一万八的苹果 M1 iPad Pro 12.9 英寸,怎么就成了“期货”

2021/5/6 19:05:10 来源:智东西 作者:云鹏 责编:骑士

2020 年,手机屏进入“高刷”时代,刷新率从 60Hz 一路飙升至 165Hz。而在平板和电视屏这块,关键词似乎只有一个,就是 Mini LED。

据说在一些专业设计师的眼里,屏幕划分很简单:苹果的,不是苹果的。这一定程度上可以说明苹果产品在图像显示方面的地位。

这不,Mini LED 这件事,又让苹果玩了个大的。2021 年 4 月 21 日凌晨,苹果新款 iPad Pro 祭出了目前“地表最强”的一块量产 Mini LED 屏。

10000 颗“小灯珠”、2500 个背光分区、对比度 100 万:1、峰值亮度 1600nit,让人不敢相信,这是一块 LCD 屏幕(液晶显示屏)。

2019 年苹果发布了 Pro Display XDR 显示器,其凭借 576 个局部调光分区和自研的时序控制器芯片,几乎吊打了市面上所有同类显示器。两年之后,苹果用事实证明,“只有我能打败我自己”。

▲苹果 Pro Display XDR 显示器(左)

在苹果做这件事之前,LCD 比肩 OLED 屏幕显示效果,还是不太敢想的。

Mini LED,成为了给 LCD 屏“续命”的良药,似乎也成为了国内屏幕产业玩家换道追赶中国台湾、韩国对手的契机。不过扒开苹果 iPad Pro 的屏幕供应链,台湾晶元、隆达、台表科,韩国 LGD 这些名字还是占据了主导,鹏鼎控股显得有些孤单。

2021 年会成为 Mini LED 商用“元年”已经是业内共识,在 Mini LED 放量前夜,有必要深度了解下这“香饽饽”技术背后的门道,在 Mini LED 概念火爆的背后,究竟谁会是最大赢家,又有哪些国内玩家,已经箭在弦上,几欲赶上?

售价最高一万八千元的 iPad Pro,又为何要等到 7 月才能提货

苹果春季发布会发布的 12.9 英寸 iPad Pro,是苹果斥资布局 Mini/Micro 领域后的首款问世产品,标志着 Mini LED 背光技术的成熟及商用化。

01.

Mini LED 只是垫脚石,

“终极显示”还有多远?

说起 Mini LED,这还真不是苹果一拍脑门儿想出来的主意,他的小算盘,从六年前就开始打了。

2014 年,苹果收购了 LuxVue Technology,在当时,这家公司并不是很出名,大家只知道他们是一家研究面向消费电子产品的低功耗 LED 屏幕技术的公司。

当苹果行动之后,所有人都知道苹果要在屏幕上“下血本”,动真格的了。也就是从那一年开始,Micro LED 技术的概念开始引起了行业的广泛关注。

要注意,不是 Mini LED,而是 Micro LED。

传统 LCD 屏幕要想发光,需要靠 LED 背光模组来“点亮”,是一种“被动式”的,而 OLED 屏幕则是主动式发光,对“光的控制”就可以更加灵活,色彩表现也更好;并且 LCD 屏幕由于背光始终存在,无法做到“纯黑”,因此在对比度上也要逊色许多。

这时,如果把 LCD 屏幕的背光分区变得非常多,不就可以做到类似 OLED 屏幕的效果,实现独立控制的“主动式”发光?

比如在上面这张图里,左右两块屏幕,同样要显示一个“圆”,传统 LCD 屏幕通常是侧入式背光,只能整体点亮;而左边的 Mini LED 屏幕由于背光分区极多,就可以独立控制,只需要开启显示画面区域的背光即可。

Micro LED 的原理就是将背光的 LED 灯珠做到非常庞大的数量级,LED 芯片要做到 30μm 的级别,约等于头发丝的直径,从而实现媲美 OLED 的“精准控光”,达到更好显示效果的同时,兼顾 LCD 固有的低成本、长寿命优点。

▲各类显示技术的基本特性,数据来源:LEDinside

当然,想要实现是非常难的,有多难呢?苹果在收购 LuxVue 之后,在五年内投入了将近 20 亿美元。三星、LGD、友达等厂商在 2014 年之后也纷纷加大 Micro LED 技术的投入,而其他涉及该领域的初创公司的融资金额已经超过 8 亿美元。

但至今,仍然没有一款采用了 Micro LED 屏幕的大众消费电子产品摆在我们面前,只有价值五六百万美元的 Micro LED 展示产品陈列在展馆中。

▲索尼 Crystal LED 系统,采用 Micro LED 屏幕,顶配售价 580 万美元

因此,行业开始探索是否有一种“折中方案”,可以称为迈向 Micro LED 之路上的“垫脚石”。2017 年初,Mini LED 技术开始逐渐走到台前。

虽然 Mini LED 仍然是被动式发光,但是背光分区却增加了数百倍,LED 灯珠数量也从传统 LCD 屏幕的“几十颗”增加到“成千上万颗”,灯珠尺英寸做到了 100-300μm 左右。

▲苹果新款 iPad Pro 的背光分区示意图

简单来说,Mini LED 可以在亮度、色彩方面实现接近甚至超越 OLED 的显示效果,但成本却可以更低,功耗相比传统 LCD 也有明显优势。

并且 Mini LED 没有 OLED 固有的烙印(长时间显示固定画面后屏幕会有残影)和寿命问题,更适合平板、电脑等生产力产品,应用前景十分广阔。

可以说,Mini LED 填补了 LCD 进化到 Micro LED 之前的空白。

02.

Mini LED 就是“灯超多”的 LCD 吗?

传统的 LCD 屏幕一般采用侧光式设计,将 LED 灯珠置于屏幕边缘,水平方向打光,光线通过导光板通过屏幕,从而点亮屏幕。

而 Mini LED 一般是采用直下式设计,大量 LED 灯珠密集排布在面板底部,向上垂直打光,通过高密度排布,实现更小范围内的区域调光,从而让面板的亮度更加均匀,不会因为光源的远近有明显的明暗变化。

▲某类 Mini LED 背光模组生产流程

并且由于光源更多,Mini LED 也可以实现相比传统 LCD 更高的色彩对比度和更高的峰值亮度。由于不需要导光板来导光,Mini LED 面板的厚度也随之变薄,让最终产品的轻薄性有了更好的保障。

可以控制的背光分区变多,也就意味着屏幕可以有更多区域在不需要的时候“休息”,从而节省功耗。并且得益于无机发光二极管自身稳定、低电阻的特性,Mini LED 屏幕的寿命要比 OLED 屏幕更长。

▲Mini LED 与传统 LED 背光模组对比

比较特别的一点是,目前 Mini LED 芯片组装基本都会采用“倒装芯片”结构。这是因为倒装芯片无需“打线”,适合超小空间密集排布灯珠的需求。

▲芯片正装(左)和倒装(右)示意图

03.

技术路径是成熟了,但技术骨头依然难啃

Mini LED 相比传统 LCD 屏幕有着如此明显的优势,甚至在显示效果上直逼 OLED 屏幕,那为何炒了这么多年概念才终于有少量产品落地呢?

其实,做屏幕一直就是成本和显示效果的博弈,厂商也是要在两者之间取一个平衡点,在一定成本限制下,如何实现最优的显示效果?

目前看来,Mini LED 技术链条上最为关键的两个环节,一个是做出好的 LED 芯片,一个是把 LED 芯片封装好,而这两个环节从技术路径上来说已经成熟,也就是大家都知道该怎么做了。

但在具体生产过程中,尤其是在生产工艺上,还有许多难关需要攻克。

▲一片用于制作 LED 芯片的晶圆

比如,芯片倒装工艺虽然可以带来诸多优势,但倒装工艺的把控同样极为重要,如何在微米级的尺英寸下,保证焊接面的平整度?以及电极结构的设计、易焊接性以及封装宽容度等等都是 Mini LED 生产工艺的设计难点。

Mini LED 要求 LED 芯片能在较宽排列间距的情况下实现较小的混光距离,进而降低整机的厚度。因此如何实现芯片的出光调控,以及后期使用过程中如何保证出光的一致性都是非常关键的。

▲不同 LED 芯片工艺特性对比

另外,还需要保证 LED 芯片的亮度集中性、小电流下的亮度一致性、一致的电容性等。特别是红光芯片,在制作倒装工艺过程中需要进行衬底转移,这项操作较为复杂,其转移技术、生产良率控制及使用过程中的可靠性都是各家厂商不断优化的重点。

在封装端,大家都知道 IMD(矩阵式集成封装)、COB(板上芯片封装)、COG(玻璃上芯片封装)等新技术的理想封装效果更好。但梦想很丰满,现实很骨感。

▲从左至右:SMD 封装、“四合一”IMD 封装、COB 封装

比如 COB 这种性能非常领先的方案,功率更低、散热更好、分辨率色彩更好,同时屏幕封装尺英寸也没有限制,但实际上,由于良率较低,至今都鲜有采用 COB 方案的产品面世。

▲COB 封装工艺部分流程

由于上述这些极为“苛刻”的要求,Mini LED 目前的生产和检测的作业效率普遍较低,如果市场需求快速增长,单一终端产品出现“百 K 级”以上芯片需求时,效率的限制就会更加明显,如何与终端厂商配合,提高生产效率,也是行业当前攻克的重点。

苹果这次新推出的 iPad Pro 就是一个很好的例子,供应链早就传出消息,该产品预计 4 月就会量产,5 月出货。但事实是,苹果也玩起了“期货”,4 月下单,7 月到货,此中原因业内人士多判断为良率低于预期导致产能不足。

供应链把控力强如苹果,目前也难以保证大规模 Mini LED 产品的出货,其技术难度,可见一斑。

根据供应链信息来看,苹果新款 iPad Pro,其 Mini LED 屏幕仅背光模组成本就超过了 100 美元。什么概念?一块 iPhone 12 Pro 的 AMOLED 屏幕成本约为 70 美元,A14 芯片成本则在 40 美元左右。

也就是说,现在一块平板的 Mini LED 屏幕成本要超过苹果顶级 iPhone 12 Pro 的屏幕、芯片成本的总和。Mini LED 技术工艺成熟、良率提升、成本下降,仍然是所有厂商努力的方向。

04.

中国台湾韩国霸占苹果供应链,大陆玩家你追我赶

说到这次的苹果 iPad Pro,其实大家对于苹果 Mini LED 新品背后的产业链兴趣更浓。从中国台湾晶元光电、隆达电子、中国台湾表面科技到 LGD,苹果 Mini LED 供应链几乎被中国台湾、韩国显示巨头全部收入囊中。

▲中国台湾隆达电子

根据苹果分析师郭明祺分析,目前苹果 iPad Pro 生产中最难的一环就是 SMT(表面贴装技术),形象来说,就是“把 LED 芯片粘在 PCB 电路板上”。

目前这个工作由中国台湾表面科技完成,据称台表科的 SMT 进入门槛是目前 Mini LED 产业链中最高的。

而出现第二个能够对抗台表科的供应商,最快也要等到 2023 年,也就是两年后。

▲传统 SMT 工艺流程(非苹果 SMT 工艺)

中国台湾的半导体产业链条一直比较完整,从 Mini LED 技术来看,其上游 LED 芯片有晶电、荣达;中游封装、模组有亿光、隆达;驱动 IC 方面有聚积等。

大陆这边,也有不少玩家在加速追赶。LED 芯片厂商三安光电、华灿光电、乾照光电在 Mini RGB 芯片、背光应用的 Mini 蓝光芯片等领域已经实现了量产。

三安光电现在已经成为了三星 Mini LED 电视的重要供应商之一,前不久三星刚刚发布的 Neo QLED 电视就采用了三安光电的 LED 芯片。

▲三星使用了 Mini LED 技术的 8K 电视

国内面板巨头 TCL 华星也与三安半导体合作,成立联合实验室,双方共投入超过 3 亿资金,共同研发 Mini LED、Micro LED 相关技术以及量产工艺。

群创去年发布的国内首款可卷曲 Mini LED 显示器用到的 Mini RGB LED 芯片就由华灿光电独家供应。

在中游 LED 封装端,国星光电成为国内首家 Mini LED 封装企业,他们在 Mini LED 和 Micro LED 技术上都有一定的储备,而瑞丰光电在 Mini LED 背光显示模组、柔性曲面 Mini LED 封装显示技术上都取得了一定进展。

鸿利智汇的 Mini LED 背光和直显客户已覆盖京东方、TCL 华星;聚飞光电也成为 TCL 华星 142 英英寸 IGZO 玻璃基主动式 Mini LED 显示屏直显产品的供应商。

▲TCL 华星 142 英英寸 IGZO 玻璃基主动式 Mini LED 显示屏

可以说,Mini LED 产业链条并不缺少中国厂商的身影。

不过我们也要看到,在核心 LED 芯片技术、高端 Mini LED 封装技术方面,国内玩家仍然是追赶的姿态,距离中国台湾、韩国在该领域的头部企业仍然有一定差距。

并且目前国内 Mini LED 技术的推进也逐渐放缓,从“热炒概念”到逐渐冷静,在提升良率、大规模量产方面,最后的攻坚仍有许多工作要做。

适当放慢脚步,避免步子拉太大,其实对国内企业来说也是一件好事。

05.

三年 Mini LED 芯片达“千亿颗”级,

巨头纷纷押宝

从 2019 年 12 月微星推出首款 Mini LED 笔记本电脑概念产品,到 2021 年年初,三星、LG、TCL、康佳、创维、长虹纷纷推出 Mini LED 电视产品,再到苹果新款 iPad Pro 开售,2021 年,无疑将成为 Mini LED 技术正式商用的元年。

由于 OLED 屏幕固有的烙印和寿命问题,Mini LED 技术将会成为近几年生产力设备的首选。苹果后续会在 MacBook 系列产品上采用 Mini LED 屏幕,郭明祺认为 Mini LED 会在苹果生产力产品线中保持长期关键策略性地位。

有分析师预计,苹果 Mini LED 产品的出货量将在 2021 年、2022 年分别增长约 300% 和 225%。而苹果的积极布局也将会逼迫竞争对手推出类似产品,目前,华为、三星、LG 等厂商都在积极布局 Mini LED 产品。

根据法国市场研究公司 Yole 预测,2019 年全球 Mini LED 终端设备数量约 324 万台,2023 年可达到 8070 万台,复合年均增长率达到 90%。

市场规模方面,美国市场研究公司 Arizton 预估,2024 年全球 Mini LED 市场将达到 23.22 亿美元。

在这些数据背后,是 Mini LED 单品价值的提升和 Mini LED 芯片出货量的暴涨做支撑。

▲生产线机器上数量众多的 LED 芯片

就以我们平时常见的大尺英寸电视为例,传统 LED 背光模组单台价值在 100 元左右,而搭载 Mini LED 背光技术的模组价值则在 2000 元以上,价值直接呈指数级增长。

而在 LED 芯片消耗方面,传统侧入式背光的 LED 电视,只需要 50-100 颗左右的 LED 芯片,而直下式 Mini LED 背光电视则需要 20000 颗以上的 LED 芯片。

▲部分 Mini LED 背光电视产品概览,资料来源:LEDinside

Yole 预计到 2023 年,全球 Mini LED 芯片需求有望达到千亿颗量级。

06.

结语:Mini LED 新战场,

中国厂商能否换道超车?

采用传统 LED 背光的 LCD 屏幕市场渗透率已经接近顶点,从 2017 年开始,在 iPhone X 的推动下,OLED 屏幕就开始在小尺英寸屏幕市场中对 LCD 面板形成显著冲击,而 Mini LED 的火热无疑会给中大尺英寸 LCD 赛道带来新的看点。

在 OLED 市场的高速增长中,韩国三星、LG 等厂商成为了最大赢家,多年形成的技术壁垒在短期内也难以打破。

国内厂商一直以来在传统 LCD 产业中有着比较深厚积累,产业链也较为完整,以传统 LCD 技术为基础延伸升级的 Mini LED,对于国内玩家来说是新的契机。当然,工艺、良率等挑战也实打实的摆在面前。

作为 Mini LED 尝鲜者、全球第二大智能手机厂商的苹果,将 Mini LED 推向前台,Mini LED 市场,也从酝酿逐渐转向爆发前夜。

近几年,中国厂商在 LCD 领域快速追赶并实现超越,而能否抓住 Mini LED 技术机遇,则显得尤为关键。

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关键词:iPad ProMini LED苹果

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