅(+/- 200 mV)和2:1的數(shù)據(jù)復(fù)用率，由此實現(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85MHz的時鐘頻率下工作，帶有一個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，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間用來讓電荷在所有其他輸出引腳之間實現(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。這是因為電荷共享只是復(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
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)計簡便,方便互聯(lián)。請參考圖7和圖8所示的詳細的TAB外形圖和引腳分配。
圖7  SSD1231T TAB 封裝設(shè)計
圖8  SSD1231 TAB引腳分布
SSD1231T為源輸出提供了2個測試引腳，以方便制造中的檢驗，這樣當(dāng)面板上的任何一根垂直線出現(xiàn)中斷時，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)動器將促成實現(xiàn)這些不同的應(yīng)用。
同時，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。