苹果与乐金显示合作为 2024 年款 Apple Watch 开发 2.13 英寸 Micro LED 显示面板

在 Apple Watch Ultra 2 系列中，一款配备 Micro LED 显示面板的 Apple Watch 将于 2024 年推出，其特点如下：2.13 英寸、325 PPI、RGB Micro LED 、倒装芯片、像素间距 80µm、超过 900000 个 Micro LED 芯片、堆叠混合 Micro LED 像素结构、LTPO 背板和静电转移工艺。

苹果于 2014 年推出了 Apple Watch，明年就是其问世的 10 周年。Apple Watch 已制定计划准备打入最高端的运动和专业户外手表市场。在此背景下，苹果正在研发一款名为 Apple Watch Ultra 2 的全新高端款，它将具有超高亮度和高对比度的 Micro LED 显示面板，还配备坚固耐用、防水防尘、抗震等性能。

Micro LED 显示面板的性能已经得到认可，其性能包括更长的使用寿命、更低的功耗、阳光下更好的可视性，并且比目前的柔性 OLED 更坚固耐用，后者自 2014 年以来一直应用于 Apple Watch 系列。

在中国，康佳于 2020 年宣布推出全球首款配备 Micro LED 显示面板的智能手表，但由于供应链、成本和技术等诸多挑战未能实现量产。康佳的首款智能手表 APHAEA 配备了 2.0 英寸 Micro LED 显示面板，LED 芯片尺寸为 27×41µm，但分辨率较低 (320x240)。

然而，由于RGB Micro LED不同颜色的多重光色的实现，巨量转移方面的困难以及 Micro LED 显示面板的复杂模组化，高分辨率 Micro LED 显示面板的成本将远高于柔性 OLED 显示面板。

Apple Watch 显示面板路线图，2014–24

来源：Omdia

自 2014 年首次推出以来，Apple Watch 显示屏经历了数次变化：

·       2014 年，Apple Watch 推出了 Series 1，其配备了 1.34/1.53 英寸 LTPS OLED 显示面板，像素密度为 326 PPI。Apple Watch 在每个系列中始终具有两个显示屏尺寸：亚洲市场的较小尺寸显示屏和国际市场的较大尺寸显示屏。这种双尺寸原则适用于 2014 年至 2024 年的每个 Apple Watch 系列；显示面板供应商是乐金显示，OLED 亮度为 1000 尼特。

·       Apple Watch Series 4 配备了 1.57/1.78 英寸 LTPO OLED 显示面板。屏幕尺寸进行了升级（业界称为“加大尺寸”），但像素密度仍保持在 325 PPI。同时还推出了 LTPO 背板，功耗更低。三星显示有限公司不再供应柔性 OLED，但 JDI 于 2019 年加入进来，成为新的 LTPO 背板 OLED 供应商。

·       在 2021 年和 2022 年推出的 Apple Watch Series 7 和 8 中，屏幕尺寸分别升级为 1.71 英寸和 1.92 英寸；像素密度保持不变。

·       在 2020 年，Apple Watch 推出更亲民的经济款: Apple Watch SE 系列。它的屏幕更小（1.34/1.53 英寸），并且配有一个 LTPS 背板。这意味着功耗性能相对较弱，但成本却更低，因为 LTPS 背板所需的制造工艺要少于 LTPO。

·      在 2022 年，Apple Watch SE 系列扩展为 SE 2 系列，屏幕更大（1.57/1.78 英寸），且 JDI 成为其新的 OLED 供应商。之所以将背板改成 LTPO 是为了降低功耗，因为 JDI 的 LTPO 背板生产技术越来越成熟（这有利于降低成本）。

·       针对高端运动、职业运动员和户外市场，苹果于 2022 年推出了 Apple Watch Ultra 系列。它配备了更大的屏幕（1.99 英寸），以提高在户外环境中的可视性和可读性，因为在晴天或中午，环境光会特别强烈。PPI 则保持不变（325 PPI），面板供应商乐金显示采用了新款 LTPO 背板以降低功耗。Ultra 系列的另一个重要特点是防水。

·       到 2024 年，Series 8 和 9（1.71/1.92 英寸）将演变成屏幕更大（1.89/2.04 英寸）的 Series X（X 表示第十）。这些显示面板将由相同的供应商——乐金显示——提供，并采用 LTPO 背板。苹果可能会在 2023 年年底宣布推出该产品，并在 2024 年将其商业化。

·      到 2024 年，Apple Watch SE 2 系列将演变成 SE 3。其屏幕尺寸将与 Series 8 和 9 相同（1.71/1.92 英寸），LTPO OLED 显示面板供应商为 JDI。苹果可能会在 2023 年年底宣布推出该产品，并在 2024 年将其商业化。

·       最大的变化将是 2024 年的 Apple Watch Ultra 2，它将采用全新的 Micro LED 显示面板。苹果可能会在 2023 年年底宣布推出该产品，并在 2024 年将其商业化。面板尺寸为 2.13英寸，像素密度为 325 PPI，因此，分辨率大概会是 540x440 或 556x452，这意味着将有超过 800000 个 Micro LED 芯片与子像素对应，包括冗余 LED 芯片。届时将采用最先进的技术生产这种卓越的 Micro LED 显示面板。

·       苹果长期以来一直在开发自己的 Micro LED 显示面板，现在正与乐金显示合作开发一款新的 2.13 英寸屏幕用于量产。苹果将负责技术和设备，而乐金显示将负责量产和测试。Apple Watch Ultra 2 适用于户外和专业手表应用。因此，它将是所有 Apple Watch 系列中最高端的款型，价格定位和成本结构也最高。换句话说，它可能会是智能手表显示屏的终极巅峰。

·      苹果采用更好的显示面板（Micro LED）以实现节能以及解决其 Ultra 系列在户外应用（在较强的环境光下使用）方面的问题是有道理的。此举更是为了使该系列能够在目前由佳明主导的专业智能手表细分市场（价格在 800 至 1200 美元）中占据更多的市场份额。佳明的户外和长使用时间智能手表显示屏采用的是反射式LCD (MIP LCD)面板。

苹果 Micro LED 显示面板开发现状

苹果在为移动应用和 AR/VR 近眼显示屏应用 Micro LED 显示面板方面有着悠久的历史。苹果在 2014 年投资于 LuxVue，后者在静电巨量转移方面拥有多项技术和专利。

以下展示了苹果 Micro LED 显示面板的开发历程。

·       2019 年 2 月，苹果获准在台湾新竹科学园区建设新的 Micro LED 和研发产线。该产线开展研发活动，以改进苹果自 2014 年以来开发的 Micro LED 技术。鉴于该计划的现状，苹果将在 2023 年之后推出自己的 Micro LED 显示面板产品。Omdia 估计，苹果公司已于 2020 年开始建设其研发产线，于 2021 年投入运营，并于 2022 年开发出实际产品；这些产品最快将于 2023-24 年推出。台湾产线将负责试生产，之后需要与韩国乐金显示合作进行量产。

·       苹果瞄准了在户外条件下更具可读性的 Micro LED 智能手表显示屏，并会在未来将该技术扩展到 AR 设备和智能手机。Micro LED 智能手表显示屏的开发将更加容易，因为它们的尺寸小于 2.5 英寸，分辨率为 300-400 PPI。为 AR 设备和智能手机开发 Micro LED 显示面板则更加困难，因为这些应用需要更高的分辨率。此外，智能手机显示屏肯定会大于 2.5 英寸，这就意味着需要更多的 Micro LED 子像素芯片。

·       苹果断定， Micro LED 显示面板的结构可能会比液晶面板更简单，而使用寿命则比 OLED 显示面板更长。苹果不仅开发了 Micro LED 显示面板，还开发了 Micro LED 芯片。Apple Watch 可能是第一款适合使用 Micro LED 显示面板的产品，因为手表显示屏比其他显示设备更小。苹果首先在其 Apple Watch 上应用了柔性 OLED 和 LTPO 技术，然后才将其用于 iPhone。

·      苹果计划到 2022 年完成电流控制电路的研发，到 2023 年将像素传感器合并。但苹果遇到了一些技术障碍（Micro LED 和补偿电路的一致性），并多次推迟量产，但目前距离量产已经越来越近。苹果正在与 EPISTAR 和 ams OSRAM（外延晶圆/芯片）、LuxVue（分割和转移）、乐金显示（LTPO TFT 背板）、台积电（转移和 CMOS 背板）以及工研院（微组装）共同开发 Micro LED 显示面板。

·     苹果于 2014 年收购了成立于 2009 年的 LuxVue，从而取得了其 Micro LED 制造专利。基于台湾工研院的技术，LuxVue 在 Micro LED 芯片的切割和质量转移方面拥有一系列专利。LuxVue 的巨量转移概念基于静电微机电传感器 (MEMS) 技术，可以单独控制每个拾取头。据信，静电会使 Micro LED 的 PN 结永久性失效或损坏接触电极。LuxVue 还提出了垂直 LED 芯片的制造工艺及其巨量转移方法。然而，苹果已经应用了倒装 LED 芯片和载板，这是一种比 LuxVue 提出的工艺更为简单的一种工艺。

·      基于其长期技术路线图，苹果似乎专注于提高主系统和显示面板的电路集成度。苹果已经要求一些显示面板供应商开发基于 LTPO TFT 的 OLED 显示面板。这些努力旨在降低功耗以及使用氧化物 TFT 制造出更多传感器。对于 OLED 而言，与 LED 或 Micro LED 显示面板相比，其发光效率的提升有限，因此苹果开发 Micro LED 显示面板也在情理之中。

图 2：苹果创新的 Micro LED 显示面板结构与传统 OLED 对比

来源：Omdia

Apple的 Micro LED 显示面板供应链

Omdia估计，Apple Watch Micro LED 显示面板将具有以下特点：

·       2.13英寸

·      分辨率为 540X440，这意味着 Micro LED 芯片数量将为 540x440 x 3（RGB 子像素）x 1.2（用于冗余 RGB 芯片）= 90 万个芯片

·       Micro LED 芯片尺寸为 10µm；Micro LED 显示面板像素间距为 80µm

·       倒装Micro LED 芯片和光电探测 LED  

·       堆叠混合 Micro LED 像素及子像素结构，如图 2 所示

·       LTPO TFT 背板

·       静电质量转移（从 LED 外延晶圆到 LTPO 背板）

以下是Omdia对 Apple Watch Micro LED 供应链的预估：

·       主要的 Micro LED 设备（如转移和关键光学测试和修复机器）将由 Apple 授权。

·       LTPO TFT 背板将采用乐金显示制造的玻璃基板，乐金显示将从其 AP3-E5 Gen6 TFT 和柔性 OLED 产线分配背板产能。每月可安排约 5000-10000 个 Gen 6 基板的产能用于生产 Micro LED 显示面板。每个 Gen 6 基板都可以镶嵌 1000 多块 2.x 英寸显示面板。

·       Ams OSRAM 是用来生产芯片的 Micro LED 外延片的供应商。

·       LuxVue 和苹果台湾研发中心负责 Micro LED 芯片分割和静电质量转移。

·       苹果还在研发基于巨量转移和 CMOS 晶圆的另一种 Micro LED 显示面板，这涉及与台积电的合作。

·        由台湾工研院完成微组装。

·       最终的 Micro LED 显示面板模块组装将由韩国乐金显示完成。

·       最后的 Apple Watch 组装将在富士康和立讯精密的越南工厂完成。

图 3：苹果 Micro LED 显示面板制造工艺

来源：Omdia

考虑到 Micro LED 芯片的使用数量（超过 90 万个 LED 芯片）和 LTPO 背板的复杂工艺， Micro LED 显示面板的成本肯定会高于目前的柔性 OLED。然而，用于 Apple Watch 的 Micro LED 显示面板的优点将是高亮度、户外可读性、坚固耐用可供专业户外使用，以及超薄显示屏外形可为电池提供更大的空间。

Omdia 估计，Apple Watch 屏幕尺寸为 2.13/2.2 英寸、分辨率为 556x452 的 Micro LED 将在 2024 年量产，价格为 115 美元。还将添加触摸和盖板玻璃，额外成本为 10 美元。与 2.0 英寸柔性 OLED 的平均价格（38-40 美元）相比， Micro LED 显示面板的成本将是其三倍。主要成本要素不仅是 Micro LED 芯片，还有 LTPO 背板、巨量转移、调制、驱动 IC、测试和维修，以及最终组装。

图 4：OLED 与 Micro LED 成本比较

来源：Omdia

Micro LED 显示面板的高成本将使 Apple Watch Ultra 系列的价格超过 1200 美元——就像目前的 Apple Watch Hermès 一样。

Apple Watch Hermès 在奢侈品细分市场的标价为 1759 美元，而 Apple Watch 8 系列的标价为 399 美元。

图 5：Apple Watch Series 8 与 Apple Watch Hermès 对比 

来源：苹果、Omdia

Apple Watch 显示屏采购量预测

一直以来，苹果每年都会采购 4000-5000 万片柔性 OLED。Apple Watch 在终端市场继续受到用户的青睐，因此，柔性 OLED 智能手表显示屏出货量持续攀升。每个系列都有不同的采购量，目前情况如下：

·       Apple Watch SE 系列（1.6 英寸和 1.8 英寸）：每年 1800 万至 2000 万片。苹果计划逐渐减少对这一细分市场的关注，而转向更大的尺寸

·       Apple Watch 7 系列（1.7 英寸和 1.9 英寸）：每年 2500 万至 2600 万片。苹果计划将该细分市场扩大到每年超过 5000 万片，包括更大尺寸的 SE 系列

·     Apple Watch Ultra 系列（2.0 英寸）：现在每年 300 万到 400 万片。苹果计划通过采用新的 Micro LED 显示面板以及更大尺寸的 X 系列来扩大这一细分市场。

换句话说，Omdia 预计 Apple Watch 的 Micro LED 显示面板采购片数在最初两年（2024-25 年）将达到每年 300-400 万片，并在远期（2028-29 年）增长到每年 1000 万片。

据此，苹果正在设立三条 Micro LED 显示面板模块产线；第一条产线将于 2023 年准备就绪。这些产线将根据 Micro LED 和显示面板的工艺进行细分。这也是为什么在乐金显示的工厂设立产线，而苹果将自己负责 Micro LED 工艺的原因之一。

图 6：苹果智能手表显示面板预测（百万片）