智能刷新率之源

高刷新率的后遗症

从2 019下半年开始，越来越多的新款手机就开始配备90Hz起步的高刷新率屏幕了。“屏幕刷新率”的单位为“Hz”，代表屏幕每秒能够刷新的画面数量，手机屏幕的标准刷新率为60Hz，意味着它们每秒能刷新60张画面（图1）。

更高的屏幕刷新率，可以缓解动态画面（如游戏）在高速移动变化中的模糊以及撕裂现象，玩久了也不容易出现莫名的眩晕感。在刷微博或是抖音等屏幕内容滚动变化的场景中，也可以带来更流畅的显示效果（图2）。大家可以找出几年前的老款手机刷下微博，是不是感觉画面总有股莫名的滞涩感？这就是高刷屏幕的核心优势——“用了就回不去了”的体验。

但是，屏幕刷新率越高，随之而来的就是更高的耗电（图3）。为了解决这个问题，很多配备高刷新率屏幕的手机，都会在显示设置中加入“智能切换”的功能，可以让手机根据当前运行的APP，智能切换到高刷提升流畅度，亦或低刷省电，当电量低于某个阈值后强制调低刷新率（图4）。

需要注意的是，这种所谓的智能切换其实都是“伪智能”，因为它的运行机制是“一刀切”，强制让不同类型的APP运行在60Hz、90Hz（或120Hz/144Hz）几个档位上，当我们在几个APP之间进行切换跳转时就会触发刷新率的变化，带来体验上的割裂感。

那么，有没有真正智能的刷新率切换方式呢？答案自然是肯定的，那就是LTPO技术与OLED面板的结合。

OLED和TFT的关系

我们都知道，无论LCD还是OLED，它们的核心都是薄膜晶体管（TFT），差异是LCD需要LED灯条作为点亮TFT的光源，而OLED则是利用涂抹在每个TFT像素上的有机材料实现自发光（图5）。从原理上看，OLED的面板功耗可以分为两大类，其一是“刷新功耗”，与刷新率、电容、开关TFT电压差平方成正比;其二是“点亮功耗”，与发光效率、驱动TFT电压成正比。

可见，无论刷新功耗还是点亮功耗，都与TFT有关系。而最影响TFT功耗的2个指标，则是“载流子迁移率”和“开关比”。其中，电子（载流子）迁移率越高，驱动TFT的电压就越低，进而降低功耗;开关比越大，关闭状态下漏电就越小，同样电力就能支撑TFT像素点亮更久。

那么，又是谁在影响T FT的载流子迁移率和开关比呢？答案就是TFT的制造技术和背板材料。

影響TFT的制造技术

目前，主流T F T 的制造技术和材料分类主要有4种，分别为a-Si、HTPS、LTPS、IGZO和LTPO。

a-Si（非晶硅）

这是最简单成熟的TFT技术，a-Si成本很低，但它的电子迁移率也很低，为了保证高性能必须将晶体管做大，所以它不适合作为手机等追求显示精度设备的屏幕，更适合作为电视、显示器等大尺寸设备的屏幕。

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，HTPS的电子迁移率最高，但这种工艺必须搭配耐高温的基板，所以只能使用水晶玻璃，同样不适合手机，一般HTPS都用于相机里的电子取景器。

LTPS（低温多晶硅）

低温多晶硅是通过激光加热生成的多晶硅，对基板耐热性的要求不高（图6）。LTPS继承了HTPS的优点，同样具备超高电子迁移率，刷新率越高它相对于其他技术的省电效果就更明显，而且响应速度很快，还能同时实现更高的PPI（分辨率）。

IGZO（铟镓锌氧化物）

铟镓锌氧化物的成本比LTPS低，电子迁移率介于a-Si和LTPS之间，不太适合高分辨率屏幕（图7）。但是，IGZO的开关比LTPS更大（见表），这意味着其漏电更少，能保证在低刷新率下显示的稳定性。

LTPO（低温多晶氧化物）

目前，在中高端手机屏幕领域LTPS占绝对主流。可惜，LTPS的电子迁移率虽然近乎无敌，但漏电也比较大，需要它不断的刷新来弥补电容漏电的情况，这就意味着LTPS无法实现低频驱动（刷新率不能降得太低），不利于屏幕功耗的节省。

IGZO虽然受制于迁移率（相对）较低一直没有成为市场主流，但它却具备漏电更少的天赋技能。既然LTPS存在高电子迁移率但漏电高的问题，而LTPS又有低漏电但电子迁移率不够高的特性，那将二者的优点结合，不就完美了（图8）？

于是，我们便看到了第5种TFT技术——LTPO（Low TemperaturePolysilicon Oxide），其真正科学的叫法应该是：低温多晶硅和氧化物杂合TFT驱动技术（Hybrid TFT Technology contains LTPS TFTand Oxide TFT），我们可以将其理解为LTPS+IGZO，利用LTPS来驱动T F T，实现更小的驱动电流和更低的驱动电压;再用IGZO负责TFT的开关，利用较小的漏电就能让像素保持更长时间开启，实现低至1Hz～10Hz的刷新率。

LTPO 1.0初露锋芒

在LTPO技术出现之前，智能手机所谓的“智能刷新率”就是不同的应用和内容可以触发多个档位的刷新率切换。比较常见的是120Hz（14 4H z）、9 0 H z、6 0 H z几个档位，玩的最漂亮的则是小米旗下部分型号手机主打的“七档帧率”（30/48/50/60/90/120/144Hz）（图9），但它们的通病是最低帧数不够低，没能将省电做到极致。

没办法，最低3 0 H z 刷新率，真的已经是LTPS技术的极限了。好在，我们随后等到了更先进的LTPO技术。

2019年9月，苹果发布的Apple Watch 5首次将OLED屏幕的背板材料从LTPS换成了LTPO（图1 0），在相同亮度下可节省15%以上功耗，并支持最低1Hz，最高6 0 Hz的可变刷新率，从而为Apple Watch 5主打的常亮显示和18小时续航奠定了坚实的基础。

在手机领域，首发LT PO技术的代表则是2020年8月发布的三星Galaxy Note 20 Ultra，这款产品就凭借LTPO获得了10Hz～120Hz自适应刷新率能力。2021年上市的多款国产骁龙888旗舰，如OPPOFind X3系列和一加9 Pro等也引入了LTPO技术，并将变频范围从硬件支持的最低10Hz成功下探到了1Hz（图11）。

但是，2 0 2 1 年量产上市Android手机所采用的LTPO技术本质上都属于“LTPO 1.0”，通过具体A P P 的特性设定其显示帧数的上限和下限，比如刷微博和玩游戏时屏幕刷新率为120 Hz，运行视频类APP时降为6 0 Hz或3 0 Hz，查看电子邮件或其他常规文本、照片、社交媒体静态图片时则可以低至30Hz（甚至10Hz～1Hz）。

因此，很多网友都将Android领域的一众LTPO机型戏称为“LTPO了个寂寞”，它们本质上都是通过“白名单锁帧”，其主打的自适应刷新率只是“让不同A PP適应不同的刷新率”以兼顾流畅度和节能性，在同一个具体A PP上最多只能通过手指触控屏幕（120Hz）和手指离开屏幕（降回60Hz）的方式降低功耗。

LTPO 2.0趋近完美

实际上，LTPO屏幕也有高低之分。比如iPhone 13 Pro就基于LTPO屏幕带来了ProMotion自适应刷新率技术（图12），和Android阵营的LTPO1.0相比，ProMotion技术最大的差异就是可以在同一款APP内的不同场景实现智能刷新率调节。苹果对ProMotion技术的解释也很简单：在你需要时提供高帧率，在不需要时为你省电，这才是我们为你贴心提供的方案。

ProMotion技术的效果也是显而易见的。不支持该技术的iPhone 13（3227mAh）可提供19小时的视频播放和15小时的流媒体视频播放时间，而支持该技术的iPhone 13 Pro（3095mAh）对应的播放时间却长达22小时和20小时（图13），这点更加印证了ProMotion技术对省电带大的巨大优势。

好消息是，如今Android阵营手机不用在羡慕苹果的ProMotion技术了。以小米12 Pro为开端，2022年的很多旗舰手机都会猎装来自三星的第二代LTPO屏幕（LTPO 2.0），小米官方将其称为“智能动态刷新率技术”，和LTPO 1.0相比强调了“动态”两字。

简单来说，“智能动态刷新率技术”并不是LTPO 1.0时代简单的白名单锁帧，也不是“一刀切”的全局120Hz，而是针对不同内容和操作，智能匹配最优刷新率，避免无效屏幕刷新带来额外的电量耗损（图14），也被很多网友称为“滑动变速”体验。

比如滑动页面120Hz极致流畅，视频60帧则匹配60Hz刷新率、观看静态文字或图片则以10Hz刷新率，而这些都可以在同一款APP之内，根据用户的每一次操作、每一种内容动态瞬时调整。以微博为例，小米12 Pro在用户操作时能以120Hz流畅显示，手指离开屏幕画面停止滚动时降到60Hz，画面停止不动后则会调低至10Hz，最大限度减少屏幕的耗电问题（图15）。作为对比，微博显示静态画面时，LTPO 1.0手机仍会是始终保持最高功耗的120Hz状态，LTPO在运行微博时没体现出任何节能的特性。

除了小米，realme、一加和iQOO等品牌旗下的新一代旗舰也会采用LTPO 2.0屏幕，刘作虎表示一加10 Pro会凭借LTPO 2.0，将屏幕全场景的流畅体验再次提升到新高度（图16）;iQOO也称iQOO 9的这块屏幕不仅采用了最新的E5材质，还应用了LTPO无级变速技术，能根据手机应用场景智能切换帧率（图17）。realme副总裁徐起宣布realme GT2 Pro是全球第一款二代LTPO直屏旗舰，堪称是“直屏天花板”（图18）。

需要注意的是，LTPO 2.0的“智能动态刷新率技术”还需要A PP开发者进行主动适配，未经优化的A PP可能无法享受到“滑动变速”的惬意。