從i-mode的2G加值服務、彩色手機、照相手機、3G服務,在手機的應用發展上,日本一直居於領先地位...
從i-mode的2G加值服務、彩色手機、照相手機、3G服務,在手機的應用發展上,日本一直居於領先地位,日商因提早就近接觸市場,因此,日商也在手機驅動IC的技術發展與全世界IC市場佔有率位居領先地位。在手機平台上進行中的多功能數位整合,使得驅動IC的規格跟著在變,技術難度當然亦跟著在提升。
手機應用朝強化娛樂功能如彩色桌布/大頭貼、低階相機、遊戲機、MP3、PDA等數位消費電子整合的速度,已快過電信業者規劃的WAP/GPRS上網或是3G影像電話/串流影音的純通訊方向的發展速度。
這一波發生在手機的數位電子整合過程中,彩色螢幕品質扮演著為其他功能加值的重要角色,2004年全球手機用彩色LCD面板出貨量將超過7成,首次超越單色LCD面板出貨量。
表1是手機整合功能對顯示模組的新增要求,由表中可以清楚地感覺到彩度升級的迫切性,顯示品質的提升是消費者確實體會得到的,可以強化價值感和品味流行,這感覺不同於藏在機殼內的有些功能或零件,付出了價錢,卻很少用到而感受不到它的價值。
在彩色顯示模組中的液晶面板主要有三類,Color STN(CSTN),Amorphous TFT(A-Si TFT),低溫多晶矽TFT(LTPS TFT),其特性如表2所示,CSTN目前有低功率消耗與低價的優勢,TFT則有高顯示品質(色彩豐富、反應速度快、對比高)的優勢。CSTN由於先天特性的關係無法支援手機朝高彩度、反應速度快的趨勢發展,故市場佔有率逐漸縮小中,而TFT除了顯示特性優之外,中長期也有來自於去化TFT LCD3代、3.5代產能的供給優勢及降價空間,是目前可見的商用、可量產技術中最具主流架式者。另外,手機用的液晶面板彩色濾光片以條列狀 (stripe)排列、液晶模式為Normally White為主。
手機體積大小有人體工學的考量,面板尺寸因而受限,一般大多在2.5吋以下,且是方形或直立形居多,因此顯示解析度的提升會因為面板尺寸與精細度能力而受限,圖1是手機面板驅動IC解析度的主流規格圖,由圖1可知道驅動IC除了往高解析度發展外,也逐漸包含Sub-Panel的顯示驅動以達到Cost- Down及增進Sub-Panel顯示品質的效果。
驅動IC為達到高資料量顯示時,低功率消耗、低雜訊與低成本,在設計做了一些改變,因此連帶影響製程、Bump及封裝的改變。以下就針對a-Si TFT LCD顯示模組的驅動IC設計技術、製程、Bump趨勢做一簡介。
手機面板相對於電腦用面板小很多,有些現象是人眼不易察覺,故可選擇省電的方式來設計驅動晶片。
另外,低功率的電路設計也是不可避免的,一般會先在Source/Gate Driver、Memory Access或Power /Rregulator下功夫。
圖2是整合型單晶片的方塊圖,將傳統應用的三顆IC- Source Driver、Gate Driver與Power整合成一顆,由於原先三顆之間的連接訊號已經變為內部訊號,故一顆的腳位比原來三顆加起來的少,使得IC後段的Bump封裝、測試、模組加工、物料管理成本變小,當然晶片設計的難度也因新工作電壓同時有2.5V、5V、40V而增高了。
圖3是一般照相手機及Smart Phone的系統方塊示意圖,隨著顯示模組顯示資料從靜態畫面到動畫、影片、3D Game數據的演變過程中,系統的架構也跟著在變。為了在以電池驅動的手機上播放更強的影音功能,驅動IC與Host端更高速、更省電、更低EMI雜訊的介面規格陸續出現市場上,實體層介面的演進從CPU串列介面,到RGB平行介面,再到相繼出現的新規格,如Seiko Epson與Renesas主導的開放性標準Mobile Video Interface(MVI)、NEC的Mobile Current Mode Advanced Differential Signaling(M-CMADS)等。相對於傳統CPU Interface及RGB Interface這些新規格在愈高速時(如50Mbps以上)的省電及EMI雜訊改善情形越明顯。
圖4是TFT-LCD手機面板用驅動IC的製程趨勢,製程的選擇除了考慮產品本身的需要外,也需考慮IC代工廠製程的可利用與否,圖4中 1.0μm/0.35μm為3chip所用的製程,0.5μm為3-Chip Cost Down或Memoryless單晶片所用的製程,由於顯示的解析度及灰階彩度越來越高,內嵌的記憶體所佔的Die Size的比例也就越來越大,為了減少Die Size及電流消耗,使用高階製程的需求就越來越高。0.25μm/0.18μm為含顯示記憶體單晶片所用的製程。
圖5是驅動IC使用的Bump Pitch趨勢。高解析度、高整合度增加了單顆IC腳位,以240x320解析度為例,單Source IC及Gate IC直接驅動面板的顯示用腳位就有240x3+320共1040腳,何況還有其他的應用腳位。為減少Pad因素所增加的成本,廠商將會設法將Bump Pitch縮小,以降低成本。
驅動IC的技術發展趨勢以支持手機的功能發展為基本前提,所以需將畫素解析度從QCIF提升到QVGA或QVGA+,彩度從4096色、65K色提升到 262K色,傳輸速度從慢速靜態畫面顯示到適合高速動畫顯示。為了提高TFT-LCD面板模組相較於CSTN面板模組的競爭力,在價格方面,未來將設法趨近於Color STN模組價格;在功率消耗方面,將由目前的10mW設法降至3Mw。此外還必須降低高速應用時的EMI雜訊,使系統製造廠商容易設計、量產手機成品。