《中小尺寸LCD驱动IC的背光省电技术.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中小尺寸LCD驱动IC的背光省电技术.doc（6页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、中小尺寸LCD驱动IC的背光省电技术-LABC/CABCCPU & OtherDeviceEjBacklightDevices,Pan el, 18mW,400mW, 56%2%1 ：简介耗电的大小对携带型的电子产品，如行动电话、 数字相机、PDA、MP4/MP3、手持游戏机等而言是 非常重要的指标，表示了消费者可以无拘束地使用产 品多久。而这些产品有一个共通点，他们都有显示屏 幕来做人与机器之间的桥梁。为了表示足够的信息、 提供高质量的色彩以及支持多媒体的应用，这个屏幕 的分辨率必须 要足够，颜色要多，显示的区域也是越 大越好，这些要求同时也代表着功率消耗的不断增加。 TFT-LCD作为此类
2、产品的标准显示器常常成为了功率 消耗的主要组件。图1表示了一个有 着高分辨率 TFT-LCD的手机嵌入式系统的功能方块，其中高分辨 率、高显示颜色、大尺寸的LCD ,需要大的背光系统、 大的TFT-LCD面版、高运算速度的驱动IC,这些都 造成了高的功率消耗。Calnr TFT LCD PanelTFT LCD OriH巳Ii曹Interface BusBacklight LEDjiii nir武 i LE D Drive r qIC图1.高质量TFT-LCD显示器手机系统功能方块图图2则是假设以一般QVGA分辨率的显示器手 机在正常操作下各个组件功率消耗的比较。可以看到 显示系统因为背光的关
3、系(通常为4个LED)，耗电量 是非常惊人的，占整支手机的功耗40%以上。说明了 显示屏耗电量的多寡对于手持式产品的使用时间有着 决定性的影响。图2.简易手机分类功耗图身为专业的LCD驱动IC提供厂商，矽创持续 的经由研发新的电路设计或采用高集成的制程去降低 驱动IC的功耗，如表1可以看到不管是MSTN、CSTN 还是A-TFT产品，在省电这一块，矽创已经竭尽所能 的将驱动IC的功耗减少了 80%以上。功率消耗LCD Type驱动ICBeforeNow1.5 ” MSTN2.4 mW0.45 mW1.5 ” CSTN7.5 mW1.35 mW1.8 ” A-TFT15 mW2.7 mW表1.
4、LCD驱动IC节能演进比较当驱动IC大幅度降低功率消耗的同时，也代表 着高耗电的背光系统所占的比重越来越大。与最新的 QVGA驱动IC相比，同尺寸的背光将多了 20倍以上 的功耗，也主窄了产品的使用时间。因此我们把研究 省电的目标朝向了背光模块，提出了一种背光电流调 变技术。驱动IC会动态且同步的控制背光亮度与显示 画面，在维持视觉效果不变的前提下，去降低背光的 功耗至70%以下。相比之下，这项技术的成功研发与 应用将可增加相关产品40%以上的使用时间。2 :手机背光省电技术在手机背光的省电技术上，目前已实际应用较可 行的有两种，一为环境光侦测对应背光控制(Light Adaptive Bri
5、ghtness Control- LABC )和内容对应背光控制(Content Adaptive Brightness Control- CABC ) 技术。此两种方式相同的地方在于都属于对应性背光 控制技术(Adaptive Brightness Control- ABC )。图3说明了 ABC的动作原理。如果LCD模块要 显示一个50%辉度的画面，传统的背光照明模块亮度 维持固定，功耗为100%，藉由面板显示50%的灰阶 去达成。此种传统的方式简单来说就是提供一个大于 实际所需要的画面亮度，再藉由LCD面版去作调节； 在显示过亮的画面时容易造成视觉疲劳，暗画面细节 衰退，对比不佳且造成不
6、必要的电力浪费。相较之下 ABC会先将照明模块背光亮度下降50%，同时将欲显 示的画面转换为100%灰阶显示，因此可维持相同的显 示辉度但仅消耗一半的功率，达到省电也提高显示对 比的优点。藉由这个基本的概念衍生出了 LABC与 CABC两个节省背光功耗的技术。TraditionalBacklightPanel相同墀瞳显示唱匚节皆背光5般功耗ABC_图3. ABC动作原理3 : LABCLABC的L指的就是亮度传感器(Light Sensor)， 这个概念衍生自医学相关的研究。如图4人类的眼睛 对于环境光是相当敏感的，环境光偏亮则瞳孔收缩降 低进入视网膜的亮度；相反的，环境光若偏暗则瞳孔 放大增
7、加视网膜感受到的亮度让人类分辨物体。因此 我们可以利用这样的人体机制，当白天大太阳下时， 由于外在光线很亮，瞳孔收缩，手机背光 必须维持 100%的亮度显示让眼睛辨别。但到了阴影或暗处，由 于外在环境光源降低，瞳孔放大，手机背光只要维持 70%亮度显示眼睛即感受到相同的显示效果。如此一 来，节省了 30%的背光功耗，这就是LABC的基本概 念。图4. LABC基本概念LABC的技术要实现有两个要点，第一 LCD模块 必须搭配一个光传感器。此种光传感器有的是独立一 个组件放置于手机主板上，或藉由照相机模块充当光 传感器，更复杂的则是TFT-LCD厂设计在玻璃上。第 二就是驱动IC必须内含影像的补
8、偿计算与背光控制。 LABC基本功能方块图如图5。手机的处理器会去读取 光传感器的数值，了解目前环境光的强弱。确定外界 光源后，处理器直接将数值以指令方式告诉矽创的 LCD驱动IC, IC内部将依此数据动态的补偿画面与调 整背光信号。此过程即为LABC的省电程序。图5. LABC功能方块图4 : CABCCABC的C指的是内容(Content)，也就是图资分析。他的概念如图6是在LCD驱动IC内新增一个内容分析器(Image Content Analyzer )电路，假设当手机处理器传送了一张图片数据到驱动IC,内容分 析器会计算并统计图片的数据后依据设定与算法自动 的将其灰阶亮度提高30%
9、（此时图片变亮），再将背 光亮度降低30% （此时图片变暗）。由于我们事先已 经将图片经过分析器电路补偿亮度，因此使用者可以 得到与原先电路相差无几的显示效果，但减少了 30% 的背光功耗。背光孔區冃动谓晤如坏图6. CABC 基本概念CABC基本功能方块图如图7,图资分析器首先 会统计分析欲显示的画面数据，取得灰阶分布图 （Histogram）。根据每个影像的统计图以及CABC 相关的设定重新计算补偿之后得到一个新的画面数据，并同步决定背光省电幅度，再依此数值动态调节PWM信号使显示画面失真最小却可减少背光电流的 消耗。内光源占了大多数，使用环境通常也不会剧烈的改变。 因此为了达到长时间使用
10、仍然省电的目标，就必须靠 CABC随时针对显示内容去作调变。5 : ST7783的省电技术与 应用中小尺寸LCD单一芯片的驱动IC本身功能方块 是十分复杂的。必须包含门级驱动器、源级驱动器、 显示数据储存器、时序控制器、倍压电路、接口控制 电路等。为了导入背光省电技术，矽创尝试整合画面 分析电路、动态画质补偿调整器、PWM信号产生器与 原有电路，在ST7783中成功的实现了 LABC+CABC 两种背光省电技术。单就ST7783 CABC 的省电效果，可参考表2。假设原本的背光需要20mA的电力，表中的剑图因为 背景都为黑色，可以不需要这么亮的背光，因此省电 效果几乎可达50%。除了静态图片模
11、式，ST7783也 支持动态电影模式。一般来说在播放电影时，画面是 以一个非常高的速度在更新，使用者无法仔细的分辨 每一张图的细节。只要进入了电影模式，ST7783会自 动的调整计算电路，在使用者无法察觉图片失真的情 况下，加重省电的百分比。以表3的例子来说，X-轴 是播放时间，Y-轴是背光耗电，开启CABC动画模式 的耗电流与传统无省电技术的方式比较起来，播放范 例动画文件平均可节省45%的功耗。图7. CABC功能方块图静态图片模式图片电流省电效果由以上的介绍我们可以归纳出LABC和CABC的 基本背光省电原理是相同的，但判断机制稍有不同： LABC跟随环境光的改变，调整背光。CABC则是
12、判 断目前显示的画面随时作省电的调整。比较实际应用 上以及省电的功效来说，CABC的实用性将远大于 LABC。经过统计，一般在使用可携式产品时正常的室10.588 mA11.686 mA12.314 mA47.1%-41.6%-38.4%表2. ST7783 CABC 省电效果-静态图片模式Architecture 1动态电影模式22CABC Movie Mode Backlight Power Con sumption201816CABC Movie ModeCABC Off141210Average -45%8642010I-I-203040Time (s)表3. ST7783 CABC
13、省电效果-动态电影模式如果要同时运作LABC与CABC两种功能，ST7783内部会先作乘法处理，如图8图9.手机应用架构1第二个架构如图10，LED驱动器改由ST7783 直接控制，不管是LABC数值的设定，或是CABC内 部的计算结果都交给LCD驱动器即可。此架构的好处 是CPU不用再负担额外的处理动作，手机软件的更动 也较少。Architecture 2I bl円曲| ARC ue图8. CABC+LABC 计算方式只要主处理器根据光传感器读到的数值对 ST7783作设定，IC即会根据此设定加上CABC自己 计算的数值统一的作一个考虑并节省功耗。如表4。CaseLABCCABC背光强度省电
14、例子185%60%51%-49%例子290%50%45%-54%例子380%70%56%-44%表4. CABC+LABC计算结果在客户实际应用的手机架构上，ST7783提供了 两种不同的架构，第一个架构如图9。手机主板不用作 任何的硬件修改，仍然是由手机上的CPU控制背光驱 动IC,当ST7783的图资分析器针对图片内容分析计 算完毕后，CPU只需要读回我们分析的结果，之后再 根据此数值去控制LED驱动器即可达到省电效果。以上两种架构提供给客户更灵活的运用背光省 电技术在自己的产品内而不需要负担大幅度的修正或 成本。综合以上所述ST7783在背光省电的新技术上有 着五大特点；第一、不影响视效下求取最大省电效果; 第二、不增加CPU处理负担；第三、高速的画面数据 分析电路可同步处理高速动画与背光控制；第四、可 减少一半以上的背光消耗；第五、现行CPU驱动IC 的接口不需要改变。6 :总结本篇介绍了可携式产品上主要耗电的组件为 LCD背光系统、如何改善并延长使用时间、LABC、 CABC等运作原理以及矽创最新的驱动IC ST7783省 电的效果与应用架构等。利用这项技术，我们希望带 给消费者更长的使用时间、更满足的使用经验。这样 的节能概念与技术相信将会是未来所有人类持续关注 与努力不懈的目标。