驅(qū)動(dòng)IC與控制系統(tǒng)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)著整個(gè)行業(yè)進(jìn)入到一個(gè)高速增長(zhǎng)的階段。除了在戶外被大量應(yīng)用的廣告屏、演藝屏、交通誘導(dǎo)屏等之外，應(yīng)用于室內(nèi)的LED顯示屏也是一個(gè)潛力巨大的市場(chǎng)，其中包括室內(nèi)監(jiān)控大屏幕以及室內(nèi)電子幕墻等。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2011年中國(guó)LED顯示屏行業(yè)的產(chǎn)值已達(dá)到219億元人民幣，同比增長(zhǎng)18%，據(jù)預(yù)計(jì)，2012-2015年中國(guó)LED顯示屏行業(yè)仍將保持15-20%的增長(zhǎng)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(shù)廠商推出的LED顯示屏在基本的系統(tǒng)架構(gòu)上并沒(méi)有太大的變化，只是針對(duì)某些技術(shù)指標(biāo)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(duì)滯后，雖然早在幾年前市場(chǎng)上就已有帶PWM(脈沖寬度調(diào)制)功能的顯示屏驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品推出，且市場(chǎng)人士也均已認(rèn)同PWM功能具有高刷新率、電流恒定等優(yōu)勢(shì)，但由于價(jià)格等因素，至今為止這類(lèi)高性能顯示屏驅(qū)動(dòng)IC的市場(chǎng)份額仍舊不高，市場(chǎng)上應(yīng)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(yīng)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(qū)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(xì)膩、流暢。

 

然而，伴隨著目前LED顯示屏市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的用戶開(kāi)始對(duì)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(fù)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(jī)遇，而作為整體顯示屏系統(tǒng)的“大腦”——LED驅(qū)動(dòng)IC將起到致關(guān)重要的作用。

 

加強(qiáng)行業(yè)合作突破技術(shù)瓶頸

LED顯示屏和主板之間的數(shù)據(jù)傳輸一般采用的都是串行式數(shù)據(jù)傳輸方式(SPI)，再通過(guò)信號(hào)包復(fù)用技術(shù)同步傳送顯示數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，但在刷新率和解析度提高的情況下，很容易造成資料傳輸?shù)钠款i，導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。此外，在LED顯示屏的屏幕面積較大時(shí)，控制線往往也非常長(zhǎng)，容易受到電磁干擾，影響傳輸信號(hào)的質(zhì)量。雖然近年來(lái)有些廠商引入了新的傳輸介質(zhì)，但如何才能為用戶提供真正性能優(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，部分廠商提出，LED顯示屏的數(shù)據(jù)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(qū)動(dòng)IC廠商嘗試運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝技術(shù)裝設(shè)高速的LVDS電路，使復(fù)雜的數(shù)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(nèi)。LVDS傳輸技術(shù)擁有330mV的低壓差分信號(hào)(250mVMINand450mVMAX)和快速過(guò)渡時(shí)間，可以讓產(chǎn)品達(dá)到自100Mbps至超過(guò)1Gbps的高數(shù)據(jù)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(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

 

 

臺(tái)灣茂達(dá)電子股份有限公司大中國(guó)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)處處長(zhǎng)關(guān)兆炘

 

臺(tái)灣茂達(dá)電子股份有限公司大中國(guó)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)處處長(zhǎng)關(guān)兆炘表示：“茂達(dá)2002年在蘇州成立開(kāi)源集成電路有限公司，加大了對(duì)驅(qū)動(dòng)IC的設(shè)計(jì)力度。目前茂達(dá)已經(jīng)在LED顯示屏驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品線中引入了LVDS技術(shù)，并且正在和一些行業(yè)領(lǐng)先的控制系統(tǒng)廠商合作，共同推動(dòng)這一新技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用。但從現(xiàn)在的SPI傳輸方式轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)VDS方式，需要從系統(tǒng)架構(gòu)的底層開(kāi)始作改變，包括IC本身架構(gòu)的修改等，這些對(duì)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(dá)的目標(biāo)是讓顯示屏解析系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)所做的處理直接在單元板上進(jìn)行，從而解決資料傳輸?shù)钠款i，新產(chǎn)品預(yù)計(jì)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(jié)，包括驅(qū)動(dòng)IC制作工藝的提升、控制系統(tǒng)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(shè)計(jì)廠商、控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)廠商、面板廠商，甚于包括終端用戶等更為緊密地結(jié)合在一起，共同打破行業(yè)應(yīng)用的“僵局”。特別是在控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上，如何與IC設(shè)計(jì)公司更好地相互協(xié)作，提高LED屏的系統(tǒng)性能以及控制軟件的智能化水平是當(dāng)務(wù)之急。

 

而為了進(jìn)一步促進(jìn)IC設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)兩者之間的結(jié)合，據(jù)了解，目前已有LED顯示屏驅(qū)動(dòng)IC的領(lǐng)導(dǎo)廠商通過(guò)并購(gòu)、聯(lián)合等多種形式，在控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域展開(kāi)了更深入的探索。例如，臺(tái)灣聚積前幾年投資錦鑫光電建立起了終端應(yīng)用與IC設(shè)計(jì)的整合思維；另外，他們還在最近推出了一項(xiàng)名為“白金認(rèn)證”的計(jì)劃，旨在聯(lián)合業(yè)內(nèi)一批優(yōu)秀的控制器廠商，將他們的控制器和聚積的芯片進(jìn)行更好地搭配，從整體上為用戶呈現(xiàn)高清晰度的顯示效果。

色彩更豐富圖像更細(xì)膩

在客戶端應(yīng)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(xiàn)象。要解決“殘影”，從IC半導(dǎo)體的角度來(lái)看，關(guān)鍵在于當(dāng)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，一般廠商大多都會(huì)采用接地電阻的方法。但也有部分驅(qū)動(dòng)IC廠商將MOS管技術(shù)(MOSFET)應(yīng)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(dá)有著多年豐富的MOS管技術(shù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)‘殘影’問(wèn)題，茂達(dá)推出了SPL5010 Gate 驅(qū)動(dòng)IC，它將傳統(tǒng)MOS管技術(shù)與譯碼器相結(jié)合，集成于一體，透過(guò)Gate驅(qū)動(dòng)IC上的半導(dǎo)體制程達(dá)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(dǎo)致‘毛毛蟲(chóng)’現(xiàn)象的發(fā)生，茂達(dá)通過(guò)驅(qū)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?qū)?，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越來(lái)越關(guān)注的兩項(xiàng)指標(biāo)，要求屏幕的色彩更豐富，圖像更細(xì)膩、流暢。面對(duì)這一需求趨勢(shì)，帶有PWM功能的驅(qū)動(dòng)IC顯示出其強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。德州儀器(TI) 業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理李偉表示：“現(xiàn)在越來(lái)越多的室外和室內(nèi)屏走到P4、P2 應(yīng)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(qū)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(shù)據(jù)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(diào)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(qū)動(dòng)IC的供貨稍顯緊張，但預(yù)計(jì)下半年的情況會(huì)步入正軌。隨著近年來(lái)基本款驅(qū)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，廠商利潤(rùn)日益趨薄。為了提高利潤(rùn)率，預(yù)計(jì)主力廠商會(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(yīng)的調(diào)整。據(jù)悉，今年開(kāi)始聚積科技帶S-PWM功能的產(chǎn)品出現(xiàn)較明顯的增長(zhǎng)幅度，三月份的出貨量已達(dá)9.5KK，雖然僅占聚積總體出貨量的20%左右，但發(fā)展勢(shì)頭值得期待。

 

保證系統(tǒng)可靠性和節(jié)能效率

隨著當(dāng)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(xiàng)目的難度加大，例如有的戶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(diào)試、安裝等等，這些都對(duì)驅(qū)動(dòng)IC的品質(zhì)和廠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(qū)動(dòng)IC的設(shè)計(jì)上增加通道數(shù)，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(hù)性能，同時(shí)芯片內(nèi)部具備IP容差團(tuán)隊(duì)評(píng)審，嚴(yán)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(yàn)證(含和控制器廠商、終端實(shí)際驗(yàn)證對(duì)比測(cè)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(jī)能量節(jié)省、漏電流偵測(cè)、LED過(guò)壓短路保護(hù)及偵測(cè)、高分辨率等功能模塊，且管腳協(xié)議兼容，幫助客戶節(jié)省設(shè)計(jì)成本，簡(jiǎn)化客戶設(shè)計(jì)和驗(yàn)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(nèi)容，從驅(qū)動(dòng)IC來(lái)看，主要就是用低轉(zhuǎn)折電壓技術(shù)來(lái)達(dá)到節(jié)能的效果。例如TI通過(guò)降低供電電壓和晶體管結(jié)電壓，降低待機(jī)及工作芯片電流，增加漏電流偵測(cè)以及芯片能量節(jié)省模式(客戶可輕松配置)等方法，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的目標(biāo)。

 

此外，封裝形式上，目前LED顯示屏驅(qū)動(dòng)IC多采用SSOP-1.0mm和SSOP-0.635mm這兩種方式，但部分廠商較為看好QFN封裝方式在這一領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用前景。他們認(rèn)為，雖然大部分人習(xí)慣于接受SOP封裝方式，且目前階段QFN加工工藝可能會(huì)為客戶的后期維修帶來(lái)不便，但從半導(dǎo)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(duì)尺寸、重量和性能都有要求的應(yīng)用場(chǎng)合，因此，未來(lái)LED顯示屏驅(qū)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(qiáng)等優(yōu)勢(shì)贏得了越來(lái)越多市場(chǎng)人士的青睞，面對(duì)更為復(fù)雜的應(yīng)用趨勢(shì)，迫切需要LED顯示屏技術(shù)從系統(tǒng)底層架構(gòu)出發(fā)有更加多的創(chuàng)新性，其中包括驅(qū)動(dòng)IC本身工藝的提升，以及控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)等等，特別是將驅(qū)動(dòng)IC與控制系統(tǒng)兩者之間緊密地結(jié)合在一起才是LED顯示屏技術(shù)向前發(fā)展的根本所在。