平板顯示器的雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)

隨著人們對安卓系統(tǒng)平板電腦顯示分辨率的要求越來越高，這類平板電腦的顯示分辨率正快速地從WXGA(800×1280)提高至 WQXGA(1600×2560)。按照市場的要求，顯示分辨率須達(dá)到300PPI(每英寸像素)及以上，因此顯示器也就成為了帶有高性能應(yīng)用處理器 (AP)的最為重要的部件之一。

為了降低平板電腦顯示系統(tǒng)的功耗，三星在其分辨率達(dá)到WQXGA級別的非晶硅液晶顯示器中引入了雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)，本文對此進行了詳細(xì)介紹。非晶硅液晶面板技術(shù)已廣泛應(yīng)用于平板電腦顯示器的生產(chǎn)，其解決方案也適用于氧化物液晶顯示器。

本文將雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)與平板電腦顯示系統(tǒng)中采用的定時器(T-CON)+多列驅(qū)動解決方案進行了比較，并說明了前者的成本效益。在功耗和成本方面，本文還說明了雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原因。

引言

由于很多人都使用智能手機和平板電腦，因此顯示器的好壞已成為產(chǎn)品是否能脫穎而出的重要因素之一。三星Galaxy智能手機所使用的主動式有機發(fā)光二極管(AMOLED)顯示器就是其中的一個例子(圖1)。

用戶在決定購買智能手機和平板電腦時會考慮產(chǎn)品的面板技術(shù)及顯示器PPI，比如他們可能會選擇AMOLED顯示器或高PPI平面轉(zhuǎn)換(IPS)液晶顯示器等。因此，顯示器市場調(diào)研機構(gòu)DisplaySearch在2013年開展的一項顯示器調(diào)查結(jié)果顯示，智能手機和平板電腦的顯示器分辨率正在迅速提高，其中分辨率超過30 0PPI的顯示器所占的市場份額約達(dá)24%(參考文獻(xiàn)1)。

由于采用了高PPI顯示技術(shù)，智能手機和平板電腦顯示器的分辨率已達(dá)到甚至超過電視機的分辨率。生產(chǎn)6英寸顯示器及平板電腦的廠商已推出了分辨率達(dá)到WQXGA級別的產(chǎn)品線(如圖2，三星Galaxy Note 10.1平板電腦)，而多家智能手機生產(chǎn)商則與他們開展合作，共同推出了達(dá)到全高清分辨率(1080×1920)的產(chǎn)品。

對用戶而言，高PPI顯示是一項很有吸引力的技術(shù)，但這樣的技術(shù)會消耗更多的電能。針對高PPI顯示的高功耗問題，視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會( VESA) 和移動產(chǎn)業(yè)處理器接口(MIPI)聯(lián)盟等制定高速串行接口標(biāo)準(zhǔn)的組織提出了幾個解決方案。其中，為減少靜態(tài)圖像的功耗，VESA將面板自動刷新(PSR) 功能應(yīng)用于eDP(1.3版)接口(參考文獻(xiàn)4),而MIPI聯(lián)盟在MIPI顯示器串行接口(DSI)中也引入了類似于eDP PSR功能的概念。該功能支持DSI命令模式，可減少靜態(tài)圖像的功耗(參考文獻(xiàn)5)。這些降低功耗的操作都與應(yīng)用處理器和顯示數(shù)據(jù)傳輸接口有關(guān)。[!--empirenews.page--]

除了在應(yīng)用處理器和顯示器之間降低功耗的方法外，三星還打算通過縱向顯示型平板設(shè)備找到一種降低顯示器系統(tǒng)功耗的結(jié)構(gòu)。當(dāng)前，縱向顯示型平板設(shè)備均由平板電腦制造商推出。三星就推出了一款帶有縱向顯示型WXGA顯示器的8.0英寸Galaxy Tab38.0平板電腦(如圖3所示)。帶有縱向顯示型顯示器的平板電腦可以提供類似于智能手機的用戶體驗(UX)，如提供縱向顯示型用戶界面(UI)以及支持單手握持等。

為了給縱向顯示型顯示器提供低功耗和低成本的解決方案，三星將雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)應(yīng)用于分辨率達(dá)到WQXGA級別的顯示器中。

平板電腦與智能手機顯示系統(tǒng)

如圖4所示，平板電腦被置于筆記本電腦和智能手機之間?？梢?，其顯示器的尺寸也介于這兩類產(chǎn)品之間。

然而，筆記本電腦和智能手機所應(yīng)用的顯示系統(tǒng)卻朝著完全不同的方向發(fā)展。其中筆記本電腦顯示器采用的是T-CON+多列驅(qū)動解決方案，而智能手機采用的則是單芯片顯示驅(qū)動解決方案。后者的T-CON、內(nèi)存、電源模塊和多列驅(qū)動都位于一個芯片上，如圖5(略)所示。

平板電腦的顯示系統(tǒng)則介于這兩種顯示系統(tǒng)之間，而且自平板電腦推出以來就一直在效仿筆記本的顯示系統(tǒng)。平板電腦上市后，大多數(shù)產(chǎn)品都是作為上網(wǎng)本的替代品而為人們所熟知。對于用戶而言，平板電腦所能滿足的使用要求與筆記本電腦很相似，如觀看多媒體內(nèi)容和使用網(wǎng)絡(luò)資源等。因此，與筆記本電腦顯示系統(tǒng)類似，平板電腦也采用了橫向顯示的方式。

目前，智能手機的顯示系統(tǒng)采用單芯片顯示驅(qū)動解決方案。但要將這種解決方案應(yīng)用于筆記本電腦的橫向顯示型顯示系統(tǒng)則并非易事，因為筆記本電腦的邊框尺寸較大且在運行期間溫度較高。

如圖3所示，隨著縱向顯示型平板電腦在市場上的推出，說明三星找到了一個新的解決方案。這種低功耗平板電腦顯示器解決方案的概念與智能手機類似。然而，如果把單芯片顯示驅(qū)動直接應(yīng)用于分辨率達(dá)到WQXGA級別的平板電腦，其邊框尺寸會增大，而且在使用時溫度也會升高。因此，為降低平板電腦的邊框尺寸和運行溫度，三星采用了雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)。接下來，本文將向您介紹這種結(jié)構(gòu)為何適用于平板電腦顯示系統(tǒng)。[!--empirenews.page--]

平板電腦雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)

為了對雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)說明，三星研究了顯示驅(qū)動和分辨率達(dá)到WQXGA級別的顯示器之間所需的輸出通道的數(shù)量。分辨率達(dá)到WQXGA級別的橫向顯示型顯示系統(tǒng)和縱向顯示型顯示系統(tǒng)如圖6(略)所示，表1列出了輸出通道數(shù)量的比較。就門驅(qū)動器(垂直驅(qū)動器)的輸出通道而言，本文假定門驅(qū)動器嵌于液晶面板中，因為大多數(shù)液晶面板制造商都將門驅(qū)動器嵌于液晶面板中。

如圖7( 略) 所示，雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)的基本概念正逐漸淘汰顯示系統(tǒng)中的T- CO N。將顯示系統(tǒng)中兩個相同的顯示驅(qū)動集成在一起與智能手機顯示系統(tǒng)的概念相似。

從低功耗的角度看，智能手機顯示系統(tǒng)比筆記本電腦顯示系統(tǒng)的效率更高，因為其應(yīng)用處理器和顯示驅(qū)動之間只有一條數(shù)據(jù)傳輸路徑和一個系統(tǒng)接口(MIPI)。因此，三星基于智能手機顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為搭載縱向顯示型WQXGA顯示器的平板電腦開發(fā)了雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)。

如圖7(略)所示，在縱向顯示型WQXGA顯示器的雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)中，所配備的兩個芯片是相同的。其中左側(cè)的顯示驅(qū)動用來控制WQXGA面板的左半邊，WQXGA面板的左半邊通過2560的分辨率將RGB范圍控制在1~80 0之間。而右側(cè)的顯示驅(qū)動則用來控制WQXGA面板的右半邊，WQXGA面板的右半邊通過2560的分辨率將RGB范圍控制在8 01~16 0 0之間。雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)的功能類似于單芯片或T-CON+多列驅(qū)動解決方案，其功能完全由雙芯片顯示驅(qū)動來實現(xiàn)。[!--empirenews.page--]

雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)與T-CON+多列驅(qū)動結(jié)構(gòu)最大的區(qū)別在于顯示系統(tǒng)中是否配備了面板內(nèi)接口。在T-CON+多列驅(qū)動結(jié)構(gòu)中，面板內(nèi)接口應(yīng)配備在T- CON+多列驅(qū)動之間，因為列驅(qū)動集成電路沒有定時控制器塊。因此，T-CON應(yīng)該控制與顯示器面板相關(guān)的各種定時裝置。而在雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)中，每個顯示驅(qū)動中都有定時器，當(dāng)需要在兩個芯片之間傳輸數(shù)據(jù)時，兩個定時器可以通過芯片到芯片接口與對方IC協(xié)同運行。

與傳統(tǒng)的T-CON+多列驅(qū)動解決方案相比，在縱向顯示型平板電腦顯示系統(tǒng)中采用雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮顯示器邊框的尺寸。如上文所述，就顯示器邊框而言，如果縱向顯示型平板電腦采用了單芯片顯示器和WQXGA分辨率，則顯示器底部邊框就會增大。這是因為顯示驅(qū)動與液晶顯示器之間的路由區(qū)域被480 0條輸出通道占據(jù)了(如圖8(略)所示)。路由區(qū)域會根據(jù)顯示器的尺寸按比例增大。在采用單芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)的情況下，為了縮小顯示器邊框的尺寸，顯示驅(qū)動的X尺寸應(yīng)與顯示器的X尺寸幾乎一致，但是做到這點很難。由于半導(dǎo)體設(shè)備中單芯片顯示驅(qū)動的X尺寸有一定的局限性，X尺寸應(yīng)不超過3.xmm。因此，本文建議使用雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)，以降低底部邊框的尺寸。使用雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)可以縮小底部邊框尺寸，因為液晶顯示器與每個顯示驅(qū)動之間的路由區(qū)域是被 2400條輸出通道所占據(jù)。輸出通道數(shù)量的減少有助于縮小路由區(qū)域。因此，為了縮小顯示器底部邊框的尺寸，本文建議使用雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)。

為了解決顯示系統(tǒng)運行溫度較高的問題，本文也建議使用雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)，因為高功耗可被平均到每個芯片中(如圖9所示)。由于平板電腦顯示器的功耗高于智能手機的顯示器，如果將單芯片顯示驅(qū)動應(yīng)用于平板電腦顯示器，那么功耗就集中到單個芯片中，而這會導(dǎo)致平板電腦顯示器系統(tǒng)的運行溫度過高。

平板電腦雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

與T-CON+多列驅(qū)動結(jié)構(gòu)相比，雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)具有一些優(yōu)點，本節(jié)將詳細(xì)介紹。本文在對這兩種結(jié)構(gòu)進行比較之前，假定1T-CON+4列驅(qū)動將應(yīng)用于縱向顯示型WQXGA顯示器(如圖13(略)所示)。而在與雙芯片顯示驅(qū)動系統(tǒng)進行比較時，本文將1T- CO N+4列驅(qū)動解決方案定義為傳統(tǒng)系統(tǒng)。

如圖10所示，就接口功耗來看，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在T-CON和列驅(qū)動之間提供了額外的接口路徑，并將其作為面板內(nèi)接口。

圖11說明了與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)是如何減少總接口功耗的。其中，接口功耗的降低歸功于兩個顯示驅(qū)動之間的芯片到芯片接口。

圖12將傳統(tǒng)系統(tǒng)與采用雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)的WQXGA平板電腦顯示接口功耗進行了對比。據(jù)估計，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，采用雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)的顯示系統(tǒng)可減少71%的功耗。

如表2和圖13(略)所示，減少顯示芯片的使用總數(shù)可以降低成本。

如圖13(略)所示，在雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)中，T-CON PCB與T-CON PMIC已被排除。柔性印刷電路板(FPCB)可用于與智能手機類似的平板電腦雙芯片顯示系統(tǒng)中。[!--empirenews.page--]

總結(jié)

本文介紹了縱向顯示型WQXGA顯示系統(tǒng)的雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于三星系統(tǒng)LSI業(yè)務(wù)針對平板電腦開發(fā)的雙芯片顯示驅(qū)動系統(tǒng)解決方案。

就平板電腦而言，低功耗和低成本對于延長電池壽命和降低使用成本而言至關(guān)重要。本文描述了雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)降低接口功耗的原理，同時也詳細(xì)說明了雙芯片顯示驅(qū)動的成本效益。

對于未來的高PPI縱向顯示型平板電腦顯示器而言，雙芯片顯示驅(qū)動結(jié)構(gòu)是為了低功耗和低成本而定制的一種解決方案。這種結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用到其他產(chǎn)品中，如可轉(zhuǎn)換成平板電腦的個人電腦及筆記本電腦等。