華為首款OLED驅(qū)動IC試產(chǎn)完成！一文幫你解讀何為OLED?DDIC......
[導讀]7月19日消息,華為海思首款OLED驅(qū)動芯片目前已經(jīng)進入試產(chǎn)階段。該芯片預計今年年底就可以正式向供應商交付,華為旗下的產(chǎn)品也有望采用。華為海思這款柔性OLED芯片采用40nm制程工藝,計劃明年上半年量產(chǎn),樣品已經(jīng)送給京東方、華為、榮耀測試。但7月22日有消息稱，華為海思正加緊開發(fā)...
7月19日消息,華為海思首款 OLED 驅(qū)動芯片目前已經(jīng)進入試產(chǎn)階段。該芯片預計今年年底就可以正式向供應商交付,華為旗下的產(chǎn)品也有望采用。華為海思這款柔性 OLED 芯片采用 40nm 制程工藝,計劃明年上半年量產(chǎn),樣品已經(jīng)送給京東方、華為、榮耀測試。
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IC (DDI)在獲取40/28nm 工藝制造和封測產(chǎn)能以及高端芯片測試支持面臨困難。這個備受大家關注的OLED的DDIC到底是什么，為什么這么難？一、什么是OLED DDIC
顯示驅(qū)動芯片（Display Driver Integrated Circuit，簡稱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。同時，OLED要求實現(xiàn)比LCD更低的功耗，以實現(xiàn)更高續(xù)航。DDIC通過電信號驅(qū)動顯示面板，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）：
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。因為LTPS（Low Temperature Poly-Silicon，簡稱為p-Si）材質(zhì)的不均一，屏幕越大，信號到達TFT各個角落的時間的差異就越大，那么畫面就會出現(xiàn)意想不到的撕裂的現(xiàn)象。所以先進的OLED DDI里面可以儲存一張自己驅(qū)動的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信號進行調(diào)整。另外還需要有一個負責分配任務給它們的芯片，叫做Timing Controller，簡稱T-CON。一般情況下，T-CON是顯示器里面最復雜的芯片，也可以看做是顯示器的“CPU"。它主要負責分析從主機傳來的信號，并拆解、轉(zhuǎn)化為Source/Gate IC可以理解的信號，再分配給Source/Gate去執(zhí)行，T-CON具有這種功能是因為T-CON具有Source/Gate沒有的控制時間節(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)動顯示屏。從上圖可以看到，給相應的行和列加上電壓就可以點亮相應的像素了。但是問題來了，如果我們想同時點亮2B和5E，給2列、5列以及B行、E行同時加電壓的話，會發(fā)現(xiàn)連5B和2E也被無辜點亮。為了防止這種情況的發(fā)生，我們必須在時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，因為視覺殘留現(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就是，除非我們每條線切換的速度超級無地塊，否則，實際上每條線可以分到的有電壓的時間是非常短的，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。還有一個問題就是，如果某個像素不該點亮，但是因為它旁邊的像素該被點亮，所以相應的X軸被加上了電壓，這個像素也會受到旁邊像素的一丟丟影響，被點亮一丟丟，結(jié)果就是圖像的清晰度很不好，圖像的邊緣會模糊。怎么解決這兩個問題呢？像上圖右側(cè)這樣，在每一個像素上都加一個開關和一個晶體管電容。一旦加上電壓，首先這個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，整體的亮度就會得到大幅提升。其次，每個像素的開關起到一個門檻的作用，這樣，如果一個像素被加上電壓點亮，給相鄰的像素帶來一丟丟影響，因為門檻的存在，這一丟丟的影響是不能點亮相鄰的像素的。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)變得更加復雜，1080P的分辨率就不僅僅是600多萬個電氣元件了，像OLED那種每個像素需要至少五、六個晶體管的，豈不是最少也要3000多萬個晶體管？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，簡稱PI，有機高分子材料）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）封裝技術應運而生。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和左右邊框的預留寬度主要用于整個液晶顯示模組與手機前殼貼合部分的點膠，這個寬度大概在2-3mm左右。但是，下border部分除了給點膠預留的寬度外，還有我們屏幕的驅(qū)動IC和FPC排線（FPC排線通過bonding和TFT Array連接），驅(qū)動IC主要用于控制液晶層的電壓，從而控制屏幕每一個pixel的亮度，而FPC主要就是將液晶顯示模組和手機主板連接起來。這個部分決定了手機的下巴有多厚。上圖顯示的液晶顯示模組采用的封裝技術就是我們說的COG封裝。TFT薄膜晶體電路是有一個TFT substrate作為基材的，在COG封裝中，這個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)動電路集成到了FPC軟板上，所以下border部分只需要預留出一個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基本都是采用COF封裝形式。?而對于COP封裝，只能采用OLED屏幕，因為在OLED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IC的基材部分實現(xiàn)彎折，從而只需要預留出點膠區(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屏幕中實現(xiàn)的原理如下圖所示：?在遙遠的未來，隨著TFT本身半導體密度的增加，有可能實現(xiàn)把DDI整體直接做成TFT的一部分，而不是使用單獨的芯片來完成這個任務，當然，因為TFT的物理材質(zhì)比不上一般IC的單晶硅優(yōu)秀，所以計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，甚至未來可能會出現(xiàn)單晶硅TFT，那么進一步發(fā)展在TFT里面加入更多的IC功能，最終實現(xiàn)以屏幕為中心的計算也是非常有可能的。然而，在那之前，可能更現(xiàn)實的是在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并購來進入對方的領域?qū)崿F(xiàn)整合。比如觸屏芯片與指紋識別芯片廠商Synaptics在2016年收購了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、國內(nèi)OLED驅(qū)動芯片DDIC企業(yè)概況國內(nèi)做顯示驅(qū)動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)動芯片，實現(xiàn)了首個AMOLED國內(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)動芯片研發(fā)團隊，始終專注從事顯示屏驅(qū)動芯片的研發(fā)和設計。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)動芯片；2004至2016年間陸續(xù)為昆山維信諾、錸寶、智晶、信利設計推出多顆PM-OLED顯示屏驅(qū)動芯片；芯穎科技的研發(fā)團隊在2011年就展開AMOLED顯示驅(qū)動芯片設計，并于2013年陸續(xù)展開HD、FHD硬屏AMOLED顯示驅(qū)動芯片， 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)動芯片。同時，芯穎科技已實現(xiàn)AMOLED手機面板驅(qū)動芯片量產(chǎn)，也是全球主要的PMOLED驅(qū)動芯片供貨商之一。格科微的主營業(yè)務為CMOS圖像傳感器和顯示驅(qū)動芯片的研發(fā)、設計和銷售。根據(jù)Frost
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IC (DDI)在獲取40/28nm 工藝制造和封測產(chǎn)能以及高端芯片測試支持面臨困難。這個備受大家關注的OLED的DDIC到底是什么，為什么這么難？一、什么是OLED DDIC
顯示驅(qū)動芯片（Display Driver Integrated Circuit，簡稱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。同時，OLED要求實現(xiàn)比LCD更低的功耗，以實現(xiàn)更高續(xù)航。DDIC通過電信號驅(qū)動顯示面板，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同時向面板的水平端口和垂直端口輸入電流，像素點會在電流激勵下點亮，且可通過控制電流大小來控制亮度。
- 至于AMOLED，每一個像素對應著TFT層（Thin Film Transistor）和數(shù)據(jù)存儲電容，其可以控制每一個像素的灰度，這種方式實現(xiàn)了低功耗和延長壽命。DDIC通過TFT來控制每一個像素。每一個像素由多個子像素組成，來代表RGB三原色（R紅色，G綠色，B藍色）。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”（實現(xiàn)顏色控制），而DDIC扮演了“交通燈”指揮“開關”如何運行。
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。因為LTPS（Low Temperature Poly-Silicon，簡稱為p-Si）材質(zhì)的不均一，屏幕越大，信號到達TFT各個角落的時間的差異就越大，那么畫面就會出現(xiàn)意想不到的撕裂的現(xiàn)象。所以先進的OLED DDI里面可以儲存一張自己驅(qū)動的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信號進行調(diào)整。另外還需要有一個負責分配任務給它們的芯片，叫做Timing Controller，簡稱T-CON。一般情況下，T-CON是顯示器里面最復雜的芯片，也可以看做是顯示器的“CPU"。它主要負責分析從主機傳來的信號，并拆解、轉(zhuǎn)化為Source/Gate IC可以理解的信號，再分配給Source/Gate去執(zhí)行，T-CON具有這種功能是因為T-CON具有Source/Gate沒有的控制時間節(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)動顯示屏。從上圖可以看到，給相應的行和列加上電壓就可以點亮相應的像素了。但是問題來了，如果我們想同時點亮2B和5E，給2列、5列以及B行、E行同時加電壓的話，會發(fā)現(xiàn)連5B和2E也被無辜點亮。為了防止這種情況的發(fā)生，我們必須在時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，因為視覺殘留現(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就是，除非我們每條線切換的速度超級無地塊，否則，實際上每條線可以分到的有電壓的時間是非常短的，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。還有一個問題就是，如果某個像素不該點亮，但是因為它旁邊的像素該被點亮，所以相應的X軸被加上了電壓，這個像素也會受到旁邊像素的一丟丟影響，被點亮一丟丟，結(jié)果就是圖像的清晰度很不好，圖像的邊緣會模糊。怎么解決這兩個問題呢？像上圖右側(cè)這樣，在每一個像素上都加一個開關和一個晶體管電容。一旦加上電壓，首先這個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，整體的亮度就會得到大幅提升。其次，每個像素的開關起到一個門檻的作用，這樣，如果一個像素被加上電壓點亮，給相鄰的像素帶來一丟丟影響，因為門檻的存在，這一丟丟的影響是不能點亮相鄰的像素的。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)變得更加復雜，1080P的分辨率就不僅僅是600多萬個電氣元件了，像OLED那種每個像素需要至少五、六個晶體管的，豈不是最少也要3000多萬個晶體管？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，簡稱PI，有機高分子材料）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）封裝技術應運而生。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和左右邊框的預留寬度主要用于整個液晶顯示模組與手機前殼貼合部分的點膠，這個寬度大概在2-3mm左右。但是，下border部分除了給點膠預留的寬度外，還有我們屏幕的驅(qū)動IC和FPC排線（FPC排線通過bonding和TFT Array連接），驅(qū)動IC主要用于控制液晶層的電壓，從而控制屏幕每一個pixel的亮度，而FPC主要就是將液晶顯示模組和手機主板連接起來。這個部分決定了手機的下巴有多厚。上圖顯示的液晶顯示模組采用的封裝技術就是我們說的COG封裝。TFT薄膜晶體電路是有一個TFT substrate作為基材的，在COG封裝中，這個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)動電路集成到了FPC軟板上，所以下border部分只需要預留出一個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基本都是采用COF封裝形式。?而對于COP封裝，只能采用OLED屏幕，因為在OLED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IC的基材部分實現(xiàn)彎折，從而只需要預留出點膠區(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屏幕中實現(xiàn)的原理如下圖所示：?在遙遠的未來，隨著TFT本身半導體密度的增加，有可能實現(xiàn)把DDI整體直接做成TFT的一部分，而不是使用單獨的芯片來完成這個任務，當然，因為TFT的物理材質(zhì)比不上一般IC的單晶硅優(yōu)秀，所以計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，甚至未來可能會出現(xiàn)單晶硅TFT，那么進一步發(fā)展在TFT里面加入更多的IC功能，最終實現(xiàn)以屏幕為中心的計算也是非常有可能的。然而，在那之前，可能更現(xiàn)實的是在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并購來進入對方的領域?qū)崿F(xiàn)整合。比如觸屏芯片與指紋識別芯片廠商Synaptics在2016年收購了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、國內(nèi)OLED驅(qū)動芯片DDIC企業(yè)概況國內(nèi)做顯示驅(qū)動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)動芯片，實現(xiàn)了首個AMOLED國內(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)動芯片研發(fā)團隊，始終專注從事顯示屏驅(qū)動芯片的研發(fā)和設計。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)動芯片；2004至2016年間陸續(xù)為昆山維信諾、錸寶、智晶、信利設計推出多顆PM-OLED顯示屏驅(qū)動芯片；芯穎科技的研發(fā)團隊在2011年就展開AMOLED顯示驅(qū)動芯片設計，并于2013年陸續(xù)展開HD、FHD硬屏AMOLED顯示驅(qū)動芯片， 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)動芯片。同時，芯穎科技已實現(xiàn)AMOLED手機面板驅(qū)動芯片量產(chǎn)，也是全球主要的PMOLED驅(qū)動芯片供貨商之一。格科微的主營業(yè)務為CMOS圖像傳感器和顯示驅(qū)動芯片的研發(fā)、設計和銷售。根據(jù)Frost
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