一萬八的蘋果iPad Pro 怎麼就成了“期貨”?
2020 年,手機屏進入“高刷”時代,刷新率從60Hz 一路飆升至165Hz。而在平板和電視屏這塊,關鍵詞似乎只有一個,就是Mini LED。據說在一些專業設計師的眼裡,屏幕劃分很簡單:蘋果的,不是蘋果的。這一定程度上可以說明蘋果產品在圖像顯示方面的地位。
這不,Mini LED這件事,又讓蘋果玩了個大的。2021年4月21日凌晨,蘋果新款iPad Pro祭出了目前“地表最強”的一塊量產Mini LED屏。
10000 顆“小燈珠”、2500 個背光分區、對比度100 萬:1、峰值亮度1600nit,讓人不敢相信,這是一塊LCD 屏幕(液晶顯示屏)。
2019 年蘋果發布了Pro Display XDR 顯示器,其憑藉576 個局部調光分區和自研的時序控制器芯片,幾乎吊打了市面上所有同類顯示器。兩年之後,蘋果用事實證明,“只有我能打敗我自己”。
▲蘋果Pro Display XDR 顯示器(左)
在蘋果做這件事之前,LCD比肩OLED屏幕顯示效果,還是不太敢想的。
Mini LED,成為了給LCD 屏“續命”的良藥,似乎也成為了國內屏幕產業玩家換道追趕中國台灣、韓國對手的契機。不過扒開蘋果iPad Pro 的屏幕供應鏈,台灣晶元、隆達、台表科,韓國LGD 這些名字還是佔據了主導,鵬鼎控股顯得有些孤單。
2021 年會成為Mini LED 商用“元年”已經是業內共識,在Mini LED 放量前夜,有必要深度了解下這“香餑餑”技術背後的門道,在Mini LED 概念火爆的背後,究竟誰會是最大贏家,又有哪些國內玩家,已經箭在弦上,幾欲趕上?
售價最高一萬八千元的iPad Pro,又為何要等到7 月才能提貨?
蘋果春季發布會發布的12.9 英寸iPad Pro,是蘋果斥資佈局Mini/Micro 領域後的首款問世產品,標誌著Mini LED 背光技術的成熟及商用化。
01.
Mini LED 只是墊腳石,
“終極顯示”還有多遠?
說起Mini LED,這還真不是蘋果一拍腦門兒想出來的主意,他的小算盤,從六年前就開始打了。
2014 年,蘋果收購了LuxVue Technology,在當時,這家公司並不是很出名,大家只知道他們是一家研究面向消費電子產品的低功耗LED 屏幕技術的公司。
當蘋果行動之後,所有人都知道蘋果要在屏幕上“下血本”,動真格的了。也就是從那一年開始,Micro LED 技術的概念開始引起了行業的廣泛關注。
要注意,不是Mini LED,而是Micro LED。
傳統LCD 屏幕要想發光,需要靠LED 背光模組來“點亮”,是一種“被動式”的,而OLED 屏幕則是主動式發光,對“光的控制”就可以更加靈活,色彩表現也更好;並且LCD 屏幕由於背光始終存在,無法做到“純黑”,因此在對比度上也要遜色許多。
這時,如果把LCD 屏幕的背光分區變得非常多,不就可以做到類似OLED 屏幕的效果,實現獨立控制的“主動式”發光?
比如在上面這張圖裡,左右兩塊屏幕,同樣要顯示一個“圓”,傳統LCD 屏幕通常是側入式背光,只能整體點亮;而左邊的Mini LED 屏幕由於背光分區極多,就可以獨立控制,只需要開啟顯示畫面區域的背光即可。
Micro LED 的原理就是將背光的LED 燈珠做到非常龐大的數量級,LED 芯片要做到30μm 的級別,約等於頭髮絲的直徑,從而實現媲美OLED 的“精準控光”,達到更好顯示效果的同時,兼顧LCD 固有的低成本、長壽命優點。
▲各類顯示技術的基本特性,數據來源:LEDinside
當然,想要實現是非常難的,有多難呢?蘋果在收購LuxVue之後,在五年內投入了將近20億美元。三星、LGD、友達等廠商在2014年之後也紛紛加大Micro LED技術的投入,而其他涉及該領域的初創公司的融資金額已經超過8億美元。
但至今,仍然沒有一款採用了Micro LED 屏幕的大眾消費電子產品擺在我們面前,只有價值五六百萬美元的Micro LED 展示產品陳列在展館中。
▲索尼Crystal LED 系統,採用Micro LED 屏幕,頂配售價580 萬美元
因此,行業開始探索是否有一種“折中方案”,可以稱為邁向Micro LED 之路上的“墊腳石”。2017 年初,Mini LED 技術開始逐漸走到台前。
雖然Mini LED 仍然是被動式發光,但是背光分區卻增加了數百倍,LED 燈珠數量也從傳統LCD 屏幕的“幾十顆”增加到“成千上萬顆”,燈珠尺英寸做到了100 -300μm 左右。
▲蘋果新款iPad Pro 的背光分區示意圖
簡單來說,Mini LED 可以在亮度、色彩方面實現接近甚至超越OLED 的顯示效果,但成本卻可以更低,功耗相比傳統LCD 也有明顯優勢。
並且Mini LED 沒有OLED 固有的烙印(長時間顯示固定畫面後屏幕會有殘影)和壽命問題,更適合平板、電腦等生產力產品,應用前景十分廣闊。
可以說,Mini LED 填補了LCD 進化到Micro LED 之前的空白。
02.
Mini LED 就是“燈超多”的LCD 嗎?
傳統的LCD 屏幕一般採用側光式設計,將LED 燈珠置於屏幕邊緣,水平方向打光,光線通過導光板通過屏幕,從而點亮屏幕。
而Mini LED 一般是採用直下式設計,大量LED 燈珠密集排佈在面板底部,向上垂直打光,通過高密度排布,實現更小範圍內的區域調光,從而讓面板的亮度更加均勻,不會因為光源的遠近有明顯的明暗變化。
▲某類Mini LED 背光模組生產流程
並且由於光源更多,Mini LED 也可以實現相比傳統LCD 更高的色彩對比度和更高的峰值亮度。由於不需要導光板來導光,Mini LED 面板的厚度也隨之變薄,讓最終產品的輕薄性有了更好的保障。
可以控制的背光分區變多,也就意味著屏幕可以有更多區域在不需要的時候“休息”,從而節省功耗。並且得益於無機發光二極管自身穩定、低電阻的特性,Mini LED 屏幕的壽命要比OLED 屏幕更長。
▲Mini LED 與傳統LED 背光模組對比
比較特別的一點是,目前Mini LED 芯片組裝基本都會採用“倒裝芯片”結構。這是因為倒裝芯片無需“打線”,適合超小空間密集排布燈珠的需求。
▲芯片正裝(左)和倒裝(右)示意圖
03.
技術路徑是成熟了,但技術骨頭依然難啃
Mini LED 相比傳統LCD 屏幕有著如此明顯的優勢,甚至在顯示效果上直逼OLED 屏幕,那為何炒了這麼多年概念才終於有少量產品落地呢?
其實,做屏幕一直就是成本和顯示效果的博弈,廠商也是要在兩者之間取一個平衡點,在一定成本限制下,如何實現最優的顯示效果?
目前看來,Mini LED 技術鏈條上最為關鍵的兩個環節,一個是做出好的LED 芯片,一個是把LED 芯片封裝好,而這兩個環節從技術路徑上來說已經成熟,也就是大家都知道該怎麼做了。
但在具體生產過程中,尤其是在生產工藝上,還有許多難關需要攻克。
▲一片用於製作LED 芯片的晶圓
比如,芯片倒裝工藝雖然可以帶來諸多優勢,但倒裝工藝的把控同樣極為重要,如何在微米級的尺英寸下,保證焊接面的平整度?以及電極結構的設計、易焊接性以及封裝寬容度等等都是Mini LED 生產工藝的設計難點。
Mini LED 要求LED 芯片能在較寬排列間距的情況下實現較小的混光距離,進而降低整機的厚度。因此如何實現芯片的出光調控,以及後期使用過程中如何保證出光的一致性都是非常關鍵的。
▲不同LED 芯片工藝特性對比
另外,還需要保證LED 芯片的亮度集中性、小電流下的亮度一致性、一致的電容性等。特別是紅光芯片,在製作倒裝工藝過程中需要進行襯底轉移,這項操作較為複雜,其轉移技術、生產良率控制及使用過程中的可靠性都是各家廠商不斷優化的重點。
在封裝端,大家都知道IMD(矩陣式集成封裝)、COB(板上芯片封裝)、COG(玻璃上芯片封裝)等新技術的理想封裝效果更好。但夢想很豐滿,現實很骨感。
▲從左至右:SMD 封裝、“四合一”IMD 封裝、COB 封裝
比如COB 這種性能非常領先的方案,功率更低、散熱更好、分辨率色彩更好,同時屏幕封裝尺英寸也沒有限制,但實際上,由於良率較低,至今都鮮有採用COB 方案的產品面世。
▲COB 封裝工藝部分流程
由於上述這些極為“苛刻”的要求,Mini LED 目前的生產和檢測的作業效率普遍較低,如果市場需求快速增長,單一終端產品出現“百K 級”以上芯片需求時,效率的限制就會更加明顯,如何與終端廠商配合,提高生產效率,也是行業當前攻克的重點。
蘋果這次新推出的iPad Pro 就是一個很好的例子,供應鏈早就傳出消息,該產品預計4 月就會量產,5 月出貨。但事實是,蘋果也玩起了“期貨”,4 月下單,7 月到貨,此中原因業內人士多判斷為良率低於預期導致產能不足。
供應鏈把控力強如蘋果,目前也難以保證大規模Mini LED 產品的出貨,其技術難度,可見一斑。
根據供應鏈信息來看,蘋果新款iPad Pro,其Mini LED屏幕僅背光模組成本就超過了100美元。什麼概念?一塊iPhone 12 Pro的AMOLED屏幕成本約為70美元,A14芯片成本則在40美元左右。
也就是說,現在一塊平板的Mini LED 屏幕成本要超過蘋果頂級iPhone 12 Pro 的屏幕、芯片成本的總和。Mini LED 技術工藝成熟、良率提升、成本下降,仍然是所有廠商努力的方向。
04.
中國台灣韓國霸占蘋果供應鏈,大陸玩家你追我趕
說到這次的蘋果iPad Pro,其實大家對於蘋果Mini LED 新品背後的產業鏈興趣更濃。從中國台灣晶元光電、隆達電子、中國台灣表面科技到LGD,蘋果Mini LED 供應鏈幾乎被中國台灣、韓國顯示巨頭全部收入囊中。
▲中國台灣隆達電子
根據蘋果分析師郭明祺分析,目前蘋果iPad Pro 生產中最難的一環就是SMT(表面貼裝技術),形象來說,就是“把LED 芯片粘在PCB 電路板上”。
目前這個工作由中國台灣表面科技完成,據稱台表科的SMT 進入門檻是目前Mini LED 產業鏈中最高的。
而出現第二個能夠對抗台表科的供應商,最快也要等到2023 年,也就是兩年後。
▲傳統SMT 工藝流程(非蘋果SMT 工藝)
中國台灣的半導體產業鏈條一直比較完整,從Mini LED 技術來看,其上游LED 芯片有晶電、榮達;中游封裝、模組有億光、隆達;驅動IC 方面有聚積等。
大陸這邊,也有不少玩家在加速追趕。LED 芯片廠商三安光電、華燦光電、乾照光電在Mini RGB 芯片、背光應用的Mini 藍光芯片等領域已經實現了量產。
三安光電現在已經成為了三星Mini LED電視的重要供應商之一,前不久三星剛剛發布的Neo QLED電視就採用了三安光電的LED芯片。
▲三星使用了Mini LED 技術的8K 電視
國內面板巨頭TCL 華星也與三安半導體合作,成立聯合實驗室,雙方共投入超過3 億資金,共同研發Mini LED、Micro LED 相關技術以及量產工藝。
群創去年發布的國內首款可捲曲Mini LED 顯示器用到的Mini RGB LED 芯片就由華燦光電獨家供應。
在中游LED封裝端,國星光電成為國內首家Mini LED封裝企業,他們在Mini LED和Micro LED技術上都有一定的儲備,而瑞豐光電在Mini LED背光顯示模組、柔性曲面Mini LED封裝顯示技術上都取得了一定進展。
鴻利智彙的Mini LED背光和直顯客戶已覆蓋京東方、TCL華星;聚飛光電也成為TCL華星142英英寸IGZO玻璃基主動式Mini LED顯示屏直顯產品的供應商。
▲TCL 華星142 英英寸IGZO 玻璃基主動式Mini LED 顯示屏
可以說,Mini LED 產業鏈條並不缺少中國廠商的身影。
不過我們也要看到,在核心LED 芯片技術、高端Mini LED 封裝技術方面,國內玩家仍然是追趕的姿態,距離中國台灣、韓國在該領域的頭部企業仍然有一定差距。
並且目前國內Mini LED 技術的推進也逐漸放緩,從“熱炒概念”到逐漸冷靜,在提升良率、大規模量產方面,最後的攻堅仍有許多工作要做。
適當放慢腳步,避免步子拉太大,其實對國內企業來說也是一件好事。
05.
三年Mini LED 芯片達“千億顆”級,
巨頭紛紛押寶
從2019年12月微星推出首款Mini LED筆記本電腦概念產品,到2021年年初,三星、LG、TCL、康佳、創維、長虹紛紛推出Mini LED電視產品,再到蘋果新款iPad Pro開售,2021年,無疑將成為Mini LED技術正式商用的元年。
由於OLED屏幕固有的烙印和壽命問題,Mini LED技術將會成為近幾年生產力設備的首選。蘋果後續會在MacBook系列產品上採用Mini LED屏幕,郭明祺認為Mini LED會在蘋果生產力產品線中保持長期關鍵策略性地位。
有分析師預計,蘋果Mini LED產品的出貨量將在2021年、2022年分別增長約300%和225%。而蘋果的積極佈局也將會逼迫競爭對手推出類似產品,目前,華為、三星、LG等廠商都在積極佈局Mini LED產品。
根據法國市場研究公司Yole 預測,2019 年全球Mini LED 終端設備數量約324 萬台,2023 年可達到8070 萬台,複合年均增長率達到90%。
市場規模方面,美國市場研究公司Arizton 預估,2024 年全球Mini LED 市場將達到23.22 億美元。
在這些數據背後,是Mini LED 單品價值的提升和Mini LED 芯片出貨量的暴漲做支撐。
▲生產線機器上數量眾多的LED 芯片
就以我們平時常見的大尺英寸電視為例,傳統LED 背光模組單台價值在100 元左右,而搭載Mini LED 背光技術的模組價值則在2000 元以上,價值直接呈指數級增長。
而在LED 芯片消耗方面,傳統側入式背光的LED 電視,只需要50-100 顆左右的LED 芯片,而直下式Mini LED 背光電視則需要20000 顆以上的LED 芯片。
▲部分Mini LED 背光電視產品概覽,資料來源:LEDinside
Yole 預計到2023 年,全球Mini LED 芯片需求有望達到千億顆量級。
06.
結語:Mini LED 新戰場,
中國廠商能否換道超車?
採用傳統LED 背光的LCD 屏幕市場滲透率已經接近頂點,從2017 年開始,在iPhone X 的推動下,OLED 屏幕就開始在小尺英寸屏幕市場中對LCD 面板形成顯著衝擊,而Mini LED 的火熱無疑會給中大尺英寸LCD 賽道帶來新的看點。
在OLED 市場的高速增長中,韓國三星、LG 等廠商成為了最大贏家,多年形成的技術壁壘在短期內也難以打破。
國內廠商一直以來在傳統LCD 產業中有著比較深厚積累,產業鏈也較為完整,以傳統LCD 技術為基礎延伸升級的Mini LED,對於國內玩家來說是新的契機。當然,工藝、良率等挑戰也實打實的擺在面前。
作為Mini LED嚐鮮者、全球第二大智能手機廠商的蘋果,將Mini LED推向前台,Mini LED市場,也從醞釀逐漸轉向爆發前夜。
近幾年,中國廠商在LCD 領域快速追趕並實現超越,而能否抓住Mini LED 技術機遇,則顯得尤為關鍵。