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苹果欲采用LTPO,iPhone为延长电池续航时间

2019-11-09 04:45

原标题:iPhone 电池不耐用?再等等苹果的这项黑科技

苹果独家技术的LTPO TFT OLED屏幕功耗低,还易于提高分辨率和刷新率。

原标题:iPhone即将用上Apple Watch的LTPO面板工艺

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在有限的空间和电池容量下,手机厂商们开始为设备寻找更省电的办法,以提升手机的续航能力。比方说采用更低功耗的处理器、通过更大的体积放置更大容量的电池、在软件里加入省点机制等等。

8 月 25 日消息,日前据调研公司 IHS Markit 发布的一份最新报告了解,从长远来看,苹果可能会为 iPhone 和 Apple Watch 的显示屏采用一种新的 LTPO TFT 技术的 OLED 显示面板,而这将有助于延长设备的电池续航时间,并且提供更高的分辨率。

韩国网站TheElec称,苹果公司计划在未来的iPhone中使用一种称为LTPO的低功耗面板技术。

8月26日消息,据国外媒体MacRumors报道,市场研究公司IHS Markit表示,从长远来看,苹果可能在未来的iPhone或Apple Watch屏幕中使用一种新型节能底板技术,来延长这些设备的电池续航时间。

而就在近日,英国调研公司 IHS 发布了一份关于苹果未来将可能会在 iPhone 和 Apple Watch 上采用 LTPO 屏幕显示技术的报告。透露苹果将通过这项新技术来提升手机和手表的续航时长,以及屏幕的显示分辨率。

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LTPO即LowTemperaturePolycrystallineOxide(低温多晶氧化物)的简称,LTPO=LTPS Oxide,同一个像素中集成了LTPS和Oxide两种TFT器件,Oxide是底栅结构,LTPS是顶栅结构。

底板负责打开和关闭每个像素,在决定屏幕的分辨率、刷新率和用电量方面起着重要的作用。

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一般显示屏的控制部分,通常被称为“背基板(backplane)”,负责打开和关闭单个像素,而且基板对整块屏幕的分辨率、刷新率和功耗方面有重要的决定作用。目前,智能手机上的 OLED 显示屏所使用的都是 LTPS TFT(低温多晶硅薄膜晶体管)作为标准的背基板技术。

这种新工艺结合了LTPSTFT工艺驱动能力强和OxdeTFT工艺漏电小功耗低的优点,被苹果应用在Apple Watch Series5型号中,也正是有了这项技术,Series5做到了屏幕常显而且与Series4一样具有长达18小时的电池续航。

IHS Markit的一份研究报告显示,苹果公司可能会对其屏幕底板进行根本性的改变。目前,智能手机的OLED屏幕使用的是LTPS TFT底板技术。未来几年,苹果公司可能转而在iPhone或Apple Watch屏幕中使用LTPO TFT技术。

图片来自:Techbyte

IHS Markit 表示,未来苹果极其可能会将 iPhone 显示屏的背基板从 LTPS TFT 换成 LTPO TFT 技术。

从工艺专利文件来看,LTPO需要在LTPS的基础上,再建立一个氧化物层。去年最主要的攻关之一是厂商需要确保在铺设氧化物层的时候,不影响原本LTPS层间介质中的晶体管特性。随着苹果开始量产具备LTPO的OLED屏幕,并将其付诸于智能腕表占有率第一的AppleWatch上,都证明了苹果已经将LTPO的量产向前推进一大步。

从理论上讲,IHS Markit估计,LTPO TFT技术可比LTPS TFT技术节约5%至15%的耗电量,因而可以延长未来iPhone和Apple Watch的电池续航时间。

我们都知道,OLED 屏幕有着像素自发光的特性,从而避免了像 LCD 屏幕那样需要背光源为屏幕提供亮度,减少屏幕厚度的所占空间。但我们常说的 OLED 仅代表着一块显示面板的类型而已,实际上,在面板的背后还需要有 TFT 背板的支持,才能控制像素点按照系统发出的指令显示画面。

从理论上讲,LTPO TFT 相比传统 LTPS TFT 技术而言可以节省 5-15% 的电量,让整块显示屏幕的功耗更低。考虑到显示屏幕向来是智能手机这类移动设备最主要的耗电零部件,因此采用基于全新 LTPO TFT 基板打造的 OLED 屏幕,必然进一步延长 iPhone 的电池续航时间。

众所周知苹果向OLED的过渡始于最初的2015年的AppleWatch,随后扩展到2017年的iPhoneX,因此,LTPO工艺并非止步于AppleWatchSeries5的OLED屏幕,而是将最终目标放在了更大屏幕的运用中,例如iPhone,iPad,甚至是MacBook,预计这个过程不会太久了。

造成这种情况的原因在于技术。IHS Markit表示,LTPO具有氧化物TFT结构,与LTPS相比,可减少能量泄露。

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随着iPhone屏幕的尺寸和分辨率不断增加,能耗也在增加,因此电池续航时间的增加是有利的。

目前,大部分采用 OLED 屏幕的移动设备所用的是 LTPS TFT(低温多晶硅薄膜晶体管)背板技术。在经历过去数年的改良,LTPS 拥有高分辨率、高反应速度、高亮度、高开口率等优势,使其成为了当今市面上最成熟和主流的 TFT 背板技术方案。

IHS Markit 称,这从技术上来解释比较复杂,不太通俗易懂。但简单来说,LPTO 所用的 Oxide TFT 结构,漏电情况明显比传统 LTPS 明显减少,可实现更高效的电子迁移率,稳定性和可扩展性更佳。

IHS Markit认为,苹果可能也有意开发LTPO TFT技术,来加大对OLED显示屏组件的控制,因为三星和LG等制造商目前独家控制这一流程。

不过尽管受到了市场欢迎,但 LTPS 技术也并非所向无敌,生产成本较高、所需功耗较大,仍然是这套方案时至今天都尚未能解决的劣势特征。

无论如何,随着 iPhone 显示屏尺寸和分辨率不断增加,耗电量也在增加,因此任何可以提高电池续航水平的举措都是好的一面。

使用LTPO TFT技术可以帮助将这些底板与占主导地位的OLED生产商三星显示器公司生产的面板区分开来。

在两者之间找到「取中方案」

除了省电之外,LTPO TFT 相比 LTPS TFT 更易于生产高像素密度驱动更高刷新率的面板。

IHS Markit表示,由于供应稳定,目前苹果公司只从三星采购柔性OLED面板,但LG可能成为第二家供应商。三星和LG都是Apple Watch柔性OLED面板的供应商。IHS Markit表示,苹果可能很快会要求它们考虑LTPO TFT技术。

LTPO 是 Low Temperature Polycrystalline Oxide 的缩写,中文名为「低温多晶氧化物」。苹果通过融合 LTPS (常见于中小尺寸 OLED 面板)和IGZO(比 LTPS 先进,但仍存在不少问题;常见于大尺寸 OLED 面板)两个方案的特点,推出反应速度更快但功耗更低的 LTPO 方案,以解决目前智能手机的功耗问题。

众所周知,iPhone X 由于是 PenTile 像素排列的 OLED 屏,所以其 459ppi 的像素密度仅相当于传统 RGB 排列的 375ppi,这就比 Retina LCD 屏幕 iPhone 的 401ppi 更低。所以,苹果也一定会借助 LTPO TFT 提高 iPhone 分辨率或恢复 RGB 子像素排列,而高刷新率一直是苹果追求的另一个方向,iPad Pro 就是最好的例子。

通过拥有LTPO TFT技术,苹果可以鼓励其它与其相竞争的供应商进一步改进技术,从而使得该市场更具竞争力。

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其实苹果钻研智能手机显示屏技术已近很久了,很早就获得了 LTPO (LTPS IGZO) 技术达到独门专利,而且拿下的是三个重要专利,分别于 2014 年、2015 年和今年被媒体报道过。当时行业认为,如果苹果的 LTPO 技术得以登场,那么很可能将会改变整个显示面板市场的版图。

苹果引入LTPO TFT技术有几个原因:更紧密地参与柔性OLED元件的成本和技术;降低苹果产品的功耗;实现高电子迁移率,提高显示器分辨率;更好地管理其显示器供应链。

相比于 LTPS,LTPO 的电荷迁移率更高,像素点反应更快,且拥有比前者更低的装配步骤和功耗。因此尽管 LTPS 是目前中小尺寸 OLED 显示屏当中最主流且技术最成熟的方案,但由于有着较高的生产成本需求,这使得 LTPO 被公认为 LTPS 方案的最佳接班人。

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IHS Markit认为,苹果可能会要求显示屏制造商首先在Apple Watch上部署LTPO TFT技术,然后再逐步应用到iPhone上。当初,OLED屏幕也采用了相同的部署顺序。

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基于此,IHS Markit 在报告中认为,苹果对开发 LTPO 技术的 OLED 面板兴趣绝对非常浓厚,毕竟在 LCD 时代苹果与多个显示面板厂商从技术上深入合作,从而大大提升了面板性能和降低成本,因此在 OLED 时代无论是基板技术还是驱动 IC 相关均未能参与其中的苹果,一定非常希望借此夺得对 OLED 显示屏组件的更多控制器,而不是三星或 LG 独家控制。

LTPS 方案下的 OLED 背板装配图解. 图片来自:eepw

关于苹果引入 LTPO,IHS Markit 提供了以下几个原因:

苹果在 LTPO 技术方面的研究最早可以追溯到 2014 年。IHS 的作者 David Hsieh 在报告中通过苹果在近 3 年里申请的专利技术,以佐证苹果正寻求开发 LTPO 技术的观点:

  • 更紧密地参与以及控制柔性 OLED 面板组件的成本和技术;
  • 降低苹果硬件产品的功耗;
  • 实现高电子迁移率,提高显示器分辨率和刷新率;
  • 更好地管理其显示面板供应链。

具有半导体氧化物和硅薄膜晶体管的 OLED 面板——申请于 2014 年

IHS Markit 最后表示,虽然目前三星仍是苹果 OLED 供应大户,但 LG 开始成为第二供应商,同时不排除来自中国的京东方会成为第三家。在这种情况下,苹果更有条件要求这些供应商生产基于自家 LTPO 专利的 OLED 面板。

采用硅和半导体氧化物薄膜晶体管的显示面板——申请于 2015 年

不过,iPhone 可能不会是 LTPO OLED 屏幕的首发产品,苹果反而会优先考虑对产能要求更低的 Apple Watch,这就想当初 OLED 屏也是率先在 Apple Watch 上出现,随后才是 iPhone X。

混合 TFT 工艺流程中保护半导体氧化物方法——申请于 2018 年

尽管这些专利文件看上去很虚,但苹果在 LTPO 方面的研究确实已经在两年前开始进行了。

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苹果在 2014 年申请的「半导体氧化物和硅薄膜晶体管的 OLED 面板」专利图解

据韩国媒体 ET News 在 2016 年 3 月报道,苹果以掌握 LTPO 技术为基础,将与 LG 和三星显示器部分开发出新的氧化物技术,以提高中小尺寸 OLED 面板的性能。而在当时,韩媒猜测,苹果将会在 iPhone 8 当中用上 OLED 屏幕。

今天我们回过头来看,苹果的确在与 iPhone 8 同期推出的 iPhone X 中用上 OLED 面板了。

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左为传统 RGB 排列,右为 Pentile 排列

但值得注意的是,尽管 iPhone X 有着 2436*1125 的分辨率和 458 的 ppi 值,可由于其面板所采用的是 RGB Pentile 排列,其子像素点数量比传统 RGB 排列的面板要更少。

因此,即便 iPhone X 的屏幕有着的 458ppi 值,这也仅仅只有 LCD 屏的 305ppi 而已,比 326ppi 的 iPhone 8 还要更低一些。

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所以,若苹果需要在未来的 iPhone 上使用更大的 OLED 屏且保证显示质量和面板功耗,那么优化面板的驱动方案便是升级的首项。这就不难看出 LTPO 对苹果未来产品的重要性了。

它比 LTPS 更省电

此外,Hsieh 在报告中也列举出了苹果在专利文件中描述 LTPO 的结构,并将其与目前主流的 LTPS TFT 两者进行比较。

在报告中 Hsieh 表示,对比 LTPS,LTPO 所用的氧化物薄膜电晶体的电子迁移率更高(面板与背板的传输反应更快),同时也更为稳定,且便于往更高的分辨率和刷新率发展。而在功耗对比方面,LTPO 也比 LTPS 明显更低。

在采用新面板技术后,手机的功耗能整体下降 5%~15%。——Hsieh 在报告中说道。我们按照 2000mAh 的电池来算,5% 约等于 100mAh 的电量,这数字看上去虽然不大,但放在手机整体续航来说,这就等同于多了 1 小时的待机电量。

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图片来自:IHS

至于苹果为何会积极参与显示面板方向的研发,Hsieh 认为,苹果这样做的原因主要有二:

  • 紧密参与 OLED 面板方面的研发,有助苹果未来在面板组件方面的技术研究。
  • 将主导 OLED 市场的三星、LG 进行供应链整理,将面板技术从被动转为主导,成为技术供应方,不被供应链「牵着鼻子走」。并促进供应商之间的竞争,形成更强大的市场竞争力。

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图片来自:BGR

不过 Hsieh 在报告的结论里认为,目前 LTPO 仍处于研发阶段,苹果未来要面对的问题产能和技术的稳定性。

因此鉴于综合因素考虑,苹果在短期内并不会将 LTPO 技术大量应用在 iPhone 产品线上,而是会像当年 OLED 被率先应用在 Apple Watch 产品线的节奏一样,LTPO 技术更有可能会先在苹果的手表产品上应用,通过市场去验证技术,之后才会将新技术应用在手机产品线上。

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