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Apple Watch 4のLTPOとは?メリットは?スマホへも搭載?

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Appleは、2018年発売のApple Watch Series 4にLTPOと名付けた最新のバックプレーンを搭載し、注目を集めました。Apple Watch Series 4のLTPO OLED Displayは、SIDの2019 Display Industry Awardsを受賞し、Appleの技術者からSID2019にて発表も行われました。以下に紹介します。

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Apple Watch 4のLTPOとは?SID2019で発表

まずApple Watch 4のLTPOとは何のことでしょうか?これはLow-temperature Poly-Crystalline Silicon and Oxideの略です。従来から使われている低温ポリシリコン(LTPS)とIGZOなどの酸化物半導体を組み合わせて、それらの長所を活かしたAMOLED用のTFTバックプレーンです。バックプレーンとは、有機EL(OLED)や液晶の駆動素子を形成した基板のことです。一般にガラスや樹脂の基板にTFTや電極を形成して作ります。

LTPOはAppleが開発し、特許を取得。LG、JDI、シャープ、サムスンなどに技術を紹介し、製品開発を要請したようです。Apple Watch 4にはLGが製造したAMOLEDが搭載されており、プラスチック基板上にLTPOが形成されています。

Appleは、同社が主催するイベントなどでティムクックCEOらが講演する以外は、ほとんど自社のテクノロジーを講演することは従来からありませんでした。ところが少しずつ変化しており、SID2019では、Apple Watch 4のLTPOなどを担当した技術者が招待講演を行いました。そのため、かなり技術の詳細が紹介されるようになっています。

Apple Watch 4のLTPOのメリットは?

Apple Watch 4のLTPOのメリットは、主に低消費電力化と表示面積拡大です。中型・小型のOLEDにはTFTとして従来はLTPSが主に使用されてきました。LTPSは高い移動度の優れたTFT材料ですが、オフ電流がやや高く、リーク電流が比較的多いという特徴があります。

消費電力を下げる方法として、駆動周波数を下げる方法があるのですが、その場合は表示画面の書き換えの周期が長くなり、リーク電流によってOLEDの輝度が低下します。書き換えた直後は輝度が高くなり、次の書き換えまで輝度が徐々に下がり、次の書き換えでまた輝度が高くなるということが駆動周波(リフレッシュレート)によって繰り返されます。リフレッシュレートが60Hz以下になるとこの輝度変化が視認されるようになり、いわゆるフリッカーとして気になります。特に10-15Hzでは非常にフリッカーが目立つようになります。

Apple Watch 4のLTPOでは、1-60Hzの範囲でフリッカーがほとんど感じられないような制御を実現しました。それは上記のOLEDの輝度を制御するTFTに酸化物半導体を使用することにより実現しました。酸化物半導体は、オフ電流が非常に低く、リーク電流が桁違いに少ないため、次の書き換えまでの輝度変化が小さくできるためです。

またLTPOでは、ディスプレイ周辺回路や画素部のスイッチングにLTPSを使用しています。高速なスイッチングが可能というLTPSの特徴を活かします。ディスプレイ周辺回路は、LTPSを用いることにより、CMOS回路を作って、バックプレーン上に一体形成することができます。これにより狭額縁化が可能で、表示面積を拡大することができます。


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LTPOはスマホにも搭載されるのか?

このように優れた特性を有するLTPOですが、今後はApple Watch以外にも搭載されるのでしょうか?当然のことながらAppleのOLED搭載のiPhoneに搭載される可能性があるでしょう。

iPhoneのOLEDパネルは、サムスンが製造しており、AppleはサムスンへもLTPOの製品化を要請したとされています。LTPOのOLEDパネルを量産するためには、おそらくより多くのフォトマスク工程が必要であり、追加の設備投資が必要で、また歩留まりも下がるでしょう。

サムスンのRGBを蒸着で塗り分ける方式のOLEDは、LGのカラーフィルター方式よりも難易度が高く、またパネルサイズもApple WatchよりiPhoneの方が大きいため、開発には時間を要するでしょう。2020年発売のiPhoneに搭載されるという噂もありますが、真偽のほどは分かりません。しかし、近い将来に登場するでしょう。

まとめ

Apple Watch 4のLTPOについて紹介しました。低消費電力化と表示面積拡大に大きく貢献する技術で、今後の搭載拡大に期待したいです。

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