科普 | 華為首款OLED驅(qū)動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。
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(diǎn)會在電流激勵下點(diǎn)亮，且可通過控制電流大小來控制亮度。
• 至于AMOLED，每一個像素對應(yīng)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(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)”（實現(xiàn)顏色控制），而DDIC扮演了“交通燈”指揮“開關(guān)”如何運(yùn)行。

我們之前講過，現(xiàn)代顯示器的像素的變化是靠TFT來操縱的，具體說是TFT上面的一個一個的像素的電壓的值（或者是On狀態(tài)的時間占空比），但是信息不是一下子以二維的形式傳送到TFT的所有像素上的，而是以掃描的方式按照一定的時間節(jié)奏一個一個的傳輸?shù)摹?/span>負(fù)責(zé)掃描的些芯片就是DDIC，有負(fù)責(zé)橫向的，也有負(fù)責(zé)縱向的。負(fù)責(zé)橫向工作的叫做Gate IC（也叫Row IC），負(fù)責(zé)縱向工作的叫做Source IC（也叫Column IC）。具體掃描方式見下文詳述。 
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(dá)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(jìn)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(jìn)行調(diào)整。另外還需要有一個負(fù)責(zé)分配任務(wù)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(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，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(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，如果我們想同時點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)亮，但是因為它旁邊的像素該被點(diǎn)亮，所以相應(yīng)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(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(guān)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(guān)起到一個門檻的作用，這樣，如果一個像素被加上電壓點(diǎn)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(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(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液晶顯示模組與手機(jī)前殼貼合部分的點(diǎn)膠，這個寬度大概在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(jī)主板連接起來。這個部分決定了手機(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(yù)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(jī)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(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)的芯片來完成這個任務(wù)，當(dāng)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(jìn)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(jìn)入對方的領(lǐng)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(tuán)隊，始終專注從事顯示屏驅(qū)動芯片的研發(fā)和設(shè)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(shè)計推出多顆PM-OLED顯示屏驅(qū)動芯片；芯穎科技的研發(fā)團(tuán)隊在2011年就展開AMOLED顯示驅(qū)動芯片設(shè)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(jī)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(wù)為CMOS圖像傳感器和顯示驅(qū)動芯片的研發(fā)、設(shè)計和銷售。根據(jù)Frost&Sullivan研究數(shù)據(jù)顯示，以2019年出貨量口徑計算，公司在全球市場的CMOS圖像傳感器供應(yīng)商中排名第二，在中國市場的LCD顯示驅(qū)動芯片供應(yīng)商中排名第二。除了被業(yè)界所熟知的CIS業(yè)務(wù)外，格科微顯示驅(qū)動業(yè)務(wù)也推動了公司的發(fā)展。據(jù)其招股書顯示，顯示驅(qū)動芯片產(chǎn)品采用了自主研發(fā)的無外部元器件設(shè)計、圖像壓縮算法等一系列核心技術(shù)，能夠顯著減少顯示屏模組所用的外部元器件數(shù)量，縮小芯片面積，性價比優(yōu)勢突出。同時，發(fā)行人獨(dú)創(chuàng)的COF-Like設(shè)計以更低的成本實現(xiàn)了幀率和屏占比的同步提升。目前，發(fā)行人正在積極進(jìn)行TDDI芯片、AMOLED驅(qū)動芯片等產(chǎn)品的研發(fā)與相關(guān)技術(shù)儲備，未來將實現(xiàn)產(chǎn)品線的進(jìn)一步拓展。2016年11月，集創(chuàng)北方并購了Exar旗下電源管理IC設(shè)計公司iML，與iML完成整合之后，集創(chuàng)北方在面板顯示領(lǐng)域的解決方案組合將進(jìn)一步豐富。十二年來，集創(chuàng)一直圍繞顯示類IC深耕，LED顯示類IC集創(chuàng)已經(jīng)穩(wěn)居市場第一，顯示類電源在國內(nèi)面板廠位列前茅，從去年開始，TV、Monitor等大尺寸顯示驅(qū)動IC逐步上量，今年在TDDI突破品牌客戶，下半年爆發(fā)式成長。集創(chuàng)北方圍繞顯示類的布局已十分的完整和扎實，過去十二年的長期投入和努力逐步進(jìn)入收獲期。放眼未來，新的技術(shù)和方向集創(chuàng)北方也在持續(xù)投入和跟進(jìn)，針對硅基OLED、Micro LED等下一代顯示方向，公司也提前進(jìn)行了布局。新相微電子（上海）有限公司2005年創(chuàng)建，新相作為液晶驅(qū)動芯片行業(yè)的本土化龍頭設(shè)計公司，產(chǎn)品已成功導(dǎo)入國內(nèi)G5、G6、G8面板產(chǎn)線的供應(yīng)鏈，目前各品種IC出貨量已經(jīng)達(dá)到20KK/月以上。公司的產(chǎn)品包括：TFT-LCD、LTPS、AMOLED驅(qū)動芯片、TCON、指紋識別IC等，廣泛應(yīng)用于TV、MNT、NB、Tabletpad、Smartphone。已建立起完整的從硅片生產(chǎn)到封裝、測試的產(chǎn)業(yè)鏈，形成了以京東方、天馬、海信、中芯國際、華虹NEC、臺積電、南茂科技等為核心的上下游戰(zhàn)略合作伙伴。新相微電子將繼續(xù)致力于建立更加高效和便利的客戶服務(wù)體系，助力本土高世代線驅(qū)動芯片國產(chǎn)化。深圳吉迪思電子科技有限公司成立于2015年7月，公司專注于下一代顯示主控芯片的設(shè)計與研發(fā)，是柔性智能手機(jī)AMOLED、筆記本TED、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實）眼鏡硅基OLED光源芯片等智能設(shè)備顯示主控芯片的領(lǐng)跑者。公司擁有國際領(lǐng)先的智能顯示芯片技術(shù)，是國內(nèi)最早研發(fā)商業(yè)AMOLED顯示主控芯片的團(tuán)隊。2016年第二季度，國內(nèi)最早量產(chǎn)HD剛性屏AMOLED顯示主控芯片；2018年9月聯(lián)手國內(nèi)晶圓代工龍頭企業(yè)中芯國際正式量產(chǎn)40nm QHD柔性AMOLED智能手機(jī)面板驅(qū)動芯片，這是國內(nèi)唯一量產(chǎn)的柔性AMOLED顯示主控芯片。深圳云英谷科技有限公司成立于2012年5月。主要以顯示技術(shù)的研發(fā)、IP授權(quán)以及顯示驅(qū)動芯片/電路板卡的生產(chǎn)與銷售作為核心業(yè)務(wù)。目前公司的時序控制芯片(TCON)、AMOLED驅(qū)動芯片、硅基OLED均在研發(fā)中。重點(diǎn)面向手機(jī)、筆記本電腦、電視、AR/VR等消費(fèi)類電子市場。公司已獲得了多家VC及半導(dǎo)體顯示領(lǐng)域領(lǐng)軍企業(yè)的青睞與投資，業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，規(guī)模正不斷擴(kuò)大。2013年維信諾與晶門科技研制成功中國大陸首顆AMOLED驅(qū)動芯片。晶門科技于2016年11月收購了Microchip部分技術(shù)加maXTouch半導(dǎo)體產(chǎn)品。目前晶門科技的PMOLED產(chǎn)品占市場份額超過50%，是行業(yè)細(xì)分市場龍頭。廣東晟合微電子有限公司也是一家專業(yè)從事AMOLED驅(qū)動芯片技術(shù)研發(fā)、咨詢與服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)。公司產(chǎn)品主要包括智能穿戴類AMOLED驅(qū)動芯片、手機(jī)類AMOLED驅(qū)動芯片等。2018年3月正式落戶廣東肇慶，5月份首批25名專家至肇慶工作，同年7月首顆穿戴類驅(qū)動芯片在臺積電流片成功，并于11月份結(jié)束了該產(chǎn)品量產(chǎn)可靠性測試&品質(zhì)測試。隨后，手機(jī)類驅(qū)動芯片系列產(chǎn)品相繼產(chǎn)出，并得到終端客戶的驗證。2019年，晟合微電子實現(xiàn)了SH880X系列手機(jī)用驅(qū)動芯片量產(chǎn)，并取得ISO9000和ISO14000認(rèn)證。晟合微電子員工平均擁有超過19年的顯示行業(yè)經(jīng)驗，團(tuán)隊負(fù)責(zé)過大量LCD/OLED產(chǎn)品生產(chǎn)定制工作，實戰(zhàn)經(jīng)驗豐富。晟合微電子正以O(shè)LED驅(qū)動這個小切口拓展契合顯示產(chǎn)業(yè)未來的技術(shù)能力，全力推動國內(nèi)OLED驅(qū)動芯片行業(yè)發(fā)展。北京奕斯偉計算技術(shù)有限公司成立于2019年9月24日，主要生產(chǎn)OLED 面板的DDIC。DDIC 是OLED 的關(guān)鍵零組件，能控制強(qiáng)化畫質(zhì)的畫素。DDIC 廣泛用于OLED 電視、智慧手機(jī)、智慧手表、平板電腦等。奕斯偉的法定代表人是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人物王東升。王東升在 1993 年創(chuàng)立了京東方 BOE（京東方），在他的帶領(lǐng)下，京東方成為全球半導(dǎo)體顯示產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)，全球有超過四分之一的顯示屏來自 BOE（京東方）。在今年6月，奕斯偉獲得新一輪融資。來源：啃書拉比、芯天下