浅谈苹果在显示方面研发的新技术

和国内的手机厂商们不太一样,苹果向来都对他们的设备在「显示」这个方面有很高的要求,只要他们的产品上出现了显示屏这样的东西,那么这块显示屏只能好,不能差。

虽然也有很多网友吐槽 iPhone XR、iPhone 11 的显示屏,但是作为 LCD 屏,这两块屏幕在 ppi、色彩等方面都是合格的,至少苹果并没有像国内厂商一样做出给旗舰机用大颗粒屏的操作,也没有像三星一样不顾用户体验地大开倒车。

浅谈苹果在显示方面研发的新技术

今天的文章并不是来纠结 iPhone 11 的显示质量到底如何,纠结这个问题没有什么意义,毕竟这款产品就摆在那里,体验一下就知道了。今天我们要聚焦的是苹果在显示方面研发的两项新技术,一项已经应用到了 Apple Watch 上,而另一项还在研发中。

首先我们要提到的,就是苹果在 Apple Watch 上已经应用了的一项显示技术 —— LTPO。很多朋友可能会误认为 LTPO 是 Apple Watch S5 搭载的一项新技术,但实际上 LTPO 这项技术在 Apple Watch S4 的显示屏上就已经应用了,不过苹果并没有在 S4 上做屏幕常亮,而是在 S5 上才做了这样的设计。

不过不可否认的是,在 Apple Watch S5 的全天候常亮功能中,LTPO 技术确实做出了突出的贡献,它的存在显著降低了 OLED 显示屏的功耗。

浅谈苹果在显示方面研发的新技术

LTPO 全称 Low Temperature Polycrystalline Oxide,低温多晶氧化物。这项技术的核心是混合使用 LTPS(低温多晶硅)和 Oxide(氧化物)构成的 TFT 来来驱动屏幕,像素内既有 LTPS-TFT,也有 Oxide-TFT,一个做顶栅,一个做底栅。

Oxide-TFT 的加入能够有效减少漏电,大幅提升面板的电子迁移率。正是出于 Oxide-TFT 这一独特的特性,LTPO 显示屏的功耗相较于 AMOLED 屏常用的 LTPS 有一个比较显著的降低。

除此之外,因为氧化物是在 LTPS 的基础上加入的,在 LTPO 显示屏中两类 TFT 的特性都得到了保留,所以 LTPO 显示屏兼有 LTPS 屏的特性,即能够做到高分辨率、高 ppi,且响应速度快。

这项技术强悍就强悍在这里,LTPS 和基于氧化物的面板技术 IGZO 在业内早就有出现过了,但是这两项技术各有各的优点,各有各的不足。LTPO则是融合了这两个技术方向的优点,让屏幕能够既能够保持良好的性能,又能够更加省电。

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LTPO 技术在制造上存在一定难点,苹果需要让 LTPS-TFT 和 Oxide-TFT 在整个制造过程中保持自己的特性,防止制造中的某些工序而造成其中某种 TFT 特性发生变化,而 LTPS-TFT 生产中的退火等可能会影响到 Oxide-TFT。

在解决制造的问题上,苹果花了不少的时间,这也正是为什么 LTPO 技术在 2016 年就有相关消息传出,但是苹果在 2018 年才将其用到实际产品上的一大原因,而且苹果也并没有将其率先用在 iPhone 上,而是把它用在了 Apple Watch 这样的小屏设备上。

在制造问题得到解决、苹果能够大规模量产更大尺寸的 LTPO 屏幕后,LTPO 技术必然会应用到 iPhone 上。届时 iPhone 屏幕的能耗将会有一个显著的降低,整机的续航很可能会得到一个 10% 左右的提升,对于现在的 iPhone 来说,这相当于续航时间提升大约 1 小时,这是相当可观的。

除了 LTPO 技术外,苹果还在推进另一项显示技术的研发,和 LTPO 不同,LTPO 更多只是当前这一代显示技术的一个改良升级版,而这个正在研发中的显示技术则普遍被看作是「下一代显示技术」。

是的,这项技术名为 Micro LED。在 2017 年,网络上就有传出消息称苹果已经开始了这项技术的研发,后续也有一些消息传出苹果在台湾试产了一些样品。

两年来,Micro LED 仍然没有在任何一款苹果产品上实装,虽然研发新一代的显示技术是很不容易的,而且 Micro LED 本身也有着很多的技术难点,尤其是对于苹果来说,这项技术不单单「要有」,而且要「能用」,也就是说能够实现较低成本的量产,所以 Micro LED 的研发之路更是难上加难了。

Micro LED 的设计理念和现在的 OLED 很类似,在 OLED 屏幕上,每一个 OLED 可以被看作是子像素,根据发光颜色的不同分为 R、G、B 三种。它们会按照一定规则在基板上密集地排列,数个 OLED 组成独立的一个组,作为一个像素。之后厂商会根据屏幕分辨率的不同把这些像素排布在基板上,形成一块屏幕。

浅谈苹果在显示方面研发的新技术

Micro LED 也是这样的设计,只不过 Micro LED 是把传统的 LED 阵列(例如举办活动用的那种彩色 LED 大屏)微缩到一个非常小的水平,把 R、G、B 三种颜色的 LED 直接作为屏幕每个像素中的子像素使用。

这正是 Micro LED 在研发上的一个非常大难点,想要把传统的 LED 阵列微缩到这么小的体积是很困难的一件事,LED 晶片要微缩到微米级的程度,同时由于不同的 LED 在色彩上会有一定的偏差,发光的波长不均等,这个时候为了让屏幕总体能够较好地呈现色彩,厂商可能还需要给 Micro LED 装上一个微透镜阵列。

在制造上,Micro LED 屏涉及到的复杂驱动电路和这么多 LED 在驱动基板上的安装会带来不少的问题,这些也都是阻碍 Micro LED 技术向前推进的障碍。

以苹果的 Micro LED 技术为例,从专利来看,在制造上他们是先把 LED 都做在了一个暂时基板上,然后再将整个 LED 薄膜剥离,转移到硅基的、做到了电路的驱动基板上。

这个转移的操作被称为「巨量转移」,它对 Micro LED 屏幕的制造来说非常关键,是其整个制造过程中一个相当大的难点。光是这个问题,厂商就需要下不少的功夫去攻关,除此之外他们还需要尽可能提高产品的良率,降低成本,这可以说是苹果花了这么多时间和金钱去研发 Micro LED 但是实际研发进展还是比较缓慢的一大原因。

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作为下一代的显示技术,Micro LED 和 OLED 相比有着巨大的优势。Micro LED 能够比 OLED 屏做得还要薄,层数能够进一步减少,这对设备厂商降低设备厚度有很大的帮助。

除此之外,Micro LED 屏相较于 OLED 屏能容易驱动,总体上更加省电,对于便携设备来说,由于电池技术的进步实在是很缓慢,这样的屏幕对于便携式设备来说是一个非常大的福音。

由于 LED 本身是自发光体,所以 OLED 屏幕有的优点,Micro LED 也有。对比度方面 Micro LED 一样能达到很高,每个像素点都可以单独控制开关,能够给用户呈现一个深邃的黑色,同时在亮度方面,Micro LED 也能够达到很高的亮度。

响应时间方面,Micro LED 屏的表现理论上要比 OLED 更好,它的像素响应时间能够达到纳秒级,这样的响应时间会使其相当适合在 AR、VR 这样的设备上使用,毕竟这些设备对屏幕像素响应时间的要求是很严苛的。

浅谈苹果在显示方面研发的新技术

除此之外,Micro LED 在制造上相较于 OLED 而言更节约空间,所以厂商能够利用 Micro LED 屏在同样的尺寸下实现更高的分辨率。而且现在的 OLED 基本上都不是标准的 RGB 排列,而是各种各样的变形排列,这些变形排列实际上会带来屏幕解析度的降低,或者说实际 ppi 的降低。

而 Micro LED 则是标准 RGB 排列,由于 LED 本身寿命很长,在长期使用中能够保持发光上的稳定,所以 Micro LED 屏根本不需要考虑烧屏、不同子像素寿命不同之类的问题,即使分辨率一样,Micro LED 屏也能够相较于现在的这些 OLED 屏给用户提供一个更高的 ppi,对于 AR、VR 设备来说这也是非常有益的,毕竟高 ppi、高解析度是解决设备纱窗效应最佳的手段。

用在手机上,你则可以在享受到 OLED 屏这一系列优点的同时,还不用再担心手机可能出现的烧屏问题,这意味着息屏显示可以长时间打开,可穿戴设备可以更加轻松地实现屏幕常亮。

除此之外,Micro LED 一样能够延伸厂商的创造力、想象力,因为 Micro LED 是可以无缝拼接的,和现在的 OLED 屏一样,厂商在未来亦可以把 Micro LED 屏做成各种各样的形状。

这一系列的优点使得 Micro LED 对行业来说非常重要,谁在这个技术上抢占了先机,在下个时代谁就有机会像现在的三星一样成为屏幕这一领域的老大。

毫无疑问的是,它的问世将会给很多设备带来巨大的变革,能够享受到新技术红利的设备绝对不只有手机。如果 Micro LED 的造价在未来能被压到比较低的水平,那么基本上显示设备都可能会采用这项技术。


不得不说的是,在显示这个方面,苹果真的是走在了整个行业的最前沿,在笔者看来,如果苹果能成,那么未来能够和苹果手上显示技术抗衡的除了同领域外其他厂商的研究成果外,估计也就只有三星的 QLED 了,不过就目前来说,三星的 QLED 还有比较长的路要走。

根据现在网络上的消息,LTPO 屏幕很快会被应用在 iPhone 上,最早在明年我们就可以看到它出现在 iPhone 上。届时它将惠及每一个使用 iPhone 的用户,由于LTPO 技术是苹果的独门专利,所以这将成为 iPhone 用户独享的福利。

除此之外,苹果的 Micro LED 近期似乎也有新的突破,但是这还只是传言,没有得到证实,不过苹果目前研发的进度算是比较快的,预计在后年苹果就可能会推出搭载 Micro LED 屏幕的设备,也是让人十分期待。

可以说我们已经离显示技术的革新非常非常近了,今年只剩下两个月,明年我们或许就可以看到 LTPO 更广泛的应用,而 Micro LED 最快可能就是再一年的事情,在这期间,5G 等新技术也在逐步崛起。

在笔者看来,很有可能明后两年,等等党们仍然会是笑到最后的那一批人。