苹果欲改变显示屏技术,延长续航与电池寿命

发布日期:2018-09-12
核心提示:近日,IHS Markit发布报告,称苹果有可能会将iPhone显示屏的LTPS TFT背板升级为LTPO TFT (低温多晶氧化物)。从理论上讲,LTPO TF
 近日,IHS Markit发布报告,称苹果有可能会将iPhone显示屏的LTPS TFT背板升级为LTPO TFT (低温多晶氧化物)。从理论上讲,LTPO TFT相比传统LTPS TFT技术,大约可以节省5-15%的电量,从而提高续航时间。以下为报告编译内容,原文作者为IHS Markit研究与分析总监David Hsieh。
 
 
智能手机的耗电量,一直是个无法回避的问题。
 
耗电量反过来又决定了智能手机的电池寿命,这取决于用户访问的不同应用程序、使用模式和内容类型。为了帮助延长智能手机的整体电池寿命,同时降低功耗,非常重要的一点便是优化显示屏,尤其是像AMOLED或有源矩阵有机发光显示器这样的发射显示屏。
 
目前,无论是在带有玻璃基板的刚性OLED还是带有聚酰亚胺基板的柔性OLED上,移动式AMOLEDs均采用低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)作为标准背板。由于良好的电子迁移率,使得驱动OLED电路和材料均可达到高像素密度。
 
在AMOLED行业,有一种说法是,如果显示器制造商希望制造高质量的AMOLED显示器,那么首先在LTPS TFT上实现成熟的制造是必要条件。
 
然而,一种新型背板TFT正在崛起,从长远来看,苹果iPhone可能会采用这种技术——LTPO TFT(低温多晶氧化物)。事实上,苹果已经在LTPO技术上申请了三项重要的专利:
 
2014年:有机发光二极管显示半导体氧化物和硅薄膜晶体管
 
2015年:硅薄膜晶体管和半导体氧化物薄膜晶体管
 
2018年:在混合TFT工艺流程中保护半导体氧化物通道的方法
 
背板技术很重要,因为它覆盖了驱动主显示器的薄膜晶体管元件。背板负责打开和关闭单个像素,因此在决定显示屏的分辨率、刷新率和功耗方面起着重要作用。
 
根据IHS Markit AMOLED & Flexible Display Intelligence Service的数据,有一个重要的图表显示了苹果专利中的一个LTPO的结构,如下图所示:

 
 
 
在图中,可以看到底板包含多晶硅(LTPS TFT)和IGZO(铟镓氧化锌),也称为氧化物TFT。基本上,LTPO等于低温多晶氧化物。像素电路的图案是:开关TFT为p-Si,驱动TFT为IGZO。
 
与LTPS相比,氧化物的Vth移位性能较差,但在低频率下,小于30Hz时有很大的优点。我们推断苹果的目标是加强CPU的图形处理单元,并绕过帧存储器以降低功耗。
 
一直以来,苹果需要依赖显示器制造商为其iPhone生产AMOLED面板。那么,如果没有作为显示器制造合作商的帮助和参与,苹果为什么还要自主开发LTPO背板技术呢?
 
我们分析得出,苹果可能希望对柔性OLED的组件拥有更多的控制权。
 
苹果引入LTPO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及其合作显示器制造商的供应链
 
正如我们在Insight的一篇文章《iPhone X系列中的柔性OLED技术》中写到:苹果可能会尝试增加AMOLED技术使用,比如Touch on TFE、LTPO TFT和RGB stripe pixel,以区别于三星显示公司(Samsung Display)目前占主导地位的OLED技术。
 
尽管苹果可能会在2017-2018年单独使用灵活的AMOLED,但由于三星是最稳定的供应商,苹果可能会鼓励其他供应商,如LG Display、中国的BOE、甚至日本的JDI,自行推进这些技术。
 
苹果将在iPhone上应用的新技术包括:
 
触摸TFE:用来简化模块结构,如三星显示的Y-OCTA (Youm-On Cell Touch AMOLED)技术,因为当前的薄膜的附加触摸需要一个粘合层,更厚的层可以实现更好的光学性能。
 
LTPO TFT:为了减少TFT功耗,因为氧化TFT结构可以减少目前LTPS的漏电问题。
 
RGB条纹像素:在iPhone X上,PenTile屏幕每英寸459像素(ppi)与RGB条纹306 ppi类似,后者小于iPhone Retina LCD上的326 ppi。苹果将需要进一步提高iPhone的分辨率,或者恢复低分辨率的RGB条纹。
 
从长远来看,柔性OLED面板将是iPhone重要的组成部分,所有iPhone机型都将转向柔性OLED屏幕,由此我们可以看到,苹果希望减少面板制造商的影响,让公司更多地直接参与供应链。苹果当前参与iPhone关键组件的举措,可以在一定程度上说明苹果的意图。
 
苹果已经参与了与iPhone柔性OLED面板组件供应商的多次讨论,如盖板玻璃(与康宁合作)、触控传感器(与Nissha合作)、有机发光材料(与UDC、默克、陶氏、杜邦和日本出光兴产株式会社),以及精细金属掩模板(与大日本印刷株式会社合作)。在TFT底板规划中,主要的供应商是三星显示公司,LG显示公司可能会在2018年4月4日进入。
 
在整个LCD时代,苹果一直在深入参与显示元件制造商的工作,以掌控降低成本和改进规格的技术。但在OLED时代,苹果一直无法涉足与TFT背板和驱动IC相关的工作,因为柔性OLED面板的制造商保持着独家控制权。
 
另一个促使苹果采取行动的重要原因是降低OLED显示屏的功耗。
 
正如我们在智能手机显示情报服务中分析的那样,智能手机显示正在向更宽的纵横比和更大的尺寸发展。iPhone也不例外。6英寸+和更宽的宽高比19.5:9,甚至19.9:9,将成为iPhone的主流尺寸。随着长宽比越来越大,屏幕越来越大——最关键的是,随着分辨率越来越高,功耗会越来越大。
 
根据AMOLED & Flexible Display Intelligence Service, LTPO的功耗效益分析如下图所示:


从理论上讲,LTPS比LTPS节省了5-15%的功耗,特别是在切换模式下,延长了电池的使用寿命。
 
同时,我们认为LTPO还面临着一些挑战:
 
更大的TFT尺寸:使用LTPO, TFT的晶体管尺寸必须更大,因为它需要符合LTPS和氧化物设计。然而,更大的TFTs将意味着更少的晶体管能够适应玻璃基板,导致更低的分辨率。
 
光掩模过程的增加:LTPO中的光掩模比LTPS多20%,已经比非晶硅(a-Si) TFT多100%。一个更大的光掩模需要更难的复杂性,这就需要大量的设备和投资。
 
目前,苹果只从三星显示公司独家采购柔性OLED面板,但LG显示公司可能成为第二大供应商。三星显示公司和LG显示公司都是苹果手表柔性OLED面板的供应商,苹果可能很快会要求他们考虑柔性OLED的LTPO TFT背板解决方案。
 
与此同时,JDI和BOE都是iPhone柔性OLED显示器的潜在供应商。特别是JDI已经开发LTPO有一段时间。
 
正如AMOLED & Flexible Display Intelligence Service所指出的那样,IHS Markit认为,苹果可能会要求显示器供应商首先在Apple Watch上部署LTPO,然后逐步在iPhone显示屏上推广。

来源:雷锋网

 
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