揭密iPad Pro的MiniLED背光：Apple如何平衡成本和性能？

System Plus Consulting揭示Apple iPad Pro的MiniLED背光秘密…

經(jīng)過(guò)多年的市場(chǎng)炒作、興奮期以及尚未兌現的承諾，蘋(píng)果(Apple)終于發(fā)布其首款配備MiniLED的最新iPad Pro；MiniLED背光技術(shù)終于準備好迎接黃金時(shí)段。System Plus Consulting日前拆解這款最新Apple iPad Pro的MiniLED背光單元，并進(jìn)一步分析其技術(shù)和成本。

System Plus Consulting技術(shù)與成本分析師Taha Ayari表示：「搭載MiniLED的顯示器和筆記型電腦已自2020年底開(kāi)始上市。大多數領(lǐng)先的電視品牌都在其2021年的旗艦機型中采用了MiniLED背光。備受期待的MiniLED Apple iPad Pro也于2021年4月正式發(fā)布?！筍ystem Plus Consulting日前針對2021年版12.9吋iPad Pro顯示器背光單元中的MiniLED及其組裝進(jìn)行全面的反向成本研究。

MiniLED背光設計得宜有助于讓液晶顯示器(LCD)顯示器達到接近OLED的對比度性能，同時(shí)保持LCD的高亮度特性。此外，還提供了更低的功耗、極薄的外形(厚度)以及與OLED的成本/價(jià)格競爭力。

System Plus Consulting指出，LCD製造商長(cháng)久以來(lái)一直使用全陣列局部調光(FALD)來(lái)提高面板的對比度。針對LCD，TFT電晶體基板、液晶單元和彩色濾光片中的去極化效應會(huì )導致漏光。因此，即使畫(huà)素被關(guān)閉了，背光單元(BLU)也總會(huì )有殘留的漏光現象，導致對比度不佳。為了提高LCD的性能，最新技術(shù)使用了全局和局部背光調光。透過(guò)局部調光，顯示器被分割成多個(gè)區域，每個(gè)區域的背光都可以單獨控制，并將影像的黑暗區域完全關(guān)閉，如下所示。

FALD至今僅用于電視和桌上型IT顯示器，尚未用于筆記型電腦、平板電腦或手機等行動(dòng)顯示器。原因之一在于透過(guò)將LED放置在面向觀(guān)看者的顯示器背面，裝置的厚度將隨之增加。不僅LED封裝本身相對較厚，而且單個(gè)晶片發(fā)出的光線(xiàn)需要足夠的距離才能均勻地散布在整個(gè)顯示器上，從而消除熱點(diǎn)。

MiniLED背光技術(shù)到位

MiniLED透過(guò)增加LED晶片數來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，從而減少每個(gè)光源之間的間距和背光厚度。精心設計的MiniLED背光可以將LCD對比度性能提高到接近OLED的程度，同時(shí)保持LCD的高亮度特性和長(cháng)壽命(無(wú)「燒屏」問(wèn)題)。它們還可以降低功耗，因為在黑暗影像中大多數區域會(huì )關(guān)閉或亮度會(huì )變暗。

但為什麼MiniLED背光尚未普及？答桉是成本。更多的LED意味著(zhù)更高的晶片成本，更多的區域意味著(zhù)更多的驅動(dòng)器IC。降低成本的一種可能方法是使晶片盡可能小。然而，這使得晶片製造更加複雜，增加了對缺陷的敏感性，并降低了產(chǎn)量。透過(guò)減少焊盤(pán)之間的間隙，MiniLED還使得將晶片貼裝到PCB上變得更加困難：需要更高的貼裝精度，并且對PCB平整度和微影精度的要求變得更加嚴格。成本則進(jìn)一步增加。

iPad Pro的MiniLED揭密

MiniLED BLU的設計和製造是一種複雜的藝術(shù)，必須平衡技術(shù)、性能和成本。System Plus 諮詢(xún)公司的iPad Pro MiniLED背光單元拆解顯示，該新的背光系統使用10,384個(gè)MiniLED晶片直接組裝在一塊特殊的PCB上，并且分為2,596個(gè)局部調光區。MiniLED是在藍寶石基底上圖桉化的氮化鎵(GaN)晶片，采用專(zhuān)有頂部和背面介電反射器的設計發(fā)光圖桉。System Plus Consulting實(shí)驗室主任Youssef El Gmili評論道，「借由最新的iPad Pro，Apple真正將這種更新穎的顯示技術(shù)帶給消費者?！?/p>

MiniLED并不像預期的那麼小，導致晶片成本相對較高。此外，該晶片還具有一些功能，例如DBR介電鏡，這些功能更常見(jiàn)于一般照明或汽車(chē)應用的高階、更大晶片。Taha Ayari說(shuō)：「我們認為這些MiniLED是由臺灣的晶元光電(Epistar)所製造……這家代工廠(chǎng)于2017年成立于臺灣，其產(chǎn)能主要集中于100mm晶圓尺寸的離散式LED?！钩^(guò)10,000個(gè)MiniLED的板載晶片(COB)組裝據信都是由臺灣的臺灣表面粘著(zhù)科技(TSMT)所完成的。MiniLED安裝在覆裝晶片配置中。

但是，Apple的MiniLED采用意法半導體(STMicroelectronics；ST)提供的少量自客製驅動(dòng)器(9個(gè)驅動(dòng)器IC)，成功地驅動(dòng)全背光。這些驅動(dòng)器采用晶圓級晶片封裝，透過(guò)最佳化通道數量和每個(gè)驅動(dòng)器的多工功能，兩家合作伙伴似乎在成本和性能之間找到了良好的平衡。

System Plus Consulting的報告中并提供對于該驅動(dòng)器的詳細成本分析。Youssef El Gmili證實(shí)：「背光單元成本的主要部份是由于mini-LED占37%……，」背光單元也是 System Plus Consulting 成本分析的一部份。

雖然OLED曾經(jīng)被認為是許多應用的贏(yíng)家，但MiniLED為L(cháng)CD製造商提供了一個(gè)可靠的機會(huì )來(lái)縮小性能差距并利用其龐大的LCD安裝量。對于平板電腦和筆記型電腦等中型面板而言，它帶來(lái)了在高階產(chǎn)品領(lǐng)域建立穩固立足點(diǎn)的機會(huì )，此時(shí)OLED製造商終于大力推動(dòng)并投資新的晶圓廠(chǎng)和技術(shù)，以解決筆記本電腦和筆記本電腦的問(wèn)題。平板電腦應用。但與顯示器和LED產(chǎn)業(yè)的情況一樣，降低成本將是實(shí)現大規模采用的關(guān)鍵。System Plus Consulting的首個(gè)MiniLED背光拆解和反向成本計算顯示，平衡成本和性能并不像某些人想像的那麼簡(jiǎn)單。

當然，隨著(zhù)Apple在2014年收購LuxVue，該公司也將目光投向了MicroLED。正如我們在最新的 MicroLED Displays – Market, Industry and Technology Trends 2021中廣泛討論的，MicroLED 的發(fā)展態(tài)勢強勁，但仍然存在許多技術(shù)和供應鏈挑戰。許多解決方桉看起來(lái)很棒，但在大量製造環(huán)境中的實(shí)際流程整合更具挑戰性。Apple有很強的成功動(dòng)機。MicroLED可以為公司提供一種獨特的、高度差異化的技術(shù)，并使其最終控制無(wú)晶圓廠(chǎng)MicroLED顯示器供應鏈，獨立于傳統面板製造商，并且在每個(gè)關(guān)鍵步驟都有多家供應商。

除了Epistar和STMicroelectronics，振鼎科技(中國)和TSMT也是Apple供應鏈的一部份。此外，對于A(yíng)pple來(lái)說(shuō)，MiniLED也是一項戰略決策。iPad只是第一步。MiniLED預計將成為Apple即將推出的新一代MacBook的關(guān)鍵差異化因素。