Apple braucht viele Millionen Mini-LEDs

Um seinen Mobilgeräten ein Display-Update zu spendieren, braucht Apple immense Mengen winziger LEDs. Deshalb ist das Unternehmen auf der Suche nach Lieferanten.

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Von
  • Ulrike Kuhlmann

Die Displays in Notebooks und Tablets von Apple haben sich seit geraumer Zeit nicht wesentlich geändert. Im kommenden Jahr plant Apple aber wohl den Umstieg auf eine neue Hintergrundbeleuchtung aus winzigen LEDs. Deshalb sucht das Unternehmen nun laut Digitimes für sein geplantes High-End-Notebook MacBook Pro weitere Produzenten von Mini-LEDs. Sie sollen die Versorgung mit den winzigen Dioden fürs LCD-Backlight ab der zweiten Jahreshälfte 2021 sicherstellen.

Da Osram Opto bereits die LEDs für die Apple Watch und das iPhone produziert, wird erwartet, dass das Unternehmen auch als LED-Zulieferer für das MacBook dient. In seiner Fabrik in Malaysia soll Osram dafür die monatlichen Kapazitäten auf 100 Millionen Mini-LEDs aufstocken. Geht man davon aus, dass pro Display circa 10.000 Mini-LEDs hermüssen, würde das für 10.000 Notebooks reichen. Als weiterer Lieferant für Apple wird Sanan Optoelectronics aus China gehandelt, Hauptlieferant ist derzeit der taiwanische LED-Spezialist Epistar.

Der Vorteil von Mini-LEDs gegenüber herkömmlichen LEDs liegt in der Möglichkeit, unzählige der winzigen Dioden gleichmäßig im Rücken der Displays zu verteilen – das sogenannte Direct-LED-Backlight – und dann die Diodenhelligkeit partiell an den Bildinhalt anzupassen: An sehr dunklen Stellen im Bild werden die Dioden stark abgedunkelt, an hellen Stellen leuchten auch die Backlight-LEDs heller. Auf diese Weise lassen sich theoretisch mehrere Tausend Dimming-Zonen realisieren, wodurch die Displays sehr hohe In-Bild-Kontraste erreichen und vor allem HDR-Inhalte besser abbilden können.

Asus kann die Miini-LEDs im Backlight seines ProArt-Monitor PA32UCG in 1152 Zonen dimmen und so sehr feine Übergänge von einer Lichtzone zur nächsten erzielen.

(Bild: Asus)

Aktuell findet man LCDs mit local dimming vor allem im TV-Bereich, wo je nach Displaygröße und Modell zwischen 16 und 600 Dimming-Zonen üblich sind – für eine geringere Zonenanzahl können die Hersteller größere LEDs nutzen. Im Monitorbereich gibt es ebenfalls einige Modelle mit lokal dimmbarer Hintergrundbeleuchtung etwa für den Gaming-Bereich und für Creativ-Profis. Auch Apple nutzt für die Hintergrundbeleuchtung in seinem Pro Display XDR kleine LEDs und teilt sie in 567 separat dimmbare Zonen ein.

Bereits Anfang 2021 könnte Apple ein iPad Pro mit 12,9-Zoll-LCD vorstellen, das mehr als 10.000 Mini-LEDs im Backlight nutzt. Damit ließe sich ein sehr feines Raster an Lichtpunkten fürs Backlight erzeugen und so störende Übergänge beziehungsweise Lichthöfe zwischen hellen und dunklen Bereichen im Bild minimieren.

Apple teilt die LEDs im Backlight des Pro Display XDR in 576 unabhängig voneinander dimmbare Zonen ein und erreicht damit eine Spitzenleuchtdichte von knapp 1500 cd/m2.

Epistar will seine Produktionskapazitäten von blauen LEDs im dritten Quartal 2020 deshalb auf Mini-LEDs umstellen, berichtet Digitimes. In dem Zuge will das taiwanische Unternehmen auch die Ausbeute an Mini-LEDs, den sogenannten Yield, steigern: von einer Ausbeute unter 80 Prozent zum Start der Fab auf 85 Prozent bis Ende des Jahres. In der zweiten Jahreshälfte 2021 sollen dann nur 10 Prozent aller produzierten LEDs (90 Prozent Yield) in den Müll wandern.

Mini-LEDs sind deutlich schwieriger zu produzieren als herkömmliche LEDs. Deshalb kosten sie mindestens 20 bis 30 Prozent mehr als die größeren LEDs für herkömmliche LCD-Hintergrundbeleuchtungen. Trotzdem planen viele Notebookhersteller für das kommende Jahr den Umstieg auf Mini-LEDs im Backlight, um künftigen HDR-Inhalten gerecht werden zu können.

Mini-LEDs sind im Grunde nur der Zwischenschritt zu Mikro-LEDs. Von Mini-LEDs spricht man, wenn die Chipgröße unter 500 Mikrometer liegt. Die Chips für Mikro-LEDs sind maximal 50 oder 100 Mikrometer groß – die Grenze ist bislang nicht genau spezifiziert. Mikro-LEDs sollen nicht mehr im Backlight eines LC-Displays sitzen und durch die Pixelschicht leuchten, sondern selbst als Bildpunkte dienen. Sie wären dann die anorganische Variante von OLEDs mit signifikant längerer Lebensdauer, ohne Einbrennproblematik und mit deutlich höherer Lichtleistung.

Allerdings sind solche Panels aus Mikro-LEDs extrem teuer. Schuld ist das Produktionsverfahren: Die LEDs müssen auf Wafern hergestellt und von dort mikrometergenau auf das Display-Substrat transferiert werden. Der Transfer erfolgt derzeit per Pick & Place mit großen Stempeln: Ein Greifer nimmt ein Feld von LEDs vom Wafer und setzt es auf das Substrat. Das Ganze wiederholt sich so lange, bis die gewünschte Anzahl an LEDs übertragen ist.

Je mehr LEDs umgesetzt werden müssen, umso mehr Fehler schleichen sich ein und umso aufwendiger wird die anschließend fällige Reparatur. Selbst wenn bei einem 4K-Display 99,99 Prozent der roten, grünen und blauen Dioden den Transfer unbeschadet überstehen, müssen anschließend fast 250.000 LEDs repariert werden. Bei einem 6,5-zölligen Display wie im iPhone XS Max mit 10 Millionen winzigen LEDs wären das noch 100.000 defekte Dioden.

Samsung hatte mit The Wall vor geraumer Zeit ein echtes LED-Display vorgestellt und damit einen Blick in die Zukunft gewagt. Allerdings waren und sind die in Samsungs großen Videowänden verbauten LEDs keineswegs Mikro, sondern allenfalls Mini, also vergleichsweise groß. Zwar hatte das Unternehmen auf der CES auch kleinere Varianten von The Wall vorgestellt, doch dabei handelte es sich lediglich um Prototypen, deren Massenproduktion weiterhin aussteht.

(uk)