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(píng)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)鍵的性能升級主要在于M1芯片、5G網(wǎng)絡(luò )和一塊Mini LED材質(zhì) —— 據稱(chēng)能匹敵蘋(píng)果最高端專(zhuān)業(yè)級顯示器Pro Display XDR的屏幕。

據介紹，在這塊屏幕內置了上萬(wàn)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(shù)的優(yōu)勢究竟何在？

不過(guò)，近日有消息稱(chēng)iPad Pro Mini LED出現良率不佳的問(wèn)題，可能導致初期供應短缺。據了解，蘋(píng)果Mini LED iPad Pro生產(chǎn)過(guò)程中的主要問(wèn)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(chǎn)良率較低，因此，蘋(píng)果正在尋求與另一家SMT廠(chǎng)商合作。

盡管當前生產(chǎn)出現了良率欠佳的問(wèn)題，但作為蘋(píng)果首款搭載Mini LED背光技術(shù)的產(chǎn)品，iPad Pro的銷(xiāo)量同樣受市場(chǎng)看好。TrendForce集邦咨詢(xún)表示，12.9英寸iPad Pro原本就在利基市場(chǎng)有穩定的需求表現，因此，在規格全面升級，以及與前一代產(chǎn)品價(jià)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(wàn)臺。同時(shí)，新一代iPad Pro今年在全球平板計算機市場(chǎng)的滲透率將為3.1%。

另外，除了iPad Pro，預估下半年蘋(píng)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(lái)講，更多產(chǎn)品導入Mini LED技術(shù)有助于推動(dòng)Mini LED產(chǎn)業(yè)各環(huán)節廠(chǎng)商不斷突破技術(shù)瓶頸問(wèn)題。

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

Mini LED

如果說(shuō)用M1是意料之中的升級，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(píng)果19年發(fā)布的Pro Display XDR就采用了576個(gè)藍光LED區域作為背光層，雖然蘋(píng)果沒(méi)有將這套的背光系統稱(chēng)為Mini LED技術(shù)，但業(yè)內人士認為，已經(jīng)是類(lèi)Mini LED的技術(shù)應用的試水。

相比上一代上代iPad Pro的ProMotion自適應刷新率技術(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(shù)，使用了超過(guò)10000個(gè)Mini LED燈珠，超過(guò)2500個(gè)局部調光區域，這才能達到如此效果。

很多人可能不知道什么是Mini LED技術(shù)，Mini LED的全稱(chēng)是“次毫米發(fā)光二極體”，傳統LCD的背光層通常由幾十到數百顆尺寸大于200μm的LED燈珠組成，因為L(cháng)ED燈珠之間存在空隙，限制了畫(huà)質(zhì)表現，所以傳統LCD屏幕想要進(jìn)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，同樣的區域內，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)現輕薄化與更好的對比度；而且LED背光燈珠一般采用GaN等無(wú)機材料，比OLED的有機燈珠耐久度更好，采用和傳統LCD一樣的單色背光也不用擔心OLED的燒屏偏色問(wèn)題。

Mini LED兼顧了LCD和OLED的優(yōu)勢，也正因為此，向來(lái)眼光甚高的蘋(píng)果才選擇了押注在Mini LED上。其實(shí)，目光長(cháng)遠，大力發(fā)展Mini LED上的，并不只有蘋(píng)果一家，除了蘋(píng)果，此前三星/TCL等公司也陸續發(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(tīng)說(shuō)過(guò)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(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，現如今的手機屏幕市場(chǎng)，已經(jīng)是OLED 的天下，但是LCD的身影也時(shí)常能見(jiàn)到，比如iPhone 11。生活中也經(jīng)常能聽(tīng)到“LCD永不為奴”的絕不妥協(xié)，但也總摻雜著(zhù)“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(lèi)最主流的人機交流界面，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(guò)紅、綠、藍三基色濾光膜，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(chēng)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(lái)驅動(dòng)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(chǎn)品的基礎，其不僅技術(shù)已相當成熟且成本低廉。

不過(guò)，LCD的背光在穿透多層結構后，最終的有效光線(xiàn)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(huà)面的明暗比值（對比度）約為1000:1，遠不能再現真實(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則代表使用有機物。光電二極管（Photo-Diode）和普通二極管一樣，也是由一個(gè)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(chǎn)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(wú)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調節亮度，也就是通過(guò)屏幕的亮、滅交替來(lái)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(jué)不了，只在相機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(kāi)始已經(jīng)普及了DC調光，也就是通過(guò)軟件算法，改變面板電路的功率來(lái)改變屏幕的亮度，很大程度上減輕OLED屏頻閃問(wèn)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(dòng)IC當中。

如果說(shuō)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(chēng)“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(gè)子像素間的波長(cháng)、所需電流也都有差異，所以在長(cháng)時(shí)間顯示固定內容時(shí)，藍色像素老化比另外兩個(gè)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(guò)這個(gè)通病，蘋(píng)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(lái)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(lái)說(shuō)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一樣能夠實(shí)現每個(gè)像素單獨定址，單獨驅動(dòng)發(fā)光（自發(fā)光）。它的優(yōu)勢在于既繼承了無(wú)機LED的高效率、高亮度、高可靠度及反應時(shí)間快等特點(diǎn)，又具有自發(fā)光無(wú)需背光源的特性，體積小、輕薄，還能輕易實(shí)現節能的效果。

Micro LED技術(shù)是在2000年由來(lái)自于德州理工大學(xué)的Hongxing Jiang和Jingyu Lin兩位教授領(lǐng)導的一個(gè)研究小組創(chuàng )造。當然，消費者第一次看到使用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，三星接連展示了數款Micro LED電視“秀肌肉”。而蘋(píng)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(píng)果將率先在A(yíng)pple Watch智能手表中引入Micro LED屏幕。

從結構原理上看，Micro LED更簡(jiǎn)單，效果更好，TFT基板、超微LED晶粒、驅動(dòng)IC都不是很大的問(wèn)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(wàn)個(gè)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(shí)成本和發(fā)熱也是極為可觀(guān)，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(chǎn)生光的像素堆中使用有機材料。而Micro LED技術(shù)則使用的無(wú)機氮化鎵材料，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(lèi)的頭發(fā)還細。

如果從另一個(gè)問(wèn)題來(lái)看這個(gè)問(wèn)題，Micro LED就是傳統LED通過(guò)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等小尺寸設備上使用的Micro LED屏幕更容易制造。而事實(shí)證明，現在想要增加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(lái)說(shuō)，目前一個(gè)尚未解決的問(wèn)題就是如何將大量的LED轉移到控制電路板上。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(guò)焊接完成顯示。但這種方法的問(wèn)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(gè)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(wèn)題，但改進(jìn)了用于滿(mǎn)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(shí)現起來(lái)也昂貴而且難以實(shí)現。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，還需要繼續改進(jìn)。

在短期內，圓晶體成鍵似乎是最可行的過(guò)程。不過(guò)這款產(chǎn)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(chǎng)商的目標，但這需要不斷提高制造精度。

目前來(lái)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(cháng)一段路。

未來(lái)的顯示技術(shù)市場(chǎng)競爭激烈

此前研調機構發(fā)表2020年十大科技產(chǎn)業(yè)趨勢，其中Mini LED、Micro LED位居趨勢之一，尤其Mini LED量產(chǎn)在即，并且大量應用在高端產(chǎn)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新戰場(chǎng)；在手機面板方面，目前OLED或LCD面板的規格已經(jīng)能滿(mǎn)足各類(lèi)消費者的需求。然而伴隨著(zhù)5G布建展開(kāi)，其高傳輸效率與低延遲的特性，除了改善手機內容的動(dòng)態(tài)表現，也開(kāi)創(chuàng )手機在A(yíng)R等其他領(lǐng)域的應用，帶動(dòng)90Hz甚或是120Hz面板的需求。

綜合來(lái)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(chǎng)商加速布局Mini LED的趨勢之下，未來(lái)幾年將會(huì )是Mini LED的爆發(fā)期。

據Arizton數據，2018年全球Mini LED市場(chǎng)規模僅1000萬(wàn)美元，預計2024年將上升至23.22億美元，6年復合年增長(cháng)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(shù)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(lái)將有機會(huì )在供過(guò)于求的顯示器產(chǎn)業(yè)當中，創(chuàng )造出全新的藍海市場(chǎng)。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(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，因為與OLED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(shuō)，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航電量非常寶貴的便攜式產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)巨大的吸引力，這意味著(zhù)降低屏幕的功耗，帶來(lái)更長(cháng)的使用時(shí)間。與目前的OLED和LCD相比，廠(chǎng)商們可以增加面板的亮度，更好的在陽(yáng)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，比如4K甚至8K分辨率智能手機或虛擬現實(shí)屏幕等。說(shuō)到虛擬現實(shí)技術(shù)，OLED面板的響應時(shí)間已經(jīng)降低到了微秒級別，擁有非常不錯的響應時(shí)間等級。而這讓它們成為了虛擬現實(shí)應用最理想的選擇。而改成Micro LED之后，響應時(shí)間又進(jìn)一步降低到了納秒級別，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(wú)疑問(wèn)，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(chǎng)商還在不斷擴大OLED屏幕的生產(chǎn)線(xiàn)。