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以LTPO技术“破局” 京东方或将向苹果供应LTPO OLED

时间:2022-05-05 11:12:42 作者:张河勋 阅读:
尽管“果链”光环逐渐消退(苹果就被宁德、比亚迪拒绝),但抛开苹果对供应链极致的管控与压榨,能进入苹果供应商名单,对很多企业来说,还是一件“幸事。”
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在前段时间爆出京东方今年将为苹果iPhone 14提供5000万块6.1英寸OLED屏幕之后,5月4日又爆出京东方被踢出iPhone 13显示屏供应链,似乎反差也太大了。不过,据相关报道,因京东方通过扩大薄膜晶体管的电路宽度改变了其OLED面板的设计,苹果针对这一变化,告知京东方停止生产。我们暂时还不知清楚为何这一改变会导致苹果作出这样的决定,但对把京东方完全排除在苹果的OLED面板供应链之外,倒不用过于担心,毕竟京东方的存在给三星显示和LG Display带来了提高竞争力和降价的压力。

因此,我们倒是可以好好谈一下京东方为苹果供应iPhone 14屏幕的事。这是京东方第一次进入iPhone当季新机供应链(之前都是供应上一代再售卖款或维修用显示面板),也是京东方不断改进OLED技术、提升产能,以及苹果努力推进供应链多元化、降低供应风险的结果。

这对中国显示产业界而言,无疑也是一个好消息。不过,目前京东方主要供应iPhone 14基础版本显示面板,而LTPO(低温多晶氧化物)OLED面板则仍然由三星显示、LG Display两家厂商供货。因此,从采购的数量和显示面板类别来看,此次供货属于“尝试性”的采购,象征意义大于实际意义(实际意义也不小)。然而,对于像京东方这样的国内显示面板巨头,从个人的角度,还是有更高的期待。因此,我们就从技术与市场两个维度探讨一下LTPO OLED这个技术,技术挑战有哪些?市场应用前景如何? 

LTPO技术“再飞会儿”

对京东方而言,这无疑也是一个大订单。同时,从京东方自身的角度,苹果向京东方采购OLED面板,不仅代表了京东方拥有了成熟的OLED面板技术,而且也会吸引其他手机厂商跟进OLED订单,从而摊薄OLED的专利费、研发成本和生产成本,增加自有市场占有率,同时将提供新的现金流助力未来对产品的研发、工艺的升级,也将为下一代iPhone手机的合作打下很好的基础。

根据市调机构Omdia相关数据,2022年初以来,液晶面板已经出现大跌的趋势,其中今年2月32英寸液晶面板价格暴跌了64%。Omdia也指出,尽管疫情从2020年初开始带动了液晶面板的需求大涨,但作为全球第一大液晶面板企业的京东方在2021年业绩大幅增长跟液晶面板无太大关系。由此,我们可以猜想京东方业绩大涨跟OLED相关。

根据京东方2021年报数据,在OLED领域,BOE(京东方)持续发力,连续为荣耀、OPPO、华硕等全球一线品牌的折叠手机、折叠笔记本等供应基于f-OLED高端柔性显示技术的屏幕。而群智咨询(Sigmaintell)数据显示,2021年BOE(京东方)柔性OLED智能手机面板出货量约6000万片,同比增长近60%,出货量位居国内第一、全球第二。

值得关注的是,京东方 B7、B11、B12 工厂的生产线从2021年就开始加快从目前的LTPS(低温多晶硅)技术转向LTPO,新的发光技术将结合LTPS、IGZO的优点,使得屏幕耗电低的同时,支持更广的刷新率范围。由此可见,尽管此次未能与苹果签订LTPO OLED面板相关的供货协议,但京东方早已经为此做好准备。

在苹果供应链中,京东方要想获得进一步的发展,LTPO OLED面板无疑是最好的突破口。况且,在LTPO OLED面板供应份额中,三星“一家独大”的局面也不是苹果希望看到的。如果京东方能实现LTPO OLED面板量产供货,苹果必然乐见其成。今年3月,京东方宣布,f-OLED LTPO变频显示屏实现量产。据称,这款量产型 LTPO 变频显示屏已首先应用于荣耀年度旗舰产品Magic 4系列。

京东方称,该系列产品采用6.81英寸柔性OLED屏幕,拥有1Hz-120Hz自适应七频动态刷新模式、360Hz高触控采样率,基于京东方自研的Q8新一代EL发光器件,并采用京东方自研新像素排列,对像素显示底层逻辑构架进行优化,显示画质全面升级,具备低功耗、高画质、长续航等优势,让用户在享受优质画面显示的同时,无需担忧续航问题。

虽然这款LTPO变频显示屏无缘今年iPhone 14,但为下一代苹果手机的应用提供了可能。同时,鉴于苹果近乎严苛的品控,刚量产的技术无疑会有一段验证期,也不妨“让子弹再飞一会儿”。

LTPO主要技术挑战是什么?

我们也探讨一下LTPO技术。

LTPO结构图(来源:LG Display)

在探讨LTPO之前,我们先了解一下TFT。简单来说,TFT就是一种“薄膜形态的集成电路”,用于驱动显示屏每一个像素点,以高亮度、高对比度快速显示屏幕信息。目前较为成熟的TFT背板技术主要有a-Si、LTPS、IGZO。

其中,a-Si技术已很少用于中小尺寸显示屏幕;LTPS为当前智能手机主流背板技术,但不适合低刷新率;IGZO因电子迁移率相对较低,主要应用于中大尺寸显示屏幕(氧化物TFT技术仍在不断进步,有应用全尺寸显示屏幕的潜力),且适合低刷新率。在当前高分辨率、快速响应速度、高对比度等要求越来越高的行业背景下,智能手机亟需一种更完美的技术,来提升显示屏幕体验与续航能力。

而LTPO就是一种选择。整体来看,LTPO是LTPS和氧化物TFT的组合,由于低功耗,很容易实现120赫兹 (Hz) 的刷新率,但制造工艺复杂且昂贵。

那么,LTPO主要技术挑战在哪里?

根据京东方的专利阐述,多晶硅有源层的电子迁移率较大,使得LTPS TFT的漏电流较大,LTPS基板在低频驱动下的功耗较大,难以很好的保持静态黑画面,画面品质较差。同时,为了更好地展开灰阶,在LTPS基板中,需要将驱动薄膜晶体管的沟道制作得很长,但这样就很难实现LTPS基板的高分辨率。此外,多晶硅有源层的迟滞较大,因此LTPS基板就容易出现画面残影的问题。氧化物TFT电子迁移率较低,但基板在低频驱动下的功耗较小,能很好地保持静态黑画面,提升画面品质,实现高PPI。同时,氧化物TFT有源层的迟滞较小,氧化物TFT基板不容易出现画面残影的问题。另外,氧化物TFT的均一性要比LTPS TFT的要好。

京东方专利文件中展示的LTPO TFT结构图(图片来源:京东方科技集团专利文件)

同时,根据LTPO技术原理,Switching TFT大部分时间都关闭,仅需要较低的漏电;驱动TFT大部分时间都开启,则需要更高的迁移率。然而,LTPS有高电子迁移率,没有低漏电;IGZO低漏电,但电子迁移率不够高。为此,让LTPS用于驱动,就能实现更小的驱动电流和更低的驱动电压;让IGZO负责开关,因较小的漏电就能让像素保持更长时间开启,实现更低的刷新率。这就是从理论层面上LTPO的由来,可谓是取长补短,天作之合,通过动态地调节OLED屏幕的刷新率,从而进一步降低高刷屏的功耗。

然而,两种TFT本身就存在诸多技术难点,尽管看上去可以优劣势互补,但要实现这种混搭也并不容易,还可能互相影响。

根据苹果在SID 2019的邀请论文中的介绍,LTPO分为两种器件结构,即按照Oxide TFT的结构分为:顶栅型LTPO和底栅型LTPO。对于顶栅型LTPO,Oxide TFT是在完成LTPS TFT之后进行的,因此LTPS TFT和Oxide TFT之间的独立性相对较高,可以分别调试工艺使二者的性能都趋于最好。但是底栅型LTPO中Oxide TFT的栅极绝缘层与LTPS TFT中间的ILD层是同一层薄膜,因此可以简化工艺流程,但二者之间的工艺调试会相互影响,需要更加小心地调试。

目前,面板厂商的LTPO工艺的细节很难得到也不便于公开。根据相关论文阐述,顶栅结构采用了六道Mask来完成LTPO背板的制作,但实际上面板厂商的LTPO背板还要考虑到良率和工艺调整的灵活性,会比论文中的流程要复杂。因此,LTPO还不是一种成熟的背板TFT技术,相关生产工艺有待继续探索,以进一步提升良率和降低成本。

相对理想的LTPO改良技术

虽然京东方认为f-OLED LTPO变频显示屏在提升暗态显示均一性、减少低频闪屏、增强氧化物TFT抗光敏性、提高背板透过率及优化LTPO量产工艺等一系列技术难题上取得重要创新突破,但常规的LTPO技术方案也存在暗态画面显示不佳、低频闪屏等问题,且LTPO背板制备工艺较为复杂,使业界备受困扰。

同时,有人认为,LTPO远称不上根本的技术变革,只是对现有的两种技术进行整合,在结构上进行创新,针对特定的显示产品,如需要低功耗、静态显示的产品。这一类产品具有稳定、有限的需求,使LTPO技术具有一定的投资需求,但性能增加的同时也面临着成本的提升。

LTPS转换为LTPO,实际是在LTPS制程基础上增加氧化物制程,这样就会增加二至三个光腌膜步骤,还需要额外设备来沉积氧化物半导体。因此,LTPS升级为LTPO,不仅要增加设备支出,还要占用更多厂房空间,而且材料成本、生产时间会增加、生产良率会下降,进一步导致原有产能产出会减少。因此,在成本的压力面前,LTPO技术无法取代单独的IGZO技术或LTPS技术。

还有一个客观事实是,与LTPS技术相比,相同条件下的LTPO可节省约10%-15%的功耗。这样的技术优化后的数据,有多少智能手机会配置呢?或许,有人会提到LTPO技术的自适应刷新率。但实际上,这是由驱动芯片(DDIC)决定的,而LTPO决定的是屏幕在超低刷新率情况下显示不出现问题。

LTPO 能够降低屏幕能耗(图片来源:IHS Markit)

LTPO或许会成为OLED未来发展的大方向,可能逐渐替代一部分传统LTPS技术,但其带来的提升性能有限,而且制造工艺复杂,成本更高。也或许,未来会出现另一种更理想的TFT背板技术,成本更低,性能提升更显著。

其实,我们也不必遗憾LTPO技术的不完美,只要有人“买单”,技术能快速变现,就可以资本投入。京东方不就已作此布局吗?近几年,业界对进入“果链”褒贬不一,有期待加入以此树立高端品牌形象的,也有忧虑经历像欧菲光那样被“举高高”而又摔得很惨的遭际。尽管“果链”光环逐渐消退(苹果就被宁德、比亚迪拒绝),但抛开苹果对供应链极致的管控与压榨,能进入苹果供应商名单,对很多企业来说,还是一件“幸事。”

责编:Jimmy.zhang
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张河勋
Jimmy Zhang,产业分析师。曾长期负责行业期刊的整体编制工作,对新型显示产业具有较深的认知,对产业内容也具有较强的整体策划与把控能力。
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