LTPO-дисплеи: Каким будет OLED в iPhone 13? Разбор

Совсем недавно знаменитый аналитик Минг-Чи Куо поделился новой информацией о грядущих смартфонах Apple, которые выйдут в этом году.

Давайте посмотрим, что же он нам наобещал:

• меньше челка,
• больше батарейка,
• отказ от Lightning в пользу MagSafe через поколение
• LTPO-экран с поддержкой частоты 120гц.

Так стоп! Что еще за LTPO? В чем его отличие от того, что есть сейчас? Это что какая-то новая технология экранов?

Для начала давайте вспомним какие два главных типа экранов бывают. В принципе есть OLED и LCD-экраны, то есть экраны на основе органических светодиодов, которые сами и являются источниками света, и экраны на основе жидких кристаллов, где светодиоды выступают только в качестве подсветки.

Тут важно понимать, что, в принципе не так важен тип экранов, как тот факт, что любой экран — это сложная слоистая структура.

Кроме самих диодов или цветовых фильтров, есть еще много других важных частей. Получается такой современный сэндвич. С помощью сложнейшего набора комбинаций, эти экраны печатаются слой за слоем.

И сама процедура печати современных экранов, по сути, основана на тех же технологиях что и создание современных процессоров, например, процессы литографии, химического и физического осаждения из газовой фазы, плазмо-химического травления, да и многие другие! Это сотни сложнейших и очень точных операций. Вообще это тема для отдельного ролика, тут давайте об экранах!

Только посмотрите на комплекс, который предлагает компания Applied Materials своим клиентам для создания гибких OLED-экранов! Обратите внимание — на человека, он тут для масштаба.

И при том, что за OLED и LCD-экранами стоят принципиально разные физические процессы, в их конструкции есть схожие участки. Давайте взглянем на картинку. Видите участок TFT на картинке.

Накатывает ностальгия, ведь это та самая популярная в нулевых аббревиатура, которая использовалась в рекламе всех экранов TFT LCD. Так вот, на самом деле эти TFT есть и в современных OLED-экранах.

В расшифровке это значит Thin-Film Transistor или Тонкоплёночный транзистор. Это слой транзисторов, которые в разных типах экранов используются для разных целей — в ЖК для контроля поляризации кристаллов, а в OLED-дисплеях они отвечают за включение и выключение каждого конкретного светодиода.

По-простому, это маленькие выключатели, которые контролируют подачу тока для каждого пикселя. Без транзисторов мы бы даже не смогли просто включать и выключать пиксели на экране! А этими транзисторами управляют отдельные специальные контролеры.

Транзисторы должны обладать одним важным параметром — например, в LCD-экранах они должны быть прозрачными или, в случае OLED-панелей либо прозрачными, либо полностью поглощающими свет, чтобы избегать артефактов изображения! А это меняет те материалы, из которых они сделаны, что в корне меняет технологии их производства!

Так вот, если вы думаете, что TFT-слой это что-то очень простое, то это совсем не так. Современные дисплеи — это очень сложное устройство и инженеры, и ученые бьются за улучшение каждого аспекта, не только самих пикселей, но и например скорости отклика, энергоэффективности. Посмотрите на фото в разрезе, полученное на электронном микроскопе.

А вот для сравнения структура транзистора в старых TFT экранах!

В любом современном смартфоне с OLED-экранам и даже во многих LCD-дисплеях используется так называемый слой транзисторов LTPS, что означет Low Temperature PolySilicon или низкотемпературный поликристаллический кремний. Это полупроводниковый материал, из которого сделан канал транзистора, то место через которое течет ток, когда транзистор открыт. Транзисторы, основанные на поликристаллическом кремнии, используются в TFT-слое и вообще в любом современном смартфоне с OLED-экранами.

Процесс производства LPTS включает в себя много тонкостей. Но главное — это специальная температурная обработка, что позволяет получать кремний с определенным размером кристаллов.

Такая структура, в свою очередь, повышает мобильность электронов, что делает возможным, увеличивать плотность пикселей на дюйм, то есть увеличивает разрешение экрана! Кроме того увеличивается энергоэффективность. Но есть проблема, частота ограничена 60Гц и не может быть динамической. Это связано с конструктивными ограничениями, потому что ток утекает с транзистора относительно медленно. А для увеличения до 120 Гц и более, производители вынуждены интегрировать специальные чипы, которые потребляют много энергии. Они занимаются контролем транзисторов в TFT-слое. То есть выигрыш от большой мобильности электронов теряется, когда мы говорим о больших частотах!

Вот тут мы и приходим LTPO или титр Low-Temperature Polycrystalline Oxide. На самом деле -это комбинация двух технологий: LPTS, о которой мы говорили выше, и IGZO.

Это специальный доработанный тип транзисторов, где используется дополнительный транзистор из другого материала. К транзистору из поликристаллическому кремнию добавляют специальный соседний сделанный из Оксида Индия, Цинка и Галлия, или IGZO — Indium gallium zinc oxide.

Получается очень сложная структура, только посмотрите в разрезе на схему зеленого пикселя OLED-экрана. И таких на экране миллионы!

И чего же удалось добиться используя комбинацию LTPS и IGZO технологий?

Одно преимущество — это уменьшение шума, что повышает точность использования экранов. Шум может возникать из-за низкой скорости утечки, тут же это происходит быстрее.

Но главное — энергоэффективность. Подсчитано, что экономия составит до 15 процентов из-за существенно меньшего тока? необходимого для включения транзистора! А как мы помним — экран это одно из самых прожорливых мест нашего телефона! Разница будет существенна.

И последнее — частота. Из-за использования Оксида появляется возможность как понижать частоту экрана до 1 Гц, так и повышать до более чем 144 Гц. Это все благодаря низким утечкам тока через транзистор. И такое можно делать без использования специальных усиливающих контроллеров. Все это происходит плавно и в зависимости от того, что вы сейчас делаете со своим устройством. В общем, производители нашли золотую середину!

И самое интересное, что такие экраны уже используются. Samsung начали ставить LTPO-экраны в свои смартфоны начиная с Galaxy Note20, в новых флагманах компании они тоже стоят. Также подобные дисплеи используют OnePlus и OPPO с своих устройствах.

А сама Apple опробовала технологию LTPO еще несколько лет назад. Они использовали их в своих часах Apple Watch, начиная с четвертого поколения, чтобы имелась возможность понижать частоту обновления экрана до 1 Гц, для экономии и без того маленького аккумулятора в часах. Вот так вот без громких анонсов начали использовать новое поколение транзисторов в экранах!

В общем, все как обычно — Apple берет лучшее из мира технологий и устанавливает в свои девайсы! Ждем 120 Гц в новых iPhone 13… А вы теперь будете знать почему iPhone и Samsung имеют лучшие экраны на рынке и умеют работать с адаптивной частотой.