手机的快速革新显现在技术的各个方面。手机除了向外型小巧化发展外，用户介面的功能也显著的改善。例如手机的键盘日益缩小，而萤幕的面积却不断加大。目前的手机嵌入了一个先进的“介面萤幕”，与几年前流行的2×12行字元显示相比，已不可同日而语。就技术面而言，画素不仅数量增加，尺寸也变小，因此使高品质、高解析度的萤幕得以广泛应用于手机上。而现在由单色萤幕转向彩色萤幕的趋势，又让所有手机制造商面临在技术开发上的挑战。由于手机设备的小巧特性，手机电池的寿命是有限的，因此显示模组所消耗的功率必须尽可能降低，尤其是有些机种的萤幕总是不断地显示资讯，对显示器的功耗要求更须严格。欧洲GSM手机显示的内容通常是网路供应商、电池电量及讯号强度。

显示器的演变历程

可携式设备为何要发展出彩色显示功能？也许因为大自然本身就是丰富多彩，而非黑白分明。但仅因为这样就在研究与设计上投入额外的成本，还因为高功耗而缩短待机时间，似乎不太合理。

颜色可用来强调资讯，能使资讯在小型萤幕上有系统的呈现，因此颜色的数量不是一个关键因素。针对大众消费市场所推出的数位相机，可提供2→3→5百万个画素，具有极高的色彩解析度（通常为3×8位元），这也确立了影像品质的事实标准。在不久的将来，相机模组将整合到手机中，使高影像品质显示成为不可或缺的条件之一。

与黑白显示相比，彩色显示的画素尺寸必须很小。若尺寸过大，肉眼会看到红色、绿色和蓝色的画素，而非一个单色点画素。目前常见的点画素尺寸是0.20 ×0.20到0.25×0.25平方厘米。若相机模组能应用在手携式设备上，消费者就可以互传个人照片。人的眼睛对皮肤的色调非常敏感，因此彩色显示将需使用到4k至64k种颜色，才能达到令人满意的视觉效果。为了增强颜色的张力，数学上的扩散技术，如细致过网技术已是一种越来越常用来改善色彩质感的高效益方法。

目前通用的传输标准WCDMA、GSM、EDGE、HSCSD及GPRS，可用来传输静态或半静态的影像，而3G标准将实现更快速传输的协定和小视频序列。 3G 应用的普及使显示器必须缩短回应的时间，而采用TFT（薄膜电晶体）技术的主动矩阵显示器将成为最佳的选择。

颜色的成本

驱动彩色显示与驱动黑白显示截然不同，比较如(表一)。其复杂度包括三个因素：每个点的3种画素都要单独控制，因此需要多3倍的列向量输出接脚，例如对4k颜色而言，每个点需用到12位元的记忆体，而黑白显示只需用到1位元的记忆体。缩短回应时间（视频）需要采用不同物理性能的液晶。对于控制电子元件而言，这意味着更高的驱动电压。另一方面，TFT显示器上常用的非晶体薄膜电晶体具有高启动电压，要求讯号达到20V。由于电池无法直接提供如此高的电压，因而采用晶片上的升压级来增加电压，通常电容器都直接整合在液晶显示器（LCD）驱动晶片上，但晶片面积也因而变大。

为了在驱动晶片（组）上整合大容量记忆体，采用了深次微米制程技术，不过该技术的最大容许电压只能达到3.3V左右。一种创新的混合技​​术可满足上述各种需求，这部分内容将在驱动器章节中进行深入讨论。

驱动技术

综观

当我们在显示器上打开一个深红色点画素时，我们会看到：

《图一 TFT cell》

一些尺寸资料

液晶被嵌入到两个相距6(m的玻璃片之间，画素的尺寸一般为230×230(m，这就产生了画素电容CLC。显示器驱动器晶片与TFT的栅极及源极，以及公共电极（CE）电路相连。AMLCD-单元上的非晶体电晶体具有的电子移动率，与半导体晶片所采用的单晶质晶片相比，大约小1000倍，因而可获得更高的电压阈值，参考(图二)；所需的栅电压在15.25V范围内，充电CLC的源电压低于6V。因此栅及源驱动器最好采用不同的晶片，使栅驱动器使用专用高压技术。不过对大型逻辑及记忆体模组而言，这方法不够经济，通常会将这些模组整合在源驱动器电路中。那么使用外部记忆体如何？不考虑采用外部记忆体通常有两个原因：首先，为了存取外部RAM，需要采用大型输入／输出驱动器电路，以建立可接受的噪音范围，这一过程要消耗相当大比例的功率；其次市面上已经不再供应小型静态或动态RAM。将这部分设计成独立的晶片，既不经济，也不节省空间。

展望未来，带有高压特性的深次微米制程技术目前仍处于开发阶段，但该技术将成为小尺寸TFT显示器（160×128×RGB）设计单晶片解决方案的理想技术。

《图二 传输特性》

液晶特性

为了防止液晶材料退化，运作过程中，跨LC-单元的平均电压必须为零。有四种不同的设计方案可供选择：场、行、列或点画素转换。转换方式越一致，影像品质越好，如(图三)。事实证明，行转换还可减少光学副作用，如交叉干扰、大面积闪烁等，此外，行转换亦可以非常节省的功率运作。

《图三 转换模式》

实施驱动器方案

按顺序扫描每一行，画素值同步加于列讯号中。

直接驱动

通常采用2级驱动方案，允许设计直接的驱动器电路，如(图四)所示。由于所需的电压很大，为了降低最大电压偏差，如下选项可供考虑：公共电极调变（CE），如(图五)；或飞利浦的4级驱动方案（FLDS）。

《图四 直接驱动，2级行波形》

CE 调变

行讯号直接与电晶体的栅极相连，它能开关电晶体为画素电容器CLC充电，而充电电压被加在列线路上。在(图五)中，讯号被转换过来，CE调变的过程与此相类似。不过公共电极的调变方式，使得加在行及列上的电压不能直接累加，因此无须采用高击穿电压技术。

《图五 CE调变，3级行波形》

四级驱动方案

类似CE调变方案，四级驱动方案旨在降低源驱动器所需的电压范围。如(图六)，该方案通过储存电容器CST，将一个降压电压电容耦合到已预先充电的液晶画素CLC上。 (图七)即为一个典型的画素。

《图六 四级驱动方案，行波形》

《图七 点像素平面图》

在该设计方案中，储存电容器必须与前一行（N-1）相连。在画素充电过程中，N-1行设定在中间电压并产生一个耦合脉冲，当TFT开启后，N行的画素被充电至该列的电压。充电后，N行的TFT关闭，N-1行的电压即恢复到以前水准。这样通过储存电容器电容耦合至画素的充电过程，N行画素的画素电压得以改变。

功率的考量

显示器的功耗可分为两个部分：驱动器积体电路所消耗的功率及显示器本身所消耗的功率。这里着重于讨论后者，如(图八)。

《图八 TFT AMLCD模块中的功率路径》

在AMLCD显示器中，显示器所消耗的功率都是由显示器电极（行、列及公共电极）上的各种充电或放电电容所致。为了计算功耗，需要利用电压计算与显示器内每个电极相连的电容负载。图七显示了一个简化的画素。在实际应用中，还会有额外的寄生电容。为了计算每个电极的负载，必须考虑所有寄生电容。

从(表二)中我们可以明显看出，最低的功率驱动器是FLDS驱动方案。该方案借助降低行电压范围来实现低功耗，特别适合行转换补偿应用。

功耗还是太高？

电位的转换可由一或两个步骤完成，利用一个电压源可一步完成，两个步骤：先转换成接地电压，再转换成最终电压，如(图九)。转换成接地电压可以将电容放电，功耗为零，而且可望减少显示器功耗。以电容C从 U＝5V向U＝-5V的转换过程为例。若电容器不通过额外的转换步骤放电到0V，电压源的能量消耗为C×（-5） ×（-5 - 5）＝50C。若转换过程有两个步骤，即先放电到0V，无须从电压源获得能量，那么整个转换过程的能量消耗为C×（-5）×（-5 - 0）＝ 25C，只有前者的一半；参考(表三)。由此可见，仔细选择模组的接地电位，并在适当时候转换，可减少显示器的整体功耗。

《图九 首先转换为地面波形》

结论

随着这些全新驱动技术的出现，具有高性能的彩色模组将可一一实现，这些性能包括对萤幕高清晰度与真实颜色显示需求、适合视频的显示器回应速度、低功耗以符合现有手携式产品对尺寸及主要功率耗散的要求等等，创新的技术填补了彩色STN与TFT之间的性能成本差距，也为TFT 显示器技术的应用开辟了崭新的市场。

（作者任职于飞利浦半导体）