显示驱动

关键词： 显示

显示驱动（精选十篇）

显示驱动 篇1

有机发光二极管显示是目前显示领域的新型显示技术,其又被称作有机电致发光,通常将其简称为OLED,这种新型的显示技术发展于20世纪中期[1],其被认为是在LCD、PDP后最为理想和具备发展前景的显示技术[2]。十九世纪三十年代末,有机电致发光现象被发现,直至十九世纪八十年代末,美国伊斯曼柯达公司首先推出了OLED双层显示器件,此后OLED以其所独有的商业价值以及优异性能进入新型的平板显示技术领域并备受重视。

相比于传统的液晶显示器,OLED具备诸多优点,如可自主发光,能够达到极高的亮度,具备高对比度,制作成本较低,所需功耗较低等[3]。在近十来年里,在其强大的商业价值的推动下,OLED显示驱动技术得到了飞速的发展,目前OLED显示器广泛应用于生活、军工等各个领域。

1 OLED显示驱动技术

按照电路中是否采取薄膜晶体管技术,OLED的驱动方式可分为有源驱动(AM-OLED)和无源驱动(PM-OLED)两种[4],AM-OLED的驱动电路和显示阵列集成在同一基板上,其每一个发光像素在集成基板上有一个对应电荷存储电容,该存储电容上的电压保证在一帧周期内,对应像素始终保持其发光状态或者非发光状态。而无源驱动则需要外接驱动电路,其是通过选通一对阳极和阴极,从而实现控制交叉处的每一个OLED的点亮[5],PM-OLED通常应用于普通矩阵交叉屏。

AM-OLED具有能够实现高亮度、高分辨率、高效率以及低功耗等优点,而且更易于实现彩色化和大尺寸显示,因此,目前AM-OLED是有机发光二极管显示器件驱动的主流技术。

2 OLED显示驱动专利技术现状分析

2.1 专利信息来源分析

本文基于德温特世界专利索引数据库(DWPI)对涉及OLED显示驱动技术的专利申请进行数据分析,采集时间段为2015年(含)之前申请的OLED显示驱动相关专利申请,所选取的分类号为:G09G3,关键词为:OLED,Organic LED,Organic Light Emitting Diode;共检索到6862件相关专利申请。

2.2 全球申请量的发展态势

图1为OLED显示驱动技术领域全球专利申请量的变化趋势,可以看出OLED显示驱动技术领域的第一件专利申请出现在1994年,在此后的五年中增长速度较为缓慢。但是从2000年开始,申请量开始迅速增加,这意味着OLED显示驱动技术研发企业增加,进入快速发展阶段;2001年~2006年,除了2002年有所回落,其余年份中OLED显示驱动技术领域的专利申请量较大,且增长幅度加大,2006年达到申请量的最高峰559件。之后申请量幅度开始有所下降,2006年~2009年,由于全球发生了金融危机,申请量的下降较为明显。在2009年之后,从2010年开始,OLED显示驱动领域又迎来新的一轮发展时期,2013年的申请量达到849件。目前统计数据表明:2014年的申请量为614件,2015年的申请量为200件。由于专利申请通常为申请日之后十八个月公布,因此2015年及2014年的数据不全面,在此不对其作具体分析。

图2是OLED显示驱动技术领域的主要国家/地区自1994年来的专利申请量。可以看出,在2002年以前,美国和日本在的申请量相较其他国家和地区而言处于领先的位置,且其发展趋势也较为平缓。而2002年之后,韩国的申请量开始出现较大的增幅,并且年申请量居各国和地区之首,其原因主要在于韩国的三星、LG等公司对本国OLED产业的研发投入比例大幅度增加,在2007年-2009年,韩国的申请量同样受到了金融危机的影响,年度申请量没有发生明显的变化,增幅基本为零。2010年后,韩国的申请量又开始出现较大的增长速度;而美国和日本在此期间的增长速度则是较为缓慢,尤其是日本,其原因主要在于日本的主要相关企业将研发的重点由OLED显示技术转向了LCD显示技术。从图2里可以看出,欧洲的申请量一直保持平稳发展的势头,其发展速度也是相对最为缓慢的。

我国大陆和台湾地区在2002年前的申请量都较为缓慢;而2003年之后,我国企业的申请量都有明显的提升,我国大陆的申请量在2009年超越了日本,在2010年超越了美国;我国台湾地区的申请量则是在2003年之后保持着与日本几乎一致的增长幅度。可以看出,我国目前OLED显示驱动技术研发势头发展强劲,相关行业对OLED显示驱动技术与应用系统的开发也愈发重视。

2.3 国内外主要申请人分布

由表1可以看出:韩国的三星公司和LG公司是全球范围内OLED显示驱动技术领域专利申请的领先者,二者的总申请量占据了全球申请量的40%以上。目前全球OLED显示驱动技术领域的研发中心位于韩国,并且韩国的相关企业对该技术的专利保护意识也很强。而在前10的申请人中,来自日本的申请人占据了三分之一,日本相关企业在OLED显示驱动技术的柔性化方面具备着较强的研发水平。

我国台湾地区友达光电和奇美电子等公司在OLED技术领域也占据了一定的优势地位。近年来,我国大陆的相关企业也在加强对OLED显示驱动技术领域的研发以及对该技术的专利保护,成果最为明显的有京东方科技集团,目前该企业在全球范围内的相关专利申请已达335件。但是可以看出:我国大陆从事研发的企业数量与专利发明数量与发达国家的企业相比,还是存在较大差距;还需要抓紧机遇,提高自主创新能力,加大研发投入,提升企业核心竞争力。

表2是我国在OLED显示驱动技术领域的主要申请人分析,可以看出:京东方和友达光电的申请量最多,远远超出其他申请人。在排名前十的申请人中,我国大陆和台湾地区各占一半。而从申请量可以看出,尽管在近几年我国相关企业对OLED显示驱动技术的研究有了一定的成果,然而与其他国家相比,尤其是韩国,还是存在相当大的专利申请量差异,可见我国还需继续加强对该领域的研究。

3 结束语

OLED显示技术是显示领域重要的新型技术,随着OLED向大尺寸、柔性化、高分辨率等功能的研发成功,OLED显示驱动技术应用将会迎来新的发展时期。我国相关企业应当加大研发力度,促进企业间强强联合进行技术攻关;瞄准未来市场需求,积极推进技术产品化,提高我国在新型平板显示技术中的核心竞争力。

参考文献

[1]王少华,朱艳华,陈敏泽等.OLED显示控制与驱动技术专利申请状况分析[J].中国发明与专利,2013,(7):53-56.

[2]陆招杨.OLED技术及其国内外发展状况[J].集成电路通讯,2006,24(4):45-50.

[3]段珂瑜.OLED显示技术专利分析[J].电子元件与材料,2013,32(8):68-70.

[4]任乐宁,朱樟明,杨银堂.有机发光二极管显示驱动技术[J].现代显示,2004,(5),54-58.

显示驱动 篇2

Windows 显示器驱动程序模型 (WDDM) 是 Windows Vista 中支持的一种全新的显示器驱动程序体系结构，该显示器体系结构是对 Windows XP 显示器体系结构的革新，在支持新的方案、图形和应用程序的同时，为用户提供了性能更佳、可靠性更高的桌面体验。

WDDM 还提供了可与通常的消费电子设备相媲美的视频内容播放功能。它通过简化与外部监视器的连接、提供受保护 HD 视频的播放以及提高总体视频播放质量来实现这一优势。图形处理单元 (GPU) 的多任务处理在 Windows 中第一次成为可能，使用户能够同时运行多个 GPU 密集型应用程序。

最后，WDDM 通过为开发人员简化通用的 GPU 编程模型来改进 PC 游戏体验，通过保持硬件功能的一致性，得到将超越甚至是最新控制台的 PC 游戏体验。

该新显示器驱动程序模型是构成新桌面体验的一个极其重要的因素，因此拥有一块支持 WDDM 的 GPU 对于 Windows Vista 的“Premium Ready”市场标志而言是必需的，并且其将可应用于未来的 Windows Vista 徽标方案。

简介

GPU 性能改进的速度已经大幅超过了摩尔定律。专家称 GPU 一直以来以“摩尔立方定律”的速度在更新，这样的速度约等于图形处理能力每年翻一番。到目前为止，这种巨大的图形处理能力主要被用于视频游戏、丰富的多媒体套件(如视频剪辑、特效应用等)，还用于如计算机辅助设计这样的高端技术应用程序。因此，即使每台现代 PC 实际上都有一块这样的 GPU，但该 GPU 的能力也很少会用于日常事务中，从而导致 GPU 在 PC 设计流程中的优先级并非最高。

Windows Vista 利用 GPU 的能力绝不仅限于游戏。起初，Windows Vista 依靠 GPU 为所有客户提供更好的日常总体桌面体验。Windows 视频播放架构依靠 WDDM 传送高清晰度 (HD) 视频播放，使视频播放达到与最新的消费电子设备相同的级别。此外，还有许多其他关键的应用程序也在利用 GPU，如新的 Windows Photo Gallery。正是由于 WDDM，才实现了这种操作系统和多个应用程序同时在更大范围的使用 GPU。

本文探讨了 WDDM 的常规优点和特殊优点，包括：

WDDM 的总体优点

桌面窗口管理器 (DWM)

视频改进，包括受保护的视频播放 (PVP)

部署

移动性和电源

新的图形 API

WDDM 的总体优点

稳定性

在 Windows XP 中，显示器驱动程序既庞大又复杂，它可能是系统不稳定的主要原因。这些驱动程序完全在内核模式(即，在系统代码深处)下执行，因此驱动程序中的一个问题往往会迫使整个系统重新启动。根据在 Windows XP 使用期间收集到的失效分析数据，有高达 20% 篮屏是显示器驱动程序所造成的。因此，Windows Vista 的一个主要目标就成了减少这样的失效并为客户提供可靠性更高的桌面体验，同时还能降低合作伙伴的支持成本。如今，可靠性甚至更为重要，因为有一些主流功能要求图形管道必须昼夜不停地高效执行。新的桌面窗口管理器(它可绘制屏幕上的窗口)就是这种功能的一个示例。稳定桌面体验与没有重绘错误的好处，无疑会为所有客户而不仅仅是游戏者能体验到。

WDDM 显示器驱动程序在技术水平上有两个组件：一个非常先进的内核模式驱动程序 (KMD) 和一个执行大部分密集计算的用户模式驱动程序。有了此模型，已将代码的大部分移出了内核模式。就是说，内核模式部分如今只负责更低级的功能，而用户模式部分则承担了更繁重的功能，如在保持应用程序兼容性的同时促进从高级 API 结构向直接 GPU 命令的转换。这极大地减少了出现致命蓝屏的机会，并且使得大多数图形驱动程序相关的问题在最糟的情况下也仅能影响一个应用程序。

WDDM 还针对显示器驱动程序挂起的情形提供了容错措施。这样便使 Windows Vista 能够在检测到系统挂起后再次重启显示器驱动程序，而无需重启系统。

另外，通过消除需要加入代码以支持多年来引入的各种设备驱动程序接口，Windows Vista 中的显示器驱动程序得到了极大的简化。这样，Windows Vista 实现了仅一个接口，并能确保所有旧驱动程序可以被识别且功能最优化。

性能

在某个应用程序需要启动 GPU 时，控制权会从当前正在使用 GPU 的任何其他应用程序中夺走。发生这种情况是因为不能在多个应用程序之间同时共享 GPU。在 Windows Vista 中，GPU 可用于许多常见的活动，如基本的窗口管理和视频呈现。此外，利用 Windows Presentation Foundation(.NET Framework 3.0 开发平台的部件)，开发人员可借助新的 API 来轻松地使用 GPU，为非游戏应用程序提供丰富的友好用户界面。因为所有这些应用程序和功能均依赖于 GPU，因此 GPU 多任务处理是关键。

WDDM 通过实现以下功能使多个应用程序能够同时使用 GPU：

GPU 内存管理器 - 调整视频内存分配

GPU 计划程序 - 根据优先级来计划各种 GPU 应用程序

利用这些技术，在其他应用程序需要启动其服务时，当前的应用程序就不必再放弃 GPU。相反，会以一种更有效的方式来计划 GPU。

安全性

在支持多任务处理的平台上，安全性总是主要受到关注的内容。安全的操作系统需要确保由一个应用程序所使用的资源与另一应用程序相隔离。应用程序的隔离是受保护 HD 内容播放的需要。

WDDM 通过内置 GPU 内存管理器和计划程序的安全模型来提供这种必需的隔离。当前的 Windows XP 显示器驱动程序没有这样的工具，因此在可以播放的 HD 内容类型方面受到限制。

桌面窗口管理器

桌面窗口管理器 (DWM) 是 Windows Vista 中的技术，用于控制桌面上窗口的显示和更新。为消除绘制痕迹(这在 Windows 的早期版本上很明显，因为应用程序直接异步绘制到屏幕)，在将内容绘制到用户的显示器之前，DWM 在屏后或屏外的缓冲区中合成屏幕上的内容，比如应用程序窗口。DWM 实际上是 Direct3D 应用程序，在计算机开启的那一刻就会将其激活。因此，WDDM 的核心功能(如共享 GPU 资源和处理进程的能力)在这种情形下就变得很重要。对于 Windows Vista，有两个领域的投入与 DWM 相关：总体的质量改进和极富感染力的用户体验。在实现所有这些高级功能的过程中，WDDM 起到了关键的作用，我们将在下文了解到这一点。在 DWM 上层所构建的是 Windows Vista 特征终端用户体验，Windows Aero。

质量

在 Windows XP 中，应用程序会根据操作系统的请求直接更新它们的窗口。应用程序将根据监视器的刷新率或当前正在运行的任何更新来异步执行这些请求。这些请求的结果是用户看见窗口错误地或缓慢地撕开并重绘。DWM 样式的窗口显示消除了撕开的痕迹，提供了高质量的桌面体验。系统响应速度更快，体验也更加干净利落，这让终端用户受益匪浅。

Windows Aero

DWM 还使得人们能感受到新的 Windows Aero 用户体验，

Aero 是 Windows Vista 的设计最佳和性能最好的桌面体验。它需要一台配有合适图形配置的 PC，该配置需要包含对 WDDM 的支持;还必须配备好 PC 以使用 Windows Vista Ultimate、Windows Vista Enterprise、Windows Vista Business 或 Windows Vista Home Premium 等产品版本。DWM 提供了很多功能，可使终端用户以方便、直接的方式来搜索和访问他们桌面上的窗口。这些功能要求能够在应用程序和 DWM 之间共享图形内存，而这一点就是通过 WDDM 来实现。其他功能，如 Windows Flip 和 Windows Flip 3D，可允许您放心地管理桌面上的窗口，帮助您通过有视觉冲击力且方便方式来查看这些窗口。有关具体的硬件需求，请参阅 Windows Vista 升级顾问试用版;要检查兼容性，请参阅 Windows Vista Capable 和 Premium Ready PC。

DWM 使得 Windows Aero 体验能够提供以下终端用户功能：

已打开和最小化应用程序的生动的任务栏缩略图。

Windows Flip (Alt + Tab) 和 Windows Flip 3D(Windows 键 + Tab)- 两种视觉冲击力极强的新方式，用于管理打开的应用程序窗口。

DPI 缩放 - 支持更高的 DPI 屏幕，因此无论监视器分辨率如何，总能可靠地显示文本。

视觉刷新

Windows Aero 体验的一个令人注目的新看点是其拥有专业的外观，采用透明的玻璃设计，具有类似动态反射和流畅动画等精妙的效果。视觉元素(如玻璃效果)依赖于 Direct3D 像素阴影着色器管道和通过 WDDM 实现的 GPU 虚拟化。但是，除新的图形和视觉效果改进之外，Windows Aero 桌面体验执行起来也如同其外观一样流畅和专业，为用户提供了简单而高质的体验。

视频改进

Windows Vista 的目标之一是使视频播放质量与人们对主流消费电子设备所期望的质量相媲美。由于视频播放取决于驱动程序体系结构，Windows Vista 通过其升级的驱动程序模型能够提供许多视频播放方面的改进。

轻松的电视输出支持

如今，将 PC 连接到电视对于普通消费者而言还有些困难。未经扩展配置而仅在电视中插入将不起作用，这一点不同于消费电子设备。此类安装通常需要附加的监视器和第三方产品。WDDM 解决了电视或监视器与 PC 间的连接问题，赋予用户即插即用的便利。

改进的视频播放质量

如果与消费电子设备相比，在当前操作系统上的视频播放存在质量问题，如视频假信号过多以及色彩保真度不良。WDDM 提供了大量的功能以减轻这些问题。

首先，WDDM 使得 Windows Vista 和运行中的应用程序能够对将在 GPU 上呈现的帧排队。其次，与排队功能密切配合的是一种回馈机制，确定在何时呈现帧。这两种功能一起通过不断维持音频和视频显示之间的同步，充分改善视频播放并减少视频假信号，可极大地改进视频播放的质量。

最后，WDDM 还通过 Direct3D9x 和 Direct3D10 API 提供了对更佳色彩 (gamma) 修正的支持，反过来也要求 GPU 支持这些 API。

高清晰度视频播放

正如在前文安全性部分所述，WDDM 提供了安全播放高清晰度视频内容的支持，这是许多内容提供程序的一项要求。

部署

主要让 Windows 终端用户不甚愉快的是：软件更新需要强制系统通过重启来完成。之前的图形驱动程序要求在更新后系统重启。通过使用 Windows Vista 和支持 WDDM 的 GPU，用户在更新图形驱动程序后再无需进行重启。

移动性和电源功能

对于 Windows Vista 中依赖于 WDDM 的可移动的全新“移动性”功能也从很多方面受益于 WDDM。

显示器和投影仪的热插拔检测

事实证明，使用 Windows XP 将便携式计算机连接到投影仪是一个多步骤过程，而每个步骤又会因为便携式计算机供应商的不同而大相径庭。在 Windows Vista 中，这一连接到外部显示器或投影仪的过程得到了极大地简化。当附加的外部显示器或投影仪连接到显示适配器后，WDDM 将立即检测到这一新状态并自动通知 Transient Mobility Manager (TMM) 模块，该模块是新的 Windows Vista 外部显示器向导的底层技术。该向导简化了将桌面扩展或复制到第二台显示设备的过程。

“混合”休眠

Windows Vista 高级“休眠”状态将“待机”功能的快速切换与“休眠”功能的可靠性有机结合到一起。在 Windows XP 中，“休眠”将促成将系统内存上的内容保存到硬盘中，同时使系统断电;“待机”将使用少量电源保留内存内容，而使系统的其余部分断电。

不过，在 Windows Vista 中，“混合”休眠将促成将系统内存内容保存到硬盘上，同时系统随即进入“待机”状态。因此，系统能以极快的速度从系统内存重新开始(对于具有 Windows Premium 功能的 PC，这一过程不超过 2 秒)。不过，如果由于电池电量完全耗尽或断电导致系统内存内容丢失，系统仍可从硬盘重新开始。

注意 “混合休眠”要求 WDDM。

新的图形 API

WDDM 实现了功能更强的图形资源管理。此功能对于可供开发人员使用的 Direct3D9x 和 Direct3D10 API 的正常运行至关重要。

Windows Presentation Foundation

Windows Presentation Foundation 是下一代 Windows 客户端开发平台，用于用户界面、文档、图形、基于桌面的应用程序和所连接的应用程序，以及内容的开发。使得开发人员能够在更广的范围内利用 GPU 的强大功能，而无需了解低层的图形编程结构。现在，设计人员和开发人员可以更加轻松地构建为客户带来更加丰富和更具吸引力的用户界面和内容。其结果是，不久我们将会看到新一代应用程序(本地以及基于 Web 的应用程序)，它们将提供更具吸引力的体验、更佳的数据可视化以及更完善的阅读体验。

在提供了用于 Windows XP SP2 和 Server 版本的 Windows Presentation Foundation 的同时，在 Windows Vista 上，Windows Presentation Foundation 受益于 WDDM 的可伸缩性，它可以更加可靠地同时运行多个 WPF 应用程序。

游戏方面类似控制台的简易性

Direct3D10 是新的 Direct3D API，其实现了下一代 3-D 图形和复杂的平行计算。该 API 依赖 WDDM 的资源管理功能提供了一些极富表现力的功能。Direct3D10 API 的主要好处有以下方面：

通用的 GPU 编程模型 通过取消了对 GPU 编程的一些限制(部分是通过 WDDM 资源管理实现)，实现了功能更为强大的 GPU 编程模型，该模型可用于下一代 3-D 图形以及那些能够从高度平行处理(如，图像处理)中受益的更通用的用途。

硬件功能的一致性 如同在控制台中，所有具有 Direct3D10 功能的硬件对开发人员而言是一样的。换言之，不存在区分运行 D3D9.x 的硬件配置之间差别的功能位。这样便更加简化了软件的实现。

视觉效果 如“几何着色器”和“流出”这样的功能有助于开发人员创建更加生动、逼真的图形，这已经超出了下一代控制台所能提供的图形。

用于柔性显示屏的驱动芯片连接技术 篇3

关键词： 柔性显示；组装；引线键合；覆晶；异向导电胶

中图分类号：TN141 文献标识码：B

1 柔性显示背景分析与发展前景

1.1 背景分析

近半个世纪来，电子信息技术的发展对日常生活的影响有诸多案例，但其中显示技术的发展带来的日常生活的变革是最显而易见的。

从首台基于动态散射模式的液晶显示器（liquid crystal display，LCD）（约为上世纪70年代），到目前LCD电视的普及、3D电视的热潮，显示技术的发展颠覆了我们对传统阴极射线管（cathode ray tube，CRT）显示器的认知。2012年1～5月，液晶电视销售额为1，331.9万台，占彩电销售总额（1，470万台）的90.6%（数据来源：视像协会与AVC），可以毫不夸张地说，目前已经是液晶电视的天下。与传统的CRT显示技术相对比，液晶显示技术的显著优点已广为人知，不用赘述。

随着电子技术应用领域的不断扩展，电子产品已经逐步成为日常生活的必须品，而将更多显示元素引入家庭和个人环境是未来显示技术的发展趋势，目前基于此类的研究正在逐步进行（如飞利浦、索尼、通用已经开始相关技术的研发）。但是刚性、矩形、基于玻璃基板的显示器件已经显示出不能满足设计者对外形的需求，设计人员更趋向于选择一种可弯曲、可折叠，甚至可以卷曲的显示器件。

与此同时，对产品品质的要求不断提升，电子产品被要求能承受更多次的“随机跌落试验”。而实验证明基于刚性玻璃基板的显示器件在试验中极易损坏，所以在引入全新设计理念的过程中，具有轻薄、不易碎、非矩形等特性的“概念产品”被普遍认为“具有不一般的对市场的高度适应性”。

在产品外形方面，与传统显示器相比，柔性显示器具有更结实、更轻薄、样式新颖的特点，而这些特点对产品设计师和最终用户都极具吸引力。

在制造商方面，柔性显示器生产时，可以采用新型印刷或者卷绕式工艺进行生产，运输成本相对低廉，使得制造商具有进一步降低生产成本的潜力。

在潜在安全性方面，当柔性显示器破裂时，不会产生可能导致人员受伤的锋利边缘，因此相对刚性显示器而言，柔性显示器无疑更加安全。

1.2 柔性显示的发展前景

由于柔性显示技术具有独特的技术特点，与现有显示技术相比具有一定的先进性，所以普遍认为，在某些市场中，柔性显示具有潜在的替代优势，同时，柔性显示技术更具开拓全新应用领域的潜力（如军方将柔性显示应用于新式迷彩服，而这个领域传统刚性显示器件是很难涉及的）。柔性显示器是一种具备良好的市场前景的新技术，目前用于生产柔性显示器的显示技术有十多种，包括传统的液晶、有机发光显示（organic light-emitting diode，OLED）、电致变色、电泳技术等等，据估计全球约有数百家公司正在或即将开始柔性显示的研发。

可以认为，柔性显示技术的发展将为显示技术领域注入革命性的创新动力。

2 现有组装技术的分析

2.1 组装技术概述

作为柔性显示重要部件之一的驱动芯片，如何与柔性显示器件相连接是一个值得研究的课题。无论何种显示技术，最终的显示画面依赖于驱动芯片给显示介质（例如液晶，发光二极管等）提供其所需的信号（电压信号或电流信号）。已有的芯片组装和封装方式有很多种成熟的方案，但在柔性显示器芯片组装时，最主要考虑的因素有以下几点：

（1）组装制程中的压力和温度；

（2）组装方式的可靠度（包括物理连接可靠度和电性能的可靠度）；

（3）组装中能达到的最小管脚距离（Pin pitch）和最高管脚数量。

就目前主流的芯片与目标介质的组装技术宏观上可以分为如下4类（由于TFT-LCD的驱动芯片与目标介质组装技术比较特殊，所以单独归为一类）：

第一类，微电子封装技术，是指将晶圆（Wafer）切割后的Chip做成一种标准的封装形式的技术。

第二类，微电子表面组装技术（Surface Mount Technology，简称SMTc），是指将封装后的芯片（IC）成品组装到目标介质上的技术。

第三类，裸芯片组装（Bare Chip Assembly），是指将晶圆切割后的Chip直接组装到目标介质上的技术。

第四类，液晶显示器（TFT-LCD）领域特有的芯片封装和组装技术（COF/TCP封装和ACF bonding技术）。

下面将逐一介绍各类组装技术。

2.2 微电子封装技术

对于电子设备体积、重量、性能的期盼长久以来一直是促进电子技术发展的源动力，而在微电子领域，对芯片面积减小的期望从未停歇（从某种程度上讲，芯片的面积决定芯片的成本价格），在莫尔斯定律的效应下，芯片电路的集成度以10个月为单位成倍提高，因此也对高密度的封装技术不断提出新的挑战。

从早期的DIP封装，到最新的CSP（Chip scale package）封装，封装技术水平不断提高。芯片与封装的面积比可达1：1.14，已经十分接近1：1的理想值。然而，不论封装技术如何发展，归根到底，都是采用某种连接方式把Chip上的接点（Pad）与封装壳上的管脚（Pin）相连。而封装的本质就是规避外界负面因素对芯片电路的影响，当然，也为了使芯片易于使用和运输。

以BGA封装形式为例，通常的工艺流程如图3所示。

通常的工艺流程是首先使用充银环氧粘结剂将Chip粘附于封装壳上，然后使用金属线将Chip的接点与封装壳上相应的管脚连接，然后使用模塑包封或者液态胶灌封，以保护Chip、连接线（Wire bonding）和接点不受外部因素的影响。

另外随着芯片尺寸的不断缩小，I/O数量的不断增加，有时也会使用覆晶方式（Flip Chip）将芯片与封装壳连接。覆晶方式是采用回焊技术，使芯片和封装壳的电性连接和物理连接一次性完成，目前也有在裸芯片与目标介质的组装中使用覆晶方式。

2.3 微电子表面组装技术

微电子表面组装技术（surface mount technolo gy，SMTc，又称表面贴片技术），一般是指用自动化方式将微型化的片式短引脚或无引脚表面组装器件焊接到目标介质上的一种电子组装技术。

表面组装焊接一般采用浸焊或再流焊，插装元器件多采用浸焊方式。

浸焊一般采用波峰焊技术，它首先将焊锡高温熔化成液态，然后用外力使其形成类似水波的液态焊锡波，插装了元器件的印刷电路板以特定角度和浸入深度穿过焊锡波峰，实现浸焊，不需要焊接的地方用钢网保护。波峰焊最早起源于20世纪50年代，由英国Metal公司首创，是20世纪电子产品组装技术中工艺最成熟、影响最广、效率最明显的技术之一。

表面贴片元器件多使用再流焊技术，它首先在PCB上采用“点涂”方式涂布焊锡膏，然后通过再流焊设备熔化焊锡膏进行焊接。再流焊的方法主要以其加热方式不同来区别，最早使用的是气相再流焊，目前在表面组装工艺中使用最为广泛的是红外再流焊，而激光再流焊在大规模生产中暂时无法应用。再流焊中最关键的技术是设定再流曲线，再流曲线是保证焊接质量的关键，调整获得一条高质量的再流焊曲线是一件极其重要但是又是极其繁琐的工作。

2.4 裸芯片组装技术

裸芯片组装是指在芯片与目标介质的连接过程中，芯片为原始的晶圆切片形式（Chip），芯片没有经过预先的封装而直接与目标介质连接。常用的封装形式为COB（Chip On Board）形式。

COB方式一般是将Chip先粘贴在目标介质表面，然后采用金属线键接的方式将Chip的接点与目标介质上相应的连接点相连接。完成后Chip、金属连接线、目标介质上的连接点均用液态胶覆盖，用以隔离外界污染和保护线路。

裸芯片组装还有另一种方式，即覆晶方式。覆晶方式是指在Chip接点上预先做出一定高度的引脚，然后使用高温熔接的方式，使引脚与目标介质相应位置结合，形成电性的连接。与传统方式相比，覆晶方式不需要使用金属线进行连接。TFT-LCD驱动芯片常用的TCP/COF封装使用的即是覆晶方式，但是由于TCP/COF封装应用领域的特殊性，所以没有将其归入裸芯片封装技术中，而是单独划为一类。

2.5 液晶显示器领域特有的芯片封装和组装形式

由于TFT-LCD显示电路的特殊性，要求驱动芯片提供更多的I/O端口，所以一般情况下TFT-LCD驱动芯片封装多采用TCP（Tape Carrier Package）方式，或者COF（Chip On Film）方式，芯片与TFT-LCD显示面板连接多采用ACF（Anisotropic Conductive Film）压合粘接的方式。

TCP/COF多使用高分子聚合材料（PI ，polyimide）为基材，在基材上采用粘接或者溅镀（Spatter）方式使之附着或形成铜箔，然后使用蚀刻方式（Etching）在铜箔上制作出所需要的线路、与Chip连接的内引脚（ILB Lead，ILB：Inner Lead Bonding）、与TFT-LCD显示电路连接的外引脚C（OLB Lead-C，OLB：Outer Lead Bonding）、和外部目标介质（多为PCB板）连接的外引脚P（OLB Lead-P，OLB：Outer Lead Bonding），最后在所有引脚表面附着一层焊锡。

Chip的接点为具有一定高度的金突块（Au Bump），在与Chip连接（Assembly）时，Chip的接点与TCP/COF上的内引脚通过高温高压形成金-锡-铜合金，从而达到电性导通的目的，然后使用液态胶灌封。而在与外部目标介质——TFT-LCD显示电路连接时，则采用另一种组装方式——ACF压合粘接方式（AFC bonding）。

ACF胶结构类似于双面胶，胶体内富含一定密度的导电粒子（Conductive Particle），导电粒子为球状，外部为绝缘材料，内部为导电材料。当导电粒子受到外部压力破裂时，内部导电材料露出，多个破裂的导电粒子连接，可形成电性通路。由于导电粒子破裂时仅受到垂直方向的压力，加之芯片相邻接点距离远大于导电粒子直径，因此，破裂的导电粒子产生的电性链路具有垂直方向导电，水平方向不导电的特性。基于该种特性，ACF胶能使TCP/COF封装形式的芯片每根外引脚在水平方向上互相绝缘，不致形成短路，而在垂直方向又能与目标介质实现电性导通。由于ACF胶加热固化后具有很强的粘合力，所以形成电性导通的同时，可以使COF/TCP与目标介质实现物理连接。

TCP/COF封装形式能支持高达数千的I/O引脚数，因此在TFT-LCD驱动芯片领域得到广泛的应用。

当然，随着成本因素的影响日渐增加，另一种方式COG（Chip On Glass）也应运而生。与TCP/COF方式唯一的不同点在于，COG方式不需要PI基材，而是使用ACF压合粘接方式，直接将Chip与TFT-LCD显示电路连接，因此会更加节省成本。由于在组装中芯片是晶圆切片形式，所以COG技术也可以认为是一种裸芯片组装技术。

3 柔性显示驱动芯片组装方安提出

3.1 柔性显示动芯片组装方案概述

基于上述介绍，可将芯片与目标介质连接的技术做如下归类：

第一类为使用金属线形成电性连接，该种形式多用在常规的芯片和封装壳组装、裸芯片COB封装，可将其归纳为Wire bonding方式。

第二类为芯片和目标介质采用焊接的方式形成电性连接，电子表面组装技术，裸芯片覆晶方式多使用该种技术形式，可将其归纳为焊接方式。

第三类为TFT-LCD芯片组装中经常使用的ACF胶压合连接方式，可将其归纳为ACF bonding方式。

按照上述分类，拟依照不同技术背景，制定不同的芯片与目标介质连接方案，实现驱动芯片与柔性显示基材的电性连接。

具体方案如下：

方案1：采用Wire bonding方式。

方案2：采用Flip Chip方式。

方案3：采用ACF bonding方式。

需要指出，提出方案时，只讨论理论上该方案的可行性，并没有对该种方案是否具有投入实际生产的可行性做出判断和论述。

下面将具体讨论三种方案的优劣。

3.2 Wire bonding方案

目前Wire bonding技术的具体实现步骤如下：

首先，在晶圆制程后期使用电镀方式将Chip的连接点做成金突块；同时，目标介质上的引线（Lead）上也使用镀金技术使其附着一定厚度的金；然后使用Wire bonding设备将金属线的一端熔接（采用超声波或高温熔接方式）在金突块上，另一端采用相同的方式熔接在目标介质的Lead上，从而实现电性的导通。由于金具有良好的延展性和良好的导电性，所以，在Wire bonding的过程中，一般使用高纯度金线（99.99%）。当然，目前在一些极低端应用中出于成本的考虑，或者在SOC（System On Chip）/SOP（System On Package）封装中出于保密的需求，会在某些没有高频信号和大电流信号的连接管脚上使用铝线或者铜线进行Wire bonding。

在柔性显示中使用Wire bonding方案的优势和劣势同样明显。

首先，金是良好的导体，所以在使用金线键接时无需担心传输线RC/RH效应对高频率信号传输造成的影响；同时，也不需过多考虑大电流信号在传输过程中由于传输线本身电阻造成的电压降效应和热效应；其次，采用COB方式可以将芯片直接固定在柔性基材上，省去芯片封装的成本。

但是，Wire bonding的劣势也同样明显，第一，一般只有在金含量较高的连接点上才能实现金线和Lead/Pad的熔接；第二，Wire Bonding要求目标介质能承受一定压力且不能有太大形变；第三，Wire Bonding要求目标介质能承受较高温度；第四，Wire bonding受Wire bonding设备精度的限制，以BGA封装为例，一般I/O数量为500以内的芯片使用Wire bonding的方式，I/O数量增高，势必会使单个芯片连接点的尺寸减小，而在I/O数超过500以上时，芯片接点的尺寸会使Wire bonding的成功率大幅下降，而目前的显示技术恰恰又要求驱动芯片提供更多的I/O数目。

所以，综合分析上述各种因素，只有在低分辨率金属材质（如用金属箔为基材的柔性显示）的柔性显示方案中才有可能采用Wire bonding的方式进行芯片和柔性基材的键接。因此，作为一种连接技术，Wire bonding技术可以使用在柔性显示中，但是受到Wire bonding技术自身的制约，它在柔性显示中的应用会受到不小的限制。

3.3 覆晶方式

覆晶封装方式的应用十分广泛，由于覆晶方式可以节省Wire bonding的金线成本，同时芯片与封装壳的距离更近，可以保证高频信号具有良好的信号品质，所以被大量使用在对信号品质要求较高的CPU芯片封装中。传统封装形式，芯片的最高工作频率为2～3GHz，而采用覆晶方式封装，依照不同的基材，芯片的最高工作频率可达10～40GHz。

覆晶方式的基本做法是在芯片上沉积锡球，然后采用加温的方式使得锡球和基板上预先制作的Lead连接，从而实现电性连接。可以这样认为，覆晶方式是焊接方式的提升。

应用覆晶方式实现柔性基材和驱动芯片的连接有其独特之处。首先，芯片与柔性基材直接连接，从电性上考虑，该方式由于省略了封装中的信号传输线，所以可以降低芯片管脚上杂讯的干扰，而从成本角度考虑，由于使用裸芯片，该方式可以节约芯片的封装成本；其次，当芯片晶背（Chip backside）减薄到一定程度后（例如将Chip晶背研磨至13μm时，Chip可以弯折，如图6所示），Chip会呈现一定程度的柔性，可以在一定程度上实现与显示基材同步的柔性弯曲。

与Wire bonding方式相比，覆晶方式会有其成本上的先天优势（不需使用金属线键接），但是覆晶方式也存在一些问题。

覆晶方式中会使用锡球工艺，目前出于绿色环保考虑，微电子表面焊接技术中大量使用无铅焊锡，无铅焊锡的熔点约在200℃以上。而在柔性显示基材的各种方案中，一般具有良好弯折特性的柔性基材多为有机材料，有机柔性基材所要求的制程温度范围一般在150℃以内，超过200℃的高温会对柔性显示基材造成不可逆的损伤。所以，柔性基材不耐高温的特性与覆晶技术中需要使用的高温制程存在一定的矛盾。因此，我们可以推测，覆晶方式在柔性显示的应用领域会受到其制程温度的限制。

综上所述，覆晶方式多应用于柔性电路板（Flexible Print circuit）与芯片连接或者PCB板直接与芯片连接。当然，在能够耐受高温的柔性基材上使用覆晶方式实现驱动芯片与柔性基材的连接也极为可行。

3.4 ACF bonding方式

ACF bonding是目前TFT-LCD领域驱动芯片和显示基板连接最常用的方式，可以将裸芯片或者TCP/COF封装形式的芯片通过ACF胶与目标介质实现电性连接以及物理连接。

ACF胶连接方式中，ACF胶电阻率变化曲线依赖于导电粒子密度、导电胶厚度、宽度以及导电胶的固化温度。本文没有设计具体实验测量导电胶电阻率的实际曲线，参考相关文献，导电胶的电阻率约为5×10-4Ω×cm。而基于TFT-LCD Array线路本身带给驱动芯片的负载远大于导电胶引入负载的事实，以及驱动芯片输出信号对电容类负载比电阻类负载更为敏感的特性，可以认为，ACF bonding方式的电阻率的非线性变化不会为显示电路引入太多负面因素。而在TFT-LCD中大量使用ACF bonding方式的事实更能说明ACF bonding方式的电性能和可靠度是可以接受的。

其次，由于TFT-LCD分辨率的增加，驱动芯片所需的I/O数量也随之增加。目前主流的Driver IC已可以提供多于1，000 channel的输出I/O。I/O数量的增加直接导致Chip中接点尺寸和管脚间距（Pitch）的减小，而导电胶中导电粒子的直径远小于Chip接点的尺寸，同时，ACF胶能提供的最小Bonding pitch约为10μm，足以满足驱动芯片的需求。所以在支持I/O数量和小管脚间距方面，ACF bonding具有巨大的优势。

再次，由于使用金属箔和薄化玻璃为基材制成的柔性显示器只能实现有限的“柔性”，所以目前柔性显示器基材更倾向于使用柔性更佳的有机材料。以PET/PEN为例，其耐温性与传统刚性显示基材相比较差，仅为120℃左右。而传统的Wire bonding和覆晶方式在组装过程中需要较高的温度，故该两项技术在柔性基材上的应用受到制程温度的极大限制。而ACF bonding方式的组装温度取决于ACF胶本压过程中使用的ACF胶固化温度，固化温度会影响最终成品的物理特性，但对电性的影响较为有限（图7 所示为ACF胶在不同温度/压力下的电阻变化曲线）。

目前，索尼和3M已经有低于150℃的ACF胶出售（约为140℃），而PET/PEN可以短时间耐受150℃的高温，所以，使用低温ACF胶连接驱动芯片和显示基材成为可能。相比上述前两种方式，ACF bonding方式具有工艺简单、适用范围广的特点，所以就目前而言，ACF bonding应该是柔性显示驱动芯片与显示基材连接的最佳方式。

4 结 论

通过比较基于不同技术背景的各种组装技术方案，综合考虑柔性显示基材的物理特性，ACF bonding方式以其在制程温度上的低温特性相比其它两种方案更具优势。客观的说，各种组装技术均有其各自的技术特点和应用领域，而目前柔性显示基材的物理特性限制了组装技术的选择。我们期待新型柔性显示基材的面世，能给柔性显示组装方式带来更大的选择空间。

本文仅在理论层面探讨用于柔性显示屏的驱动芯片连接技术实现，未对用于柔性显示屏的驱动芯片连接技术应用于实际生产中的可行性进行讨论。

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液晶屏显示驱动芯片测试技术研究 篇4

目前, 虽然以京东方、华虹NEC为代表的多家企业投入大量资金研发LCD Driver芯片, 但国内LCD Driver芯片市场仍被外国企业垄断。消费电子产品价格敏感性特别明显, 如何减低成本成为厂商占领、扩大市场份额的一个决定性因素。目前测试成本已占芯片总成本的30%以上, 所以设计一套高效的芯片测试方法可以大幅降低芯片成本, 以适应激烈的市场竞争显得尤为重要。由于通用测试手段无法直接用于LCD Driver芯片的测试, 因此在LCD Driver芯片设计与制造的产业链中, 测试已成为制约发展的一个瓶颈。

由于LCD Driver芯片测试技术含量高、技术进步快, 目前, LCD Driver测试技术完全掌握在日本、美国等企业手中, 我国至今还没有成熟的技术可应用于量产测试, 目前国内有学者进行了相关的研究, 其中有部分研究只是针对某些单项进行研究[1,2,3], 测试技术还停留在实验室。而还有些研究者只是针对某些特定信号的驱动芯片进行了测试[4,5,6]。另一些学者就针对驱动芯片里的某些功能和芯片展开了研究[7,8,9]。

本文提出一套高效、实用测试方法, 采用多通道与高压模拟通道同步测试技术、色阶测试技术、特殊封装适应性技术和ATE等技术, 并结合LCD Driver芯片的特点开展深入研究。通过这些方法可以实现减少测试费用、提高驱动芯片测试吞吐量的同时也能保证客户对芯片质量的严格要求。

1 关键技术介绍

LCD Driver芯片有以下几个特点:频率高、差分低摆幅、精度要求高、模拟测试通道数量众多且需要并测。本文针对这些特点开展共性与关键测试技术研究, 从而提高ATE系统测试效率、优化测试结果。LCD驱动芯片内部包括了多路电压、电流源, 通过改变电压输出值使得液晶屏面板产生不同的输出色彩, 因而它的性能直接决定LCD的显示效果。针对驱动芯片主要进行如下几个关键技术的研究, 下面依次进行介绍。

1.1 开展多通道与高压模拟通道同步测试技术研究

LCD驱动控制芯片是典型的数-模混合SOC芯片, 对于该类型芯片, 通常器件的输入、输出和各类IO PIN数量较多, 其中模拟PIN又占有绝大比例。如何对该类芯片众多的输入、输出PIN进行并行同步测量是该项测试技术的难点之一, 且模拟管脚测试时容易受到众多因素的影响、比较常见的因素有系统纹波工频干扰、复杂接地网络互联和其他测试中通常可忽略的管脚寄生电容的影响等, 这些因素都使得测试精度变差。而数字管脚中, 数据速率多在200MHz以上, EMC问题也同样不可忽视。

针对多管脚高速器件, 测试中如何实现多信号同步是另一项技术难点, 本文针对该技术难点采用了数字接口硬件, 利用数据寄存器和锁存器的硬件实现方法来进行多信号同步, 其硬件实现框架如图1所示。

1.2 开展色阶测试技术研究

LCD Driver器件的一个核心测试项目就是色阶测试, 这部分测试解决直接反映了IC的产品质量。基于白盒测试原理, ATE或者外部激励施加不同的、特定的RGB信号编码序列, LCD驱动芯片应该输出在指标范围内的电压信号。这些电压信号是否符合指标要求也就同时决定了该器件在正常使用阶段能否驱动液晶屏显示正确的色彩。每个驱动IC电压输出对应8比特编码, 8位二进制输入可产生2的8次方共64个编码序列, 根据需求不同, 有两种方法对LCD驱动器件的模拟输出进行测试。一种是快速低精度的电压比较方法;一种是相对慢速高精度的电压均值采样测试方法, 电压测量精度取决于采样ADC位宽和部件整体噪声水平。表1列出了编码序列对应的模拟电压值, 如表1所示。

对于大屏幕的显示器件来说, Driver IC的输出PIN数量巨大。一般的数字采样测量单元测试部件的测试时间为几到几十个微秒, 本次测试的样品共645个待测管脚, 每管脚包含128个电压值, 每次测试包含82560项测试结果, 由此可知测试时间将会比较长。通过实践中大量实验与技术验证, 采用了两个技术方法来优化总体测试时间。首先, 在测试系统总成本允许的情况下, 测试设备提供更多可同步并行工作的采样测量单元, 在单位时间内同时对多个LCD驱动器件的输出进行采样。其次根据被测器件特点, 选用采样频率更快的测量单元进行连续采样、并优化后台数据传输与采用分布式数据处理方式, 也可进一步提升测试效率, 提高测试吞吐量。

研究中开发了专门的测试软件作为测试工具来完成色阶测试, 解决测试过程中耗时长的问题。利用本文搭建的测试系统, 在645管脚中随机抽取一个管脚的测试数据与参考数据进行比较, 分别记录误差百分比。根据测试结果可以看出, 原测试数据在±0.4%范围内波动, 波动比较大, 通过本系统进行优化和改进后, 测试数据在±0.25%范围内波动, 波动范围变小, 满足测试要求。在645个管脚中随机抽取一组管脚的某一个电压值进行数据分布分析, 以此评估测试系统的测试稳定性。原测试结果在8.07~8.14范围内波动, 波动范围约为0.86%。通过本文的优化方法以后, 从图2中可以看出, 分布数据在8.09~8.12范围内波动, 波动范围约为0.37%, 较之前的测试结果有明显改进。如图2所示。

从以上的对比结果来看, 经过本文的优化和改进后, 测试精度和测试稳定性都有很大的提高的改善。

1.3 特殊封装的适应性技术

考虑到缩小LCD模块尺寸、提高集成度的具体需求, 厂商多采用COG (chip on glass) 封装方式来封装驱动芯片。但从测试角度来讲, 这种封装形式却极大增加了测试的难度与成本。集成电路全周期生产工艺中通常包含有两个测试环节, 中测 (CP) 与成测 (FT) , 分别在wafer阶段和封装完成后阶段对器件功能特性和直流参数等指标进行完整验证。

在wafer测试阶段, ATE测试机台采用线缆或者直接硬连接方式与探针卡相连, 探针卡最终再通过探针与wafer上的IC pad相连接。对于LCD驱动IC高密度和高频的测试需求来讲, 如何保证探针卡信号完整性和通用适配性也是整个测试过程需要重点解决的问题之一。由于测试通道信号频率较高 (100MHz以上) , 探卡与测试设备采用直接硬连接的方式, 尽量减小系统本身和外部电磁环境的影响。

本项目将对特殊封装的适应性方案进行研究, 提出了一种能够适用于多种封装并能够根据不同封装形式快速转换的技术方案。方案使用PCB设计形式, 所有信号输出至探卡, 通过探针与被测管芯连接。探针卡如图3所示。

探卡制作过程中有如下技术关键点。

(1) 信号阻抗与skew偏斜控制。通过仿真计算, 设定高速差分线宽6mil, 间距8mil, 阻抗控制为100欧姆。并严格按照提供完整信号回流参考平面的要求, 为高速通道信号提供完整电源或者地参考平面。对数据组信号约束等长要求在50mil范围内, 严格控制信号间的skew偏差。

(2) 地信号连接。首先保证模拟电路和数字电路的地线不能直接连接, 系统设计上采用了远端汇流排共地连接的方式。PCB上根据信号类型划分不同的模拟信号区域和数字信号区域, 并参考相应的地平面, 且两个地平面不能重叠。当地平面信号构成完整环路系统时, 可以大大增加系统噪声容忍度。

(3) EMC设计, 选择合理的导线宽度, 应尽量减小印制导线的电感量;采用正确的布线策略采用平等走线可以减少导线电感, 如果布局允许, 最好采用井字形网状布线结构;在电路设计中, 通常采用源端匹配和终端匹配两种电阻匹配方式来减小信号的反射。LVCMOS电平常用设计为源端串接30欧姆左右电阻吸收反射回来的能量, 终端匹配通常对电源和地信号各接100欧姆左右的电阻。具体设计需求不同, 匹配电阻阻值的选择还同时需根据具体IC数据手册中的输出电流及输入电流来决定。

探卡制作完成后, 对探卡分别进行信号传输测试、探针间阻抗随频率变化的测试。通过ATE测试设备对探卡施加信号, 在探针端对信号进行测量。数据信号输出形态良好, 没有明显变形, 输出信号相比输入信号延时约0.5n S, 对芯片测试无影响。另采用阻抗分析仪对探卡的阻抗特性进行了分析测试, 测试频率范围在5 MH z到40MHz, 数据显示探卡印制线电容在测试范围内最大值为0.32p F, 最小值为0.18p F, 与测试频率呈现负相关, 即在高频下电容较小, 因此对高频信号没有明显影响。基于以上判断, 探卡可以满足高频测试的要求。

4 结语

液晶屏显示驱动芯片测试技术是整个驱动芯片设计制造过程中的关键技术, 是保证芯片品质的重要手段。本文提出了一个实用的测试方案, 同常规采用的方法相比, 在减少测试时间、提高ATE测试效率上具有一定优势。方案中设计制作的自适应探卡, 可以匹配不同型号的驱动芯片。通过这些方法可以实现减少测试费用、提高驱动芯片测试吞吐量, 实现对LCD驱动芯片的高效、高质量测试, 对液晶驱动芯片测试技术的发展起到了一定的推动作用。

摘要：液晶屏显示驱动芯片广泛应用于数码产品领域, 近年来与之配套的驱动芯片的需求量也大幅度增加。驱动芯片测试贯穿在芯片的设计、制造与应用的全过程中, 是保证芯片品质的重要手段。由于驱动芯片不同于一般的通用芯片, 通用测试手段无法用于该类芯片的测试, 目前该技术主要掌握在国外企业手中, 因此在驱动芯片设计与制造的产业链中, 测试技术已成为制约发展的一个瓶颈。针对此背景, 本文提出一套高效、实用测试方法, 采用多通道与高压模拟通道同步测试技术、色阶测试技术、特殊封装的适应性技术和ATE等技术, 可以实现减少测试费用、提高驱动芯片测试吞吐量的同时也能保证客户对芯片质量的严格要求。

关键词：液晶显示驱动芯片,芯片测试,多通道同步测试,色阶测试

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显示驱动 篇5

LED显示器动态扫描驱动电路的设计 心得体会 ：

LED 因其VF值特性原因做不到相同,随着温度及电流大小也有些VF值也会发生变化,一般不适合并联设计。但是有些情况又不得不并联解决多颗LED驱动成本问题,这些设计可以为大家做些参考。

注意需要VF值分档,同档VF值的LED尽量使用在同一产品上面,产品可以保证误差电流在1mA之内、LED相对工作恒流状态。

采用集成三极管可以保持每路LED电流一致,这些三极管在相同温度环境下、相同工艺条件生产出来的β值一样,可以保证每路电流基本一样。恒流部分在要求不是很高的条件下可以这样设计,稳定的电压或稳定的PWM伏值驱动稳压后的三极管偏压,做到基本恒流。

采用精度较高的IC做恒流参考源,R可以设定IC输出电流,一经确定R阻值可以使用固定电阻代替。多三极管集成器件的使用可以减少IC的使用数量,从而减低设计产品成本。

线性大功率LED恒流输出可以并联使用,在产品设计中我们往往找不到较大电流的驱动IC,一般2A以上就很少见,标称2A的IC也不一定可以极限使用。大于1A的IC工艺成本的原因MOS管都是外置,外置MOS管线路复杂,可靠性减低。并联使用是有效的设计办法。

采用DD312并联参考设计直接驱动3颗6WLED。使能PWM控制信号需要适当的隔离,避免相互干扰和驱动能力问题。EN使能电压要符合规格书要求,不要电压太高损坏EN脚。一般IC耐压是指负载和电源 ,没有注明激励电压请不要大于5V设计。

像这种检测在LED的一端LED恒流驱动IC也可以并联设计驱动,实际上IC是单独工作的,最后在并流一起。DC-DC方式是工作在较高的频率上,需要注意的是PCB布板时避免交叉设计,各自滤波、旁路电容要紧靠IC附近,负载电流最后会和即可。

显示驱动 篇6

OLED与薄膜场效应晶体管液晶显示器(TFT-LCD)相比,具有响应快、全彩色、自发光、视角宽、对比度高、低电压、可实现柔性显示等优点,能更好地应用于手机、MP3、小尺寸仪表盘等[1,2,3,4]。OLED显示器以其卓越的显示性能成为下一代平板显示器[5]的一个强有力竞争者,目前市场上已出现多种中小尺寸OLED,但配套的驱动接口电路设计[6]很少,笔者拟采用STC11L60XE单片机作为OLED显示模块CMEL CO283QGLD-T的主控制器,尝试在SPI模式下实现OLED全彩静态图片显示。

1 基于SPI的电路设计

1.1 CMEL CO283QGLD-T显示模块

CMEL CO283QGLD-T显示模块是240×RGB×320点阵的2.8 in全彩OLED显示模块,集成了S6E63D6驱动器[7],图1为S6E63D6的结构框图。S6E63D6是一款带控制器的OLED驱动专用芯片,最大可支持240×RGB×320点阵的图形显示,内置容量为240×18×320位的图像存储器(GRAM),向GRAM中写入图像数据可实现65 k、260 k色图片显示。其具有四种可编程彩色显示接口模式:18-/16-/9-/8-位并行接口模式、18-/16-/6-位的RGB接口模式、串行外围设备接口(SPI)模式和高速串行接口(MDDI)模式。S6E63D6内嵌DC-DC电压转换器,提供OLED模块内部像素驱动电压。

1.2 硬件电路设计

实现静态图片显示需预存图像数据,而单片机内部程序空间有限(60 k),不适合存储图像数据,采用Flash存储器作为图像数据存储区能有效地解决这一问题。单片机只需读取Flash存储器中的图像数据,再传送到显示模块即可实现静态图片显示。系统硬件结构框图如图2所示,整个系统采用5 V直流供电,两个电源模块提供整个控制电路所需电压和OLED显示所需电压,微控制器(MCU)模块实现与OLED模块和Flash存储器的通信,并提供了在线编程接口和硬件复位接口,使用SPI协议[8]进行串行通信。

1.2.1 电源模块

电源模块1输出电压3.3 V,为微控制器和接口电路供电。电源模块2采用高效率开关电源,为OLED显示提供正常工作所需的VDD和VSS。鉴于OLED显示屏对供电电压变化极其敏感,而安森美生产的NCP5810芯片[9]输出电压精准、转换率高、封装尺寸小(3.00 mm×3.00 mm×0.55 mm),可提供1%电压容差的精确反馈电压且输出负载瞬态响应好,作为OLED驱动供电电源尤为合适。

1.2.2 微控制器

宏晶科技的STC11/10xx系列单片机[10]相比于传统的89系列及2051系列单片机,成本更低,性能更强,故本设计系统选用STC11L60XE单片机作为微控制器。通过寄存器配置将单片机P3.0/RXD、P3.1/TXD设置为系统可编程(ISP)下载专用通信口。USB和串口转换完成与用户系统的USB连接,实现在用户系统上调试和下载单片机程序。P4.7/RST引脚出厂时就被配置为复位引脚,外接复位电路实现上电复位。P3.4~P3.7预置为时钟(SCK)、数据输入端(SI)、数据输出端(SO)、使能信号(CE),作为单片机与Flash存储器的SPI接口,实现SPI串行通信。P2口部分引脚预置为时钟线(CL)、片选信号(CSB)、数据输出端(SDO)、数据输入端(SDI),作为单片机与OLED显示模块的SPI接口,实现SPI串行通信。将P2.7预置为RE-SETB,用于控制整个OLED显示模块的复位。

1.2.3 SPI接口设计

硬件系统中SPI接口部分为:单片机与Flash存储器的SPI通信接口和单片机与OLED显示模块的SPI通信接口。为了行文方便,约定单片机与Flash存储器的SPI通信为SPI模式1,单片机与OLED显示模块的SPI通信为SPI模式2。在SPI模式2下单片机与OLED显示模块的连接采用接插件形式,更改接插件可实现不同尺寸OLED显示模块的硬件接口连接,实现系统设计的通用性。SPI模式1为四线制,包括CE,SCK,SI和SO;SPI模式2也为四线制,包括SCL,CSB,SDO,SDI。由于STC11L60XE单片机没有硬件SPI接口,需设置单片机普通I/O口模拟SPI时序进行数据通信。SPI模式1中Flash存储器SST25VF020[11]的器件地址为43H,存储范围为000000H~03FFFFH;SPI模式2中OLED显示模块SPI模式下写指令起始地址为70H,写数据起始地址为72H。

2 软件设计

显示之前,预存储图像数据到Flash存储器,主程序主要完成从Flash中读取数据,然后在SPI方式下通过单片机I/O口向显示模块中的GRAM输入数据实现静态图片显示。主程序软件流程图如图3所示。主要功能包括:1)MCU初始化,设置单片机时钟为外部输入模式,设置ISP通信口和定时器,配置各个I/O口为数字口。软件延时使能电源模块2的正负压输出。2)SPI初始化,将SPI相关的片选信号、时钟信号和数据信号拉高,不产生通信。3)OLED初始化,先配置所需显示制式时钟模式和接口模式,再执行清屏操作(写入数据0x0000),预定义图片显示范围(行列起始地GRAM址),最后开显示(允许GRAM中数据显示)。4)读数据,单片机以SPI模式1从Flash存储器中读取相应的位图数据。5)数据写入GRAM,单片机从Flash存储器中读数据的同时以SPI模式2向GRAM中写入数据,写满后停止SPI通信,OLED模块会自动显示GRAM中的图像信息。

单片机模拟SPI模式1的时序需严格按照图4所示的读写时序,任何时候读写需先将片选CE拉低,在SCK的上升沿SI上数据写入,SCK下降沿SO上数据输出。写数据时SO必须保持高阻状态,读数据时SI状态可任意。Flash存储器中数据存储格式为8位。

从Flash中读取数据后,向GRAM中写入数据即可实现OLED显示,而向GRAM中写指令、写数据和读状态都是在SPI模式2下进行的,所以显示子程序关键是模拟实现SPI的读、写时序。SPI模式2下写指令时序如图5所示,初始化时将CSB,SCL和SDI都拉高,先写入器件地址,再写入相应指令,指令格式为16位双字节形式。写操作时需先将片选CSB拉低,在SCL上跳变时SDI上的数据写入,在SCL上升沿时SDI的数据必须保持稳定,结束时将SCL,SDI拉高,同时CSB置1。SPI模式2的写数据时序如图6所示,数据格式为16位,每写一次数据都必须先发送一次8位器件地址,与写指令一样,SCL上升沿时SDI的数据必须保持稳定才能准确写入。

3 实验结果

CMEL CO283QGLD-T显示模块内部GRAM只支持16位格式的图像数据信息,需通过图片转换软件将图片信息转化为8位宽度的位图信息,存储到Flash存储器中。软件编程时需预先将数据格式从8位转化为16位,然后在SPI模式2下逐位传输到GRAM中。图7为SPI模式下的240×320的65 k色静态图片显示效果,图8为RGB(红绿蓝)三色图片显示效果,Flash存储器中还可存储其他测试图片用以显示。

4 结语

本设计实现了一种基于OLED显示模块CMEL CO283QGLD-T的全彩色静态图片显示系统。该系统设计简单可靠,是一套通用的中小尺寸OLED驱动控制系统,同时单片机预留了多个I/O口可作后续扩展功能使用。通过与Flash存储器的SPI通信解决了单片机内部存储空间有限、无法存放过多图片问题。可预置多幅测试图片到Flash存储器进行循环显示,供用户进行相应的OLED显示性能测试。

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[10]深圳宏晶科技有限公司.STC11/10xx系列单片机器件手册[G].深圳:深圳宏晶科技有限公司,2011.

显示驱动 篇7

静态存储器SRAM (Static Random Access Memory) 的存储单元被设计为可以自动锁存数据, 不需要每隔一段时间刷新一下cel里面的数据, 这样极大的节省了系统的有效数据带宽, 并且因不需要刷新电路大大降低了设计的复杂度。SRAM存取速度快, 性能较高, 但是相对DRAM来说, SRAM集成度较低, 面积较大, 而且静态功耗也较大, 因此常用作CPU里的高性能存储电路如L2 cache, 片内RAM等。SRAM在显示驱动芯片中主要用来存储图像数据, 并具有较好的性能。外界对SRAM电路的存取主要有以下三种形式:MPU接口写SRAM, MPU接口读SRAM, Display模块读SRAM。明显的, MPU接口与Display读有可能产生冲突, 这时需要一个Arbiter (仲裁电路) 电路来裁决以上三个存取过程的优先级。限于篇幅本文只分析MPU写SRAM的时序。

2 SRAM电路结构与时序分析

2.1 SRAM单元电路与行列选择电路

图1所示的经典SRAM六管结构的电路。两个互补电平的数据线B与NOTB (bit_line) 可以互相锁存对方的数据。WL信号为字选择线, 同属一行的所有SRAM单元的字线WL (word_line) 均连在一起。图2中wen信号为列选择信号, 在某行的WL信号打开的情况下, 将wen信号置为高电平, 应可以对某一个SRAM单元进行存取, 图2中的B与NB信号与图1中的B与NB信号是接在一起的。例如, 想要对一个SRAM中的第M行第N列, 进行写操作, 通过行译码器选择第M行的WL为高电平, 通过列译码器将第N列的wen置为高电平, 这时数据被写入第M行第N列的SRAM单元以后WL线关闭, wen线关闭, 数据被单元电路锁存。图1中SRAM电路有一个潜在的风险就是, 当改写SRAM数据时, 这六个管子的驱动能力不同会造成在对数据线进行充放电时, 导通电阻分压会触发不希望的逻辑状态。因此, SRAM单元电路每一个管子的尺寸都必须要经过仔细考量, 最好选择有专门提供SRAM的工艺, 并在工艺厂商的指导建议下进行单元设计。一个有效的解决办法体现在了图2中的预充电电路中, 将precharge信号拉低以后, 两条数据线均被充电到高电平。这样有两个好处, 一个是保证了往SRAM中写入数据瞬态过程的可靠性, 二是在SRAM总线空闲时, 保持数据线为固定的高电平状态会避免很多的误操作。

2.2 MPU写SRAM时序分析

实际上, SRAM的读写并没有上面所描述的那么简单, 因为, 存储电压的建立需要时间, 为了保证存储数据的可靠性, 要对SRAM的存取操作建立严格的时序。

一个严格的MPU接口写SRAM过程可以用下面所示的图3来描述, 具体过程如下:每来一个写SRAM的时钟到来的同时, 发出一个mpu_access的信号, 让MPU接口占据数据总线, 避免display模块读数据时与之产生冲突。因为MPU接口还可能以读的形式占据数据总线, 所以延迟5ns以后发出一个写请求信号wr_req, 这个延迟可以保证, 在MPU接口取得总线控制权以后再发出写请求信号。在mpu_access信号发出10ns以后打开列译码器使能信号col_en准备好写SRAM的地址。此时, 列译码器产生列选择信号col_sel选定要写的列, 列地址准备就绪。再将precharge信号拉高, 停止对bit_line的充电, bit_line接收数据准备就绪, precharge的高电平建立也需要一段时间, 因此, 要延迟一段很短的时间比如2ns以后才能发出写使能信号wen_g。由于precharge, col_sel, wen_g三者做逻辑与的输出驱动wen信号, 也就是说, 只有以上三个信号都为高电平1的时候, 才会打开MPU接口发过来的数据线与bit_line之间的开关, 这时, 数据被写入bit_line, 同样的, bit_line的电压建立仍然需要一段很短的时间, 所以延迟2ns以后再打开WL, 一旦word_line打开, 这时MPU接口输出的数据线data, ndata分别通过bit_line数据线B与NB连接到SRAM cell的两个互相锁存的反相器, SRAM cell里的数据被改写。

如果原来SRAM里存储的是1, 则是通过NMOS管对地放电, 如果原来SRAM里存储的是0, 则是电源电压VDD通过PMOS管对SRAM bit cell充电, 考虑到互连线与MOS管都存在着寄生电容, 所以SRAM cell数据的改写同样需要一段时间来建立其所需要的电压, 而所需要的时间由WL打开的时间控制。为了保证写入数据的可靠性, 这里延迟10ns来建立SRAM bit cell的电压, 10ns时间一到, 便输出一个wl_done信号, 表示写入操作已经完成, 此时wl_done信号将wr_req信号拉低, 写请求结束。然后, 关闭列选择, 释放总线, 重新对bit_line预充电。

3 时序电路设计方法

3.1 写请求信号的产生与结束

采用触发器将MPU发过来的写请求时钟转换成SRAM时序电路的写请求状态。这个状态受到wl_down信号的控制, 相当于一握手协议, 一旦写操作完成, 后面的timing电路会返回一个wl_down, 将wr_req清零, 也可以通过外部清零信号rst_b对D触发器的状态进行清零。delay模块用于控制wr_req信号滞后于写时钟的时间。

3.2 延迟电路设计

为了保证延时时间可控, 设计采用NMOS电容与导通电阻构成延迟单元, 延迟的大小由外部控制信号ctl控制传输门选通与关闭来实现可调节, 当不需要延迟时, 直接将clr信号拉高, 这时延迟电路只相当于buffer的作用。

采用不同的逻辑方法可以实现不同的延时要求, 图6所示是设计中大量采用的延迟电路设计方法, 其功能分别用于滞后或延迟输入信号高电平宽度, 低电平宽度, 产生固定时间长度的高电平脉冲等等。

除图6所示的常用延迟电路以外, 还可以采用延迟电路, 反相器, 分别与或非门, 与非门, 异或, 同或等逻辑门组合, 可以得到不同功能的延迟电路。采用这种方法设计的延迟电路功能可靠, 并且延迟单元可以用寄存器调节延迟大小, 即使出现工艺偏差, 通过调节也可以保证存取数据的可靠性, 在SRAM, SDRAM等存储电路的设计中经常采用。

4 设计仿真与验证

本设计在搭建完成的验证平台环境上, 采用VERA验证语言编写TestCase, 对电路加输入激励, 采用Nanosim数模仿真工具仿真验证电路如图7所示。

设计结果符合设计要求, 数据写入安全, 延时调节有效, 达到设计目标。

摘要：分析了SRAM cell设计的特点, 以及MPU接口写SRAM所需要的控制信号。MPU接口写SRAM时, 这些信号必须要保证在严格的时序控制下产生与撤消, 否则, 可能在SRAM cell电压并未建立稳定的情况下就撤消数据信号, 或者, 在写入时, 因为充放电电流的瞬态过程引发错误的逻辑操作。该文在此基础上给出了控制信号时序, 总结了这些时序电路产生的方法并设计了一款MPU写SRAM时序电路并验证了其功能正确。

关键词：LCD显示驱动芯片,SRAM时序电路

参考文献

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显示驱动 篇8

关键词：LCOS,MIPI协议,显示接口

MIPI-DSI接口以MIPI D-PHY协议定义的物理传输层为基础, D-PHY定义的物理传输层最多可支持4个数据通道, 1个时钟通道, 每个通道在低功耗模式时以1.2V的低速信号传输, 在高速模式时则采用摆幅为200毫伏的低压差分信号传输, 从而相对于现有的设备表现出更高性能、更低功耗、更低EMI和更少的引脚。LCOS显示芯片是一种硅基液晶微显示技术, 常用与便携式移动电子设备中, 如可穿戴式设备, 要求具有很低的功耗, 又要具有较高的显示分辨率。因此笔者设计了一种适用于LCOS显示芯片的MIPI DSI显示驱动接口, 支持的分辨率为1280*720, 帧率60Hz。

1 DSI驱动接口工作原理与电路构架

本文设计的MIPI-DSI接口具有一个时钟通道和两个数据通道, 时钟通道支持高速DDR时钟的接收与恢复, 支持超低功耗状态 (ULPS) ;数据通道0支持高速数据接收和低功耗模式下的双向传输, 支持总线竞争检测;数据通道1住处高速数据接收及超低功耗模式;单通道数据传输速率高达800Mbits/s, 低功耗模式下数据传输速率8~10Mbits/s。

1.1 DSI接口工作原理

基于MIPI-DSI协议的显示驱动接口, 具备视频模式和低功耗模式两种工作状态。在视频模式下, 接收主机高速发送过来的图像数据。并转换成DPI并口格式输出到LCOS驱动模块。在命令模式下, 接收主机发送过来的命令和数据, 并转换成DBI总线格式输出到LCOS驱动模块。或者读取LCOS驱动模块的状态信息和数据, 并转换成串行信号反向发送给主机。

数据通道0具有高速数据接收, 以及低功耗下的Escape模式, 数据通道1具有高速数据接收和超低功耗模式, 在闲置状态时, 通道都处于LP-11状态。当主机向从机发送高速接收请求序列LP-11->LP-01->LP-00, 从机通过检测LP-11->LP-01和LP-01->LP-00的变化, 使能差分放大电路的中的终端电阻控制信号, 打开高速接收, 从机开始准备接收主机高速发送过来的数据。当主机向从机发送Escape模式进入序列LP-11->LP-10->LP-00->LP-01->LP-00时, 从机开始检测序列, 在正确接收到最后的LP-00状态后即进入Escape模式, 然后等待主机发送Entry commands。再进行相应的操作, 退出Escape模式的序列是LP-10->LP-11。当主机向从机发送TA (turnaround) 请求序列LP-11->LP-10->LP-00->LP-10->LP-00时, 从机检测到正确的序列后即将低功耗发送使能端和线路冲突检测使能端置1。在序列检测过程中, 当接收到LP-11状态时则从机立即终止该模式的进入, 使通道处于LP-11状态。当接口工作于高速接收模式时, 主要负责接收主机发送过来的图像数据, 并对数据包进行解码, 将图像数据转换成RGB666、RGB565、RGB888三种格式输出到LCOS驱动控制模块中点亮液晶像素[4]。并生成行同步信号、场同步信号、数据有效信号及像素时钟信号。当接口工作于低功耗接收模式下时, 负责接收主机发送过来的低功耗命令和数据, 并将其转换成MIPI协议所描述的DBI格式输出到LCOS驱动控制器中, 对LCOS显示模式及参数进行配置。具体工作原理如下图所示。

1.2 MIPI-DSI接口电路构架

MIPI-DSI从机接口电路主要包括4个模块:物理传输层模块、通道管理层模块、协议层模块以及应用层模块。如图2所示。

物理传输层:接收时钟通道、数据通道0和数据通道1的高摆幅低功耗序列信号, 并进行序列检测, 当检测到高速接收请求时, 时钟通道接收高速率低摆幅的差分DDR时钟信号, 并进行四分频为数据处理逻辑提供并行数据传输时钟, 数据通道接收高速率低摆幅的差分数据信号, 并进行串并转换输出8位的并行数据到通道管理层, 数据通道0在检测进入Escape模式时, 则接收高摆幅低速率的数据和命令, 并进行串并转换输出到通道管理层;在检测到TA (turnaround) 请求时, 则将从机的数据或命令进行串行化, 以数据通道0发送给主机。

通道管理层:包括时钟切换模块和数据融合电路, 时钟切换模块主要为数据处理逻辑提供时钟信号, 高速接收时提供主机发送过来并进行四分频后的时钟, 低功耗传输时提供数据通道0总线异或而来的同步时钟, TA传输时则提供本地时钟作为电路的同步时钟。数据融合模块则将物理传输层输出的数据进行融合, 并进行多级缓存, 以备协议层进行数据的ECC、CRC检测及数据解码操作。

协议层:对数据进行ECC和CRC检测, 并进行数据包的解码, 输出相应的控制信号, 若检测到MIPI协议所规定的底层协议错误, 则标志相应的错误标志, 在TA传输则进行数据包的编码发送到物理传输层。

应用层:根据协议层数据包解码结果, 若是高速的图像数据, 则将数据转换成DPI格式输出, 若是低功耗数据或命令, 则将数据转换成DBI格式输出。

MIPI-DSI接口电路结构框图如图2所示。

2 MIPI-DSI接口IP设计与仿真

MIPI-DSI接口IP设计模拟部分采用定制方法, 数字部分采用Verilog语言描述, 程序设计采用层次化设计方法[6], 根据图2所示是MIPI-DSI接口总体功能电路设计框图, 编写系统spec和模块spec, 设定各个功能模块的互连接口。每个模块的数据流处理都采用有限状态机进行描述。MIPI-DSI在上电初始化时处于闲置状态, 总线都处于LP-11状态, 当检测到主机发送序列时, 从机接收序列, 并判断开始进入哪种工作模式, 主要有高速接收、Escape模式和反向传输 (Turnaround) 模式。

编写设计的顶层模块, 为顶层模块搭建测试平台的初始化环境, 根据MIPI协议描述的DSI接口的各个功能, 编写测试激励testcase, 通过建立虚拟主机发送端, 建立虚拟显示驱动接收端, 搭建起系统的验证平台[7], 仿真结果如图3所示。

参考文献

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[6]张赫, 李刚, 张叶.手机摄像头MIPI-PHY的FPGA实现与显示[J].液晶与显示, 2014, 4:553-558.

显示驱动 篇9

相对于传统的IAPT[1]和APT[2]等算法，多行寻址MLA[3]驱动算法由于具有功耗低、对比度高、响应速度快、串扰少和温度范围宽等优点而被广泛采用。本文基于MLA算法的工作原理，提出一种改进方法，并在该改进算法的基础上，完成了STN LCD驱动控制芯片显示电路模块的设计及其芯片面积和功耗分析。

1 MLA算法及其改进

MLA算法是基于矩阵运算的一种主动寻址驱动方法，其核心是利用显示数据的正交变换决定列电极的驱动波形，并采用对显示数据矩阵所有行同时选中的方法实现。因此，通过行矩阵R与显示数据矩阵I的乘积，可得到相应的列驱动波形C，相应的矩阵运算为[3]：

式中，矩阵R的每一元素只能为+1或-1，而矩阵I还可包括0元素，所以矩阵C的取值有n+1种可能，也即列驱动所需的驱动电平级数为n+1。

常用的STN LCD分辨率为240×160，在此分辨率下，为了实现对所有行的同时选中，列驱动的电平级数达到了241级，因此需要大量的寄存器，使得驱动控制芯片的复杂度和硬件开销激增。可见，MLA算法对驱动能力的设计难度和工艺条件的要求很高，而且容易产生串扰以及芯片面积过大等问题。针对上述情况，本文提出一种3wire-MLA改进算法。

3wire-MLA改进算法的核心是将一个N×M的显示屏分成N/3组，并采用每一组内各行同时选中，各组逐一扫描的方法实现。特别地，通过引入一个虚行来减少列电极电平的个数。因此，上述矩阵运算最终将可简化为：

式中，矩阵R的第4i列为虚列，矩阵I的第4i行为虚行，i可取值1,2,3…n/4。

2 基于3wire-MLA改进算法的显示电路模块设计

显示电路是STN LCD驱动控制芯片的核心模块，由MLA矩阵控制电路、行时序电路和极性反转电路3个分模块组成，根据设置完成扫描顺序控制，产生极性反转，以及部分显示信号和同步信号，并实现不同的滚屏模式。

2.1 MLA矩阵控制电路

MLA矩阵控制电路通过变换矩阵列向量的寻址方式，结合极性反转设置，实现对正压和负压电路的负载调节。这里，列向量的寻址方式是通过寄存器来实现各种变换，包括列交换和按特定单元递增寻址[4]等。

考虑到4阶Walsh调制矩阵的基本形式为：

因此，可以设置VEC、INC和VAR 3个寄存器，并分别定义VEC=1时列向量R2和R3交换，INC=0时列向量按每一子块递增寻址，INC=1时列向量为按每一子帧递增寻址，VAR=0时增量寻址模式在第一个子块复位，VAR=1时增量寻址模式在第一个子块不复位且无限循环下去。相应地，MLA矩阵控制电路的实现框图如图1。

2.2 行(COM)时序电路

行时序电路通过改变行的扫描方式，完成部分显示和滚动显示。考虑到RAM的行地址与芯片管脚地址对应，并决定最后输出的行地址，因此可以分别通过以下两种方式完成：(1)改变RAM上的地址映射;(2)改变芯片管脚上的地址映射。

考虑到本文的3-wire MLA改进算法规定每次选中3行，每3行为1块，因此，行扫描可以块为单位，并设置com地址范围为com[0]～com[53];同时，把行时序电路分成3个子模块，分别是com timing generator子模块、com map子模块和com ram子模块。其中，com timing generator子模块分别根据行同步信号、部分显示信号和显示周期信号，产生帧同步信号和限定显示范围信号，以限制芯片管脚上的范围;com map子模块对输入信号进行映射变换;com_ram子模块主要根据滚动显示设置，输出ram访问的地址与访问指令，并根据显示范围信号设定RAM中访问的地址范围。图2给出了上述设计的行时序电路的实现框图。

2.3 极性反转电路

对于LCD模组，负载模型是电容，由于电容两端接不同电压，如果电压方向一直保持不变，则容易造成模组老化，缩短使用寿命。为了防止这种情况，本文采用对模组极性进行定期反转的方法加以解决。上述采用对行和列电压直接取反的方式来实现极性反转电路的设计方法，同时在行矩阵中体现为对矩阵各元素取反。针对不同特性液晶，通过寄存器来设置不同反转周期，以提供充裕的极性反转周期调节。

考虑到极性反转与列向量寻址变换方式之间相互独立，因此对任意一个块，首先根据向量寻址方式确定其矩阵，然后通过当前的pol_inv信号确定极性，也即确定是否取反以及如何取反，具体控制模式由表1给出。

根据表1，对FIM=0，极性反转时行矩阵完全取反，通过矩阵运算后，列矩阵也将完全取反;对FIM=1，行矩阵最后一个子帧与前3个子帧取反，极性反转时矩阵完全取反，也即改变了一个特征矩阵。因此，通过设置不同的FIM，可方便地实现极性反转电路的设计。

3 结果与讨论

基于上述3-wire MLA改进算法原理，本文使用Verilog HDL语言分别描述显示电路3个分模块的硬件功能，通过仿真软件Modelsim SE 6.1进行功能仿真，并对各个分模块的输出结果与设计要求之间的一致性进行验证。然后，采用中芯国际0.35μm工艺库、Synopsys公司的Design Complier综合工具，对3个分模块进行综合优化，并生成完整的显示电路。最后，使用Synopsys公司的PowerRail工具进行功耗分析[5]。

显示电路模块的综合结果如表2所示,表中分别给出对MLA算法改进前后的面积和功耗。可见，算法改进后显示电路模块的总面积只有改进前的81.2%;改进后的总功耗，相比改进前减少了21.3%。

本文针对常用分辨率的STN LCD提出了一种改进的3wire-MLA驱动算法，并采用自顶向下的Verilog HDL设计流程，实现了基于该MLA改进算法的显示电路模块的设计。结果表明，所设计的显示电路模块具备低功耗和面积小等优点,可以应用于STN LCD驱动控制芯片的设计上。参考文献

摘要：提出一种改进的MLA驱动算法,并基于该算法完成了STN LCD驱动控制芯片显示电路的设计,包括MLA矩阵控制电路、行时序电路和极性反转电路。对设计结果进行了综合及功耗分析,结果表明,采用改进算法设计的显示电路模块的面积和功耗得到有效优化。

关键词：STN LCD,MLA算法,显示电路

参考文献

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显示驱动 篇10

LED是经由流过的电流来驱动的, 而通过的脉冲宽度可以控制LED的亮度及灰度, 简单来说若不考虑系统端的设计, 刷新率是经由寻址时间 (Tacc) 及流过LED的电流速度所决定的;而换帧率的提高除了系统的支持外更需要更快的寻址时间, 而寻址时间与传输的频率 (DCLK) 与寻址数有强烈的正相关。

例如:有一全彩户外显示屏寻址数为768, 若是使用不同的频率则整体的寻址时间也会不同:

工作频率为10MHz≥768×0.1µs=76.8µs;

工作频率为30MHz≥768×0.033µs=25.6µs。

由上可见, 两者的寻址时间相差3倍。

而电流流过LED的速度决定LED显示屏的刷新率。举例说明, 若一个LED显示屏寻址数皆为768、工作频率为30MHz、灰阶调整为8位、亮度调整皆为2位、每子场的间隔时间为4µs;传统驱动芯片的显示脉冲宽度为250ns, 而迅杰公司Snap Drive驱动芯片的脉冲宽度为50ns, 两者可以达到的刷新率有明显的差异。

A.传统驱动芯片 (脉冲宽度为250ns)

权重安排为1/64, 1/32, 1/16, 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8, 16, 32

Tfr=25.6µs× (6+63) +5×4µs=1786.4µs

刷新率fr=559.7Hz

B.Snap Drive驱动芯片 (脉冲宽度为50ns)

权重安排为1/512, 1/256, 1/128, 1/64, 1/32, 1/16, 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4

显示灰阶度提升

目前市场上一般通用的传统驱动芯片其OE (芯片输出端使能脚, Chip Output Enable) 响应时间约为250ns, 若以上述的例子来看其最高的灰阶为8位;亦即R、G、B各有256

表2失真率比较表fr=9.5 Hz

个灰阶度。其色彩为256×256×256=1 6 7 7 7 2 1 6约1千六百万色。若想将灰阶度提高至1 4位亦即16384×16384×16384=4.39千亿色;两者之间的刷新频率亦会得到明显的差异。

A.传统驱动芯片 (脉冲宽度为250ns)

权重安排为1/64, 1/32, 1/16, 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048

Tfr=25.6µs×[6+4095]+5×4µs=105005.6µs

B.Snap Drive驱动芯片 (脉冲宽度为25ns)

权重安排为1/1024, 1/512, 1/256, 1/128, 1/64, 1/32, 1/16, 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128

Tfr=25.6µs×[10+255]+9×4µs=6820µs

fr=146.6Hz

从台湾迅杰科技推出包含Snap Drive技术之驱动芯片测试条件及结果可见, 驱动芯片在极小的OE脉冲宽度下其输出电流仍为线性输出, 而传统驱动芯片则无法提供线性的输出。

测试条件:

Vcc=5V, Iout=38.3m A, RL=47Ω, CL=13p F

失真率的降低

针对不同的输出电流斜率的驱动芯片, 利用仿真软件 (HSPICE2007) , 可在失真率方面得到不同的结果, 如表2所示。

仿真条件:传统驱动芯片:Ton:160ns, Tof:70ns

Snap Drive驱动芯片:Ton:15ns, Tof:15ns

Vin:5V, Iout=20m A, LED等效电路RL:52Ω, CL:10pf

OE脉冲宽度为:250ns

解决LED热的问题及增加LED的寿命

如图3所示为50%占空比的电流输出示意图, 若在同一个时间内将出电流的脉冲平均打散, 不但不影响输出电流及LED的亮度也可以避免LED长时间的点亮造成LED过热及寿命提早衰减的现象。

快速响应电路设计

使用快速响应的驱动芯片虽然可以提高LED显示屏之灰阶度及刷新频率;不过根据电感效应的公式∆V=L·di/dt, 因时间t变小;相对而言瞬间的电压变大所以容易产生突波。笔者在此列上几个电路设计上的改善方式供读者参考:

di:对电流的微分;

dt:对时间的微分。

在电路设计上有几点需要特别注意:

1.PCB (印制电路板) 最好是4层板以上, 将电源及地独立一层;走线部分越短越好;

2.VLED及VCC对地端加上一个大的稳压电容, 建议CP 1及CP 2为1000~1500µF;

3.VLED与VCC分开为不同电源;

4.可在频率输入端加上RC电路, 将其峰值降低, 降低对电磁干扰的影响;建议Rt<22Ω、Ct<33p F。

扫描屏上;建议在MOS的栅极与74HC138之间串一个电阻, 以避免VLED端的电感效应及MOS端寄生电容所产生的突波, 造成74HC138烧毁;建议Rg<100Ω、Cg<47p F (电容部分可选择不加) 。

结论

凭借快速响应驱动芯片Snap Drive, 不但可以提升整屏的灰阶显示及刷新频率、降低电流输出失真率, 也由于传统驱动芯片电流的爬升及下降时间较长, 在未达到设定电流时其非线性输出会影响LED的发光特性 (波长) , 容易造成显示屏色彩失真的现象。但由于传输及工作频率的提高对设计者而言除了在电路设计上要更加小心外, 挑选高质量、高信赖度的驱动芯片更是不二法门。

摘要：本文以实例说明如何利用迅杰科技公司的SnapDrive驱动芯片改进LED显示器的质量, 特别是“刷新率”和“灰度”, 此外, SnapDrive驱动芯片还能减少输出电流波形失真、降低LED的散热, 使LED显示器工作所在的系统速度更高。

关键词：LED显示屏,快速响应LED驱动芯片,提高灰阶,刷新频率,迅杰

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