華為首款OLED驅(qū)動(dòng)IC試產(chǎn)完成!一文幫你解讀何為OLED?DDIC......
但7月22日有消息稱,華為海思正加緊開發(fā)的 OLED 顯示驅(qū)動(dòng)IC (DDI)在獲取40/28nm 工藝制造和封測(cè)產(chǎn)能以及高端芯片測(cè)試支持面臨困難。這個(gè)備受大家關(guān)注的OLED的DDIC到底是什么,為什么這么難?一、什么是OLED DDIC
顯示驅(qū)動(dòng)芯片(Display Driver Integrated Circuit,簡(jiǎn)稱DDIC)的主要功能是控制OLED顯示面板。它需要配合OLED顯示屏實(shí)現(xiàn)輕薄、彈性和可折疊,并提供廣色域和高保真的顯示信號(hào)。同時(shí),OLED要求實(shí)現(xiàn)比LCD更低的功耗,以實(shí)現(xiàn)更高續(xù)航。DDIC通過電信號(hào)驅(qū)動(dòng)顯示面板,傳遞視頻數(shù)據(jù)。DDIC的位置根據(jù)PMOLED或AMOLED有所區(qū)分(PM和AM的區(qū)分見下文詳述):
- 如果是PMOLED,DDIC同時(shí)向面板的水平端口和垂直端口輸入電流,像素點(diǎn)會(huì)在電流激勵(lì)下點(diǎn)亮,且可通過控制電流大小來控制亮度。
- 至于AMOLED,每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)著TFT層(Thin Film Transistor)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電容,其可以控制每一個(gè)像素的灰度,這種方式實(shí)現(xiàn)了低功耗和延長(zhǎng)壽命。DDIC通過TFT來控制每一個(gè)像素。每一個(gè)像素由多個(gè)子像素組成,來代表RGB三原色(R紅色,G綠色,B藍(lán)色)。這些子像素是直接由TFT控制的。所以,TFT扮演了子像素的“開關(guān)”(實(shí)現(xiàn)顏色控制),而DDIC扮演了“交通燈”指揮“開關(guān)”如何運(yùn)行。
下圖是三星電視的主DDI芯片。OLED的DDI和LCD的還不一樣,尤其是大屏電視的OLED DDIC。因?yàn)長(zhǎng)TPS(Low Temperature Poly-Silicon,簡(jiǎn)稱為p-Si)材質(zhì)的不均一,屏幕越大,信號(hào)到達(dá)TFT各個(gè)角落的時(shí)間的差異就越大,那么畫面就會(huì)出現(xiàn)意想不到的撕裂的現(xiàn)象。所以先進(jìn)的OLED DDI里面可以儲(chǔ)存一張自己驅(qū)動(dòng)的TFT的不均一性的照片,然后根據(jù)具體的不均一性的情況來對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。另外還需要有一個(gè)負(fù)責(zé)分配任務(wù)給它們的芯片,叫做Timing Controller,簡(jiǎn)稱T-CON。一般情況下,T-CON是顯示器里面最復(fù)雜的芯片,也可以看做是顯示器的“CPU"。它主要負(fù)責(zé)分析從主機(jī)傳來的信號(hào),并拆解、轉(zhuǎn)化為Source/Gate IC可以理解的信號(hào),再分配給Source/Gate去執(zhí)行,T-CON具有這種功能是因?yàn)門-CON具有Source/Gate沒有的控制時(shí)間節(jié)奏的能力,所以叫Timing Controller。越來越高的分辨率、刷新率和色深都對(duì)T-CON的處理能力以及前后各種接口的信息傳輸能力提出了挑戰(zhàn)。二、PMOLED和AMOLED?前文提到,DDI通過掃描的方式驅(qū)動(dòng)顯示屏。從上圖可以看到,給相應(yīng)的行和列加上電壓就可以點(diǎn)亮相應(yīng)的像素了。但是問題來了,如果我們想同時(shí)點(diǎn)亮2B和5E,給2列、5列以及B行、E行同時(shí)加電壓的話,會(huì)發(fā)現(xiàn)連5B和2E也被無辜點(diǎn)亮。為了防止這種情況的發(fā)生,我們必須在時(shí)間上給予各條線先后順序的區(qū)分。目前選擇的是每次處理一條X軸的線,每次只給一條橫線加電壓,然后再掃描所有Y軸上的值,然后再迅速處理下一條線,只要我們切換的速度夠快,因?yàn)橐曈X殘留現(xiàn)象,是可以展現(xiàn)出一幅完整的畫面的。這種方式叫做Passive Matrix。然后這樣的方式的最大的缺點(diǎn)就是,除非我們每條線切換的速度超級(jí)無地塊,否則,實(shí)際上每條線可以分到的有電壓的時(shí)間是非常短的,一旦電壓移到下一條線上,原來這條線上的像素就全都暗下去了,整體畫面給人的感覺是非常暗淡,不明亮的。還有一個(gè)問題就是,如果某個(gè)像素不該點(diǎn)亮,但是因?yàn)樗赃叺南袼卦摫稽c(diǎn)亮,所以相應(yīng)的X軸被加上了電壓,這個(gè)像素也會(huì)受到旁邊像素的一丟丟影響,被點(diǎn)亮一丟丟,結(jié)果就是圖像的清晰度很不好,圖像的邊緣會(huì)模糊。怎么解決這兩個(gè)問題呢?像上圖右側(cè)這樣,在每一個(gè)像素上都加一個(gè)開關(guān)和一個(gè)晶體管電容。一旦加上電壓,首先這個(gè)電容是可以保存能量的,在電壓再次回到這一條線的像素上之前,電容會(huì)釋放自己保存的電壓來保持像素的亮度。這樣,整體的亮度就會(huì)得到大幅提升。其次,每個(gè)像素的開關(guān)起到一個(gè)門檻的作用,這樣,如果一個(gè)像素被加上電壓點(diǎn)亮,給相鄰的像素帶來一丟丟影響,因?yàn)殚T檻的存在,這一丟丟的影響是不能點(diǎn)亮相鄰的像素的。這種方式就做做Active Matrix(AMOLED的AM就是Active Matrix的縮寫)。AM的好處當(dāng)然是大大的,但是這樣的成本就是TFT的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜,1080P的分辨率就不僅僅是600多萬個(gè)電氣元件了,像OLED那種每個(gè)像素需要至少五、六個(gè)晶體管的,豈不是最少也要3000多萬個(gè)晶體管?如果是4K分辨率呢?好酸爽啊~好在我們?nèi)祟愂呛苈斆鞯?,我們可以用一種類似于洗照片的“光刻”技術(shù)來制造出非常精密的電路來,而且我們還能結(jié)合一種叫“蒸鍍”的方式,在透明的材料上畫出這些復(fù)雜的電器元件和電路,好像神筆馬良一樣,神乎其技。三、DDIC的封裝形式自從三星在2013年首次推出曲面屏(Curved Display),柔性顯示屏技術(shù)迅速發(fā)展。大體上,顯示屏分兩類,即硬質(zhì)顯示屏和柔性顯示屏。硬質(zhì)顯示屏使用硬質(zhì)玻璃作為基板,而柔性屏使用一種塑料(polyimide,聚酰亞胺,簡(jiǎn)稱PI,有機(jī)高分子材料)作為基板,具有可彎曲、可折疊、可卷曲的性能。一些高端智能手機(jī)在屏幕邊緣彎折,提升了質(zhì)感,就是歸功于這種材料。隨著柔性屏發(fā)展,為了提高屏占比(screen to body ratio),DDIC的COF(chip on film)封裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)的LCD液晶顯示模組的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:?圖中,紅色虛線之間的區(qū)域就是我們所說的顯示區(qū)域,也就是屏幕發(fā)亮的區(qū)域,紅色虛線之外的部分就是我們常說的上border(額頭)和下border(下巴)以及左右邊框(圖中未體現(xiàn))。其中,上border和左右邊框的預(yù)留寬度主要用于整個(gè)液晶顯示模組與手機(jī)前殼貼合部分的點(diǎn)膠,這個(gè)寬度大概在2-3mm左右。但是,下border部分除了給點(diǎn)膠預(yù)留的寬度外,還有我們屏幕的驅(qū)動(dòng)IC和FPC排線(FPC排線通過bonding和TFT Array連接),驅(qū)動(dòng)IC主要用于控制液晶層的電壓,從而控制屏幕每一個(gè)pixel的亮度,而FPC主要就是將液晶顯示模組和手機(jī)主板連接起來。這個(gè)部分決定了手機(jī)的下巴有多厚。上圖顯示的液晶顯示模組采用的封裝技術(shù)就是我們說的COG封裝。TFT薄膜晶體電路是有一個(gè)TFT substrate作為基材的,在COG封裝中,這個(gè)基材通常是玻璃材料,不可彎折的,這也就是COG封裝的LCM模組下巴厚的原因。那么在COF封裝中,TFT薄膜晶體電路的基材也是玻璃,但是與COG不一樣的是,驅(qū)動(dòng)電路集成到了FPC軟板上,所以下border部分只需要預(yù)留出一個(gè)bonding的區(qū)域給FPC和TFT連接,這樣能將下border的厚度減少1.5mm左右,如下圖所示。目前,各大廠商的非旗艦安卓機(jī)基本都是采用COF封裝形式。?而對(duì)于COP封裝,只能采用OLED屏幕,因?yàn)樵贠LED屏幕中,ITO的基材可以是玻璃,也可以是一種可彎折塑料。如果基材是塑料的話,可以將連接FPC和驅(qū)動(dòng)IC的基材部分實(shí)現(xiàn)彎折,從而只需要預(yù)留出點(diǎn)膠區(qū)域的寬度就行,這種情況下,下border能做到更薄,這也就是為什么IPhone X的下巴可以做到那么窄。COP封裝在OLED屏幕中實(shí)現(xiàn)的原理如下圖所示:?在遙遠(yuǎn)的未來,隨著TFT本身半導(dǎo)體密度的增加,有可能實(shí)現(xiàn)把DDI整體直接做成TFT的一部分,而不是使用單獨(dú)的芯片來完成這個(gè)任務(wù),當(dāng)然,因?yàn)門FT的物理材質(zhì)比不上一般IC的單晶硅優(yōu)秀,所以計(jì)算能力上肯定有巨大的差距,但是隨著IGZO等優(yōu)秀的新型材料的不斷產(chǎn)生,甚至未來可能會(huì)出現(xiàn)單晶硅TFT,那么進(jìn)一步發(fā)展在TFT里面加入更多的IC功能,最終實(shí)現(xiàn)以屏幕為中心的計(jì)算也是非常有可能的。然而,在那之前,可能更現(xiàn)實(shí)的是在DDI中集合更多的IC功能,或者反過來說把DDI功能集合到其他IC中去。目前來說,DDI與觸屏控制之間的融合趨勢(shì)很明顯,所以很多觸屏芯片公司和DDI公司都在試圖通過收購(gòu)并購(gòu)來進(jìn)入對(duì)方的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)整合。比如觸屏芯片與指紋識(shí)別芯片廠商Synaptics在2016年收購(gòu)了DDI廠商Renesas。這種綜合了各種功能的DDI叫做TDDI(Touch and Display Driver IC,或者是Touch and Display Driver Integration)。四、國(guó)內(nèi)OLED驅(qū)動(dòng)芯片DDIC企業(yè)概況國(guó)內(nèi)做顯示驅(qū)動(dòng)芯片的玩家主要有中穎電子(子公司芯穎)、格科微、集創(chuàng)北方、新相微電子、晶門科技、云英谷、吉迪思、晟合微、奕斯偉等芯片廠商,紛紛開始加緊布局。中穎電子早在2015年就與和輝光電合作開發(fā)了AMOLED驅(qū)動(dòng)芯片,實(shí)現(xiàn)了首個(gè)AMOLED國(guó)內(nèi)量產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈合作。芯穎科技有限公司于2016年由中穎電子投資成立,前身是中穎電子股份有限公司下屬的顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì),始終專注從事顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片的研發(fā)和設(shè)計(jì)。從2000年開始,就以接受委托研發(fā)的方式,開發(fā)了多顆STN和TFT液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片;2004至2016年間陸續(xù)為昆山維信諾、錸寶、智晶、信利設(shè)計(jì)推出多顆PM-OLED顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片;芯穎科技的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在2011年就展開AMOLED顯示驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì),并于2013年陸續(xù)展開HD、FHD硬屏AMOLED顯示驅(qū)動(dòng)芯片, 于2014年12月開始量產(chǎn)。2011年至2016年又為和輝光電、京東方等一線大廠定制化研發(fā)了多顆AMOLED顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片。同時(shí),芯穎科技已實(shí)現(xiàn)AMOLED手機(jī)面板驅(qū)動(dòng)芯片量產(chǎn),也是全球主要的PMOLED驅(qū)動(dòng)芯片供貨商之一。格科微的主營(yíng)業(yè)務(wù)為CMOS圖像傳感器和顯示驅(qū)動(dòng)芯片的研發(fā)、設(shè)計(jì)和銷售。根據(jù)Frost