零闪烁零串音的驱动单芯片设计

摘要：可携式小尺寸TFT液晶显示驱动单芯片应用点反转技术，可有效解决面板常有的闪烁和串音现象，并可减少模块软板外部组件的个数。矽创ST7735R是分辨率为QQVGA的液晶驱动单芯片，提供零闪烁、零串音，并仅需二颗外部组件之低成本解决方案；外部组件个数的减少除提供模块制造生产厂商更低的生产成本之外，还可使印制板设计更为精简，带给产品机构设计者更宽广的设计空间。

关键词：零闪烁；零串音；电容减少；点反转

中图分类号：TB472文献标识码：B

Single Chip Display Driver Design for Elimination of Flicker and Crosstalk

YUE Zhi-wei, QIAN Jin-wei

(Sitronix Technology Co., Ltd., Taiwan, China)

Abstract: Within a small size portable TFT-LCD device, the display driver chip employing the dot inversion technology can effectively eliminate flicker and crosstalk, and reduce the number of external components required. ST7735R is single chip driver which provides the QQVGA resolution. It is a low-cost solution to crosstalk and flicker reductions and requires only two external components. The reduction of external components employed can not only help keep costs down for display-module makers, but also enable a more compact design to provide flexibility for product designers.

Keywords: flickerless; crosstalkless; capacitor reduction; dot inversion

1简 介

随着人们生活形态的改变，出现了许多电子多媒体产品，例如：移动电话、个人数字助理(PDA)、数字相机(DSC)、移动音乐视讯播放器(MP4/MP3)、移动网络装置(MID)、可携式导航装置(PND)、手持游戏机、低价小家电等；这些电子产品在系统规格上，除了多功能滴徽合，在显示屏幕的要求上，皆朝向更大尺寸及高解析度化的发展，可以预见的是对整体中小尺寸面板的需求将会愈碛多、应用也会愈碛多元化。另外，这些具有人机显示接口型的电子产品在面板规格上面，则朝向轻薄化及窄边框化的设计、高亮度及高对比度，以及更低耗电量等趋势发展。

显示屏幕除了要能显示出足够的信息、支持多媒体的应用外，高质量的视效、色彩及观赏的舒适度标准当然也要提高。小尺寸手机面板TFT-LCD液晶显示屏，一般采用的是面反转和列反转变换方式，这些变换方式在手机面板尺寸迈向至2.4in、2.6in、2.8in、3.2in及3.5in等更大尺寸后，显示画面容易因面板本身的物理特性因素，而易有闪烁(flicker)和串音(crosstalk)现象的产生，使得显示效果大打折扣；因此另一种点反转的变换方式，可以更有效的解决闪烁和串音现象。图1为手机视屏，分别采用不同的变换方式，列反转和点反转在视效上的不同效果。

2小尺寸TFT液晶面板显示器

图2为各种不同极性变换方式示意图，这些显示极性的转换方式都有一个共通点，就是在下一次更换画面数据的时候改变极性。以60Hz的更新频率来说，亦即每16ms更改一次画面的极性，对于同一个显示点而言，前后两次的极性是不停转换的。而相邻的点是否拥有相同的极性，那可就依照不同的极性转换方式来决定了。例如：面反转其整个画面所有相邻的点，都是拥有相同的极性；列反转与行反转则各自在相邻的行与列上拥有相同的极性；在点反转上，则是每个显示点与自己相邻的上下左右四个点都是不一样的极性。

点反转变换方式相对于共电极电压变换方式有两种，一种是共电极电压一直固定不动，而显示电极的电压却是依照其灰阶的不同，不停的上下变动，以V0这个灰阶而言，如要在面板上一直显示这个灰阶，则显示电极的电压就必须在不同的帧间一次很高，另一次却很低的这种方式来变化，虽然其中显示电极与共电极的电压差绝对值是固定的，但是实际位在液晶电容两端的电压极性却是一次正一次负的来回变换，这是为了不让液晶分子一直保持在同一转向，而导致物理特性的永久破坏。另一种则是共电极电压不停的变动，同样达到液晶电容两端的电压差绝对值固定不变，而灰阶也不会变化的效果，此法只是将共电极电压一次很大、一次很小的变化；这种共电极电压要比灰阶中最大的显示电极电压还大，要比灰阶中最小的显示电极电压还小，而各灰阶的电压仍要一次大一次小的变化。

共电极电压固定不变可以适用所有的面板极性转换；但如果共电极电压是变动的，则面板极性转换就只能选用面反转与列反转；假使仅想使用行反转或点反转，则必须选用共电极电压固定不动的驱动方式。

提供共电极电压的来源是源极驱动器；举例来说，当共电极电压是固定不变时，显示电极的最高电压需达到共电极电压的两倍以上，若共电极电压固定5V，则源极驱动所能提供的工作电压范围就要到10V以上；但若共电极电压是变动的，且最大电压为5V，则源极驱动的最大工作电压范围就只要5V。点反转之驱动芯片在克服成本、电路设计与制程之间的关系瓶颈后，让小尺寸面板常发生之闪烁和串音现象可以消除。

3点反转改善闪烁

当液晶的跨压以某个接近人眼反应速度的频率改变时，或是极性反转时电压不对称的情况太严重，会有闪烁现象发生；这种情况最容易发生在使用面反转的极性变换方式，因为面反转整个画面都是同一极性，当这次画面是正极性时，下次整个画面就都变成了负极性。假若使用共电极电压固定的方式来驱动，而共电极电压又有一点误差，这时候正负极性的同一灰阶电压便会有差别，当然灰阶的感觉也就不一样。在不停切换画面的情况下，由于正负极性画面交替出现，就会感觉到闪烁的存在。而其它面板的极性变换方式虽然也会有此闪烁的现象，但由于不像面反转是同时整个画面一齐变换极性，只有一行或是一列，甚至是一个点变化极性而已，以人眼的感觉来说，比较不明显。

TFT-LCD面板因批次性制程产出的原因，使得采用面或列反转变换方式的面板容易有闪烁和串音现象发生，所以模块间之差异常需做批次性的调校，这对生产厂商来说是极大的困扰；目前一般是透过驱动IC的一组可包容最大化模块差异的初始设定值，例如调高画面更新频率来避免闪烁等视效上的缺陷，但可以想见的，并非所有模块之差异和最佳的视效，皆可以用同一组初始化设定达到；虽然大部分驱动IC也都有提供内建的非挥发性组件(non-volatile memory，NVM)来调整共电极电压来补偿TFT特性产生之回馈电压偏移，但此种方法对于极重视生产时间成本的厂商来说，是非常不方便的，所以为减少时间成本去烧录调整电路输出电压来补偿面板特性，减少避免闪烁现象，直接采用点反转驱动，对厂商来说是最直接和有效的方法。

4点反转改善串音

串音的现象是指相邻两点之间的显示数据会互相影响到对方，以致显示画面会有不正确的状况。虽然串音现象的成因有很多，但只要相邻点的极性不一样，便可以有效降低串音现象的发生，这也就是采用点反转的另一优点特性。

小尺寸面板的驱动一般是采用面反转或是列反转的方式，在同一条水平线上的液晶画素电容是同时被充电和同时被放电，其电性为相同的电压极性；所以当闸极启动讯号传输至TFT组件开关时，同一条水平线上的画素在同一时间交换电压极性，由于电荷充放电所需的电流完全由外部驱动电路提供，因而有较大的充放电流经过公共电极或是门极线、与数据线，而且距离驱动电路越远的液晶画素，因电极走线的阻值越高，致使共电极或门极的电压位准亦同步升高，造成亮度随水平方向产生梯度分布不均的水平阴影串音现象；图3里面的红色箭头指示面或列反转变化的显示电极充放电的电流方向，示意出在共电极平面上电流方向一致的趋势。

点反转的驱动变化，因其两两相邻的显示点在同一条水平在线的电性相反，所以整体的电流方向，可以视为一个充电一个放电的相互抵销，使原本采用面或列反转的共电极平面上会有较大充放电电流的效果减小，相对也就不容易产生水平方向的串音；图4里面的红色箭头指示在点反转变化的显示电极充放电的电流方向，示意出共电极平面上电流相互抵销的态势。

5点反转减少外部组件

携带型产品的电源经电压调整器后，提供约为3V电压给驱动IC，IC内部则须透过电荷泵等升压电路，自动产生能提供给闸极电压操作的高压和负压。一般这些电路的相关设计，都会需要在模块的FPC软板上打入诸如电容、电阻或肖特基二极管等的外部组件来辅助电路的需求；例如，外部搭配几组的传输和储存电容来提供电荷泵能量的储存和转移，进一步产生和提供驱动的输出电压源；也因此外部组件个数的缩减对于降低成本、简化软板电路设计和缩小软板面积、提供电容电荷泵更高的转换效率和减少纹波等都有非常重要的贡献。

驱动单芯片采用共电极电压固定之点反转驱动方式，无需使用VCOMH和VCOML两颗外部储存电容；同时透过改进传统电路架构的控制方法以及内缩其它电容于IC内部，使得FPC软板上所需的外部组件大幅减少，这不仅可以降低成本，对于电荷泵转换效率的提升亦有帮助。

6ST7735R驱动单芯片设计应用

矽创在LCD驱动IC的领域内，除了持续不断的研发创新电路的设计架构和采用高集成的制程去改善小尺寸驱动单芯片的显示质量和降低成本外，并在不影响耗电能力的情况下，率先在业界提出零闪烁和仅需两颗外部组件的ST7735R驱动显示单芯片，大幅减少原本需要十几颗的外部组件的个数，除了可使模块厂商降低生产所需的电容材料和组装工时成本外，另外可大幅简化FPC软板的电路走线，使显示屏在整个机体机构设计上可以提升更大的设计空间。

图5为ST7735R驱动单芯片内部的功能区块示意图，其点反转采用共电极电压固定方式，无需使用VCOMH和VCOML两颗外部储存电容；同时ST7735R亦改进了传统电荷泵的电路架构，使得所需的传输和储存电容的容值相对减小，于是矽创原始构思内缩和省略此类电容的驱动单芯片想法成为有用和可行的解决方案。ST7735R实际需要的外部电容为AVDD和AVCL两颗，主要功能是稳定住显示驱动最重要的源极输出电压，提升Gamma视效，而原本提供IC内部的模拟和数字接口所需的电压源所需的电容，则可整并到系统端的主板上，使其设计精简和成本下降。

ST7735R驱动单芯片采用点反转的好处，不仅仅能改善闪烁和串音之显示效果外，还能在未来电容式触控面板控制器和驱动单芯片的整合方案上，取得抗干扰的优势；点反转之另一好处亦可以消除人类耳朵听觉范围所能听到介于20Hz ~ 20kHz的音频频带，此音频在面或线反转的驱动方式上，主要来源是玻璃面板的共电极电压的变化一直在做正负转换，所以容易产生共振发出声响；ST7735R因采共电极直流驱动设计，故在人耳听觉范围内驱动产生的音频噪音可以降至最小。

ST7735R因为仅需两颗外部组件，所以在软板的设计上可以更精简，图6为其和传统驱动单芯片在软板上的比较示意图。表1为矽创ST7735R液晶显示驱动单芯片和传统驱动单芯片在视效、噪声、机构设计、成本等各方面的归结比较列表。

7总结

本篇介绍可携式小尺寸TFT液晶产品应用点反转，如何有效消除闪烁、串音现象的原因，并可减少模块软板外部组件个数的原理想法。矽创身为专业的LCD驱动IC提供厂商，将持续应用这些技术架构和扩展此研发成果，开发于所有小尺寸分辨率的驱动单芯片上；我们希望带给模块生产厂商更节省生产制造成本的方案选择，带给产品机构设计厂商更宽广的设计空间，带给消费者更舒适的观赏视效，这是矽创持续研发创造的目标和原动力。

作者简介：岳志伟(1970-),男,台湾人,现任矽创电子彩色液晶驱动事业处副理,硕士,专任彩色液晶驱动器市场规划与推广,从事相关领域研究约十年，E-mail: .tw；

钱金维(1966-),男,台湾人,现任矽创电子液晶驱动事业群副总经理,硕士,北京大学光华管理学院EMBA,经营液晶驱动领域相关产品超过十年。带领矽创电子研发团队从事新技术研发,从平面显示到触控面版技术,不断致力于创新,以期在竞争的市场中保持技术驱先，E-mail: Weber_chien .tw。