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    数字驱动实现HDR显示特性


    首先了解什么是数字驱动?


    近几年,XR显示技术不断趋于纵深发展。硅基OLED微显示这种在硅基面板上使用CMOS电路来驱动OLED像素的显示方案,逐渐走入大众视野。特别是在苹果Vision Pro问世之后,硅基OLED显示屏与Pancake光学技术相叠加的组合方式,逐步成为高端XR设备显示系统的理想之选。

    我们知道硅基OLED技术之所以能够兴起并走向繁荣,其背后的驱动力源于显示设备小型化的需求。尤其是对于VR、MR、AR设备等对体积和重量有严格要求的应用场景,需要高度集成的显示技术。通过CMOS工艺在很小的硅基片上集成高密度的像素驱动电路,有助于实现更轻薄的显示设备,提高用户的佩戴舒适度。

    而在硅基OLED显示面板的运行机制中,像素驱动电路就如同一群幕后工作者,它们各司其职,默默发挥着关键作用,这才让硅基OLED屏幕得以展现出绚丽多彩的画面。

    可以说像素驱动电路掌握着每个像素的亮灭与亮度调节。

     

    电流管家——模拟驱动

    把硅基OLED屏幕在显微镜下放大50倍就可以看到由R、G、B子像素组成的像素阵列。像素要发光,驱动电路就要为其供电,并通过调节驱动管两端的电压来控制电流,微调电压,就可以得到不同的电流。流过的电流小,像素的灰度层级就低,组成图像的低灰度区域;流过的电流大,像素灰度层级就高,组成图像的高灰度区域。驱动电路也负责色彩调配,通过精确控制不同子像素的电流大小,每个子像素发出不同颜色的光,混合出各种各样的颜色。理想的像素驱动电路就像一个精准的电流管家,负责给每个子像素提供恰到好处的电流。

    模拟驱动就这样产生了。模拟驱动一般通过调整每个像素驱动管的栅极电压来控制电流,就像是在微调像素的电压旋钮,试图让它发出从最暗到最亮之间的不同灰度等级的亮度。这种调节信号是连续的,从理论上来说,它的值可以是一定范围内的任意值。


    点亮的开关控制者——数字驱动

    但我们也别忽略了,像素驱动电路的首要功能是控制像素的亮灭。就像给每个像素安装了开关,它可以决定什么时刻让像素发光,什么时刻让像素熄灭。数字驱动的运用正是利用了这一功能。

    数字驱动电路也同样供应电源到像素单元,但调节像素的亮度并不是通过调整电压或电流,而是始终保持控制电压100%恒定,调整每个像素点亮和熄灭时间的占比。

    像素亮的时间长一些,灭的时间短一些,就得到高亮像素,形成图像的高灰度区域;像素亮的时间短一些,灭的时间长一些,就得到低亮像素,形成图像的低灰度区域。在混合颜色时,子像素的亮灭时间同样经过精确控制,按照各自的占空比发光,配置特定的发光比例,获得各种各样的颜色。

     

    我们可以这样认为,无论是哪一种驱动方式,其本质都是为了驱动像素发出特定的光,只要是理想的驱动电路,都能够精准地对像素亮度进行控制。


    数字驱动实现更广泛的HDR显示


    当我们将理论应用到实际当中时就会发现,硅基OLED自身的一些特性会对驱动方式的调节效果产生影响。硅基OLED属于微型化的OLED(Micro-OLED),它在实际发光时所需的电流极小,为nA级,低灰阶区域电流更小,仅为pA级。在这样的情况下,驱动管对该区域的电压变化极为敏感,哪怕是极其微小的电压变化,都会致使亮度出现大幅度的波动。

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    在这种情形下,数字驱动的优越性就彰显出来了。数字驱动能够避免上述问题的出现。

    为什么这么说呢?

    因为数字驱动并不依赖连续的电压或者电流调节,而是通过对像素点亮与熄灭时间占比的调整来把控亮度,从而精准地还原图像里的各类灰度层次。这是一种离散的信号,举例来说,数字驱动能够把一个亮度周期划分成固定数量的时间单元,然后凭借精确调控点亮时间单元的数量,达成不同的亮度等级。这样一来,数字驱动就能够精确控制每个像素和子像素的亮度,即使在低灰阶的情况下也毫无例外。

    与之不同,模拟信号是连续变化的,理论上能取任意值。然而在实际操作中,一些相邻亮度级别的低亮像素其电流差异往往十分细微,此时模拟信号可能就无法对这些像素精确分级,致使部分灰度缺失,造成图像暗部细节晦暗不清。在混合颜色时,低灰阶下子像素实现不了正确的亮度比例,导致颜色失真,图像变得不真实。数字驱动子像素的亮灭时间比例经过数字信号的精确控制,维持了正确的发光比例,保证了色域的稳定,实现更逼真的显示效果。

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    数字驱动在全灰度范围内呈现出更为平滑、细节更丰富的图像。

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