LTPS:被冷藏20年黑科技 被华为重新起用的内幕

日前,众多黑科技集于一身的华为Matebook Pro 笔记本发布,媒体和发烧友已经给足了好评。但是隐藏式摄像头、杜比四扬声器、按压式指纹都只是人性化的设计改进,Intel 8代处理器升级也无非是Intel的更新换代而已。

实际上,这款产品之所以能压制了市面上任一款笔记本电脑,却是它那张全面屏。屏幕是功耗大户,分辨率越高月耗电,在重量只有1.33kg,比MacBook 还轻薄机身中,实现3K分辨率、420nit亮度,且省电到足以满足一天的续航,也只有采用了LTPS技术的屏幕能实现。

可以说,LTPS是一项未来技术,领先苹果MacBook上的IGZO屏幕整整一代,但因制造成本太高,所以过去只在一些高端旗舰手机上应用,直到华为Matebook Pro才回归到笔记本电脑上。但LTPS背后,隐藏着黑科技?接下来,LTPS 技术将带来什么样的显示革命?

LTPS:被冷藏20年黑科技 被华为重新起用的内幕

被冷藏的黑科技 LTPS能做什么?

LTPS 全称低温多晶硅技术,是一种液晶面板制造技术,此外还有IGZO和非晶硅(α-Si)两种,前者为夏普提出和商业化,后者因工艺简单,成本低廉而广泛被各大厂家采用,尤其在廉价手机和笔记本都采用非晶硅技术的屏幕。

LTPS 最初由日本和北美的企业为了降低笔记本显示屏的能耗而生,上世纪中期,这项技术开始走向试用阶段。但此后该项技术却由于制造难度和成本而未被大规模应用,后来才小范围地用在高端手机上。

LTPS从研发出来,回归笔记本,LTPS被冷藏了超过20年的历史。现在为何又被应用在华为MateBook X Pro?那是因为LTPS的性能无出其右,远远强于苹果MacBook Pro 上的IGZO技术。不过,要弄清这个优势,就必须回到技术原点上。

首先,LTPS速度快,而且处于绝对领先的地位。因为快,所以分辨率可以很高,而面板体积却很小,只有这样,手机和笔记本才能做的越轻薄、屏幕边框越小,显示效果却越好。所以“快”不是从体验角度来说的,而是指技术原理。

现在的液晶面板都可以划分为非晶硅与多晶硅 (Poly-Si) 两大类,它们最大的差距在于一项特性——电子迁移率。多晶硅的分子结构排列状态是整齐而有方向性的,像平整的路面可以开客车,而非晶硅则杂乱无章像崎岖山路,只能让人通行。理论上多晶硅的电子迁移率要比非晶硅快200-300倍。

LTPS:被冷藏20年黑科技 被华为重新起用的内幕


但是,电子迁移率又是什么鬼?液晶面板的每一个像素都由薄膜晶体管组成电路来单独控制的,这个电路被集成在每个像素中。

电子迁移率越高,电路就可以做的越小,像素的开口率越大,“开口”顾名思义就是像素显像的部分没有被遮挡,有效显示面积越大,单个像素体积也就能做的越小。在笔记本、手机屏幕上,可以集成的像素点也越多,从而实现更高分辨率。同时,由于电路变小了,透光率高,耗电也随之降低了。

以前的手机和笔记本分辨率做不高、屏幕做不薄、边框做不窄,归根结底是电子迁移率导致开口率不大导致的。

为了改善非晶硅电子迁移率低的问题,夏普等厂家推出了IGZO技术,改善了非晶硅的电子迁移率低的问题,不过,电子迁移率依然只有LTPS的1/2,甚至更低。

下图是IGZO对非晶硅的开口率改善示意图,实际应用中,LTPS比IGZO可以更进一步:

LTPS:被冷藏20年黑科技 被华为重新起用的内幕


这就解释了,为什么采用LTPS的华为MateBook X Pro实现了3K超高分辨率,但电池容量相近,CPU性能更强大的条件下,续航还能超过采用IGZO技术的苹果MacBook Pro。而且,华为实现了91.6%屏占比的全面屏,一定程度上也是拜LTPS技术所赐,相比之下,苹果MacBook的屏占比只有86%。

LTPS 可靠制胜

这里先澄清一个概念,我们经常说的IPS、VA和TN是指液晶屏幕的成像技术。制造技术和成像技术不冲突,不管哪种制造技术的屏幕都可以是IPS、VA或TN中的一种。

非晶硅制造显示屏的技术最为简单,所以被广泛采用。但技术缺点很明显,由于电子迁移率低,电路占了像素很大的面积,开口率极低,导致分辨率和亮度无法做得很高。

不过,非晶硅的屏幕很便宜,所以一直被普通的笔记本电脑使用。这就解释了,为何用户总抱怨手机都能上2K、上视网膜屏幕了,而笔记本还是万年不变的、颗粒感明显的低分辨率屏。

率先打破笔记本屏幕成像不理想的是苹果,在MacBook Pro上引入了IGZO制造技术的高分屏幕,并赋予了一个容易理解的概念Retina(视网膜)。

IGZO 全程为铟镓锌氧化物,IGZO改善了像素中电路的电子迁移率问题。但是其依然是非晶硅技术的改良,性能依然不如LTPS。而且IGZO存在不稳定的缺点,对水、氧气相当敏感,使用时间过长后可靠与稳定性大幅下降,之前某品牌就爆发过使用IGZO屏幕的电脑出现阴影的问题。

所以要提高笔记本显示屏的效果,IGZO长期难担重任。此时,LTPS技术重新被华为带回了笔记本上。但要大规模将LTPS屏幕应用在笔记本上,却必先要克服一个技术难题。

LTPS 是一种多晶硅的制造工艺。过去,要制造多晶硅通常需要900摄氏度以上的高温,而显示屏的玻璃底板,却只能承诺650摄氏度左右的温度。温度稍高了,玻璃底板就会变形、破裂。

一个妥协的做法是先使用“低温等离子体增强化学汽相沉积”(PECVD)生长非晶硅,然后采用激光退火的办法,在很短的时间内提高薄膜温度,重结晶得到多晶硅。由于使用XeCl激光,良品率低导致成本高昂,过去很长时间里,只能用在旗舰手机等小屏幕上。

不过,现在LTPS技术在屏幕制造中已逐渐成熟,其长期使用的可靠性也远胜IGZO。总的来说,与苹果MacBook Pro 的IGZO屏幕相比,华为MateBook X Pro采用的LTPS技术,确保了屏幕的可靠性,并实现了高分辨率和低功耗

可以预见,在华为开启了LTPS屏幕技术时代,实现3K超高分辨率与低功耗的屏幕后,将全面革新我们在大屏幕上视觉和续航体验。想象一下,在笔记本上实现4K、5K的分辨率



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