LTPO 是什么,它对于 OLED 的意义又是什么?

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这段时间 LTPO 又引起了小小的讨论,目前也有不少文章尝试解释 LTPO 是什么,但是逻辑没有那么通顺,也引入了不少不必要的概念,会让不了解的人看完之后更加一头雾水。

所以我也尝试用最简单的方法,试图解释一下理论层面 LTPO 到底是什么,算是抛砖引玉。

LTPO 为什么出现?都要从 LCD 和 OLED 需要完全不同的驱动方式讲起。

简单来讲,LCD 由于背光是完全独立的一层,所以它的发光和色彩是分得很清楚的,想要控制 LCD 的像素正常运转,我们只需要一个很简单的电路驱动。

如上图,Switching TFT 只有开/关两个状态,打开之后信号电压 Vdata 给 LC 充电,然后存储在 Cst, 至于发光,是由背光控制的,所以 LCD 上的像素亮度跟 TFT 阈值电压没有任何关系。

但 OLED 就完全不一样了,OLED 是一种主动发光的技术, 发光材料在达到足够电压之后就能点亮,而亮度由电流决定,所以要想维持发光亮度,通电的电流必须非常稳定。

如果我们直接在 OLED 上沿用 LCD 的驱动电路,那么就会导致原本用来负责控制灰阶的电容被用于点亮 OLED,瞬间耗完电之后这个像素就黑了,这显然是无法接受的,所以这不是低功耗省电的事,而是根本没法用。

这也就是为什么 OLED 需要和 LCD 完全不一样的TFT: 我们必须设计出一种驱动电路,既负责打开和关闭像素,也能很好地控制发光的强度,能在一帧内给 OLED 提供稳定的电流。

上边就是一个很最基础的 2T1C(两个 TFT 晶体管+一个电容)结构像素电路:

  • Vdd 负责持续提供稳定的电流给 OLED;
  • Vdata 负责控制 Switching TFT, 决定着像素的开关;
  • 由于电容 C 的存在,Vdata 信号得以被储存,在 Switching TFT 关闭的时候保持 Driving TFT 导通,控制电流以期望的方式稳定点亮 OLED

当然,实际上我们手机用的 OLED 都要比这个复杂的多,还要加上补偿电路,还要加上 PWM 等等,但是这些都没必要在这说。

OLED 面板的功耗可以被分为两大类:

  • 刷新功耗:与刷新率,电容,还有开关 TFT 电压差平方成正比
  • 点亮功耗:与发光效率,驱动 TFT 电压成正比

你会发现无论是刷新功耗还是点亮功耗,都跟 TFT 有关系,而衡量 TFT 优劣的指标之中有两个指标非常重要,它们就是载流子迁移率 & 开关比。

  • 载流子迁移率越高,驱动电压也就越低,所以能降低功耗
  • 开关比越大,关闭状态的漏电就越小,也就能支撑像素点亮更久

搞清楚了这些前提,我们才终于能进入本文的正题 —— TFT。

目前主流的 TFT 技术:

  • 非晶硅(a-Si):

多年使用的成熟技术,但是由于迁移率较低,只有 0.3-1 cm²/V·S, 就需要占用很多空间,所以不适合高分辨率显示屏,但制造工艺相对简单,生产成本低,最常用于 LCD。

  • 低温多晶硅(LTPS):

低温多晶硅最大的优势就是超高迁移率,它可以做到 >100 cm²/V·S 的迁移率,所以能降低驱动电压,刷新率越高它相对于其他技术的省电效果就更明显,而且响应速度很快,因此只需要很小的空间,最适合用于高刷新率高 PPI 的屏幕。

  • 铟镓锌氧化物 (IGZO)

LTPS 的迁移率性能非常不错,但是也很贵,如果想要做大尺寸的 LTPS, 那么成本上升得也会非常快,所以产业选择了 IZGO, 它的迁移率能达到 10-25 cm²/V·S, 不如 LTPS 但是远比比 a-Si 高。

更重要的是,它的开关比会比 LTPS 更大,也就意味着漏电更少,能保证低刷新率的稳定性,也可以搭配更小的电容,经常用于大尺寸的产品。

如果看不懂也没事,我换句人话说:

  • Si 便宜,但是性能差只能用于 LCD
  • LTPS 很贵,对于高刷新率很友好也能做更高 PPI,但是不适合低刷新率
  • IZGO 不太贵,天生适合低刷新率

为什么是 LTPO TFT:

好了让我们再来回顾一下这个最基础的,只有 2T1C 的 OLED 电路,一共两个 TFT, 一个负责开关,一个负责驱动:

负责开关的 TFT 会在每一帧开启一次,在开启过程中数据电压 Vdata 给电容Cst 充电;当 Cst 两端电压大于负责驱动的 TFT 的阈值电压之后,驱动 TFT 导通 OLED 开始发光;Vselect 变为高电压 开关 TFT 关闭,此时完全依靠电容 Cst 的电压来继续维持驱动 TFT 输出稳定的电流,让 OLED 在一帧内保持稳定发光。

虽然上边很重要,但看不懂也不要紧,我们再换句人话说:

开关 TFT 大部分时间都关闭,所以需要较低的漏电,驱动 TFT 大部分时间都开启,所以需要更高的迁移率,那么我们怎么才能实现这样的效果呢?

恭喜你,找到了问题的答案 —— 混搭。

LTPS 有高迁移率没有低漏电,IGZO低漏电但是迁移率不够高,好家伙那我们把它组合一下不就好了:

  • 让 LTPS 用于驱动,就能实现更小的驱动电流和更低的驱动电压
  • 让 IGZO 负责开关,因为较小的漏电就能让像素保持更长时间开启,实现更低的刷新率

这就是理论层面 LTPO 的由来,可谓是取长补短,天作之合,它让 OLED 的可用刷新率范围变得非常广。

至于应用层面,厂商可以根据 LTPO 的特性做出很多好玩的东西,在这我们也就不多说了。