感謝 Apple Watch，iPhone 的續航也許會更好
如果國行版 Apple Watch Series 4 國行版的心電圖功能和傳言一樣被閹割，你還會買嗎？
相信對於大部分人來說，答案依然是「買買買」。
因為螢幕顯示面積高出 30% 的「窄邊框」Apple Watch，相比於前作們的吸引力實在太大。更何況，這還是在續航不減的前提下——Series 4 在提高螢幕顯示面積的同時保持續航能力的原因，除了 S4 處理器能耗控制得力，還在於全新 LTPO OLED 螢幕的引入。
▲ Apple Watch Series 4（圖片來源：ashan626）
由於這兩項改進，Series 4 甚至可以為所欲為地把電池容量砍掉將近 20% 為其他元器件騰出內部空間，比如 Taptic Engine。如果說「一代壓一代」的 S4 提速降耗還是常規操作，那 LTPO OLED 是什麼操作？
什麼是 LTPO？
作為新型的液晶顯示屏 TFT（Thin-Film Transistor）基板，LTPO 並非全新的顯示技術，而是在現有主流 LTPS TFT 和 IGZO 兩種背板基礎上的改良。
TFT（Thin-Film Transistor，薄膜電晶體）基板是 LCD 和 OLED 顯示器的關鍵核心元器件。作為有源（主動）驅動部件，TFT 基板在顯示屏的偏光板下能夠主動對獨立的螢幕畫素進行主動控制，可以極大提高螢幕的反應速度。在 LCD 和 OLED 螢幕全面使用 TFT 基板之後，TFT 技術經歷了多次工藝改進，總體階段可以分為從非晶矽（a-Si）TFT 到多晶矽（p-Si）TFT，而多晶矽 TFT 也經歷了從高溫多晶矽（HTPS）TFT - 低溫多晶矽（LTPS）TFT 兩個細分階段。
▲ LCD 螢幕結構圖中 TFT 基板的位置（圖片來源： ofollow,noindex">友達官網 ）
TFT 的工藝改進主要是圍繞電子遷移率（Electron mobility）這一特性提升，因為更高的電子遷移率意味著更高的畫素驅動電流、更小的 TFT 基板電晶體面積（高開口率），利於提升螢幕亮度（能耗相應降低）、滿足高分屏需求，同時也更契合電流驅動架構特殊的 OLED 螢幕的需求。
LTPS（低溫多晶矽）是目前移動裝置廣泛採用的 TFT 技術。相比於非晶矽 TFT，LTPS TFT 的電子遷移率提升達數百倍（a-Si TFT 的電子遷移率約為 0.5c㎡/Vs，LTPS TFT 的電子遷移率約為 100c㎡/Vs），螢幕具有高亮度、高解析度的特點，非常適合高分屏智慧手機輕薄化的發展趨勢。但是 LTPS TFT 也並非完美，它的生產工藝複雜，生產良率相對更低、也無法滿足大尺寸螢幕產品的應用（2018 年 4 月釋出的華為 Matebook X Pro 的 13.9 英寸螢幕「突破性」地使用了 LTPS TFT 基板，在電池容量縮水的前提下大幅提升了續航能力）。
由於 LTPS 的生產工藝複雜、良率低，所以在低端的 a-Si 和高階的 LTPS 基板之外，出現了基於 a-Si TFT 基板的 IGZO（indium gallium zinc oxide，銦鎵鋅氧化物）技術。IGZO 是應用於 TFT 的溝道層材料，屬於金屬氧化物（Oxide）面板技術，電子遷移率介於 a-Si 和 LTPS 之間（約為 10c㎡/Vs），不過它擁有以下特點：
- 工藝溫度低，製備簡單
- 可見光波段全透明
- 彎曲效能好
- 無螢幕尺寸限制，可用作大尺寸螢幕基板
而且，最重要的是，IGZO 漏電電流小，所以可以採用間歇驅動（Interval Driving）的方式驅動畫素，也就是說，IGZO 如果在相鄰幀畫面的部分畫素點沒有變化時，不需要和 LTPS 基板一樣重新對畫素進行開關再重新驅動，所以能耗相比於 LTPS TFT 更低。
不過由於和 LTPS TFT 有著電子遷移率相差近 10 倍的天然劣勢，所以 IGZO 技術之前更多是被應用於中低端智慧手機螢幕，直到蘋果在 Apple Watch Series 4 上將它和 LTPS 技術結合開發出了 LTPO TFT。
事實上，在出乎意料地將 Apple Watch Series 4 替換為 LTPO TFT 螢幕之前，蘋果早已經在進行相關的技術研發和專利儲備。從 2014 年開始，蘋果陸續申請了三項與 LTPO 技術相關的專利，分別為 2014 年申請的《 具有半導體氧化物和矽薄膜電晶體的 OLED 面板 》、2015 年申請的《 採用矽和半導體氧化物薄膜電晶體的顯示面板 》和 2018 年申請的《 混合 TFT 工藝流程中保護半導體氧化物方法 》。
相比於 LTPS 更低的能耗需求可能是蘋果獨力開發 LTPO 的最大動力，畢竟在電池技術沒有獲得太大突破的背景下，「節流」是提升移動裝置續航能力的唯一選擇的。
目前已知的 LTPO TFT 製備工藝是在 LTPS TFT 基板上形成 IGZO 的氧化物層，但是由於 LTPS 本身工藝複雜，所以目前上游產業鏈並沒有完整的技術儲備支撐 LTPO TFT 大規模商用，但是從 Apple Watch Series 4 開始應用 LTPO TFT 工藝來看，蘋果應該已經攻克了製備 LTPO TFT 的技相關術難題。
▲ 蘋果專利檔案中展示的 LTPO TFT 的結構圖
根據蘋果之前申請的專利說明，蘋果研發的 LTPO TFT 將採用 LPTS 作為開關 TFT，而 IGZO 則作為驅動 TFT。當相鄰單幀畫面的畫素沒有變化時，IGZO 驅動 TFT 將保持電壓而不被重新整理，以此在保留 LTPS 高響應速度的同時降低螢幕的整體能耗。
根據 IHS Markit 的報告資料，相比於 LTPS TFT 螢幕，LTPS TFT 螢幕的能耗能夠降低 5% - 15%，用實際體驗量化，可以視為相同續航時長下 LPTO 可以驅動 19.5:9 的螢幕、而 LTPS 只能驅動 16:9 的螢幕，或者相同螢幕尺寸下 LTPO TFT 螢幕續航 100 小時、而 LTPS TFT 螢幕只有 90 小時。
▲ LTPO 能夠大幅降低螢幕能耗（圖片來源： IHS Markit ）
雖然 LTPO TFT 螢幕不能獨享 Apple Watch Series 4 功耗降低的榮光，但是從大規模應用來說，至少蘋果本身對 LTPO TFT 技術是認可的。下一步，我們也許可以期待使用 LTPO TFT OLED 螢幕的 iPhone 能有更長的續航表現了。