LCD驅動(dòng)技術(shù)的最新進(jìn)展

摘要： 介紹有關(guān)LCD顯示器驅動(dòng)技術(shù)和相關(guān)芯片的最新進(jìn)展。
關(guān)鍵詞： TFT-LCD；驅動(dòng)技術(shù)

　　5月18日至23日，2008年第46屆SID大會(huì )在美國洛杉磯會(huì )議中心召開(kāi)，展覽會(huì )吸引了8000余名來(lái)訪(fǎng)者。從展品與專(zhuān)題報告內容來(lái)看，主角仍是LCD與OLED。在73場(chǎng)專(zhuān)題報告會(huì )中，涉及LCD的有30場(chǎng)，涉及OLED的有13場(chǎng)。LCD顯示屏進(jìn)一步向大屏幕高分辨率發(fā)展，出現了超高清82英寸大屏幕；LED背光源開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用化。OLED的亮點(diǎn)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(huì )上展出OLED-TV。本文集中介紹有關(guān)LCD顯示器驅動(dòng)技術(shù)的進(jìn)展。

　　LCD顯示器有兩大發(fā)展方向。一個(gè)方向是屏幕尺寸更大、分辨率更高、動(dòng)態(tài)畫(huà)質(zhì)更好的LCD-TV，其中最重要的任務(wù)是提高運動(dòng)圖像的質(zhì)量，即解決LCD顯示器天生的運動(dòng)偽像問(wèn)題。另一個(gè)方向是用于移動(dòng)顯示(例如手機顯示屏)的顯示屏向著(zhù)更高速、更高分辨率方向發(fā)展，即移動(dòng)顯示屏要顯示1280×800或1366×768像素的視頻信號和畫(huà)面，屏幕尺寸也加大到5英寸~6英寸。為此要開(kāi)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(shí)間響應是LCD產(chǎn)生運動(dòng)偽像(Motion Artifacts)的原因。CRT顯示屬于瞬態(tài)顯示，每個(gè)像素熒光粉在一幀中只有在約0.1ms時(shí)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(shí)間內衰減到零。在下一幀中再發(fā)光，顯示另一個(gè)位置。人眼感受到的運動(dòng)是平滑的，其中暗的時(shí)段被人眼的低通時(shí)間響應特性(即所謂視覺(jué)暫留)濾掉了。TFT-LCD是維持型，顯示任何運動(dòng)物體，在一幀時(shí)間內總是停留在一個(gè)位置上，在下一幀跳到另一個(gè)位置，加上人眼對運動(dòng)物體的自動(dòng)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(dòng)圖像感到模糊，這就是運動(dòng)偽像。解決LCD較慢的響應時(shí)間可采用過(guò)驅動(dòng)(OD，Over Drive)技術(shù)，以此將液晶(LC)的響應時(shí)間降低到8ms或更短。但是如何正確選擇過(guò)驅動(dòng)電壓的大小仍是一個(gè)較大的技術(shù)問(wèn)題。過(guò)分的OD將使運動(dòng)目標邊緣產(chǎn)生亮、暗雙邊，即過(guò)驅動(dòng)中的邊緣偽像；不足的OD則使LC的響應時(shí)間不夠短，引起運動(dòng)圖像模糊。即使LC的響應時(shí)間問(wèn)題已完滿(mǎn)地解決，LCD維持型顯示器特性仍會(huì )對運動(dòng)圖像產(chǎn)生一系列偽像。對于高分辨率大顯示屏，運動(dòng)偽像問(wèn)題變得嚴重。因此出現一系列降低維持時(shí)間(即積分時(shí)間)，使LCD顯示更接近于瞬態(tài)型顯示的措施，以減輕運動(dòng)偽像的生成。

　　下面對2008 SID 有關(guān)LCD各種專(zhuān)題討論會(huì )上提出的各種提高LCD運動(dòng)圖像質(zhì)量的措施作部分匯總。

用新的驅動(dòng)方案實(shí)現超高清

　　LCD-TV屏尺寸越大，對像質(zhì)要求越高。三星公司于07年在SID展覽會(huì )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(huì )影響觀(guān)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)，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(guān)看80英寸FHD屏，則視角從33o增至60o，臨場(chǎng)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(huì )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(guān)系

　　對UD-TV，采用電荷分享S-PVA 充電技術(shù)
　　為了正確地驅動(dòng)UD大LCD屏，列驅動(dòng)數據電壓必須有效地從列驅動(dòng)器傳輸出去，并保存到每個(gè)TFT源的輸入端。對于82英寸的UD大屏，每個(gè)像素的充電時(shí)間不但減少一半，還由于傳輸路徑的增長(cháng)，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(gè)像素具有八個(gè)疇，分為A、B兩個(gè)可以獨立驅動(dòng)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，是用一根數據線(xiàn)驅動(dòng)兩個(gè)子像素。這個(gè)方案與對每個(gè)子像素分別用一根數據線(xiàn)(1G-2D)驅動(dòng)的結構相比可以減少數據線(xiàn)，但是在全白場(chǎng)時(shí)會(huì )損失亮度。

　　新的電荷分享S-PVA充電技術(shù)
　　新電荷分享像素驅動(dòng)方案的等效電路示于圖3。首先第N門(mén)信號(G N)線(xiàn)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(mén)信號(G N+1)來(lái)時(shí)，子像素通過(guò)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(gè)疇效應所需要的。

圖3  新的電荷分享S-PVA 像素結構