3C王者

2021 年 4 月 21 日凌晨，蘋果公司舉辦瞭 2021 年度的春季發佈會，發佈瞭包括新款 iMac、iPad Pro、Airtag 在內的多款新品。

此次發佈會壓軸出場的重磅產品，是新一代的 iPad Pro。其關鍵的性能升級主要在於 M1 芯片、5G 網絡，和一塊 Mini LED 材質、據稱能匹敵蘋果最高端專業級顯示器 Pro Display XDR 的屏幕。

據介紹，這塊 12.9 英寸的屏幕內置瞭上萬顆 LED 發光二極管，它們被劃分成 2500 餘個調光區，對比度甚至能達到 1000000:1。

蘋果正式推出 Mini LED 屏幕，業界已傳聞多時。這項技術的優勢究竟何在？回答這個問題，或許要從最基本的當代顯示器原理說起。

這是一塊普通的電腦屏幕。你在生活中最常見到的就是這種液晶顯示器（LCD）。

光是電磁波，自身具有振蕩方向，使用偏振片可以攔截不同振蕩方向的光。液晶本身透明，但其特殊的排列可以偏轉光的振蕩方向，將它放置在兩片垂直的偏振片中，使用TFT（薄膜晶體管）調整液晶排列狀態，即可控制明暗。

但液晶並不發光，要點亮屏幕則需要背光模組。

常見的背光結構為側入式，燈珠排列在屏幕側邊發光，需使用導光板讓光在平面上均勻擴散。這樣終於點亮像素瞭，但僅能顯示單色。要想呈現出繽紛的色彩，還需要使用紅、綠、藍三種基色的薄膜過濾光線。大量這樣的單元格組合在一起，就構成瞭一塊液晶屏。

不過，LCD 的背光在穿透多層結構後，最終的有效光線僅為 5% 左右。且背光隻能整體控制，即使畫面中存在純黑區域，這部分的背光也隻能打開。由於濾光效率不能做到100%，這使得黑色隻能顯示為深灰色，畫面的明暗比值（對比度）約為 1000:1，遠不能再現真實的世界。

因此，高端產品常使用 OLED。LED 是光電二極管，O 代表使用有機物。

二極管的正負極級分別有大量空穴和電子，復合後產生能量，有機物作為發光層與其連接，吸收能量並以光的形式釋放。不同的有機物能發出不同顏色的光，且光色純，能顯示的色彩范圍廣，並可獨立控制，對比度可視為無限大。

它結構輕薄又省電，更適合使用在隨身設備上。

TFT LCD，OLED 和 Micro LED 的基本對比

不過，OLED 使用的有機物容易老化，壽命較短。每顆像素獨立顯示，老化程度也各不相同，屏幕很可能會變得青一塊紫一塊的，俗稱「燒屏」。

發紅光和藍光的 OLED 壽命較綠色更短，更易衰減，廠商生產時常將他們做得更大或更多。如三星專利的 PenTile 排列，紅綠藍比例為 1:2:1，相鄰像素共用紅藍子像素，橫向上的次級像素減少瞭 1/3，顯示效果可能會發虛，邊緣偏色，畫面清晰度也會下降。

此外，OLED 在低電壓下不穩定，降低電壓調暗屏幕會使顯色失常，因此常使用 PWM 調節亮度——即讓屏幕快速閃爍，通過控制明滅比值來調節亮度。

而這樣的頻閃，超過常人可感極限（約 80 Hz），但仍會使部分人感到頭暈目眩，尤其是低頻的閃爍，甚至會危害健康。

看起來 OLED 是個挺別扭的技術。但既然問題出在有機物上，為什麼不換成無機物呢？

因為太難瞭。普通的 LED 正是使用的無機物。常見的 LED 顯示器常作廣告展示或背景墻，面積巨大，供遠距離觀看，靠近後很容易看出一顆一顆的燈珠。要想手機、電腦都能用上，就必須得做小。

得多小呢？

業內一般將尺寸 100 μm 以下稱作 Micro LED（Micro 代表微型）。iPhone 8 Plus 有一塊 5.5 英寸的 1080p 液晶顯示屏，擁有約 207 萬顆像素，每整顆像素的尺寸約為 63 μm，相當於頭發的直徑。

需要註意的是，為瞭能顯示色彩，每顆像素還需細分為紅綠藍 3 顆子像素。即使不考慮像素間間距，生產同款屏幕，需要使用 622 萬顆 63 μm*21 μm 的 LED。

要實現快速準確的排佈，還必須掌握成熟的巨量轉移技術。OLED 能實現商用正得益於有機物熔點低，可使用蒸鍍技術生產，回避瞭 Micro LED 的一個個轉移的難題。

Micro LED 性能優異，還可制作透明屏幕和柔性屏幕，是最適合制作顯示器的材料，十分誘人，但遲遲不能量產。

Mikro Mesa Technology 使用 Micro LED 技術制造的透明顯示器

在這尷尬的技術過渡期隻能幹等著嗎？Mini LED 來瞭！

相比 Micro LED，它對尺寸的要求更寬松，一般為 100~300 μm，直接制作小型顯示器，清晰度還不能滿足，但可以將其作為 LCD 的背光。

我們可以將眾多 Mini LED 排佈在背板上，並劃分出上百甚至上萬個區域，獨立控制。根據畫面的明暗，分別調節各個區域的背光強度，使 LCD 也能擁有極高的的對比度。並且沒有導光板等結構，更輕薄且能制造柔性屏。還可將燈珠由單色換成紅綠藍三色，使光色更純凈，顯色范圍更廣。

Apple Pro Display XDR 分區背光示意，背光使用 576 顆藍光 LED

這種背光方式被稱作直下式，雖部分高端顯示設備早有使用，但礙於燈珠大，分區數量並不多，還會使屏幕變厚，不適用於隨身設備。縮小制成 Mini LED 後問題迎刃而解，用它作背光，能使 LCD 顯示效果媲美 OLED 的同時，擁有更長的壽命，造價也更低廉。

不過，也不要太激動，作為剛剛試水的過渡技術，Mini LED 還有較大的提升空間，也可能會存在部分問題。如畫面存在高對比的細節時，明亮物體周圍可能會出現朦朧的光暈。

胡偉頻, 等. (2020). 微米級 LED 顯示應用淺析

新的技術投入使用是個好的開始，Mini LED 擁有光明的未來。

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封面圖來源：

Apple

參考資料：

[1] 林偉瀚, 楊梅慧. (2019). Mini-LED顯示與Micro-LED顯示淺析.

電子產品世界, 26(7): 65-67.

[2] 胡偉頻, 等. (2020). 微米級LED顯示應用淺析.

電子元器件與信息技術, 4(4): 5-8.