为什么AMOLED实现自适应刷新率显示那么艰难?

为什么AMOLED实现自适应刷新率显示那么艰难?
2021年01月26日 17:36 OLEDindustry

1 月 14 日晚上,三星召开全球发布会,正式推出了 Galaxy S21 Ultra, 搭载了一块 6.8 英寸第二代 Dynamic AMOLED 屏幕,微曲面设计,分辨率为 3200x1440,峰值亮度达到 1500nit,支持 10-120Hz 动态可变刷新率的 LTPO 屏幕。

而近日有外媒报道,包括小米12、OPPO Find X3系列、三星Galaxy Z Flip 3、三星Galaxy Z Fold 3、华为Mate 50 Pro、iPhone 12s Pro、iPhone 12s Pro Max等机型也将采用LTPO屏幕。这则消息让LTPO在国内数码圈以及网络上引起了广泛的关注与热烈的讨论……

在手机的OLED面板上实现动态可变刷新率显示,真的有那么难吗?

▲ OLED 面板基本结构

AMOLED 是电流驱动型器件,在诞生后的一段时间内,ppi并不是特别的大,所以要想在有限的空间内提升面板分辨率,就需要在有限的空间里,增加非晶态 TFT 器件的开态电流来驱动 AMOLED,但这又会增大 TFT 器件的体积 —— 而 LTPS 能让 TFT 器件实现更高的迁移率,就能让 TFT 器件小型化的同时增强开态电流的释放能力。

▲ LTPS 工艺 TFT 器件工艺示意

另外,通过提升 TFT 器件内部电容充电速度,还能实现高刷新率。不过 LTPS的 TFT 器件还有个比较大的问题 —— 电容容易漏电,显示过程中需要不停地充电来弥补电势损失,因此 LTPS 的 OLED 是无法从硬件上实现低频驱动的,这也一定程度上增加了整个面板的功耗。

而另一方面,若想要 LTPS OLED 实现更高刷新率同时实现更高分辨率,就必须会增加面板对每一个像素的面板驱动负担(高刷新率意味着每个电容更短的充电速度、更大的分辨率意味着更多电容需要同时充电),所以能同时实现高分辨率和高刷新率的 LTPS-OLED 面板并不多。

而 LTPO 可以看作是 LTPS 的进阶版,能一定程度上解决前面提到的不足。

LTPO虽然称作低温多晶氧化物,但实际上是LTPS和Oxide杂合的技术,它既拥有 LTPS 的优势,也有Oxide的优势。

LTPS是利用高电子迁移率操作OLED显示器的最佳TFT技术,但它的关态漏电流也最高。氧化物是利用较低的关态漏电流操作OLED显示器的最佳TFT技术,但它的电子迁移率较低。

LTPS TFT的高漏电流会使画面亮度随着时间而降低,因此每一帧都需要写入驱动电压。另一方面,LTPO的低漏电流在画面不动的情况下只需要在第一帧写入驱动电压。因此,LTPO TFT能像LTPS一样用于显示需要快速改变像素电路状态的移动内容,像是电影和游戏。也可以做为氧化物电路用于显示像是图片或者时钟这种静态内容,这种类型的显示像素电路的状态改变速度较慢。

从结构上看,简单来说,LTPO 就是将 LTPS 和氧化物半导体集成在同一个像素中,LTPS 和Oxide这两种 TFT 器件,前者主要作 OLED 的驱动,而后者主要用于开关,既保留了原 LTPS 的高迁移率特点,氧化物 TFT 器件又减弱了 LTPS 的易漏电特性,共同降低功耗。

▲ LTPO 工艺 TFT 器件工艺示意

在 LTPO 技术的结构中,能在不同的阶段灵活切换 LTPS 器件和Oxide器件,来最大程度发挥各自的优势,而在发光阶段切换成氧化物器件,就能实现普通 LTPS 无法实现的低频驱动。

而在 OLED 面板显示静止画面时,切换至氧化物半导体器件能维持电容里的电信号(基本不漏电),在画面变化时,可以切换到 LTPS 器件,电容里的电信号持续到 LTPS 器件,而无需频繁补电,这样就实现了动态刷新率的显示,同时避免了 LTPS 高刷新率显示低帧画面时,电容频繁充电造成无谓的耗电。

不过,LTPO 的工艺比 LTPS 更复杂,现阶段相关的 OLED 面板的制造难度高、造价高、良品率较低,因此能用上的机型并不多。虽然 LTPO 技术并不是三星的专属,但如今却是三星的工艺最成熟,而目前市面上使用 LTPO OLED 面板的手机屈指可数,且Galaxy S21 Ultra 是今年第一款。

尽管如此,但是目前大多数的智能型手机采用LTPS TFT作为背板,LTPS拥有高分辨率、高反应速度、高亮度以及高开口率等优势,但缺点是生产成本较高,同时所需的功耗也较大。

由于智能型手机的屏幕往大型化方向发展,加上电池容量也越来越高,使得设备重量跟着增加,LTPO在理论上可以比LTPS节省5~15%的功耗,而这也是苹果采用该技术的最重要原因。

面板业者指出,苹果在2015年就开始要求三星显示器与乐金显示器开发LTPO技术,不过LTPO的量产较为复杂,生产成本也较高,对业者而言,如何提升良率以及布建产能将是一大考验。业界推测,2021年的苹果iPhone新机由南韩业者供应LTPO面板的可能性高。

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