作者：黄烨锋
EET电子工程专辑
苹果作为一家不造显示面板的企业，自iPhone初代问世之日起，就实实在在地对显示行业产生了很大的影响。手机普遍还在用MSTN、CSTN或者半透反射式a-SiTFT显示屏的时候，iPhone初代就开始用传送式TFT了。再比如，苹果率先在消费电子产品中采用FFS(FringingField)IPS显示屏，实现更低功耗和更好的可视角度……
当然毕竟苹果不造屏幕，这些技术的研发主力也并非苹果，但现在很多电子产品中已经普及的技术，不少还是有苹果的身影的。而这两年，苹果对面板行业最大的影响，应该就是一种名为LTPO的技术了——而且它可能在未来两年内会统治市场。
AppleWatchSeries4的显示屏最早应用了这种技术：早年的苹果手表还无法做到屏幕常亮，这是功耗限制决定的;但近几代的AppleWatch藉由LTPO技术，是真正做到了表盘显示时间的常亮，但续航不受影响的;今年的iPhone13几乎也被分析师认定，会采用这类面板。
而且LTPO技术的确是来自苹果，起初由LGDisplay借助苹果的技术和IP制造这种显示屏。有关苹果采用LTPO屏幕的传言最早出现在年，IHSMarkit当时提到iPhone很有可能会在未来长期内采用一种名为LTPO的屏幕，苹果还为此申请了3项很重要的专利。[1]
本文尝试从市场和技术两方面来谈谈这种LTPO显示面板。
降低屏幕功耗是重点
LTPO实际上是一种TFTbackplane技术，主要脱胎自现在应用相当广泛的LTPS(低温多晶硅)，只不过其驱动TFT晶体管换用了IGZO(铟镓锌氧化物)材料。这部分的原理详情会在本文的最后一部分做介绍。
早年IHSMarkit的一份文档显示，LTPO相比现在广泛采用的LTPS面板，能够节约5-15%的功耗。这应该也是LTPO为当代显示设备带来最大的价值。上面这张图虽然不怎么清晰了，但它大致能够总结LTPO是怎么回事，以及带来了什么价值。
LTPO结合了LTPS与IGZO两者的优势，LTPS电子迁移率高，就用于operating(驱动TFT);IGZO漏电低，用于switching(开关TFT)。所以LTPO的全称就是带氧化物TFT晶体管的LTPS(LTPSwithOxideTFT，或Low-TemperaturePolycrystallineOxid低温多晶氧化物)。上面柱状图标注了switching部分功耗下降5-15%(operating部分不变)，就是这个意思。不过IGZOTFT晶体管尺寸比较大，显示屏的像素密度会受到一定的影响，所以LTPO的TFT尺寸会比LTPS略大;且LTPO制造成本会高于LTPS。
不管这些说法靠不靠谱，近代AppleWatch的续航表现提升是实打实的。截止到目前为止，已经采用了LTPO面板的智能手机至少有6款，包括GalaxyS21Ultra、一加9Pro等。
三星实际上也开发了自有专利的LTPO，名为HOP(Hybrid-oxideandPolycrystalline)，这是LTPO技术普及的基础。看名字就知道，HOP和LTPO应该是同一种东西。国外媒体tom’sguide评价已经在用这种技术的GalaxyS21Ultra在功耗表现上做到了更进一步，OLED显示屏功耗比GalaxyNote20(最早采用LTPO的三星手机)低了16%，令GalaxyS21Ultra屏幕在6.8英寸x分辨率、nit峰值亮度的情况下，手机依然有着不错的续航表现[2]。
年将统治市场的LTPO
LTPO做到功耗降低，主要靠的是“可变刷新率”。宣传中的LTPO是可以做到屏幕刷新率在1Hz-Hz之间的任意、平滑切换的。比较典型的是AppleWatch，在日常显示时间时，其屏幕刷新率降到了1Hz，即画面一秒才刷新一次。
一般像手机、PC这样的电子设备，屏幕刷新率是恒定在60Hz的：即每秒刷新60次。这两年高刷新率的屏幕越来越火，现在一般高端手机的屏幕刷新率已经达到了90Hz、Hz。高刷新率屏幕给用户带来的价值在于动态画面更流畅的观感，包括只是上下滑动微博这样的操作，也能觉察到比60Hz更流畅的体验。
咨询机构DSCC预计，年Q2面板采购份额中，46%会是高分辨率面板(以采购量计)。在三星的AMOLED智能手机中，92%的营收预计全部都来自高刷新率屏幕的智能手机——去年二季度这个值还只有22%。[3]
去年iPhone12还在用60Hz刷新率的屏幕，被认为是这代iPhone的重大槽点。但高刷新率也需以更高的功耗为代价。去年余承东在Mate40系列发布会上提到，选择90Hz刷新率是基于对功耗和体验的权衡。
LTPO的可变刷新率特性，恰好是解决高刷新率屏幕功耗高这一问题的关键。基于并非所有使用场景都需要高刷新率这一特点，例如在用手机看小说时，并不需要高刷新率;在手机上看视频，流播站点视频普遍也只有60fps的帧率，屏幕因此匹配60Hz刷新率才更为合理;唯有游戏、关乎操作流畅度的过渡动画播放，才需要高刷新率。这也是“可变刷新率”实现省电的关键。
供应链消息几乎确认，今年的iPhone13(或iPhone12s)会采用LTPO屏幕。电子时报在近期的一份报告中提到，iPhone13会采用Hz刷新率的屏幕，而且因为LTPO技术的采用，高刷新率屏幕对续航不会有任何影响。报告中提到，iPhone13组件的功耗整体将比iPhone12低大约15%，部分源自LTPO更省电。[4]
来源：DSCC
DSCC最近发布消息称，到年底美国智能手机市场，单就OLED屏幕而言，LTPO屏幕手机市场份额会超过LTPS。LTPO可实现低功耗的特性，也很大程度推升了高刷新率屏幕的应用。另外由于缺芯大环境的影响，LTPO作为高端产品会优先发展。加上苹果iPhone13推动LTPO的采用，预计到今年第四季度，LTPO智能手机的销售额会占到市场25%的份额。
与此同时，三星会将部分原LTPSTFTOLED产线转往面向iPhone13的LTPOOLED显示面板生产。[5]
LTPO电路结构简谈(选读)
如果你对LTPO这项技术感兴趣，可以继续往下看。前文已经大致提到了LTPO的原理。LTPO属于整个显示面板上TFT(薄膜晶体管)层的技术。这一层上的电路，用于控制每个像素。所以TFT就像像素的明暗开关一样。无论LCD还是OLED，都需要TFT做像素控制。从这个意义上来说，LCD和OLED都能采用LTPO技术。
当代大部分手机OLED面板TFT层基于LTPS(低温多晶硅)。LTPS的特点就是电子迁移率高，远高于最传统的a-Si(非晶硅);驱动电压要求因此就不高，也就不需要占太大地方，可用于高分辨率的屏幕。当然成本也比a-Si之类的方案要高很多。
电视这种大面板常见IGZO(铟镓锌氧化物)。其电子迁移率会显著低于LTPS，但比a-Si还是要高出不少的。相对而言，IGZO在成本方面比LTPS有着更大的优势;但因为电子迁移率低一些，电路占地面积会大点儿，可实现的像素密度就无法做到LTPS的程度。
这是我们一般人对于LTPS和IGZO的了解。事实上LTPS还有一个比较显著的问题，那就是其off-state关断状态的漏电流天然比较高——为了让显示画面更稳定，LTPS屏幕需要将刷新率维持在至少60Hz。有了高刷新率，漏电流对画面的影响问题就无所谓了。当然我们知道，现在大部分显示屏基本都在60Hz的刷新率，所以一般并不会认为这是个问题。
而且因为消费电子产品普遍在追求高刷新率，LTPS有着比较出色的电子迁移速度，所以相较其他主流的TFT方案，LTPS在同样高刷新率(及其他同等条件)时一般是更省电的。
但必须维持至少60Hz刷新率这一点，也就让LTPS无缘于下探更低的刷新率了。如前所述，现在的可变刷新率屏幕，刷新率能下探到1Hz——这对LTPS而言是没戏的。
而像IGZO这样的金属氧化物半导体，就有着很低的off-state漏电流(如上图)，所以IGZO可应用低刷新率。但如前所述，IGZO的电子迁移率低很多，这就要求采用更大尺寸的GIP(GateIntegratedPeripheral)电路以及更高的驱动电压。
所以苹果想到将金属氧化TFT，也就是IGZO放到LTPS背板上，算是结合了两者的优势：针对LTPS的像素电路，采用IGZO开关TFT。开关TFT通常在画面的每一帧都开启一次，即IGZO在此负责开关。前文提到，其关断状态下漏电流比较小，也就能够让像素亮更久，以实现更低的刷新率。
来看看AppleWatchSeries4之上，那块屏幕的LTPOTFT电路是什么样的：
来源：Ting-KuoChangetal.,“LTPOTFTTechnologyforAMOLEDS”,TheSocietyforInformationDisplay,Volume50,Issue1,June,