揭密iPad Pro的MiniLED背光:Apple如何平衡成本和性能?

作者 : Yole Développement

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

經過多年的市場炒作、興奮期以及尚未兌現的承諾,蘋果(Apple)終於發佈其首款配備MiniLED的最新iPad Pro;MiniLED背光技術終於準備好迎接黃金時段。System Plus Consulting日前拆解這款最新Apple iPad Pro的MiniLED背光單元,並進一步分析其技術和成本。

System Plus Consulting技術與成本分析師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。大多數領先的電視品牌都在其2021年的旗艦機型中採用了MiniLED背光。備受期待的MiniLED Apple iPad Pro也於2021年4月正式發佈。」System Plus Consulting日前針對2021年版12.9吋iPad Pro顯示器背光單元中的MiniLED及其組裝進行全面的反向成本研究。

MiniLED背光設計得宜有助於讓液晶顯示器(LCD)顯示器達到接近OLED的對比度性能,同時保持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會導致漏光。因此,即使畫素被關閉了,背光單元(BLU)也總會有殘留的漏光現象,導致對比度不佳。為了提高LCD的性能,最新技術使用了全局和局部背光調光。透過局部調光,顯示器被分割成多個區域,每個區域的背光都可以單獨控制,並將影像的黑暗區域完全關閉,如下所示。

FALD至今僅用於電視和桌上型IT顯示器,尚未用於筆記型電腦、平板電腦或手機等行動顯示器。原因之一在於透過將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,而且單個晶片發出的光線需要足夠的距離才能均勻地散佈在整個顯示器上,從而消除熱點。

MiniLED背光技術到位

MiniLED透過增加LED晶片數來解決這個問題,從而減少每個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,因為在黑暗影像中大多數區域會關閉或亮度會變暗。

但為什麼MiniLED背光尚未普及?答案是成本。更多的LED意味著更高的晶片成本,更多的區域意味著更多的驅動器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,並降低了產量。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,並且對PCB平整度和微影精度的要求變得更加嚴格。成本則進一步增加。

iPad Pro的MiniLED揭密

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

MiniLED並不像預期的那麼小,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,這些功能更常見於一般照明或汽車應用的高階、更大晶片。Taha Ayari說:「我們認為這些MiniLED是由台灣的晶元光電(Epistar)所製造……這家代工廠於2017年成立於台灣,其產能主要集中於100mm晶圓尺寸的離散式LED。」超過10,000個MiniLED的板載晶片(COB)組裝據信都是由台灣的台灣表面黏著科技(TSMT)所完成的。MiniLED安裝在覆裝晶片配置中。

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

System Plus Consulting的報告中並提供對於該驅動器的詳細成本分析。Youssef El Gmili證實:「背光單元成本的主要部份是由於mini-LED佔37%……,」背光單元也是 System Plus Consulting 成本分析的一部份。

雖然OLED曾經被認為是許多應用的贏家,但MiniLED為LCD製造商提供了一個可靠的機會來縮小性能差距並利用其龐大的LCD安裝量。對於平板電腦和筆記型電腦等中型面板而言,它帶來了在高階產品領域建立穩固立足點的機會,此時OLED製造商終於大力推動並投資新的晶圓廠和技術,以解決筆記本電腦和筆記本電腦的問題。平板電腦應用。但與顯示器和LED產業的情況一樣,降低成本將是實現大規模採用的關鍵。System Plus Consulting的首個MiniLED背光拆解和反向成本計算顯示,平衡成本和性能並不像某些人想像的那麼簡單。

當然,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 的發展態勢強勁,但仍然存在許多技術和供應鏈挑戰。許多解決方案看起來很棒,但在大量製造環境中的實際流程整合更具挑戰性。Apple有很強的成功動機。MicroLED可以為公司提供一種獨特的、高度差異化的技術,並使其最終控制無晶圓廠MicroLED顯示器供應鏈,獨立於傳統面板製造商,並且在每個關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,對於Apple來說,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的關鍵差異化因素。

 

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