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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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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