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一万八的苹果iPad Pro,怎么就成了“期货”?

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智东西 2021-05-06 19:21

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智东西(公众号:zhidxcom)
作者 | 云鹏
编辑 | 心缘

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?

一、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。

二、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

三、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。

四、台韩霸占苹果供应链,国内玩家你追我赶

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、台湾表面科技到LGD,苹果Mini LED供应链几乎被台韩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。

五、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。

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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