浅析Mini LED技术难点及趋势

2018-10-15 14:17 浏览次数：17554

随着LED芯片成本的下降和技术的进步，再加上最近LED照明行业增长乏力，国内外LED芯片和封装巨头纷纷开始寻找新的市场增长点，Mini、Micro LED作为市场前景广阔的新技术，近两年尤其受关注，Micro LED目前因为存在技术路线不确定和成本较高的原因，短时间内难以大规模商业化，而Mini LED作为小间距LED产品的延伸和Micro LED的前奏，已经开始在LCD背光和RGB显示产品开始出货，现阶段已经量产出货的P0.9的Mini LED因为所使用的芯片、设备、制程均是承接至小间距LED显示屏，因此有效保证产品的高性价比和量产可行性。

Mini LED的背光产品主要集中在100寸以下的显示，应用领域包括电视、手机、电竞、车载领域，主要竞争对手是OLED；显示产品则是涉及100寸以上的显示，应用领域在商业显示、超大电视，竞争对手则是小间距显示、投影、DLP、LCD拼接等。

虽然Mini LED的背光和显示产品均已开始小批量出货，但是产品主要集中在P0.9-0.7，P0.7以下的产品还处于技术开发阶段，Mini LED在持续缩小间距的过程中，还面临芯片、封装、驱动IC、背板等诸多难题，以下是GGII对目前Mini LED技术难点的梳理：

1、芯片端

A、芯片微缩化。由于Mini LED要求像素点的间距在1mm以下，这也要求Mini LED的芯片也需要变小，目前Mini LED的芯片普遍要求200um以下，这对LED芯片生产过程中的光刻和蚀刻提出了更高的要求，特别现有成熟的生产设备难以满足100um以下的芯片生产，在小尺寸芯片情况下，焊接面的平整度、电极结构的设计、易焊接性以及对焊接参数的适应性、封装宽容度都是芯片设计的难点与重点。而Mini LED芯片在生产过程中还采用作业效率偏低的全测全分模式，对于处理高密度、高精度的大量芯片，无论是生产还是检测均存在效率低下问题，这无形中也推高了Mini LED芯片的成本。

B、红光倒装芯片。由于倒装芯片无需打线，适合Mini LED超小空间密布的需求，因此目前的Mini LED全部采用倒装芯片结构，目前蓝绿光倒装LED芯片生产较为成熟，但是红光倒装LED芯片技术难度高，由于需要进行衬底转移，而芯片在转移技术过程中生产良率和可靠性还不高。

C、一致性和可靠性。Mini LED芯片作为显示芯片对产品一致性和可靠性的要求较高，一致性重点关注的指标包括小电流一致性、不通电流下一致性、高低位一致性、颜色均匀一致性、电容小且一致性等，而由于Mini LED显示屏复杂使用环境，维修难度较高，这就对Mini LED芯片的可靠性要求较高，总的来说Mini LED芯片生产企业在生产过程中进行严格的生产控制以保障产品各项指标的稳定。

2、封装端

A、高效率固晶与贴片。由于Mini LED的芯片尺寸主要是50-200um，同时Mini LED芯片和灯珠单位面积使用量巨大且排列十分紧密，对焊接面平整度、线路精度提出更高要求，对焊接参数的适应性和封装宽容度要求也更为严格。因此在高效率和高精度的Mini LED芯片固晶成为摆在Mini LED面前的一道难题。传统锡膏固晶容易导致芯片焊接漂移，孔洞率增大，无法满足Mini LED的高精度固精要求，更高精度固晶基板及固晶设备成为急需解决的问题。传统贴片机在对P1.0以下Mini LED封装器件进行贴片时，由于精度要求在25um以下，因此传统贴片机必须将贴片速度降低到原有贴片速度的30-50%，这将大大降低显示屏的生产制造效率，更高效的贴片机也是是未来Mini LED所面临的一大难题。

B、薄型化封装。Mini LED作为背光时要求产品越薄越好，但是当PCB厚度低于0.4mm时，在回流焊、Molding工艺中，由于树脂基材与铜层热膨胀系统不同，会诱发芯片虚焊，而Molding封装过程中，封装胶与PCB热膨胀系数不同也会导致胶裂。

C、混光一致性。由于芯片或者灯珠的光色差异或者电路问题，可能导致显示或者背光效果的差异，这将对Mini LED的显示效果造成不良影响。

D、可靠性与良率。Mini LED显示屏的使用环境相对比较复杂，空气中的水汽如果透过封装材料或者支架渗入接触到LED芯片中电极，很容易产生短路等现象，同时由于Mini LED产品所大量密集排列，使用的封装器件成倍增长，考虑到Mini LED维修难度和成本较高，这就需要Mini LED封装器件具备相对高的可靠性。

3、驱动IC方面

A、电流控制与散热。由于Mini LED点间距越来越小，使用的LED芯片数量也越来越多芯片尺寸越来越小，这导致驱动的电流也越来越小，使得驱动IC对电流的精准控制也越来越难，未来针对小电流的精准控制也需要新的电路设计，再加上因为使用大量驱动IC和LED芯片，使得PCB快速散热也出现困难，而热量会使驱动IC模块产生偏色的问题，因此高集成和低功耗的驱动IC将是显示屏驱动IC的发展方向。

B、区域调光。对于Mini LED的背光应用来说，目前的静态调光技术因为需要串联IC数量，驱动电路成本高昂，IC控制I/O数量庞大，驱动电路体积大，背光刷新频率低且容易有闪烁感，因此已经难以满足新型Mini LED背光技术的需求，区域调光的驱动IC恰好可以弥补静态调光的缺点，但是在采用区域调光的方案时，还面临Mini LED背光分区亮度和均匀度的提升、刷新频率的提升、背光光效的提升、高集成度、精细调光分辨率等一系列问题。

　　4、PCB背板

在Mini LED轻薄化的前提下，显示和背光效果的高要求对PCB背板的厚度均匀性、平整性、对准度等加工精度都提出了新的挑战，再加上PCB背板上有大量的LED芯片和驱动IC，这就需要背板的Tg点要高于220℃，而PCB背板在Mini LED加工过程中需要受到各种外力，为了保持背板的厚度均匀性、尺寸稳定性等，还需要背板具有较高的耐撕拉强度、耐湿热性等物理特性。

为了拓展Mini LED的应用，Mini LED产业上下游厂家积极在研发新技术和降低成本方面努力，目前国内外Mini LED厂家重点在研发或拓展的新技术包括出光调节芯片、COB和IMD封装、Mini LED巨量转移、TFT电路背板、柔性基板等。具体如下:

　　1、出光调节芯片

在Mini LED作为背光使用时，往往采取大量LED芯片作为直下式的背光源，在为了调节芯片的出光，使其更容易实现超薄设计，在传统的背光芯片上增加优化膜层，可以提升芯片出光角度，从而使得LED芯片的出光更加均匀，有效提升显示效果。

2、COB和IMD封装

目前COB(板上芯片)封装，直接将LED裸芯片封装到模组基板上，然后进行整体模封，相对于传统的SMD封装。这种COB封装的全彩LED模组具有制造工艺流程少、封装成本较低、封装集成度高、显示屏的可靠性好和显示效果均匀细腻等特点，有望成为未来高密度LED显示屏模组的一种重要的封装形式。目前由于COB的产业链还没有建立完善起来，COB产品单位面积的成本比SMD高，未来随着COB显示封装产业链逐渐成熟，COB显示封装市占率将快速提升。在Mini LED应用中，COB封装具有更高的可靠性和稳定性，更容易实现超小间距显示，与Mini LED的技术趋势一致，因此，COB封装也是Mini LED的技术趋势之一。

3、Mini LED巨量转移

相对于Micro LED的巨量转移技术，Mini LED的芯片尺寸较大，因此转移难度相对较小，结合巨量转移和COB封装技术，可以有效提升MiniLED的生产周期，目前Uniqarta的激光转移技术，可以透过单激光束或者是多重激光束的方式做移转，实现每小时转移约1400万颗130x160微米的LED芯片。

　　4、TFT背板

如果要在画面现实效果上与OLED竞争，Mini LED背光+LCD必须做到顶级的HDR才行，也就是Local Dimming背光源的调光分区数(Local Dimming Zones)必须要数百区甚至数千区才足够，但是若以传统的LED背光源驱动电路架构，这样的想法会因组件使用过多，而牺牲成本及轻薄设计。有鉴于此，群创提出使用主动式矩阵TFT电路来驱动的AM Mini LED架构。

　　5、柔性基板

Mini LED背光一般是采用直下式设计，通过大数量的密布，从而实现更小范围内的区域调光，由于其设计能够搭配柔性基板，配合LCD的曲面化也能够在保证画质的情况下实现类似OLED的曲面显示，但是由于Mini LED数量众多，产生热量巨大，而柔性基板的耐热性往往较差，因此研发具有高耐热性的柔性基板也将是未来的技术趋势之一。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????? 来源：高工LED