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1、1,液晶电视及驱动芯片的发展现状与趋势魏廷存 2010年12月,2,内容提纲,一、国内液晶面板产能二、国内液晶模组产能三、国内液晶电视产能四、液晶电视性能及趋势五、驱动控制芯片性能及趋势,3,一、国内液晶面板产能统计（6代线以上）,4,一、国内液晶面板产能统计（6代线以上）,768万张液晶面板/年每张切割8片46英寸电视=6144万台46英寸液晶电视/年,5,液晶产业链相关资料,Displaysearch资料显示，自2000年至2009年，全球七大液晶面板制造商中有5家总体盈利。三星、LGD、友达光电、奇美和夏普盈利，其中三星共盈利75亿美元，盈利最多；而最少的奇美也有20亿美元。只有中华映管
2、和瀚宇彩晶整体亏损，分别亏损4亿美元和2亿美元。液晶面板的主要材料玻璃基板，被美国康宁（Corning）、日本旭硝子（Asahi）、日本电气硝子（NEG）及日本板硝子（NHT）四大厂商控制，其中康宁占据全球50%以上的市场。液晶电视模组的其它配套元器件:液晶表层的彩色滤光片（CF）、偏光板、增光膜、CCFL背光模块（或LED背光）、驱动IC。按10颗驱动IC/每台液晶电视估算，国内所需驱动IC约6亿颗/年，产值约10亿美金/年。,6,液晶面板的种类,目前的液晶面板大致分为IPS类、VA类和B-TN类和TN类其中IPS包括：AS-IPS、DD-IPS等VA类包括：PVA、S-PVA、MVA和P-
3、MVABT-TN则包括：BTN2型和BTN3型按质量衡量分别为：IPS类VA类B-TN类TN类,7,液晶面板的种类,IPS（In-Plane Switching），平面转换，硬屏,IPS技术中，不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行，只是在加电状态下分子的旋转方向有所不同。IPS具有视角大，颜色显示准确的优点，但由于液晶分子转动角度大、面板开口率低（光线透过率），所以IPS也有响应时间较慢和对比度较难提高的缺点；过驱动解决了IPS严重的响应慢问题，DFC技术提高了对比度。,8,液晶面板的种类,VA（Vertical Alignment），软屏,VA类面板是现在高端液晶应用较多的面板类型，属于
4、广视角面板，和TN面板相比，8bit的面板可以提供16.7M色彩和大可视角度；VA类面板又可分为由富士通主导的MVA面板和由三星开发的PVA面板，其中后者是前者的继承和改良；MVA技术(Multi-domain Vertical Alignment，多象限垂直配向技术)，它的液晶分子静止时并非传统的直立式，而是偏向某一角度，当施加电压让液晶分子改变成水平，让背光可以更快捷地通过，这样便可以大幅度缩短响应时间。该类面板可以提供更大的可视角度，通常可达到170以上；PVA（Patterned Vertical Alignment）技术同样属于VA技术的范畴，是一种图像垂直调整技术，该技术直接改变液
5、晶单元结构，让显示效能大幅提升，可以获得优于MVA的亮度输出和对比度。,9,液晶面板的种类,TN（Twisted Nematic），扭曲向列型，软屏,液晶分子静态时直列式排布，偏转速度快，因此响应时间较快。但色彩的表现不如IPS型和VA型面板；作为 6Bit 的面板，TN面板只能显示红/绿/蓝各64色，最大实际色彩仅有26万色，通过“抖动”技术可以使其获得超过1600万色的表现能力；TN面板提高对比度的难度较大，直接暴露出来的问题就是色彩单薄，还原能力差，过渡不自然。,10,在2009年10月初举办的日本CEATEC JAPAN 2009展会上，有两个产品吸引了显示产业的注意：一个是以夏普、索
6、尼为代表多家企业展出的3D液晶电视（无需佩戴眼睛，裸眼观看立体影像），另一个是三菱展出的155英寸的OLED（有机发光二极管）显示设备；3D液晶电视极有可能是继LED背光液晶电视之后的又一潮流性产品，而OLED将是液晶的直接替代显示方式(2009年彩虹集团在广州顺德投资建设OLED生产线),OLED目前难以实现大尺寸；OLED之后的另一平板显示技术:场发射显示器(FED:field emission display)，友达2010年收购了日本FET公司；液晶面板的切割成本与等离子电视相比要低出好多，若等离子面板不能够在技术层面上尽快降低成本和功耗，那么淡出国际市场将是早晚的事情；LG集团与日本
7、OKI合资设立了Lusem公司，专门研发液晶驱动IC,平板显示发展趋势,11,二、国内液晶电视模组产能,中国液晶电视模组产能已经达到全球一半以上，是全球最大的液晶电视模组生产基地。,12,三、国内液晶电视产能及趋势,根据Display Search的预测，目前主流的32英寸液晶电视市场份额将在未来三年内逐渐减少，4042英寸液晶电视的市场份额会逐渐加大，成为主流;到2013年，全球液晶电视的销量将达到2.03亿台/年，中国内地的液晶电视规模为4500万台/年;预计国内液晶电视销量2009年将超过2500万台。未来中国家庭电视升级保守估计有2亿台以上的潜在需求;,13,四、液晶电视性能现状及趋势
8、,3D液晶电视(裸眼观看),14,4.1 LED背光,可减小LCD模组的体积：LED背光源是由众多栅格状的半导体组成（local dimming），每个“格子”中都拥有一个LED半导体，这样LED背光就成功实现了光源的平面化。平面化的光源不仅有优异的亮度均匀性，还不需要复杂的光路设计（只需3层薄膜实现背光均匀化），这样一来LCD的厚度就能做得更薄，同时还拥有更高的可靠性和稳定性；延长发光寿命：现阶段白色LED背光的寿命已经高达10万小时（CCFL只有6万小时），而且还有继续提升的潜力；优异的色彩表现能力：优越的色彩表现力和色阶过渡能力。功耗低：LED使用的是524V的低压电源，不需要高压电，十
9、分安全，供电模块的设计也颇为简单；绿色环保：LED光源没有任何射线产生，也没有水银之类的有毒物质，绿色环保。,LED液晶电视（2009年：液晶电视的热点）,15,4.1 LED背光,可减小功耗：将液晶显示画面和直下式LED背光划分为若干个区域（例如240），根据每个区域的显示颜色数据，独立地控制该区域的背光亮度。该方法可以显著减小背光功耗（例如对于黑色画面区域，可以将背光调到最暗）；可提高对比度：将图像处理和背光调节相结合来实现对比度调节。首先对接收到的一帧画面的灰度数据进行整理，根据整理的结果调节画面显示时局部的背光亮度，使亮的部分接收到更多的背光，暗的部分接收到更少的背光，从而使原有的画面
10、对比度得到进一步的提高，画面的细节表达更丰富。,LED背光的动态控制（针对local dimming LED背光）,16,4.2 120Hz/240Hz刷新率（倍频驱动技术）,在连续两帧画面之间的“插黑/插灰”技术虽然可以改善“拖尾”现象，但由于导致画面整体亮度降低和闪烁，逐渐被淘汰；为了解决液晶显示运动画面时出现的“拖尾”现象，提出了120Hz/240Hz刷新率的倍频驱动技术；在连续两帧画面之间，利用插值算法求出1帧新画面并插入该两帧之间，可以改善“拖尾”现象。此时，帧频为120Hz（原始图像为60Hz），刷新率提高了1倍。如果在两帧之间插入3帧由插值计算得到的过渡画面,则为240Hz驱动技
11、术(实现这项技术需要2大条件：液晶面板的响应时间需要达到4ms以内,以及可以实现每秒240帧图像的驱动电路)；所谓插值算法，就是指运动预测/运动补偿（ME/MC）技术，即通过判断前后图像的区别，在其中插入过渡帧的技术。,17,4.2 120Hz/240Hz刷新率（倍频驱动技术）,运动预测/运动补偿（ME/MC）技术面临的问题是，如何选择最佳的硬件结构使成本最低，以及如何选择最佳运动估值算法以产生内插帧；如果将ME/MC处理电路置于电视PCB主板中，需要两倍LVDS输出口以及两倍频带宽度的高速信号源。因此，通常将ME/MC处理电路置于Tcon芯片内；,18,4.3 120Hz/240Hz背光扫描
12、,所谓120Hz/240Hz背光扫描，就是指将原本位于液晶面板后部，一直常亮的多根水平排列的背光源(CCFL/LED)，按照从上到下的顺序，以120Hz/240Hz的频率轮流开关。由于背光的变化，会让图像的不同区域亮度轮流变化，达到类似CRT显像管电视通过荧光粉“发光-衰减”的效果，从而减少人眼的视觉残留，提升液晶动态清晰度,改善“拖尾”现象。240Hz驱动+240Hz背光扫描:即高速驱动+高速背光扫描,这种技术既要求高速响应的面板和高速的图像驱动电路，同时还要有高速背光扫描。实现这种技术同样需要液晶面板的MPRT响应时间达到4ms以内，图像电路部分也要能够实现每秒200帧以上的处理能力。而在
13、背光源部分，240Hz的背光扫描比120Hz背光扫描速度提高了一倍，理论上模拟CRT的效果会更加优秀。,19,4.4 过驱动技术(Over-drive),Response Time Compensation(RTC),20,4.4 过驱动技术(Over-drive),Response Time Compensation(RTC),Ideally,there would be a LUT entry for each combination of previous and current gray levels but this would require a large LUT,256x256
14、x8 bits for each color.We can get virtually all of the information in that 256x256 table from a much smaller 17x17 table through bi-linearly interpolating between major values.,双线性插值,1717 LUT,21,4.5 10-bit以上颜色显示驱动技术,8-bit,10-bit,平滑的原色过渡效果,10-bit显示效果需液晶面板和驱动芯片两方面支持才能达到。,22,4.6 DFC锐比技术,提高对比度有两种方法：1）提高
15、白色画面的亮度；2）让黑色更黑，降低最低亮度。提高白色画面的亮度增加对比度的方法相对简单，不过受到灯管寿命、液晶漏光等问题，亮度不能无限提高。另外虚高的亮度并不会带来更好的显示效果，它只会使浅色图像变成茫茫一片，而对暗部表现却毫无帮助。因此目前趋向于通过降低最低亮度提高对比度。DFC锐比技术：DFC（Digital Fine Contrast）锐比技术是一种专门针对对比度的优化技术。该技术主要由三部分组成，分别是ACR(Auto Contents Recognition，即自动识别)，DCE(Digital Contrast Enhancer，即数字增强对比度)和DCM(Digital Con
16、trast Mapper，即数字对比映射)。,23,4.6 DFC锐比技术,ACR能够自动检测从PC主机输入的显示信号的各项参数，进而调节和优化液晶显示器的对比度；DCE可大幅降低最黑亮度，并有效调节中间色阶的鲜艳程度，从而达到优化显示的效果；DCM则可判断对比度是否达到最优化并进行画面综合调整与显示。在锐比(DFC)技术调节之前，系统首先要针对输入的显示信号进行Gamma值调节，并将传统RGB信号转换为YUV信号。将输入的RGB信号转化为YUV信号后，新的分量信号进入到DFC的核心系统，通过ACR自动识别系统，运算分析出图像元素的基本信息，并将分析得出的综合性指标用数字形式表述出来，通过与既
17、定的特征代码进行比较，把图像信息分门别类。,24,4.6 DFC锐比技术,经过ACR处理过的图像信号传输到DCE系统，就可以根据不同的画面要素进行处理和优化。首先，DCE系统会大幅降低LCD的最黑亮度，经过调节后的最黑亮度可以达到普通液晶显示器最黑亮度的一半甚至更低。由于大幅降低最黑亮度，LCD的灰度范围得以进一步扩展，所显示的色域范围更加宽广。在此基础上，DCE子系统针对中间色阶进行精确划分和优化调节，使白色更白，黑色更黑，并且有效改善中间色调的鲜艳程度，使色彩还原更加真实、准确，实现了对比度增强和优化的显示效果。经过DCE系统的增强优化，显示信号到达DCM系统，这一步DCM系统将判断对比度
18、是否达到最优化，并根据画面显示需要自动进行画面综合调整与显示，使之达到最理想的画面显示效果。DCM系统不仅能够增强明亮区域和暗黑区域的显示效果，并且进一步调节色阶变化，以使图像的色彩过渡更加平滑自然，同时蕴藏大量细节信息的画面也得到充分地挖掘。当DCM系统完成综合调节和优化处理后，最初的YUV信号再转回RGB信号输出给显示屏幕，清晰生动的显示画面就呈现在用户的眼前。,25,4.6 DFC锐比技术,锐比(DFC)技术在不改变最高亮度的前提下，通过大幅降低最黑亮度同时提高灰阶表现力来提高对比度，达到优化显示效果的目的，真正解决了液晶显示器对比度不足的技术难题。,26,4.6 DFC锐比技术,DFC
19、 ON,DFC OFF,27,4.7 3-D液晶电视,ACR能够自动检测从PC主机输入的显示信号的各项参数，进而调节和优化液晶显示器的对比度；DCE可大幅降低最黑亮度，并有效调节中间色阶的鲜艳程度，从而达到优化显示的效果；DCM则可判断对比度是否达到最优化并进行画面综合调整与显示。,28,五、液晶电视驱动控制芯片性能趋势,29,彩色液晶电视模组的结构框图,DC-DC,直下式LED背光,30,液晶显示驱动控制芯片的发展趋势,Gate driver趋势:直接制作在液晶面板上(适应于LTPS面板)只有COF，无Gate Board，直接绑定在面板上Tcon趋势：内置各种改善画质的算法（消除“拖尾”，
20、提高对比度，降低背光功耗，实现3-D显示）用FPGA实现(针对中小尺寸显示器，配置灵活且低成本)与Source driver集成在一起（三星已推出该类产品）Source driver趋势：10-bit及以上颜色数，实现全真彩显示（DAC与驱动Buffer融合，以减小芯片面积）低功耗驱动（针对120Hz/240Hz倍频驱动）,31,液晶电视用驱动和控制芯片组及PCB板（Board）,Gate driver,Source board,Tcon board,Source driver,Timing Controller,32,5.1 10-bit Source Driver Technologies
21、,10-bit DAC的实现方式:R-DAC+C-DACLinear Cyclic DACR-DAC+Output Buffer with InterpolationR-DAC+Output Buffer with drain current modulationR-DAC+Output Buffer with variable-current-control interpolation,33,(1)R-DAC+C-DAC,C-DAC,R-DAC,IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.43,NO.2,FEBRUARY 2008,34,(1)R-DAC
22、+C-DAC,Output Buffer,IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.43,NO.2,FEBRUARY 2008,35,(1)R-DAC+C-DAC,IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.43,NO.2,FEBRUARY 2008,36,(2)Linear Cyclic DAC,+:Very compact implementation;independent gamma control:Long conversion time;power consumption;coupling from ad
23、jacent channels;sacrificing additional 2b compensating for nonlinear LC response,Y.-K.Choi,ISSCC 2008,37,(3)R-DAC+Output Buffer with Interpolation,+:Compact implementation:Input MOSFET mismatches;complex metal connections,US 2005/0140630 A1(Inventors:H.Kikuchi,et al.),38,(4)R-DAC+Output Buffer with
24、drain current modulation,Y.-J.Leon,ISSCC 2009,39,(4)R-DAC+Output Buffer with drain current modulation,Y.-J.Leon,ISSCC 2009,40,(5)R-DAC+Output Buffer with variable-current-control interpolation,H.-M.Lee,ISSCC 2009,41,(5)R-DAC+Output Buffer with variable-current-control interpolation,H.-M.Lee,ISSCC 2009,42,(5)R-DAC+Output Buffer with variable-current-control interpolation,H.-M.Lee,ISSCC 2009,43,(5)R-DAC+Output Buffer with variable-current-control interpolation,H.-M.Lee,ISSCC 2009,
