驅動(dòng)IC與控制系統相互協(xié)作，推動(dòng)LED顯示屏技術(shù)創(chuàng )新

最近幾年，LED顯示屏租賃市場(chǎng)的空間繁榮，帶動(dòng)著(zhù)整個(gè)行業(yè)進(jìn)入到一個(gè)高速增長(cháng)的階段。除了在戶(hù)外被大量應用的廣告屏、演藝屏、交通誘導屏等之外，應用于室內的LED顯示屏也是一個(gè)潛力巨大的市場(chǎng)，其中包括室內監控大屏幕以及室內電子幕墻等。據有關(guān)機構的調查統計，2011年中國LED顯示屏行業(yè)的產(chǎn)值已達到219億元人民幣，同比增長(cháng)18%，據預計，2012-2015年中國LED顯示屏行業(yè)仍將保持15-20%的增長(cháng)速度。

 

但從技術(shù)層面來(lái)看，實(shí)際上，在過(guò)去10年左右的時(shí)間里，大多數廠(chǎng)商推出的LED顯示屏在基本的系統架構上并沒(méi)有太大的變化，只是針對某些技術(shù)指標作一定程度的改善和修正。同時(shí)，在高性能產(chǎn)品的普及推廣上也相對滯后，雖然早在幾年前市場(chǎng)上就已有帶PWM(脈沖寬度調制)功能的顯示屏驅動(dòng)IC產(chǎn)品推出，且市場(chǎng)人士也均已認同PWM功能具有高刷新率、電流恒定等優(yōu)勢，但由于價(jià)格等因素，至今為止這類(lèi)高性能顯示屏驅動(dòng)IC的市場(chǎng)份額仍舊不高，市場(chǎng)上應用量較大的還是以基本款居多(如聚積5024/26等)，高端產(chǎn)品主要應用在一些較為注重品質(zhì)的LED屏租賃市場(chǎng)中。

 

 

帶有PWM功能的高端驅動(dòng)IC產(chǎn)品將成為推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展的主力，
并且使LED屏幕的色彩更豐富，圖像更細膩、流暢。

 

然而，伴隨著(zhù)目前LED顯示屏市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始對LED顯示屏提出了從視覺(jué)效果、傳輸方式、顯示方式，到播放方式等一系列復雜的要求，這也使得LED顯示屏產(chǎn)品面臨一次全新的技術(shù)革新機遇，而作為整體顯示屏系統的“大腦”——LED驅動(dòng)IC將起到致關(guān)重要的作用。

 

加強行業(yè)合作突破技術(shù)瓶頸

LED顯示屏和主板之間的數據傳輸一般采用的都是串行式數據傳輸方式(SPI)，再通過(guò)信號包復用技術(shù)同步傳送顯示數據和控制數據，但在刷新率和解析度提高的情況下，很容易造成資料傳輸的瓶頸，導致系統的不穩定。此外，在LED顯示屏的屏幕面積較大時(shí)，控制線(xiàn)往往也非常長(cháng)，容易受到電磁干擾，影響傳輸信號的質(zhì)量。雖然近年來(lái)有些廠(chǎng)商引入了新的傳輸介質(zhì)，但如何才能為用戶(hù)提供真正性能優(yōu)秀，且性?xún)r(jià)比較高的產(chǎn)品方案是困擾產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。為此，部分廠(chǎng)商提出，LED顯示屏的數據傳輸方式亟待需要從最底層的技術(shù)層面入手，尋找到一種創(chuàng )新的解決方案。

 

例如，目前一些驅動(dòng)IC廠(chǎng)商嘗試運用標準CMOS工藝技術(shù)裝設高速的LVDS電路，使復雜的數字功能可以輕易集成到LVDS模擬電路上，將串行器及解串器集成在同一芯片內。LVDS傳輸技術(shù)擁有330mV的低壓差分信號(250mVMINand450mVMAX)和快速過(guò)渡時(shí)間，可以讓產(chǎn)品達到自100Mbps至超過(guò)1Gbps的高數據速率；同時(shí)，這種低電壓擺幅和差分電路的輸出模式還有效地減小了電磁干擾(EMI)，保證了信號傳輸的可靠性。

 

 

臺灣茂達電子股份有限公司大中國市場(chǎng)開(kāi)發(fā)處處長(cháng)關(guān)兆炘

 

臺灣茂達電子股份有限公司大中國市場(chǎng)開(kāi)發(fā)處處長(cháng)關(guān)兆炘表示：“茂達2002年在蘇州成立開(kāi)源集成電路有限公司，加大了對驅動(dòng)IC的設計力度。目前茂達已經(jīng)在LED顯示屏驅動(dòng)IC產(chǎn)品線(xiàn)中引入了LVDS技術(shù)，并且正在和一些行業(yè)領(lǐng)先的控制系統廠(chǎng)商合作，共同推動(dòng)這一新技術(shù)在行業(yè)內的應用。但從現在的SPI傳輸方式轉變?yōu)長(cháng)VDS方式，需要從系統架構的底層開(kāi)始作改變，包括IC本身架構的修改等，這些對于整個(gè)行業(yè)來(lái)講將是一次重大的更新。未來(lái)時(shí)間，茂達的目標是讓顯示屏解析系統對數據所做的處理直接在單元板上進(jìn)行，從而解決資料傳輸的瓶頸，新產(chǎn)品預計在2013年第四季推出。”

 

值得注意的是，LED顯示屏的技術(shù)革新已牽涉到產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節，包括驅動(dòng)IC制作工藝的提升、控制系統的硬件化、控制軟件的智能化開(kāi)發(fā)等等，這些技術(shù)創(chuàng )新需要IC設計廠(chǎng)商、控制系統開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商、面板廠(chǎng)商，甚于包括終端用戶(hù)等更為緊密地結合在一起，共同打破行業(yè)應用的“僵局”。特別是在控制系統的開(kāi)發(fā)上，如何與IC設計公司更好地相互協(xié)作，提高LED屏的系統性能以及控制軟件的智能化水平是當務(wù)之急。

 

而為了進(jìn)一步促進(jìn)IC設計與控制系統開(kāi)發(fā)兩者之間的結合，據了解，目前已有LED顯示屏驅動(dòng)IC的領(lǐng)導廠(chǎng)商通過(guò)并購、聯(lián)合等多種形式，在控制系統開(kāi)發(fā)領(lǐng)域展開(kāi)了更深入的探索。例如，臺灣聚積前幾年投資錦鑫光電建立起了終端應用與IC設計的整合思維；另外，他們還在最近推出了一項名為“白金認證”的計劃，旨在聯(lián)合業(yè)內一批優(yōu)秀的控制器廠(chǎng)商，將他們的控制器和聚積的芯片進(jìn)行更好地搭配，從整體上為用戶(hù)呈現高清晰度的顯示效果。

色彩更豐富圖像更細膩

在客戶(hù)端應用中，LED顯示屏(動(dòng)態(tài)掃描屏)最常見(jiàn)的問(wèn)題就是——“殘影”和“毛毛蟲(chóng)”現象。要解決“殘影”，從IC半導體的角度來(lái)看，關(guān)鍵在于當完成前一行的動(dòng)態(tài)掃描之后，如何在后一行掃描開(kāi)始時(shí)盡快將能量釋放掉，在這一方面，一般廠(chǎng)商大多都會(huì )采用接地電阻的方法。但也有部分驅動(dòng)IC廠(chǎng)商將MOS管技術(shù)(MOSFET)應用在LED動(dòng)態(tài)掃描屏中來(lái)克服這一問(wèn)題。

 

關(guān)兆炘表示：“茂達有著(zhù)多年豐富的MOS管技術(shù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，針對‘殘影’問(wèn)題，茂達推出了SPL5010 Gate 驅動(dòng)IC，它將傳統MOS管技術(shù)與譯碼器相結合，集成于一體，透過(guò)Gate驅動(dòng)IC上的半導體制程達到同樣的效果。另外，在列的方向上，LED顯示屏通常會(huì )形成一個(gè)反串電流通路，導致‘毛毛蟲(chóng)’現象的發(fā)生，茂達通過(guò)驅動(dòng)IC 將每一列上的電壓由0伏升為5伏，來(lái)避免LED燈的反向導通，從而提升整體畫(huà)面的質(zhì)量。”

 

 

德州儀器(TI)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理李偉

 

同時(shí)，在影像畫(huà)質(zhì)上，LED顯示屏的刷新率和灰度成為了用戶(hù)越來(lái)越關(guān)注的兩項指標，要求屏幕的色彩更豐富，圖像更細膩、流暢。面對這一需求趨勢，帶有PWM功能的驅動(dòng)IC顯示出其強大的應用優(yōu)勢。德州儀器(TI) 業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理李偉表示：“現在越來(lái)越多的室外和室內屏走到P4、P2 應用，采用高刷新率、高畫(huà)質(zhì)視頻播放，為此TI進(jìn)一步提高驅動(dòng)芯片的電流精度、分辨率、刷新率，例如采用PWM技術(shù)，提高數據傳輸頻率和灰度控制時(shí)鐘頻率，支持額外點(diǎn)校正和全局亮度調整，使得影像色彩更豐富，畫(huà)質(zhì)更逼真。”

 

而從市場(chǎng)面來(lái)看，今年上半年LED顯示屏驅動(dòng)IC的供貨稍顯緊張，但預計下半年的情況會(huì )步入正軌。隨著(zhù)近年來(lái)基本款驅動(dòng)IC的價(jià)格逐年下降，單價(jià)已為原來(lái)的三分之一左右，廠(chǎng)商利潤日益趨薄。為了提高利潤率，預計主力廠(chǎng)商會(huì )加大力度推動(dòng)帶有PWM功能的高端產(chǎn)品，價(jià)格也會(huì )做出相應的調整。據悉，今年開(kāi)始聚積科技帶S-PWM功能的產(chǎn)品出現較明顯的增長(cháng)幅度，三月份的出貨量已達9.5KK，雖然僅占聚積總體出貨量的20%左右，但發(fā)展勢頭值得期待。

 

保證系統可靠性和節能效率

隨著(zhù)當前LED顯示屏的像素點(diǎn)越來(lái)越高，從幾百萬(wàn)像素點(diǎn)到三千萬(wàn)像素點(diǎn)，使得工程項目的難度加大，例如有的戶(hù)外非掃描屏一次性需要16通道IC五百萬(wàn)片，再加上生產(chǎn)、控制器調試、安裝等等，這些都對驅動(dòng)IC的品質(zhì)和廠(chǎng)商交貨期提出了非常高的要求。

 

為了保證顯示屏整體性能的可靠性，TI在驅動(dòng)IC的設計上增加通道數，采用管腳高耐壓技術(shù)，拓寬輸入電壓和LED端電壓的支持范圍，提高ESD防護性能，同時(shí)芯片內部具備IP容差團隊評審，嚴格控制通道和通道之間的精度，以及片與片之間的精度，并且在產(chǎn)品上市前完成三輪產(chǎn)品驗證(含和控制器廠(chǎng)商、終端實(shí)際驗證對比測試)。李偉表示：“另外，我們還提供一系列高集成產(chǎn)品，如增加消‘鬼影’、待機能量節省、漏電流偵測、LED過(guò)壓短路保護及偵測、高分辨率等功能模塊，且管腳協(xié)議兼容，幫助客戶(hù)節省設計成本，簡(jiǎn)化客戶(hù)設計和驗證的時(shí)間。”

 

而要降低LED顯示屏的能耗，其中包括多方面的內容，從驅動(dòng)IC來(lái)看，主要就是用低轉折電壓技術(shù)來(lái)達到節能的效果。例如TI通過(guò)降低供電電壓和晶體管結電壓，降低待機及工作芯片電流，增加漏電流偵測以及芯片能量節省模式(客戶(hù)可輕松配置)等方法，實(shí)現綠色節能的目標。

 

此外，封裝形式上，目前LED顯示屏驅動(dòng)IC多采用SSOP-1.0mm和SSOP-0.635mm這兩種方式，但部分廠(chǎng)商較為看好QFN封裝方式在這一領(lǐng)域內的應用前景。他們認為，雖然大部分人習慣于接受SOP封裝方式，且目前階段QFN加工工藝可能會(huì )為客戶(hù)的后期維修帶來(lái)不便，但從半導體制程來(lái)看，QFN方式為一種無(wú)引腳封裝，呈正方形或矩形，體積小、重量輕，具有優(yōu)良的電性能和散熱性能，芯片的效率大幅提高，適合對尺寸、重量和性能都有要求的應用場(chǎng)合，因此，未來(lái)LED顯示屏驅動(dòng)IC的封裝將會(huì )慢慢更多地采用QFN方式。

 

市場(chǎng)需求是技術(shù)創(chuàng )新的原動(dòng)力。LED顯示屏以其高亮度、色彩鮮艷、立體感強等優(yōu)勢贏(yíng)得了越來(lái)越多市場(chǎng)人士的青睞，面對更為復雜的應用趨勢，迫切需要LED顯示屏技術(shù)從系統底層架構出發(fā)有更加多的創(chuàng )新性，其中包括驅動(dòng)IC本身工藝的提升，以及控制系統的開(kāi)發(fā)等等，特別是將驅動(dòng)IC與控制系統兩者之間緊密地結合在一起才是LED顯示屏技術(shù)向前發(fā)展的根本所在。