苹果推出的mini-LED屏，到底好在哪?

本文来自微信公众号：回形针PaperClip（ID：papercliptv），作者：毕铭，题图来自：Apple

2021 年 4 月 21 日凌晨，苹果公司举办了 2021 年度的春季发布会，发布了包括新款 iMac、iPad Pro、Airtag 在内的多款新品。

此次发布会压轴出场的重磅产品，是新一代的 iPad Pro。其关键的性能升级主要在于 M1 芯片、5G 网络，和一块 mini-LED 材质、据称能匹敌苹果最高端专业级显示器 Pro Display XDR 的屏幕。

据介绍，这块 12.9 英寸的屏幕内置了上万颗 LED 发光二极管，它们被划分成 2500 余个调光区，对比度甚至能达到 1000000:1。

苹果正式推出 mini-LED 屏幕，业界已传闻多时。这项技术的优势究竟何在？回答这个问题，或许要从最基本的当代显示器原理说起。

这是一块普通的电脑屏幕。你在生活中最常见到的就是这种液晶显示器（LCD）。

光是电磁波，自身具有振荡方向，使用偏振片可以拦截不同振荡方向的光。液晶本身透明，但其特殊的排列可以偏转光的振荡方向，将它放置在两片垂直的偏振片中，使用TFT（薄膜晶体管）调整液晶排列状态，即可控制明暗。

但液晶并不发光，要点亮屏幕则需要背光模组。

常见的背光结构为侧入式，灯珠排列在屏幕侧边发光，需使用导光板让光在平面上均匀扩散。这样终于点亮像素了，但仅能显示单色。要想呈现出缤纷的色彩，还需要使用红、绿、蓝三种基色的薄膜过滤光线。大量这样的单元格组合在一起，就构成了一块液晶屏。

不过，LCD 的背光在穿透多层结构后，最终的有效光线仅为 5% 左右。且背光只能整体控制，即使画面中存在纯黑区域，这部分的背光也只能打开。由于滤光效率不能做到100%，这使得黑色只能显示为深灰色，画面的明暗比值（对比度）约为 1000:1，远不能再现真实的世界。

因此，高端产品常使用 OLED。LED 是光电二极管，O 代表使用有机物。

二极管的正负极级分别有大量空穴和电子，复合后产生能量，有机物作为发光层与其连接，吸收能量并以光的形式释放。不同的有机物能发出不同颜色的光，且光色纯，能显示的色彩范围广，并可独立控制，对比度可视为无限大。

它结构轻薄又省电，更适合使用在随身设备上。

TFT LCD，OLED 和 Micro LED 的基本对比

不过，OLED 使用的有机物容易老化，寿命较短。每颗像素独立显示，老化程度也各不相同，屏幕很可能会变得青一块紫一块的，俗称“烧屏”。

发红光和蓝光的 OLED 寿命较绿色更短，更易衰减，厂商生产时常将他们做得更大或更多。如三星专利的 PenTile 排列，红绿蓝比例为 1:2:1，相邻像素共用红蓝子像素，横向上的次级像素减少了 1/3，显示效果可能会发虚，边缘偏色，画面清晰度也会下降。

此外，OLED 在低电压下不稳定，降低电压调暗屏幕会使显色失常，因此常使用 PWM 调节亮度——即让屏幕快速闪烁，通过控制明灭比值来调节亮度。

而这样的频闪，超过常人可感极限（约 80 Hz），但仍会使部分人感到头晕目眩，尤其是低频的闪烁，甚至会危害健康。

看起来 OLED 是个挺别扭的技术。但既然问题出在有机物上，为什么不换成无机物呢？

因为太难了。普通的 LED 正是使用的无机物。常见的 LED 显示器常作广告展示或背景墙，面积巨大，供远距离观看，靠近后很容易看出一颗一颗的灯珠。要想手机、电脑都能用上，就必须得做小。

得多小呢？

业内一般将尺寸 100 μm 以下称作 Micro LED（Micro 代表微型）。iPhone 8 Plus 有一块 5.5 英寸的 1080p 液晶显示屏，拥有约 207 万颗像素，每整颗像素的尺寸约为 63 μm，相当于头发的直径。

需要注意的是，为了能显示色彩，每颗像素还需细分为红绿蓝 3 颗子像素。即使不考虑像素间间距，生产同款屏幕，需要使用 622 万颗 63 μm*21 μm 的 LED。

要实现快速准确的排布，还必须掌握成熟的巨量转移技术。OLED 能实现商用正得益于有机物熔点低，可使用蒸镀技术生产，回避了 Micro LED 的一个个转移的难题。

Micro LED 性能优异，还可制作透明屏幕和柔性屏幕，是最适合制作显示器的材料，十分诱人，但迟迟不能量产。

Mikro Mesa Technology 使用 Micro LED 技术制造的透明显示器

在这尴尬的技术过渡期只能干等着吗？mini-LED 来了！

相比 Micro LED，它对尺寸的要求更宽松，一般为 100 μm~300 μm，直接制作小型显示器，清晰度还不能满足，但可以将其作为 LCD 的背光。

我们可以将众多 mini-LED 排布在背板上，并划分出上百甚至上万个区域，独立控制。根据画面的明暗，分别调节各个区域的背光强度，使 LCD 也能拥有极高的的对比度。并且没有导光板等结构，更轻薄且能制造柔性屏。还可将灯珠由单色换成红绿蓝三色，使光色更纯净，显色范围更广。

Apple Pro Display XDR 分区背光示意，背光使用 576 颗蓝光 LED

这种背光方式被称作直下式，虽部分高端显示设备早有使用，但碍于灯珠大，分区数量并不多，还会使屏幕变厚，不适用于随身设备。缩小制成 mini-LED 后问题迎刃而解，用它作背光，能使 LCD 显示效果媲美 OLED 的同时，拥有更长的寿命，造价也更低廉。

不过，也不要太激动，作为刚刚试水的过渡技术，mini-LED 还有较大的提升空间，也可能会存在部分问题。如画面存在高对比的细节时，明亮物体周围可能会出现朦胧的光晕。

胡伟频, 等. (2020). 微米级 LED 显示应用浅析

新的技术投入使用是个好的开始，mini-LED 拥有光明的未来。

参考资料：

[1] 林伟瀚, 杨梅慧. (2019). Mini-LED显示与Micro-LED显示浅析.

电子产品世界, 26(7): 65-67.

[2] 胡伟频, 等. (2020). 微米级LED显示应用浅析.

电子元器件与信息技术, 4(4): 5-8.

本文来自微信公众号：回形针PaperClip（ID：papercliptv），作者：毕铭

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