最新iPad Pro采用Mini LED加持，Mini LED顯示技術(shù)究竟好在哪？

2021年4月21日凌晨，蘋果公司舉辦了春季發(fā)布會(huì)，此次發(fā)布會(huì)壓軸出場(chǎng)的重磅產(chǎn)品，是新一代的iPad Pro。其關(guān)鍵的性能升級(jí)主要在于M1芯片、5G網(wǎng)絡(luò)和一塊Mini LED材質(zhì) —— 據(jù)稱能匹敵蘋果最高端專業(yè)級(jí)顯示器Pro Display XDR的屏幕。

據(jù)介紹，在這塊屏幕內(nèi)置了上萬顆LED發(fā)光二極管，對(duì)比度甚至能達(dá)到1000000:1，Mini LED屏幕這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)究竟何在？

不過，近日有消息稱iPad Pro Mini LED出現(xiàn)良率不佳的問題，可能導(dǎo)致初期供應(yīng)短缺。據(jù)了解，蘋果Mini LED iPad Pro生產(chǎn)過程中的主要問題出在SMT制程。本次iPad Pro的SMT固晶打件的供應(yīng)商是臺(tái)表科和晶電子公司元豐新科技。知情人士表示臺(tái)表科的生產(chǎn)良率較低，因此，蘋果正在尋求與另一家SMT廠商合作。

盡管當(dāng)前生產(chǎn)出現(xiàn)了良率欠佳的問題，但作為蘋果首款搭載Mini LED背光技術(shù)的產(chǎn)品，iPad Pro的銷量同樣受市場(chǎng)看好。TrendForce集邦咨詢表示，12.9英寸iPad Pro原本就在利基市場(chǎng)有穩(wěn)定的需求表現(xiàn)，因此，在規(guī)格全面升級(jí)，以及與前一代產(chǎn)品價(jià)差僅100美元的背景下，預(yù)期2021年新款12.9英寸iPad Pro出貨量將可達(dá)500萬臺(tái)。同時(shí)，新一代iPad Pro今年在全球平板計(jì)算機(jī)市場(chǎng)的滲透率將為3.1%。

另外，除了iPad Pro，預(yù)估下半年蘋果14英寸、16英寸筆電有可能也將采用Mini LED背光技術(shù)。從一定程度上來講，更多產(chǎn)品導(dǎo)入Mini LED技術(shù)有助于推動(dòng)Mini LED產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)廠商不斷突破技術(shù)瓶頸問題。

作為全球最知名的消費(fèi)電子品牌，蘋果公司在市場(chǎng)上具有風(fēng)向標(biāo)作用。隨著該公司的加入，Mini LED的熱度可以說是直線升高，也引起了眾多投資者的關(guān)注。

Mini LED

如果說用M1是意料之中的升級(jí)，那么再次刷新平板屏幕素質(zhì)上限的Liquid視網(wǎng)膜XDR屏幕才是最大的驚喜。事實(shí)上，蘋果19年發(fā)布的Pro Display XDR就采用了576個(gè)藍(lán)光LED區(qū)域作為背光層，雖然蘋果沒有將這套的背光系統(tǒng)稱為Mini LED技術(shù)，但業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，已經(jīng)是類Mini LED的技術(shù)應(yīng)用的試水。

相比上一代上代iPad Pro的ProMotion自適應(yīng)刷新率技術(shù)，峰值亮度600nit，這次的Liquid視網(wǎng)膜XDR屏幕全屏亮度高達(dá)1000nit，峰值亮度高達(dá)1600nit，對(duì)比度更是達(dá)到了驚人的1000000:1 。而之所能夠達(dá)到如此水準(zhǔn)，正是因?yàn)?2.9英寸的iPad pro的使用了全新的Mini LED的背光技術(shù)，使用了超過10000個(gè)Mini LED燈珠，超過2500個(gè)局部調(diào)光區(qū)域，這才能達(dá)到如此效果。

很多人可能不知道什么是Mini LED技術(shù)，Mini LED的全稱是“次毫米發(fā)光二極體”，傳統(tǒng)LCD的背光層通常由幾十到數(shù)百顆尺寸大于200μm的LED燈珠組成，因?yàn)長(zhǎng)ED燈珠之間存在空隙，限制了畫質(zhì)表現(xiàn)，所以傳統(tǒng)LCD屏幕想要進(jìn)一步提高最大亮度、背光均勻性和對(duì)比度，就必須提高背光層的LED燈珠密度。

而Mini LED的晶粒尺寸約在50-200μm之間，同樣的區(qū)域內(nèi)，可以密集分布幾百到幾千個(gè)LED燈珠芯片，大幅度改善背光效果，實(shí)現(xiàn)輕薄化與更好的對(duì)比度；而且LED背光燈珠一般采用GaN等無機(jī)材料，比OLED的有機(jī)燈珠耐久度更好，采用和傳統(tǒng)LCD一樣的單色背光也不用擔(dān)心OLED的燒屏偏色問題。

Mini LED兼顧了LCD和OLED的優(yōu)勢(shì)，也正因?yàn)榇?，向來眼光甚高的蘋果才選擇了押注在Mini LED上。其實(shí)，目光長(zhǎng)遠(yuǎn)，大力發(fā)展Mini LED上的，并不只有蘋果一家，除了蘋果，此前三星/TCL等公司也陸續(xù)發(fā)布了搭載Mini LED背光的高端電視。

除了Mini LED以外，相信大家平時(shí)或多或少聽說過LCD、OLED、Micro LED等名詞。但具體是什么估計(jì)許多人還是模糊不清的，其實(shí)上述這些都是顯示技術(shù)的一種，各有優(yōu)劣。

我們都知道，現(xiàn)如今的手機(jī)屏幕市場(chǎng)，已經(jīng)是OLED 的天下，但是LCD的身影也時(shí)常能見到，比如iPhone 11。生活中也經(jīng)常能聽到“LCD永不為奴”的絕不妥協(xié)，但也總摻雜著“OLED燒屏、瞎眼”的抱怨。

LCD

液晶顯示技術(shù)LCD基本上是目前人類最主流的人機(jī)交流界面，盡管新興技術(shù)頻出，但其實(shí)如最新的Mini-LED等技術(shù)其實(shí)都還是屬于LCD范疇，實(shí)務(wù)上又要怎么區(qū)別，與舊有技術(shù)又有何不同？

LCD的工作原理是：在電場(chǎng)的作用下，利用液晶分子的排列方向發(fā)生變化，使外光源透光率改變（調(diào)制），完成電光變換，再利用R、G、B三基色信號(hào)的不同激勵(lì)，通過紅、綠、藍(lán)三基色濾光膜，完成時(shí)域和空間域的彩色重顯。  目前市場(chǎng)上所指的LCD，已代指主動(dòng)矩陣式TFT LCD技術(shù)，其他如被動(dòng)矩陣式STN LCD技術(shù)都已被淘汰。

TFT LCD全稱為薄膜晶體管液晶顯示器（Thin film transistor-liquid crystal Display），是指液晶顯示器上的每一個(gè)液晶像素點(diǎn)都是由集成在后的薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)并獨(dú)立控制，不僅提高了反應(yīng)速度還可精確控制色階。這是目前消費(fèi)產(chǎn)品的基礎(chǔ)，其不僅技術(shù)已相當(dāng)成熟且成本低廉。

不過，LCD的背光在穿透多層結(jié)構(gòu)后，最終的有效光線僅為5%左右。由于濾光效率不能做到100%，這使得黑色只能顯示為深灰色，畫面的明暗比值（對(duì)比度）約為1000:1，遠(yuǎn)不能再現(xiàn)真實(shí)的世界。

OLED

高端產(chǎn)品常使用OLED，其中不言而喻LED代表的是光電二極管，而O則代表使用有機(jī)物。光電二極管（Photo-Diode）和普通二極管一樣，也是由一個(gè)PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，也具有單方向?qū)щ娞匦?。但在電路中它不是作整流元件，而是把光信?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電傳感器件。在復(fù)合物產(chǎn)生能量后，有機(jī)物作為發(fā)光層與其連接，吸收能量并以光的形式釋放。不同的有機(jī)物能發(fā)出不同顏色的光、且光色純，能顯示的色彩范圍廣，并可獨(dú)立控制，對(duì)比度可視為無限大。它結(jié)構(gòu)輕薄又省電，更適合使用在隨身設(shè)備上。

OLED常使用PWM調(diào)節(jié)亮度，也就是通過屏幕的亮、滅交替來改變屏幕亮度。由于亮、滅交替足夠快，超出人眼感知范圍，所以亮度高的時(shí)候一般人眼發(fā)覺不了，只在相機(jī)鏡頭下才能看到頻閃。但在亮度低的時(shí)候，頻閃會(huì)更明顯，比較敏感的人就會(huì)感受到頻閃引發(fā)的眼睛不適。

所幸的是，安卓陣營(yíng)從去年開始已經(jīng)普及了DC調(diào)光，也就是通過軟件算法，改變面板電路的功率來改變屏幕的亮度，很大程度上減輕OLED屏頻閃問題，甚至像紅米還推出了硬件DC調(diào)光，將自研算法集成在屏幕驅(qū)動(dòng)IC當(dāng)中。

如果說OLED屏幕的頻閃幾乎已經(jīng)被克服了，那“燒屏”就是OLED難以解決的另一硬傷?！盁痢币卜Q“殘像”，其根本原因是發(fā)光元器件的生命周期不同。OLED面板中紅綠藍(lán)子像素的壽命不一致，三個(gè)子像素間的波長(zhǎng)、所需電流也都有差異，所以在長(zhǎng)時(shí)間顯示固定內(nèi)容時(shí)，藍(lán)色像素老化比另外兩個(gè)像素更快，導(dǎo)致色彩偏移，就容易留下“像素殘影”。就算是iPhone，也逃不過這個(gè)通病，蘋果在官網(wǎng)也表明：燒屏或者色彩變化是OLED屏的正常變化。

可以看出，即使OLED屏已經(jīng)快要取代LCD屏的今天，它也依然有很多不完美的地方，LCD屏在很多方面也稍顯落后，兩者注定互有好壞。所以，未來也必將有新的屏幕技術(shù)取代這兩者。

Micro LED

Micro LED技術(shù)即LED微縮化和矩陣化技術(shù)，簡(jiǎn)單來說就是將LED（發(fā)光二極管）背光源進(jìn)行薄膜化、微小化、陣列化，可以讓LED單元小于50微米，與OLED一樣能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)像素單獨(dú)定址，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)發(fā)光（自發(fā)光）。它的優(yōu)勢(shì)在于既繼承了無機(jī)LED的高效率、高亮度、高可靠度及反應(yīng)時(shí)間快等特點(diǎn)，又具有自發(fā)光無需背光源的特性，體積小、輕薄，還能輕易實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。

Micro LED技術(shù)是在2000年由來自于德州理工大學(xué)的Hongxing Jiang和Jingyu Lin兩位教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組創(chuàng)造。當(dāng)然，消費(fèi)者第一次看到使用Micro LED技術(shù)產(chǎn)品的屏幕是索尼的55英寸全高清分辨率“Crystal LED Display”產(chǎn)品，它在2012年正式亮相。

18年和19年的CES上，三星接連展示了數(shù)款Micro LED電視“秀肌肉”。而蘋果在也早在2014年就收購了一家Micro LED研發(fā)的企業(yè)。外界普遍認(rèn)為，蘋果將率先在Apple Watch智能手表中引入Micro LED屏幕。

從結(jié)構(gòu)原理上看，Micro LED更簡(jiǎn)單，效果更好，TFT基板、超微LED晶粒、驅(qū)動(dòng)IC都不是很大的問題，但是它最大的難題就是眾所周知的巨量轉(zhuǎn)移，如何將LED做的微小化，這需要晶圓級(jí)的工藝水平。比如4K級(jí)別的Micro LED屏幕，需要800萬個(gè)以上的LED高度集成到一起，所以理論上應(yīng)用到小尺寸屏幕上是極為困難的；同時(shí)成本和發(fā)熱也是極為可觀，三星的第一款Micro LED電視選擇146英寸也是這方面的原因。

Micro LED與OLED的不同之處就在于其LED部分的材料組成。前文提到OLED中的“O”代表有機(jī)材料，它指的是在能夠產(chǎn)生光的像素堆中使用有機(jī)材料。而Micro LED技術(shù)則使用的無機(jī)氮化鎵材料，這種材料常用于普通的LED照明產(chǎn)品中。這種技術(shù)可以降低對(duì)極化和封裝層的要求，能讓顯示面板更薄。因此Micro LED的組件都很小，寬度不到100μm，比人類的頭發(fā)還細(xì)。

如果從另一個(gè)問題來看這個(gè)問題，Micro LED就是傳統(tǒng)LED通過更小的方式排放在陣列中。實(shí)際上LED并不是什么新技術(shù)，但在如此小的部件面板上排序陣列才是真正的困難。與其他顯示面板技術(shù)相反的是，在智能手表和智能手機(jī)等小尺寸設(shè)備上使用的Micro LED屏幕更容易制造。而事實(shí)證明，現(xiàn)在想要增加Micro LED顯示面板的面積困難很大。當(dāng)然，由于焊接精度的要求很高，將更高的分辨率壓縮到智能手機(jī)屏幕大小，困難也很大。

對(duì)面板制造商來說，目前一個(gè)尚未解決的問題就是如何將大量的LED轉(zhuǎn)移到控制電路板上。有一個(gè)潛在的解決方案是，將LED集中放置到一個(gè)更大的陣列中，然后通過焊接完成顯示。但這種方法的問題在于，目前選擇和制造的精度為±34μm，而這并不符合micro-LED所需要的±1.5μm的精度要求。

還有一種代替的方案就是蝕刻LED陣列與IC連接，或?qū)⒁粋€(gè)單獨(dú)的TFT層轉(zhuǎn)移到LED陣列中。這些蝕刻方法避免了芯片焊接的精度問題，但改進(jìn)了用于滿足微型發(fā)光元件的小尺寸部件要求，以及對(duì)高分辨率的顯示方式實(shí)現(xiàn)起來也昂貴而且難以實(shí)現(xiàn)。目前整個(gè)制造業(yè)在這個(gè)方面的進(jìn)步很緩慢，因此想要提高產(chǎn)量，還需要繼續(xù)改進(jìn)。

在短期內(nèi)，圓晶體成鍵似乎是最可行的過程。不過這款產(chǎn)品目前只適用于低像素的面板，比如對(duì)分辨率要求不高的智能手表，而并非QHD分辨率的智能手機(jī)。制造出高分辨率的Micro LED面板是很多廠商的目標(biāo)，但這需要不斷提高制造精度。

目前來看，Mini LED的已經(jīng)應(yīng)用在很多顯示器上了，而制作工藝更復(fù)雜、體驗(yàn)更優(yōu)越的Micro LED想要普及，還有很長(zhǎng)一段路。

未來的顯示技術(shù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈

此前研調(diào)機(jī)構(gòu)發(fā)表2020年十大科技產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，其中Mini LED、Micro LED位居趨勢(shì)之一，尤其Mini LED量產(chǎn)在即，并且大量應(yīng)用在高端產(chǎn)品上，Mini LED將與OLED直接競(jìng)爭(zhēng)。

高刷新率手機(jī)面板需求看增，平板成為Mini LED與OLED新戰(zhàn)場(chǎng)；在手機(jī)面板方面，目前OLED或LCD面板的規(guī)格已經(jīng)能滿足各類消費(fèi)者的需求。然而伴隨著5G布建展開，其高傳輸效率與低延遲的特性，除了改善手機(jī)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，也開創(chuàng)手機(jī)在AR等其他領(lǐng)域的應(yīng)用，帶動(dòng)90Hz甚或是120Hz面板的需求。

綜合來看，Mini LED不論是在LCD背光應(yīng)用方面亦或是在RGB直顯應(yīng)用方面都具有非常不錯(cuò)的前景。在各廠商加速布局Mini LED的趨勢(shì)之下，未來幾年將會(huì)是Mini LED的爆發(fā)期。

據(jù)Arizton數(shù)據(jù)，2018年全球Mini LED市場(chǎng)規(guī)模僅1000萬美元，預(yù)計(jì)2024年將上升至23.22億美元，6年復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)到了147.92%。

另外，盡管短期內(nèi)Micro LED的成本仍居高不下，但由于Micro LED搭配巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)可以結(jié)合不同的顯示背板，創(chuàng)造出透明、投影、彎曲、柔性等顯示效果，未來將有機(jī)會(huì)在供過于求的顯示器產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，創(chuàng)造出全新的藍(lán)海市場(chǎng)。例如，若結(jié)合可折疊顯示螢?zāi)环桨?，Micro LED因?yàn)椴牧辖Y(jié)構(gòu)強(qiáng)健，不需要很多保護(hù)層，也不需要偏光處理，或許是一個(gè)適合切入的領(lǐng)域。

盡管面臨制造障礙，但Micro LED技術(shù)仍然值得期待，因?yàn)榕cOLED相比Micro LED提供了更多的進(jìn)步。首先究竟是最大亮度時(shí)功率的降低，也就是說，在同樣低功率條件下，Micro LED能夠達(dá)到更大的亮度。相比之下，功耗要比LCD低了足足90%，而比OLED也要低50%。對(duì)于像智能手機(jī)這樣續(xù)航電量非常寶貴的便攜式產(chǎn)品來說，這是一個(gè)巨大的吸引力，這意味著降低屏幕的功耗，帶來更長(zhǎng)的使用時(shí)間。與目前的OLED和LCD相比，廠商們可以增加面板的亮度，更好的在陽光直射下使用。

而更小的Micro LED尺寸也可以讓高分辨率更容易實(shí)現(xiàn)，比如4K甚至8K分辨率智能手機(jī)或虛擬現(xiàn)實(shí)屏幕等。說到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，OLED面板的響應(yīng)時(shí)間已經(jīng)降低到了微秒級(jí)別，擁有非常不錯(cuò)的響應(yīng)時(shí)間等級(jí)。而這讓它們成為了虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用最理想的選擇。而改成Micro LED之后，響應(yīng)時(shí)間又進(jìn)一步降低到了納秒級(jí)別，更快了1000倍。

但是Micro LED的制造價(jià)格成本也要高很多，甚至是目前LCD或OLED面板的三到四倍。毫無疑問，這會(huì)讓產(chǎn)品的成本上升不少，甚至還影響整個(gè)行業(yè)的投資。畢竟目前很多廠商還在不斷擴(kuò)大OLED屏幕的生產(chǎn)線。