AMOLED發(fā)展趨勢(shì)

AMOLED是英文Active-matrix organic light emitting diode的簡(jiǎn)寫，中文全稱是有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極體或主動(dòng)矩陣有機(jī)發(fā)光二極體。相對(duì)傳統(tǒng)LCD屏，AMOLED具有著輕薄，柔韌性高，響應(yīng)速度快，對(duì)比度高，功耗低的優(yōu)勢(shì)，并獲得越來(lái)越多的手機(jī)廠商青睞。據(jù)市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，AMOLED屏手機(jī)市場(chǎng)占有率會(huì)在2023年和LCD相持平，2024年超過(guò)LCD的市場(chǎng)占有率。

目前針對(duì)5-8寸市場(chǎng)主流的AMOLED屏驅(qū)動(dòng)電源方案集中在600mA規(guī)格。隨著屏幕的技術(shù)演進(jìn)，為了給用戶在強(qiáng)光下帶來(lái)更好的使用體驗(yàn)，屏幕亮度需要進(jìn)一步提高，這對(duì)AMOLED屏驅(qū)動(dòng)電源芯片提出了更高要求：800mA+的驅(qū)動(dòng)電流。針對(duì)此市場(chǎng)需求，艾為電子推出的AW37577ECSR AMOLED屏驅(qū)動(dòng)電源芯片，在維持WLCSP 2.05mm*2.05mm-25B封裝的情況下，將帶載能力提升到800mA+。

AMOLED顯示屏的痛點(diǎn)

痛點(diǎn)一：閃屏

AMOLED屏的本質(zhì)是用來(lái)向用戶呈現(xiàn)完美畫質(zhì)，增強(qiáng)用戶的使用觀感。但如果這個(gè)時(shí)候屏幕上出現(xiàn)如下水波紋或者閃屏現(xiàn)象，這就相當(dāng)于正在吃飯時(shí)候，碗中出現(xiàn)了蒼蠅，體驗(yàn)感極差。而如此影響用戶體驗(yàn)的問(wèn)題，我們就去探究它的形成因素，如下圖是AMOLED單個(gè)像素點(diǎn)的發(fā)光電路（圖一）：

圖一 AMOLED發(fā)光電路

它的工作過(guò)程如下：

1)復(fù)位階段：SCAN(n-1)使能，其它關(guān)閉，此時(shí)Vint1電壓給N1端初始化

2)補(bǔ)償階段：SCAN（n）使能，其它關(guān)閉，此時(shí)DATA電壓充到N1點(diǎn)，T2處于臨界關(guān)閉條件是（公式一）：

Vgs（T2）= VN1-VDATA-=VTH即VN1= VDATA+VTH ①

3)二極管陽(yáng)極復(fù)位：SCAN（n+1）使能，使發(fā)光二極管陽(yáng)極復(fù)位，保證OLED關(guān)閉

4)發(fā)光階段：EM使能，此時(shí)ELVDD流向ELVSS，使OLED點(diǎn)亮。此時(shí)發(fā)光電流為（公式二）：

ID=1/2μnCoxW/L(Vgs(T2)-VTH)2=1/2μnCoxW/L(VDATA+VTH-ELVDD-VTH)2= 1/2μnCoxW/L(VDATA -ELVDD)2 ②

水波紋場(chǎng)景一分析：

從公式②我們可以發(fā)現(xiàn)AMOLED發(fā)光電流與ELVDD相關(guān)，當(dāng)ID非常小的時(shí)候，此時(shí)ELVDD電壓的微弱變化則會(huì)導(dǎo)致ID的波動(dòng)，ELVDD波動(dòng)頻率較低，此時(shí)就可能發(fā)現(xiàn)我們?nèi)搜劭吹降乃y現(xiàn)象。針對(duì)此問(wèn)題我們?nèi)绾谓鉀Q？

圖二 水波紋場(chǎng)景

接下來(lái)我們探索ELVDD變化的場(chǎng)景：

ELVDD本身紋波影響

DOWN MODE模式進(jìn)退導(dǎo)致的ELVDD電壓變化（針對(duì)DOWN MODE模式本文會(huì)重點(diǎn)說(shuō)明）

針對(duì)第一點(diǎn)AW37577ECSR重點(diǎn)優(yōu)化ELVDD的紋波，使得輕載下ELVDD可以維持在5mV的水平（圖三），這樣可以使ID的變化非常小，可以忽略。

圖三 AW37577ECSR和競(jìng)品ELVDD紋波

針對(duì)第二點(diǎn)，我們先解釋一下DOWN MODE模式，由于ELVDD是BOOST架構(gòu)，我們要保證輸入電壓是小于輸出電壓，但實(shí)際單節(jié)電池手機(jī)系統(tǒng)電壓在電源波動(dòng)時(shí)有可能超過(guò)4.6V，而ELVDD默認(rèn)輸出就是4.6V，此時(shí)占空比會(huì)超過(guò)100%，這是架構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，所以我們引入DOWN MODE模式，利用BOOST 續(xù)流MOS的寄生二極管壓降進(jìn)行降壓。言歸正傳，我們繼續(xù)討論DOWN MODE模式的紋波，由于進(jìn)出DOWN MODE模式紋波較大，AW37577ECSR引入加速輸入電壓變化的瞬態(tài)響應(yīng)技術(shù)，將500mA下的DOWN MODE紋波降至40mV以下，而競(jìng)品要高于60mV。

圖四 DOWN MODE紋波分析

水波紋場(chǎng)景二分析：

上面介紹了ELVDD導(dǎo)致的水紋波場(chǎng)景，針對(duì)ELVSS會(huì)不會(huì)存在呢？答案是肯定的：會(huì)。它如何導(dǎo)致水紋波的呢？我們看一下工作過(guò)程 *3）OLED陽(yáng)極復(fù)位過(guò)程* ，此過(guò)程我們是打開(kāi)T7對(duì)D1陽(yáng)極復(fù)位，目前是將D1寄生電容C2放電，保證黑態(tài)足夠黑。發(fā)光管D1電壓VD1=Vint2-ELVSS。在這里我們思考一下VD1會(huì)影響什么？由二極管V-I特性可知，它會(huì)影響電流，也就是我們D1再次點(diǎn)亮的初始亮度，如果ELVSS波動(dòng)較大，每一幀對(duì)應(yīng)不同電壓幅值，則會(huì)導(dǎo)致我們看到的水波紋現(xiàn)象。AW37577ECSR重點(diǎn)優(yōu)化了ELVSS的紋波，使其在輕載下能達(dá)到6mV（圖六）的水平，這樣就有效避免了低亮度下ELVSS導(dǎo)致的屏幕水波紋現(xiàn)象。

圖五 OLED 陽(yáng)極復(fù)位圖

圖六 AW37577ECSR和競(jìng)品ELVSS紋波

痛點(diǎn)二：功耗

如下圖是手機(jī)日常使用下的功耗分配以及亮度和電流對(duì)應(yīng)關(guān)系：

圖七 手機(jī)耗電與亮度電流對(duì)應(yīng)圖

我們?nèi)粘Ｊ褂檬謾C(jī)的亮度是低于380nit，這種情況下屏幕耗電量占了接近25%。為了提高用戶日常使用手機(jī)時(shí)間，AW37577ECSR著重于用戶的使用場(chǎng)景，引入了APT分級(jí)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，該技術(shù)重點(diǎn)優(yōu)化了200mA以下的中輕載效率，使得在200mA下AW37577ECSR最高效率可以超過(guò)93%。從圖八效率曲線可以看出，在5mA時(shí)候AW37577ECSR比競(jìng)品效率高出至少15%。

圖八 APT分級(jí)驅(qū)動(dòng)

圖九 AW37577ECSR和競(jìng)品效率曲線

除了日常使用，我們的OLED設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還考慮到客戶待機(jī)以及夜晚低亮度使用情況。在這兩種場(chǎng)景下AMOELD顯示屏功耗接近空載（IQ），研發(fā)團(tuán)隊(duì)著重優(yōu)化芯片的空載功耗（IQ），使得全輸入電壓范圍區(qū)間都能保證小于7mA。

圖十 AW37577ECSR和競(jìng)品靜態(tài)功耗（IQ）

痛點(diǎn)三：陽(yáng)光下看不清屏幕

這一點(diǎn)相信大家都有所共鳴，在日光強(qiáng)烈時(shí)候，手機(jī)屏幕總是看不清，即使看清色彩也和室內(nèi)差距非常大，這個(gè)原因是由于強(qiáng)光下手機(jī)的對(duì)比度和亮度有所降低。如何解決這個(gè)問(wèn)題？就是通過(guò)增強(qiáng)陽(yáng)光下的屏幕亮度，目前越來(lái)越多手機(jī)的全局亮度已經(jīng)高于1400nit，vivo近期發(fā)布的X100全局亮度已經(jīng)達(dá)到1600nit，與屏幕亮度相對(duì)應(yīng)的就是強(qiáng)力的電源供電能力，參考圖七手機(jī)亮度與對(duì)應(yīng)電流關(guān)系圖可知，1400nit以上亮度需要800mA+帶載能力。AW37577ECSR突破小封裝帶載能力低的限制，通過(guò)設(shè)計(jì)以及工藝優(yōu)化，將帶載能力提升到800mA+級(jí)別，滿足目前大多6-8寸屏的使用場(chǎng)景。

圖十一 AW37577ECSR最大帶載能力

手機(jī)電池的發(fā)展趨勢(shì)

目前以人造石墨為代表的碳基材料是鋰離子電池負(fù)極的主要使用材料，石墨類負(fù)極材料占據(jù)負(fù)極材料95%的市場(chǎng)份額。現(xiàn)階段商業(yè)化石墨負(fù)極材料已經(jīng)接近其理論比容量極（372mAh/g），為進(jìn)一步提升電池能量密度，尋找更高比容量負(fù)極材料成為產(chǎn)業(yè)研究重點(diǎn)。

硅基負(fù)極的原材料主要由硅材料和石墨構(gòu)成。硅在常溫下與鋰合金化，理論比容量4200mAh/g，是目前石墨類負(fù)極材料的十倍以上。（1）

硅負(fù)極電池帶來(lái)續(xù)航優(yōu)勢(shì)，但也帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。目前硅負(fù)極電池最低電壓可以達(dá)到2.75V，這對(duì)我們芯片的最低工作電壓范圍也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。目前手機(jī)系統(tǒng)大多AMOLED屏驅(qū)動(dòng)電源芯片大多支持2.9V以上的工作電壓，這就要求我們需要在前級(jí)增加一級(jí)Boost，這不僅增加成本，也增加了寸土寸金手機(jī)PCB板的面積。而AW37577ECSR不需要增加前級(jí)Boost，可以直接面對(duì)2.75V輸入電壓的挑戰(zhàn)，此外AW37577ECSR在2.5V輸入電壓下依舊能有600mA帶載能力的出色表現(xiàn)。

AW37577ECSR產(chǎn)品特性

Vin: 2.5V ~ 5.0V

ASWIRE/ESWIRE

ELVDD: 4.6V to 5V，100mV/Step (Default:4.6V)

ELVSS: -6.6V to -1V，100mV/Step (Default:-4V)

AVDD: 6.9V to 7.9V，50mV & 100mV/Step (Default:7.6V)

Max Load Capacity：

√ 150mA(AVDD)

√ 600mA@Vin=2.5V,ELVDD=4.6V，ELVSS=-4V

√ 800mA@Vin=3.2V,ELVDD=4.6V，ELVSS=-5V

√ 800mA@Vin=3.4V,ELVDD=4.6V，ELVSS=-6V

√ Function: PSM Mode、Fast Discharge、SSD、SCP、TSD

Package: WLCSP 2.05mm*2.05mm-25B

典型應(yīng)用

圖十二 AW37577ECSR典型應(yīng)用圖

審核編輯：湯梓紅