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

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

據(jù)介紹，在這塊屏幕內置了上萬顆LED發(fā)光二極管，對比度甚至能達到1000000:1，Mini LED屏幕這項技術的優(yōu)勢究竟何在？

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

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

另外，除了iPad Pro，預估下半年蘋果14英寸、16英寸筆電有可能也將采用Mini LED背光技術。從一定程度上來講，更多產品導入Mini LED技術有助于推動Mini LED產業(yè)各環(huán)節(jié)廠商不斷突破技術瓶頸問題。

作為全球最知名的消費電子品牌，蘋果公司在市場上具有風向標作用。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注。

Mini LED

如果說用M1是意料之中的升級，那么再次刷新平板屏幕素質上限的Liquid視網(wǎng)膜XDR屏幕才是最大的驚喜。事實上，蘋果19年發(fā)布的Pro Display XDR就采用了576個藍光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，但業(yè)內人士認為，已經(jīng)是類Mini LED的技術應用的試水。

相比上一代上代iPad Pro的ProMotion自適應刷新率技術，峰值亮度600nit，這次的Liquid視網(wǎng)膜XDR屏幕全屏亮度高達1000nit，峰值亮度高達1600nit，對比度更是達到了驚人的1000000:1 。而之所能夠達到如此水準，正是因為12.9英寸的iPad pro的使用了全新的Mini LED的背光技術，使用了超過10000個Mini LED燈珠，超過2500個局部調光區(qū)域，這才能達到如此效果。

很多人可能不知道什么是Mini LED技術，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，因為LED燈珠之間存在空隙，限制了畫質表現(xiàn)，所以傳統(tǒng)LCD屏幕想要進一步提高最大亮度、背光均勻性和對比度，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，可以密集分布幾百到幾千個LED燈珠芯片，大幅度改善背光效果，實現(xiàn)輕薄化與更好的對比度；而且LED背光燈珠一般采用GaN等無機材料，比OLED的有機燈珠耐久度更好，采用和傳統(tǒng)LCD一樣的單色背光也不用擔心OLED的燒屏偏色問題。

Mini LED兼顧了LCD和OLED的優(yōu)勢，也正因為此，向來眼光甚高的蘋果才選擇了押注在Mini LED上。其實，目光長遠，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，相信大家平時或多或少聽說過LCD、OLED、Micro LED等名詞。但具體是什么估計許多人還是模糊不清的，其實上述這些都是顯示技術的一種，各有優(yōu)劣。

我們都知道，現(xiàn)如今的手機屏幕市場，已經(jīng)是OLED 的天下，但是LCD的身影也時常能見到，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LCD基本上是目前人類最主流的人機交流界面，盡管新興技術頻出，但其實如最新的Mini-LED等技術其實都還是屬于LCD范疇，實務上又要怎么區(qū)別，與舊有技術又有何不同？

LCD的工作原理是：在電場的作用下，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（調制），完成電光變換，再利用R、G、B三基色信號的不同激勵，通過紅、綠、藍三基色濾光膜，完成時域和空間域的彩色重顯。  目前市場上所指的LCD，已代指主動矩陣式TFT LCD技術，其他如被動矩陣式STN LCD技術都已被淘汰。

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液晶像素點都是由集成在后的薄膜晶體管來驅動并獨立控制，不僅提高了反應速度還可精確控制色階。這是目前消費產品的基礎，其不僅技術已相當成熟且成本低廉。

不過，LCD的背光在穿透多層結構后，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（對比度）約為1000:1，遠不能再現(xiàn)真實的世界。

OLED

高端產品常使用OLED，其中不言而喻LED代表的是光電二極管，而O則代表使用有機物。光電二極管（Photo-Diode）和普通二極管一樣，也是由一個PN結組成的半導體器件，也具有單方向導電特性。但在電路中它不是作整流元件，而是把光信號轉換成電信號的光電傳感器件。在復合物產生能量后，有機物作為發(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，并可獨立控制，對比度可視為無限大。它結構輕薄又省電，更適合使用在隨身設備上。

OLED常使用PWM調節(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，所以亮度高的時候一般人眼發(fā)覺不了，只在相機鏡頭下才能看到頻閃。但在亮度低的時候，頻閃會更明顯，比較敏感的人就會感受到頻閃引發(fā)的眼睛不適。

所幸的是，安卓陣營從去年開始已經(jīng)普及了DC調光，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調光，將自研算法集成在屏幕驅動IC當中。

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面板中紅綠藍子像素的壽命不一致，三個子像素間的波長、所需電流也都有差異，所以在長時間顯示固定內容時，藍色像素老化比另外兩個像素更快，導致色彩偏移，就容易留下“像素殘影”。就算是iPhone，也逃不過這個通病，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取代這兩者。

Micro LED

Micro LED技術即LED微縮化和矩陣化技術，簡單來說就是將LED（發(fā)光二極管）背光源進行薄膜化、微小化、陣列化，可以讓LED單元小于50微米，與OLED一樣能夠實現(xiàn)每個像素單獨定址，單獨驅動發(fā)光（自發(fā)光）。它的優(yōu)勢在于既繼承了無機LED的高效率、高亮度、高可靠度及反應時間快等特點，又具有自發(fā)光無需背光源的特性，體積小、輕薄，還能輕易實現(xiàn)節(jié)能的效果。

Micro LED技術是在2000年由來自于德州理工大學的Hongxing Jiang和Jingyu Lin兩位教授領導的一個研究小組創(chuàng)造。當然，消費者第一次看到使用Micro LED技術產品的屏幕是索尼的55英寸全高清分辨率“Crystal LED Display”產品，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)。外界普遍認為，蘋果將率先在Apple Watch智能手表中引入Micro LED屏幕。

從結構原理上看，Micro LED更簡單，效果更好，TFT基板、超微LED晶粒、驅動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移，如何將LED做的微小化，這需要晶圓級的工藝水平。比如4K級別的Micro LED屏幕，需要800萬個以上的LED高度集成到一起，所以理論上應用到小尺寸屏幕上是極為困難的；同時成本和發(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”代表有機材料，它指的是在能夠產生光的像素堆中使用有機材料。而Micro LED技術則使用的無機氮化鎵材料，這種材料常用于普通的LED照明產品中。這種技術可以降低對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。

如果從另一個問題來看這個問題，Micro LED就是傳統(tǒng)LED通過更小的方式排放在陣列中。實際上LED并不是什么新技術，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相反的是，在智能手表和智能手機等小尺寸設備上使用的Micro LED屏幕更容易制造。而事實證明，現(xiàn)在想要增加Micro LED顯示面板的面積困難很大。當然，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屏幕大小，困難也很大。

對面板制造商來說，目前一個尚未解決的問題就是如何將大量的LED轉移到控制電路板上。有一個潛在的解決方案是，將LED集中放置到一個更大的陣列中，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，或將一個單獨的TFT層轉移到LED陣列中。這些蝕刻方法避免了芯片焊接的精度問題，但改進了用于滿足微型發(fā)光元件的小尺寸部件要求，以及對高分辨率的顯示方式實現(xiàn)起來也昂貴而且難以實現(xiàn)。目前整個制造業(yè)在這個方面的進步很緩慢，因此想要提高產量，還需要繼續(xù)改進。

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

目前來看，Mini LED的已經(jīng)應用在很多顯示器上了，而制作工藝更復雜、體驗更優(yōu)越的Micro LED想要普及，還有很長一段路。

未來的顯示技術市場競爭激烈

此前研調機構發(fā)表2020年十大科技產業(yè)趨勢，其中Mini LED、Micro LED位居趨勢之一，尤其Mini LED量產在即，并且大量應用在高端產品上，Mini LED將與OLED直接競爭。

高刷新率手機面板需求看增，平板成為Mini LED與OLED新戰(zhàn)場；在手機面板方面，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，除了改善手機內容的動態(tài)表現(xiàn)，也開創(chuàng)手機在AR等其他領域的應用，帶動90Hz甚或是120Hz面板的需求。

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

據(jù)Arizton數(shù)據(jù)，2018年全球Mini LED市場規(guī)模僅1000萬美元，預計2024年將上升至23.22億美元，6年復合年增長率達到了147.92%。

另外，盡管短期內Micro LED的成本仍居高不下，但由于Micro LED搭配巨量轉移技術可以結合不同的顯示背板，創(chuàng)造出透明、投影、彎曲、柔性等顯示效果，未來將有機會在供過于求的顯示器產業(yè)當中，創(chuàng)造出全新的藍海市場。例如，若結合可折疊顯示螢幕方案，Micro LED因為材料結構強健，不需要很多保護層，也不需要偏光處理，或許是一個適合切入的領域。

盡管面臨制造障礙，但Micro LED技術仍然值得期待，因為與OLED相比Micro LED提供了更多的進步。首先究竟是最大亮度時功率的降低，也就是說，在同樣低功率條件下，Micro LED能夠達到更大的亮度。相比之下，功耗要比LCD低了足足90%，而比OLED也要低50%。對于像智能手機這樣續(xù)航電量非常寶貴的便攜式產品來說，這是一個巨大的吸引力，這意味著降低屏幕的功耗，帶來更長的使用時間。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現(xiàn)，比如4K甚至8K分辨率智能手機或虛擬現(xiàn)實屏幕等。說到虛擬現(xiàn)實技術，OLED面板的響應時間已經(jīng)降低到了微秒級別，擁有非常不錯的響應時間等級。而這讓它們成為了虛擬現(xiàn)實應用最理想的選擇。而改成Micro LED之后，響應時間又進一步降低到了納秒級別，更快了1000倍。

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