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  • 苹果推出嘅 Mini LED 屏,到底好喺边

    转载:本文来自微信公众号“回形针PaperClip”(ID:papercliptv),作者:毕铭,转载经授权发布。

    2021 年 4 月 21 日凌晨,苹果公司举办‌ 2021 年度嘅春季发布会,发布‌包括新款 iMac、iPad Pro、Airtag 喺内嘅多款新品。

    呢次发布会压轴出场嘅重磅产品,是新一代嘅 iPad Pro。其关键嘅性能升级主要喺于 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 嘅屏幕。

    苹果推出嘅 Mini LED 屏,到底好喺边

    据介绍,呢块 12.9 英寸嘅屏幕内置‌上万粒 LED 发光二极管,佢们被划分成 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。这项技术嘅优势究竟何喺?回答呢个问题,或者要从最基本嘅当代显示器原理说起。

    这系一块普通嘅电脑屏幕。你喺生活中最常见到嘅就是呢种液晶显示器(LCD)。

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    光是电磁波,自身具有振荡方向,使用偏振片可以拦截唔同振荡方向嘅光。液晶本身透明,但其特殊嘅排列可以偏转光嘅振荡方向,将佢放置喺两片垂直嘅偏振片度,使用TFT(薄膜晶体管)调整液晶排列状态,即可控制明暗。

    苹果推出嘅 Mini LED 屏,到底好喺边

    但液晶并唔发光,要点亮屏幕则需要背光模组。

    常见嘅背光结构为侧入式,灯珠排列喺屏幕侧边发光,需使用导光板让光喺平面上均匀扩散。咁样终于点亮像素嘎啦,但仅能显示单色。要想呈现出缤纷嘅色彩,仲系要要使用红、绿、蓝三种基色嘅薄膜过滤光线。大量咁样嘅单元格组合喺一齐,就构成‌一块液晶屏。

    唔过,LCD 嘅背光喺穿透多层结构后,最终嘅有效光线仅为 5% 左右。且背光只能整体控制,就算画面中存喺纯黑区域,呢部分嘅背光也只打得开。由于滤光效率唔可以做到100%,呢令到黑色只能显示为深灰色,画面嘅明暗比值(对比度)约为 1000:1,远唔可以再现真实嘅世界。

    苹果推出嘅 Mini LED 屏,到底好喺边

    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。

    二极管嘅正负极级分别有大量空穴和电子,复合后产生能量,有机物作为发光层同其连接,吸收能量并以光嘅形式释放。唔同嘅有机物能发出唔同颜色嘅光,且光色纯,能显示嘅色彩范围广,并可独立控制,对比度可视为无限大。

    佢结构轻薄又省电,更适合使用喺随身设备上。

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    TFT LCD,OLED 和 Micro LED 嘅基本对比

    唔过,OLED 使用嘅有机物容易老化,寿命较短。每粒像素独立显示,老化程度也各唔相同,屏幕好可能会变得青一块紫一块嘅,俗称「烧屏」。

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

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    此外,OLED 喺低电压下唔稳定,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。

    而咁样嘅频闪,超过常人可感极限(约 80 Hz),但仍会使部分人感到头晕目眩,尤其系低频嘅闪烁,甚至会危害健康。

    苹果推出嘅 Mini LED 屏,到底好喺边

    睇起来 OLED 是个挺别扭嘅技术。但既然问题出喺有机物上,点解唔换成无机物呢?

    因为太难嘎啦。普通嘅 LED 正系使用嘅无机物。常见嘅 LED 显示器常作广告展示或背景墙,面积巨大,供远距离观睇,靠近后好容易睇出一粒一粒嘅灯珠。要想手机、电脑都可以用上,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 英寸嘅 1080p 液晶显示屏,拥有约 207 万粒像素,每整粒像素嘅尺寸约为 63 μm,相当于头发嘅直径。

    需要注意嘅系,为‌能显示色彩,每粒像素仲系要细分为红绿蓝 3 粒子像素。就算唔考虑像素间间距,生产同款屏幕,需要使用 622 万粒 63 μm*21 μm 嘅 LED。

    要实现快速准确嘅排布,仲要必须掌握成熟嘅巨量转移技术。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‌ Micro LED 嘅一个个转移嘅难题。

    Micro LED 性能优异,仲要可制作透明屏幕和柔性屏幕,是最适合制作显示器嘅材料,十分诱人,但迟迟唔可以量产。

    苹果推出嘅 Mini LED 屏,到底好喺边

    Mikro Mesa Technology 使用 Micro LED 技术制造嘅透明显示器

    喺这尴尬嘅技术过渡期只能干等住吗?Mini LED 来‌!

    相比 Micro LED,佢对尺寸嘅要求更宽松,一般为 100~300 μm,直接制作小型显示器,清晰度还唔可以满足,但可以将其作为 LCD 嘅背光。

    我哋可以将众多 Mini LED 排布喺背板上,并划分出上百甚至上万个区域,独立控制。根据画面嘅明暗,分别调节各个区域嘅背光强度,使 LCD 都可以拥有极高嘅嘅对比度。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。

    苹果推出嘅 Mini LED 屏,到底好喺边

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

    呢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,分区数量并唔多,仲要会使屏幕变厚,唔适用于随身设备。缩小制成 Mini LED 后问题迎刃而解,用佢作背光,能使 LCD 显示效果媲美 OLED 嘅同时,拥有更长嘅寿命,造价也更低廉。

    唔过,也唔好太激动,作为啱啱试水嘅过渡技术,Mini LED 仲有较大嘅提升空间,也可能会存喺部分问题。如画面存喺高对比嘅细节时,明亮物体周围可能会出现朦胧嘅光晕。

    苹果推出嘅 Mini LED 屏,到底好喺边

    胡伟频, 等. (2020). 微米级 LED 显示应用浅析

    新嘅技术投入使用是个好嘅开始,Mini LED 拥有光明嘅未来。

    参考资料:

    [1] 林伟瀚, 杨梅慧. (2019). Mini-LED显示同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.

    电子元器件同信息技术, 4(4): 5-8.

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    2021-04-21 15:06:44

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