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)過多年的市場炒作、興奮期以及尚未兌現(xiàn)的承諾，蘋果(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(zhǔn)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年底開始上市。大多數(shù)領(lǐng)先的電視品牌都在其2021年的旗艦機(jī)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(shè)計(jì)得宜有助于讓液晶顯示器(LCD)顯示器達(dá)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製造商長久以來一直使用全陣列局部調(diào)光(FALD)來提高面板的對比度。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(yīng)會(huì)導(dǎo)致漏光。因此，即使畫素被關(guān)閉了，背光單元(BLU)也總會(huì)有殘留的漏光現(xiàn)象，導(dǎo)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(diào)光。透過局部調(diào)光，顯示器被分割成多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的背光都可以單獨(dú)控制，并將影像的黑暗區(qū)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(jī)等行動(dòng)顯示器。原因之一在于透過將LED放置在面向觀看者的顯示器背面，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透過增加LED晶片數(shù)來解決這個(gè)問題，從而減少每個(gè)光源之間的間距和背光厚度。精心設(shè)計(jì)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的高亮度特性和長壽命(無「燒屏」問題)。它們還可以降低功耗，因?yàn)樵诤诎涤跋裰写蠖鄶?shù)區(qū)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意味著更高的晶片成本，更多的區(qū)域意味著更多的驅(qū)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。透過減少焊盤之間的間隙，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(yán)格。成本則進(jìn)一步增加。

iPad Pro的MiniLED揭密

MiniLED BLU的設(shè)計(jì)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 諮詢公司的iPad Pro MiniLED背光單元拆解顯示，該新的背光系統(tǒng)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(diào)光區(qū)。MiniLED是在藍(lán)寶石基底上圖桉化的氮化鎵(GaN)晶片，采用專有頂部和背面介電反射器的設(shè)計(jì)發(fā)光圖桉。System Plus Consulting實(shí)驗(yàn)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(fèi)者?！?/p>

MiniLED并不像預(yù)期的那麼小，導(dǎo)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，這些功能更常見于一般照明或汽車應(yīng)用的高階、更大晶片。Taha Ayari說：「我們認(rèn)為這些MiniLED是由臺(tái)灣的晶元光電(Epistar)所製造……這家代工廠于2017年成立于臺(tái)灣，其產(chǎn)能主要集中于100mm晶圓尺寸的離散式LED?！钩^10,000個(gè)MiniLED的板載晶片(COB)組裝據(jù)信都是由臺(tái)灣的臺(tái)灣表面粘著科技(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(dǎo)體(STMicroelectronics；ST)提供的少量自客製驅(qū)動(dòng)器(9個(gè)驅(qū)動(dòng)器IC)，成功地驅(qū)動(dòng)全背光。這些驅(qū)動(dòng)器采用晶圓級晶片封裝，透過最佳化通道數(shù)量和每個(gè)驅(qū)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(bào)告中并提供對于該驅(qū)動(dòng)器的詳細(xì)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(rèn)為是許多應(yīng)用的贏家，但MiniLED為LCD製造商提供了一個(gè)可靠的機(jī)會(huì)來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，它帶來了在高階產(chǎn)品領(lǐng)域建立穩(wěn)固立足點(diǎn)的機(jī)會(huì)，此時(shí)OLED製造商終于大力推動(dòng)并投資新的晶圓廠和技術(shù)，以解決筆記本電腦和筆記本電腦的問題。平板電腦應(yīng)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(xiàn)大規(guī)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(jì)算顯示，平衡成本和性能并不像某些人想像的那麼簡單。

當(dāng)然，隨著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(qiáng)勁，但仍然存在許多技術(shù)和供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)。許多解決方桉看起來很棒，但在大量製造環(huán)境中的實(shí)際流程整合更具挑戰(zhàn)性。Apple有很強(qiáng)的成功動(dòng)機(jī)。MicroLED可以為公司提供一種獨(dú)特的、高度差異化的技術(shù)，并使其最終控制無晶圓廠MicroLED顯示器供應(yīng)鏈，獨(dú)立于傳統(tǒng)面板製造商，并且在每個(gè)關(guān)鍵步驟都有多家供應(yīng)商。

除了Epistar和STMicroelectronics，振鼎科技(中國)和TSMT也是Apple供應(yīng)鏈的一部份。此外，對于Apple來說，MiniLED也是一項(xiàng)戰(zhàn)略決策。iPad只是第一步。MiniLED預(yù)計(jì)將成為Apple即將推出的新一代MacBook的關(guān)鍵差異化因素。