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新一代LCD面板设计七大要件
DisplayPort创造面板差异化价值

【作者: Ji Park、Bertan Tezcan】2008年04月05日 星期六

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当720解析度的32吋液晶电视价格降到500美元(约1万5000元新台币)以下、17吋的个人电脑显示器直逼100美元(仅3000元新台币);这些显示器和面板厂商为避免落入成为「日用消费品」制造商而面对恶劣的价格竞争环境,只好开始寻求新的市场区隔与附加价值。而由于对影像与图形处理器功能需求日增,及为了能传输大量资料内容而必须增加互连介面频宽的需求,将是新一代面板设计需要考量的区隔价值。本文将介绍为完成这些区隔应具备的七项要件:


  • (1)解决面板尺寸大小、解析度、广色域(wide color gamut)和色深的需求;


  • (2)有效的成本运用;


  • (3)电磁干扰(EMI)的控制;


  • (4)低功耗的运作;


  • (5)增强每秒画面更新频率(frame rate);


  • (6)提供无线高解析度传输功能;


  • (7)提供完整的数位体验。



尺寸、解析度和色彩

要作出大尺寸面板、高解析度、广色域和色深的功能,不论内部或外部汇流排,都必须增加频宽才能完成。就先以DVD和电视之间的外部传输线为例,HDMI的介面已经可以支持较大的频宽。先前的HDMI 1.1标准在1.65Gbps的传输速度下仅能支援8pbc(bits per color)的色彩解析度;而目前最新的HDMI 1.3版的标准则需要2.25Gbps传输速度,以支援10bpc的色彩解析度。


对于频宽增加的需求,也会影响内部汇流排的设计,像是电视机内系统控制板和LCD面板控制板之间的连结。传统的低电压差动讯号(LVDS)技术,对日渐增加的资料需由外部汇流排汇入内部时,将成为一个瓶颈。如果是用LVDS技术,需要两组四个成对的LVDS设计,才能支援Full HD解析度(1080p)。


有鉴于此,一种新的,且利用可程式化序列/解序列转换器(SerDes)技术为基础发展出的DisplayPort显示介面标准,正在积极的扩展,以解决新功能需求相对要求的大频宽问题。单从频宽来计算,采用DisplayPort标准作一个8线(8-wire)设计,可以取代一个32×4的LVDS连结。而如果作四个通道的设计,更可以达到10.8Gbps的传输频宽,足以满足高解析度和色深表现的需求。而在个人电脑用的显示器面板设计,DisplayPort的优势则更明显,透过图形处理晶片(GPU)控制面板的解析度尺寸,而获得最佳化的显示效果。


如果用于电视机的面板设计,就是仍然用HDMI介面标准作为电视与机上盒间的外部连结,而内部汇流排连结则用新的DisplayPort介面。在电视的面板设计方面,可以同时采用两种连结介面还具有互补作用。


最有效的成本运用

「整合」是有效运用成本的关键。现今处理器已开始将一些I/O功能如HDMI、ADC这类需与外部类比元件连结所需介面,及如LVDS介面、后影像处理和调谐器等整合在晶片设计中。而包括像DisplayPort这类的新介面标准,更是将纯量处理器(scalar processor)与控制电路板的设计省略,采用直接驱动(direct drive)显示器的设计技术。借此,不但可以强化面板的原始解析度,也不再需要无谓的影像压缩和修正步骤,自然能降低整体系统成本并增强效能。


电磁干扰(EMI)控制

当解析度和色深加强时,系统需要较高速的系统时脉和解析度时脉支援。然而,高时脉频率的缺点,就是会导致更严重的电磁干扰(EMI)。通常EMI必须符合严格的控管,而频宽的增加,更需要严格控管EMI。


即使存在于系统层级的这项挑战,新标准在规格制定时也一并解决此问题。利用成熟的锁相回路技术(phase locked loop technology)搭配顶尖的展频产生/消减(spread spectrum generation and degeneration)技术,便可以降低EMI并将之有效控制。


电源管理

高速、宽频和高解析度将导致对电源需求的大量增加。而薄型面板的趋势,也说明了面板背后没有散热风扇存在的空间。在屏弃散热风扇的设计时,电路及制程几何设计中的低功耗技术就变得举足轻重。而像DisplayPort这样的新标准设计,因为让每一通道可以传输的资料量增加,无形中便降低了I/O功耗。不过,也会因为采用复杂的PLL技术而又造成耗电增加,所幸,因为是采用了最先进的低功耗PLL设计再加以最新的制程技术,还是可以有效降低应用设计的整体功耗。



《图一 120Hz更新频率所显示的动态插补处理》
《图一 120Hz更新频率所显示的动态插补处理》

增强的每秒画面更新频率

将画面更新频率从每秒60Hz提高到120Hz时,可以提升影像处理效果和品质。这个转换必须趁影像传到萤幕前在面板上就要处理完成,并不是一件容易的事。画面必须经过插补(interpolation)以组成新的画面,但目前并没有标准的方式执行这个程序。如图一所示,为120Hz更新频率所显示的动态插补处理。图二则为采用60Hz更新频率时的优势。请注意右边画面在清晰度的提升及整体模糊程度的减少。



《图二 60Hz对应于120Hz的更新频率》
《图二 60Hz对应于120Hz的更新频率》

无线高解析度

无线技术提供使用者相当大的方便。如果机上盒和电视之间采用无线连结,使用者就不必烦恼需要购买昂贵的传输线,或是在安装挂墙式电视时需要将线缆藏在墙壁里。或者当笔记型电脑可以与大尺寸电视无线连结时,也可以很容易的将电脑画面透过电视和许多人分享。


但是,「品质」与「便利性」​​却往往无法兼得。像这样的无线连结要能普及,须取决于品质要「够好」。目前,无线HDMI技术已开始崭露头角,而且这样的无线介面将是必然趋势;未来能在这领域有技术创新发展并能提供专业和技术的公司,才得以成业界的领导地位。


完全的数位体验

「完全的高解析:Full HD」并不单指影像的呈现,也包括声音的质感,因此声音与影像更完美整合便非常重要。有鉴于此,面板上与传输介面的音讯处理能力是必须的。而如DisplayPort和HDMI这种新介面,具整合音讯的传输,以提供更丰富的数位体验。


结论

随着使用需求的增加,数位显示技术也不断在演化。同时,应用市场也区分成高、中、低三种层次的应用产品。每一种区隔都需要有独特的产品性能,及可转为可应用解决方案的相关技术。供应商必须随时注意市场的变化,并快速因应,以免落后。只要能根据并预估使用者现在及未来的需求,持续不断在产品功能上进行合适的开发与调整,应可避免显示面板产品沦为「日用消费品」之列。


---本文作者均任职于IDT数位显示产品部门---


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