文/上海天馬微電子有限公司研發(fā)中心 李嘉靈 吳天一楊康 馬駿 凌志華
1、引言
由于近年iPhone等智能手機的風靡世界,全球智能機的市場需求逐步增加。近期隨著技術發(fā)展和市場需求,智能機呈現(xiàn)出2個發(fā)展趨勢:更高解析度和更窄的手機邊框。圖1為傳統(tǒng)智能面板結構示意圖。包括多個子像素單元,以及與其連接的柵(gate)線G1,G2…Gn、多條數(shù)據(jù)(source)線D1,D2…Dm。其中,每一個子像素單元都包括薄膜晶體管TFT(Thin Film Transistor)、存儲電容、液晶電容等,且薄膜晶體管的柵極與其對應的柵線相連,薄膜晶體管的源極與其對應的數(shù)據(jù)線相連。由于gate信號繞線是pin to pin連接的,面板邊框寬度主要由gate線數(shù)量決定,邊框寬度隨智能手機面板解析度提高而變寬。
同時實現(xiàn)智能機高解析度和窄邊框的方案有低溫多晶硅技術LTPS(Low Temperature Poly-silicon),非晶硅柵驅動技術ASG(Amorphous Silicon Gate)和面板內(nèi)繞線驅動技術GIA(Gate fanout In Active area)等。LTPS由于工藝復雜,成本較高,適用于高端產(chǎn)品;GIA工藝未成熟,還未大量使用;而ASG方案為業(yè)內(nèi)普遍接受,是ASi面板廠實現(xiàn)高解析度窄邊框智能機的優(yōu)選方案。目前,業(yè)內(nèi)許多廠商都在進行ASG相關技術研發(fā)和生產(chǎn)。另外,各IC廠商已開發(fā)出一系列型號。IC內(nèi)含相應驅動代碼,可以分別驅動各面板廠不同ASG電路。
ASG技術是利用A-Si TFT構成移位寄存電路輸出gate信號,驅動TFT-LCD面板的技術。圖2-a為傳統(tǒng)ASG技術面板示意圖,ASG驅動電路由一系列的ASG單元組成。圖2-b為傳統(tǒng)ASG電路結構圖。每個ASG單元有輸入節(jié)點Set,輸出節(jié)點OUT,時鐘信號節(jié)點CK等節(jié)點。ASG單元由V1、第一級起始電壓STP(STV)、一對反相時鐘信號CK1(CK)和CK2(CKB)等輸入信號驅動。圖2-c為ASG單元示意圖,普通ASG單元由控制模塊,輸出模塊組成。輸出模塊通常包括1個上拉(pull-up)TFT和2個下拉(pull-down)TFT。控制模塊產(chǎn)生Q信號控制輸出模塊輸出gate高電平,QB信號控制輸出模塊輸出gate低電平。根據(jù)Q,QB以及各CK信號驅動輸出模塊工作輸出各行gate信號,如圖2-d。
ASG方案的缺點:
1)各種ASG電路中QB信號較復雜。產(chǎn)生QB信號的方式主要有普通型和電容耦合型,各有不足。A, 普通型。QB的信號靠上拉TFT和下拉TFT產(chǎn)生。Q與CKB同時為高電位時,CKB與VGL節(jié)點短路,影響ASG電路穩(wěn)定性。B, 電容耦合型。通過電容耦合產(chǎn)生QB信號。電容需要占用一定面積。
2)一般ASG技術在生產(chǎn)制程中的容錯能力較低。由于ASG電路對TFT特性要求嚴格,生產(chǎn)工藝的波動可能引起ASG電路實效。比如生產(chǎn)中的ESD問題影響TFT特性惡化,如圖3,致使ASG電路實效,導致生產(chǎn)良率低。 3)采用ASG電路的面板有框膠固化不良的風險。由于面板成盒工藝中使用UV光固化框膠,需要滿足一定UV光照量才能保證固化;傳統(tǒng)面板邊框繞線區(qū)有大量平行繞線,繞線間的空隙保證了足夠UV光照開口率,框膠可以完全固化。而A-Si TFT遷移率較低,為改善充電能力,ASG電路多采用大面積TFT器件設計,使框膠固化時被遮擋而無法UV固化,而有固化不充分的風險。
本文新方案:
新方案為亞ASG技術,和傳統(tǒng)ASG技術類似,圖4為亞ASG技術面板示意圖。與ASG電路區(qū)別是,亞ASG電路通過IC產(chǎn)生諾干組控制信號Q,QB,每組Q,QB信號驅動對應的亞ASG單元按時序輸出各行gate信號。由于Q,QB信號通過繞線送入面板,省去了大量ASG單元控制模塊的面積,而新增的信號繞線面積卻較少,總體上減小了智能機邊框寬度。
亞ASG電路時序圖如圖5。亞ASG電路需要的輸入信號:Q1,Q2..Qi,QB1,QB2...QBi,CK1,CK2...CKn。亞ASG電路的輸出信號:G1,G2..Gi×n。其中Q信號的作用與傳統(tǒng)ASG電路的Q信號類似。Q信號的高電位輸出時間大于等于i個gate信號高電位輸出時間總和。QB信號與Q信號電壓互反。Q信號與CK信號同時為高電位時,對應輸出模塊產(chǎn)生gate的高電位信號。
所有輸入信號都由IC提供,實現(xiàn)窄邊框。實際上Q,QB信號也可以用ASG電路產(chǎn)生,但是由IC產(chǎn)生信號,可以實現(xiàn)更窄的邊框;另外可以亞ASG電路對制程波動的容錯能力,提高了面板良率。
參見圖6,亞ASG電路有n個亞ASG單元和輸入控制信號Q,QB,時鐘信號CK的繞線組成。每個亞ASG單元對應1組共用控制信號Q,QB信號驅動i個輸出模塊。輸出模塊與傳統(tǒng)ASG電路輸出模塊相同。每個輸出模塊匹配i個時鐘信號,逐行產(chǎn)生i個gate信號。那么n個亞ASG單元匹配n組控制信號Q,QB產(chǎn)生n×i個gate信號。
2、亞ASG電路結構與模擬結果
建立亞ASG電路模型如圖6。亞ASG電路模型包括2個亞ASG單元。每個亞ASG單元包含4個輸出模塊。輸出模塊為1個上拉TFT和1個下拉TFT組成。輸入2組Q,QB,4個時鐘信號,驅動亞ASG電路逐行輸出8個gate信號。
圖7為亞ASG模型的Hspice模擬結果,各gate信號正常工作。而且由于是IC輸出信號,gate信號的上升沿Trise在1us左右。如果減小輸出模塊的TFT寬長比,進一步縮小ASG面積,gate信號上升沿延遲增大一些,依然可以有足夠像素充電時間,如圖8。其中上拉TFT W/L=20u /6u時,delay最大,Trise為2us。
3、亞ASG電路特性
對于目前主流解析度600×800~1080×1920,亞ASG可以實現(xiàn)更窄的邊框。最窄邊框條件為:對于有N=n×i行gate信號的面板,n優(yōu)先?。╪*i/2)^0.5附近的整數(shù),且n<=i,則ASG電路可以實現(xiàn)最窄邊框。表1列出了幾種分辨率下的邊框寬度。FHD的panel單邊ASG電路寬1mm,加上切割邊及ESD器件等,估計總邊框約1.2mm。圖9為基于亞ASG電路的SXGA解析度面板的版圖,邊框比傳統(tǒng)ASG電路更窄。
4、結論
綜上所述,本文介紹了一種基于亞ASG電路的高解析度智能機窄邊框新方案。這種亞ASG電路通過IC輸入控制信號和時鐘信號,省去了一些傳統(tǒng)ASG電路的晶體管,減小了面板邊框寬度。同時提高邊框的UV光照開口率,有效解決傳統(tǒng)ASG電路的框膠固化問題。并且提高ASG 電路對制程波動的容錯能力,提高了面板良率。
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