屏幕材质LTPO科普

由于众所周知的原因，最近肯定会有大批人出来给你科普LTPO是什么，LTPO自适应刷新率有多么神奇，LTPO是改变OLED的技术等等等…… 所以我要提前占领高地。我讲的不一定对，但是你可以确信我是自己查资料积累的，不是像一些人道听途说复制粘贴的。请观众朋友们点个赞，收藏点关注。

TFT

首先必须从TFT讲起。TFT就是Thin Film Transistor：薄膜晶体管。ltpo，ltps什么的这些都是制造TFT的技术与材料。TFT说白了就是制造成薄膜形态的集成电路，下图是一个基于非晶硅TFT的RFID，屏幕上的TFT就是这种薄膜晶体管电路的微缩版

具体到屏幕，TFT又是怎么工作的呢？

来自华星光电CN106097967A

这是一个OLED发光单元和用来控制它发光的TFT最简原理图。

当驱动芯片（DDIC）发来的扫描信号通过DATA线到达开关T1时，T1把这个信号传到开关T2，T2导通OLED发光，同时电容Cst开始充电。扫描信号过去，电容C继续给T2提供栅极电压，让T2持续导通，OLED持续发光。

T3的作用是复位开关和PWM占空比调制。上面的点亮扫描过去后，经过一段时间DG扫描信号打开T3让电容放电，T2关闭，OLED发光单元熄灭。上面的扫描频率就是屏幕的PWM频率。DATA扫描时间到DG扫描时间之间的间隔就是PWM占空比。

T1、C、T2、T3都是TFT。当然这只是最简原理，实际电路要复杂的多。有的TFT还带有补偿电路，修正TFT均一性问题。

做了一个PWM扫描演示图。图中上下分了4等分并行扫描，我分了4种颜色。实际屏幕有分4部分的，有分3部分的

上面还没有提到屏幕刷新，比如60Hz刷新率的OLED，PWM频率是240Hz。也就是上面的扫描每经过4次就会更新一次data信号。如果DDIC那边有新的显示数据，更新data信号后屏幕画面就刷新了。

实拍照片，图中有4条扫描线，第3条可以看到有紫色的边，这个紫色的边就是更新data时留下的残影（肉眼看不见）。

所以我们可以看出一个结论：PWM频率时刷新率的整数倍。上面这个手机刷新率90Hz，PWM频率360Hz，360也是60的整数倍，所以90Hz屏幕也可以设置成60Hz刷新率。120Hz屏幕一般PWM频率是480Hz。这就解释了为什么120Hz的屏幕不能设置成90Hz，因为480不是90的整数倍。如果要切换成90Hz，那么需要先把PWM频率切换到360Hz才行。

120Hz屏幕可以设置成60Hz、40Hz、30Hz、24Hz等等，但25Hz、48Hz、50Hz等都不能直接切换，也必须先切换PWM频率才可以。

各种TFT

根据TFT的制造技术和材料分类，主要有a-Si（非晶硅）、HTPS（高温多晶硅）、LTPS（低温多晶硅）、IGZO（铟镓锌氧化物）、LTPO（低温多晶氧化物）

a-Si（非晶硅）

成熟，简单，成本低，应用最广泛的技术。但非晶硅 TFT 电子迁移率很低，为了保证晶体管性能不得不把晶体管做大，用于屏幕这就限制了像素开口率（显示部分的面积占比）。所以非晶硅TFT更适合制造电视、显示器、笔记本等大尺寸屏幕，尺寸越大相应的像素开口率越大，非晶硅的缺点越不明显。所以直到现在大尺寸面板绝大部分都是非晶硅。以前手机等小尺寸也用非晶硅，现在逐渐被淘汰了。

HTPS（高温多晶硅）

用高温烧结把非晶硅转变成多晶硅的技术就叫高温多晶硅。高温多晶硅 TFT 电子迁移率最高，但高温烧结工艺要求基板需要耐高温，所以只能使用水晶玻璃。一般HTPS用于制造超小尺寸面板，比如相机里的电子取景器

3LCD 投影用的LCD面板

LTPS（低温多晶硅）

跟高温多晶硅的区别是低温多晶硅采用激光加热生成多晶硅。因为基板不需要耐那么高的温度，LTPS继承了HTPS优点，同时还适合制造中小尺寸面板。所以大多数手机屏幕就淘汰了a-Si用上了LTPS。

IGZO（铟镓锌氧化物）

氧化物TFT 制造流程类似a-Si，它的电子迁移率比a-Si高几十倍但还是不如LTPS。IGZO和a-Si一样没有尺寸限制，所以以前有两种观点：一种认为IGZO通吃大小尺寸成本也比较低，将会摧枯拉朽一统大小尺寸各种面板。另一种观点认为a-Si对大尺寸足够用，中小尺寸IGZO对LTPS没有明显优势，IGZO谁也替代不了。当然现在我们直到第二种观点赢了。

LTPO（低温多晶氧化物）

LTPO它终于出场了。LTPO是LTPS和IGZO的混合产物。最早使用这种技术的量产产品就是Apple Watch Serial 5，然后是三星S20U、S21U两款手机屏幕。为什么TFT要混用两种技术呢？这事说起来比较复杂，我自己都没有弄懂，所以这里主要结合厂商申请的相关专利来合理推测一二：

苹果，US20200335528A1

苹果的LTPO专利向我们介绍了两种TFT 的主要区别：LTPS晶体管有更好的开关速度，响应快，更强的电流驱动能力。IGZO氧化物晶体管漏电低，均一性高。考虑二者的特点，LTPS更适用于控制部分晶体管，IGZO更适用于驱动开关部分。

也就是对应T2开关这部分TFT 更适合采用IGZO，其他控制部分TFT 适合LTPS

华星光电专利：

华星光电 CN109326633

LTPO混合TFT可降低成本，降低功耗

京东方专利：

京东方 CN109300840A

这里面描述了比较多的信息：

LTPS电子迁移率大使得漏电流也比较大，低频驱动功耗较大，难以保持静态黑，画面差（这讲的似乎前后不大挨着）

为了降低漏电需要把LTPS TFT 做大，影响分辨率、PPI

LTPS迟滞较大，容易出现残影

IGZO氧化物TFT与上面的LTPO缺点形成互补

总结一下：苹果没怎么提及功耗。京东方提到LTPS漏电较大所以低频驱动功耗大，但是这个语焉不详，我无法理解功耗大跟低频有什么关系？另外漏电流对功耗存在什么程度的影响不得而知。从另一份介绍中可以看到

LTPO可降低5%-15%的功耗。但是从前面的LTPS、IGZO漏电对比图可以看出这份资料明显在夸大IGZO的优点。这才是LTPS的伏安曲线

所以他提供的降低5%-15%的功耗我持怀疑态度。

苹果和京东方都讲到LTPS均一性问题。这个问题我们都见过，OLED屏幕低亮度下画面很脏，有明显的麻布感主要就是LTPS均一性较差造成的。（也有OLED本身的均一性的原因）

所以LTPO可能会改善这种现象。只是说可能，S20U、S21U两款手机已经用了LTPO，它们的表现可以说明问题。

还有刷新率问题，我看到很多人对LTPO有误解，以为LTPO就是一种可以让屏幕刷新率低到1Hz的技术。这种误解肯定跟苹果Apple Watch可以低到1Hz刷新率有关。实际上呢，上面三份专利都没有提到LTPO有低刷新率的特点。京东方专利中说的LTPS低刷新率功耗大，意思是低刷新率功耗相对大，也就是功耗降低不理想的意思，不是说刷新率低反而功耗升高了。

我前面花了很多篇幅在讲OLED的PWM扫描和屏幕刷新原理，就是为这里做准备的。如果你看懂了那个原理你会发现，其实如果PWM频率一定，屏幕刷新率无论是120Hz还是1Hz它的功耗应该是基本没变化的，因为两种刷新率都是以480Hz的频率在打开关闭OLED。区别是120Hz下每4个PWM周期更新一次DATA，1Hz下是480个周期才更新一次。

显然无论LTPS还是LTPO都一样，刷新率高低不能明显改变屏幕的功耗。需要说明我们手机打开DC调光功能并不是变成了非PWM调光，而是将PWM占空比调到了100%，实际上屏幕依然在进行前面讲解的PWM扫描过程。也许在非PWM调光的屏幕上LTPO可以降低低刷新率的功耗，非PWM调光只有在画面需要刷新的时候才扫描一次更新DATA。只是猜测，并不不知道原理。

那么网上传的LTPO可以实现低刷新率的说法到底怎么回事呢？Apple Watch之前我们的OLED屏幕不能实现低刷新率纯粹是没这种需求，所以显示驱动芯片（DDIC）不支持罢了。DDIC支持的情况下一样可以任意切换刷新率。Apple
Watch极度渴求低功耗，LTPO可以降低功耗，低刷新率可以降低功耗。二者强强联合于是LTPO和低刷新率就同时诞生了。不明真相的群众很自然就把LTPO和低刷新率捆绑在一起了。

总结

经过查资料，LTPO相比LTPS优势也只有漏电更低功耗相对低一些这一点可以确认。而且无法确定控制变量情况下功耗具体可以降低多少。唯一的数据5%-15%功耗降低也无法佐证。

其次LTPO可解决LTPS一致性较差的问题，可能可以改善LTPS OLED低亮度下脏屏、偏色之类的问题。但这一点需要看实际表现，据说S20U也有低亮度脏屏问题。

LTPO并不会比LTPS更容易实现低刷新率。也许LTPO实现低刷新率在画面质量、功耗等方面相比LTPS有优势，但都是传言无法证实。

所以LTPO肯定是未来OLED屏幕的大方向了，只是不要期望这种技术会带来天翻地覆的变化。有变化往往是采用各种新技术、新工艺带来的综合改变，不要为了太高LTPO把不属于它的功劳都戴在它头上了。