我国是闪现工业大国,LCD液晶面板产能超越韩国排名榜首,但在闪现先进技能和先进工艺方面仍落后于韩国,在设备和资料范畴落后于日韩,追逐的空间仍然很大。Micro LED是业界比较公认的下一代干流闪现技能,可用在各尺度产品和大部分运用场景中。因为其巨量搬运工艺还处在前沿开发阶段,一时难以霸占技能难题,因而业界暂未看到量产的好消息。Mini LED与Micro LED一脉相承,足可与现在韩国引领的干流技能OLED相抗衡,一起我国也具有杰出的LED工业根底。经过开展Mini LED,可强化晋级我国LED工业,并鄙人一代闪现工业开展时机中与美韩并肩,占有有利方位。
闪现产品是电子信息产品中非常重要的品类。当时商场,LCD、OLED闪现产品占有干流,现已运用在电视、电脑、手机等大中小各类尺度的屏幕中。可是,不管LCD面板,仍是OLED面板,在技能指标和运用体会上都有各自的缺点。商场等待更完善的产品填补空白。Micro LED是下一代闪现产品的首要晋级方向,从闪现功能、运用场景、寿数、能耗等各个视点看,它都比LCD、OLED愈加完美。现在,消费商场现已呈现零散的Micro LED产品,价格非常贵重,难以遍及,这首要是因为Micro LED的出产工艺存在较大难度,出产出合格的Micro LED屏幕需求消耗巨资,本钱居高不下。所以最近几年内,Micro LED都不具有商业化的根底。在这种情况下,Mini LED作为LCD向Micro LED晋级的过渡产品,被更多人重视起来。
Mini LED又叫“次毫米发光二极管”,最早由我国台湾公司晶元光电提出,指由晶粒(芯片)尺度在50微米至200微米的LED构成的闪现屏,介于Micro LED和小间隔闪现之间。运用方向包含Mini LED直显和Mini LED背光的闪现屏。因为MiniLED闪现屏在能耗、色域、对比度、HDR、柔性、寿数等方面都有较为超卓的体现,工艺难度又没有Micro LED那么大,制作制品相对简单,因而Mini LED有望成为LCD晋级的主导产品,与OLED在消费商场一较高下。
Mini LED闪现屏工业链触及LED芯片、封装、闪现屏厂和终端运用品牌厂商。我国LED工业根底较为厚实,芯片厂包含龙头企业三安光电、华灿光电等,封装环节有国星光电、鸿利智汇、木林森等,闪现屏厂和终端运用品牌厂商包含利亚德洲明科技、TCL、康佳等。跟着Mini LED产品在商场上密布发布,越来越多的终端品牌厂商参加到Mini LED工业链,与上游LED芯片厂直接协作,这场由消费终端拉动的工业协作和技能晋级正在赋予LED工业新的远景。
依据运用场景的不同,Mini LED能够用于直接闪现和背光两大范畴。Mini LED直显本钱较高,多用在100英寸以上的大尺度产品,包含交通管理指挥中心、安防监控中心、室内商显等专业闪现商场。Mini LED背光产品本钱相对直显产品要低,首要用在电视、车载闪现器、平板电脑、笔记本电脑、台式机等100英寸以下的产品。传统LED直下式背光技能有许多缺点,比方难以完成薄型化、对比度不高、亮度不高、能耗较大等,画质闪现作用进步难度较大。Mini LED背光技能在上述方面都有较大进步,并且兼具寿数长、稳定性好和具有较为老练的工业链等优势。
近3年,各大终端厂商加快导入搭载Mini LED背光液晶面板的消费电子产品,“Mini LED背光+液晶LCD”产品在高端液晶面板商场逐渐占有重要座位。小尺度可穿戴设备、中尺度电脑和大尺度电视产品,将是Mini LED闪现器最早浸透的范畴。例如,苹果在2019年6月发布了选用Mini LED背光的闪现器Pro Display XDR,初次选用Mini LED 闪现背光产品,并在2021年4月推出装备Mini LED背光闪现的iPad Pro平板电脑。三星在今年初推出了量子点Mini LED背光的NEO QLED系列电视,尺度掩盖65英寸~85英寸。TCL是首家将Mini LED背光电视导入消费商场的电视厂商,2019年~2021年接连3年推出Mini LED背光电视新品。LG、康佳、小米、创维等厂商也相继进入该商场。微星于2020年首先推出Mini LED背光的笔记本电脑。据不完全统计,仅2020年第三季度以来,就有超越10款的Mini LED背光产品露脸。到现在,Mini LED背光产品已掩盖电视、闪现器、笔记本电脑和平板电脑消费商场。
尽管Mini LED商场规模不大,但增速惊人,生长很快,背光产品体现亮眼。跟着三星和我国品牌相继推出Mini LED背光液晶电视,估量Mini LED技能在2021年将取得较快速开展。研讨机构DSCC发布最新陈述称,全球Mini LED背光出货量将从2020年的50万台添加到2021年的890万台。TrendForce估量,2021年Mini LED 背光电视出货量将到达260万~300万台,占全体电视商场比重约1.2%~1.4%。未来三四年将是Mini LED背光产品爆发式增长期。Arizton的数据闪现,2021~2024年Mini LED商场规模有望从1.5亿美元增至23.2亿美元,其间每年同比增速皆高达140%以上。更有研讨机构Grand View Research猜测,2025年Mini LED商场规模将达59亿美元。
当时,Mini LED背光液晶(LCD)面板是日益饱满的液晶面板商场的一剂强心剂,能在很大程度上延伸传统LED背光液晶面板的生命周期。它具有以下几个优势:
(1)Mini LED背光产品比传统LED背光产品功能更优秀。背光是液晶闪现技能的三大要害技能之一,先进的背光技能能推进液晶闪现作用持续进步。液晶闪现的根本原理是面板液晶层注入的液晶分子,在通电时摆放变得有序,使背光源宣布的光线简单经过;断电时,液晶分子康复无序摆放状况,阻挠光线经过。五颜六色闪现则是背光透过液晶分子折射和五颜六色滤光片层时得以完成。因而,背光源的强度对液晶闪现的亮度、对比度和颜色体现力起到要害作用。
传统LED背光液晶面板有两种背光方法:一种是侧入式背光,在液晶面板旁边面封装传统LED背光模组,经过导光板折射的光线穿过液晶面板层得以闪现。侧入式背光的LED灯珠通常是几十颗,光线不均匀,无法完成区域调光,其长处是面板较薄。另一种是LED直下式背光,将LED背光板装备在液晶层下,LED灯珠可均匀分布在液晶层反面,背光板可进行区域切开,各区域独自操控光线明暗,然后进步对比度,完成HDR(高动态规模)闪现,取得更好的闪现作用,其缺点是面板较厚,分区数量有限。Mini LED背光则是将传统LED芯片缩小,背光源灯珠由本来的几十颗、几百颗变成数千颗、数万颗,分区数量也能从几十、几百个添加到几千、几万个,每个区域对应多个像素点,结合区域调光(Local Dimming)技能,对背光源进行愈加精细化的亮暗操控。在不献身亮度的情况下,Mini LED背光LCD面板能够完成超越1000000:﹕1的对比度和更高的分辨率,在画面闪现作用上可与OLED(有机发光二极管)面板直接竞赛。
Mini LED背光产品还具有其他技能优势:一是轻浮,因为Mini LED芯片尺度更小,可大幅缩小光学混光间隔,甚至能缩小至0间隔,使闪现屏全体厚度更挨近OLED面板,到达轻浮作用,扩展运用规模;二是高亮度与散热均匀,其亮度可超越1000尼特,而传统的LED灯珠只能做好其一;三是宽色域,颜色复原度好,假如Mini LED背光直接选用RGB三色LED灯珠,颜色鲜艳度将挨近OLED,假如选用蓝光LED+量子点膜,现在可完成广色域(110%NTSC),掩盖99%以上DCI-P3 规范的宽色域,比美OLED;四是省电节能,分区调光完成对光线的精细化操控,还可带来削减功耗的作用;五是可异形切开、曲面闪现,假如将驱动基板替换为软性基板的话,可生成高曲面背光板,用于出产曲面屏;五是在闪现作用、能耗和OLED距离不大的条件下,Mini LED背光液晶面板的寿数远高于OLED,也没有残影、烧屏等缺点。
(2)Mini LED背光液晶面板出产难度较低,能重复运用一部分现有设备,具有更高的经济性。与Micro LED比较,Mini LED不需求战胜巨量搬运的技能门槛,工艺难度较低且出产良率较简单进步,有望完成低本钱的量产。在工业链环节,LED芯片厂商、封装厂商、面板厂商都进入Mini LED出产,TFT驱动基板、液晶面板等出产设备可持续用于Mini LED背光液晶面板出产,技能立异的环节首要在LED芯片和封装,因而不管是比较未来的Micro LED或是比较传统LCD面板,Mini LED背光产品的技能、资源和本钱的整合难度都要小得多,遇到的工业阻力较小,是改进液晶面板产品的最优挑选。
(3)Mini LED背光面板代替效应逐渐闪现。在中大尺度面板商场,超高清闪现需求增强,传统液晶面板已不能满意顾客在5G遍及环境下对超高清闪现的激烈需求。在供应端,曩昔几年液晶面板产值屡次供过于求,全球现在也已中止对液晶面板产线的出资,商场需求新的晋级产品。OLED作为液晶面板的晋级产品,在中小尺度运用范畴有较强优势,但在中大尺度范畴,例如电视、广告屏、闪现器等,其因为寿数原因并不能算合格的晋级产品。在小尺度范畴,OLED是智能手机屏晋级干流,替换LCD屏趋势显着。OLED手机屏比较LCD屏有较大优势,并且手机替换周期一般在两三年,OLED屏根本能满意手机用户的运用期限需求,加上OLED屏在工业界的出资规模大、量产经历丰富、本钱相对经济,Mini LED背光的手机屏较难成为其对手。在大尺度范畴,面板首要需求在电视商场,韩国厂商LG主导的WOLED(白光OLED)电视正不断蚕食高端LCD电视商场,三星和TCL推出Mini LED背光液晶电视与之抗衡,将后者作为WOLED电视的直接竞赛产品。在三星等终端大厂的力推下,Mini LED背光面板将加快向传统LED背光液晶面板商场浸透,逐渐代替传统LED背光液晶电视商场。
终端大厂力推Mini LED背光电视,更是看中该Mini LED背光在中高端电视商场有价格空间。Mini LED背光电视在画质、饱满度、对比度均能到达4K、6K、8K的闪现作用,且产品寿数和性价比均明显优于WOLED闪现计划。Mini LED背光电视寿数和传统LED背光电视相同,长达几万小时。WOLED电视寿数在3万小时。价格方面,高端商场65英寸传统LED背光液晶电视价格在3000~6000元,WOLED电视价格在2万元左右,液晶电视和OLED电视之间的价格差在1万元以上。本钱方面,在高端闪现范畴,Mini LED背光模组本钱是同尺度OLED的60%~80%,例如高端Mini LED背光液晶面板,假如选用1.6万颗Mini LED,并调配2000个背光分区,其本钱仍比同尺度OLED面板低15%。据TrendForce(集邦咨询)研讨,中端大尺度电视面板商场,Mini LED背光面板比传统直下式LED背光面板的本钱高出30%~50%;在高端大尺度电视商场,其比OLED面板低15%。TrendForce以为,现在Mini LED背光闪现器整体出产本钱仍高于传统液晶和OLED屏,但预估其本钱将以每年15%~20%的起伏下降,到2022年将有时机低于OLED闪现器。
处在起步阶段的Mini LED背光产品需求阅历商业化的检测,其要害是本钱价格。Mini LED背光模组占Mini LED背光闪现器(面板)本钱六成以上,别的LCD(液晶)本钱占闪现器比重15%~20%,打件部分占比15%~20%,因而模组是Mini LED背光面板本钱操控的要害。其间,Mini LED芯片的本钱占比挨近Mini LED背光模组的一半。跟着芯片数量添加,本钱还会持续上升。
TrendForce估量,以65英寸4K超高清电视为例,高端的侧入式背光闪现器模组出产本钱约在350 美元;带有量子点增强膜的直下型LED背光闪现器模组本钱约600美元,选用被动式驱动的Mini LED背光(LED运用颗数16000颗)的闪现器模组则约在650~690美元之间;OLED闪现器模组本钱估量在800美元以上。在65英寸4K电视中,Mini LED背光所用灯珠(16000个LED芯片)本钱约310美元,假如为了进步画质在背光中运用4万个LED芯片,该模组本钱将上升到1200美元,超越OLED闪现器模组本钱。数据标明,在大尺度超高清高端电视商场,Mini LED背光电视的模组本钱比当时的高端量子点液晶电视模组本钱高出约100美元,比OLED面板模组低100美元。假如想进步画质,比美与OLED电视、或是更胜一筹,其本钱将比OLED面板模组高出50%。
由此可见,下降Mini LED背光模组本钱,包含LED芯片本钱、打件本钱,平衡Mini LED背光电视的功能和本钱,是当时消费商场承受Mini LED背光电视的要害。相关工业环节还有许多技能需求晋级和改进。
在上游芯片制作环节,需求经过半导体工艺将外延片制备为发光颗粒,经过测验、磨片、切开、分选和包装。在中游封装与打件环节,需求将外引线衔接至芯片电极,构成Mini LED器材。整个出产过程中,Mini LED的要害技能包含Mini LED芯片生成技能、封装技能,触及中心组件资料为背光基板,中心设备首要为芯片生成设备MOCVD。
LED芯片是一种固态的半导体器材,是LED的中心组件,首要功能是把电能转化为光能。在Mini LED闪现器中,LED芯片的稳定性、一致性和寿数等功能对闪现器有明显影响,因而芯片的出产非常重要。Mini LED芯片出产是将一般尺度的LED晶粒尺度微缩到200微米以下,并将其搬运到驱动基板上。在作为Mini LED背光源运用时,一块PCB板上聚集了几千或上万个LED芯片(以电视为例),而用作Mini LED直显时,平等尺度PCB板上芯片数目则以十万、百万计,芯片尺度更小、数量更多,对芯片出产和批量搬运工艺提出更高要求,技能难度加大。在Mini LED闪现器中,LED芯片的稳定性、一致性和寿数等功能对闪现器有明显影响,LED芯片重要性凸显。因而,中心技能难点会集在LED芯片的一致性、稳定性、可靠性和良率等。
为了到达Mini LED器材的一致性、稳定性和可靠性,封装工艺要求也相应进步。比方,闪现器中,Mini LED背光板越薄越好,当PCB板厚度低于0.4毫米时,会因为所用资料之间的热膨胀系数不同,较简单诱发LED芯片虚焊、封装胶质开裂。传统贴片机假如处理P1.0以下的Mini LED封装器材,为到达高精度,贴片速度会下降到本来的30%~50%,大大下降功率。LED芯片或灯珠的光色差异或电路问题,也极易导致混光不一致,影响闪现作用。封装工艺和Mini LED的良率、功能、本钱相关严密,传统的LED封装工艺也在不断改进和进步中。
Mini LED背光基板触及LED芯片的搬运固定或焊接,可影响制程精度、模组的散热性、稳定性等功能。资料挑选现在有两种干流道路:PCB基板和玻璃基板。PCB基板是现在工艺条件下的首选,而玻璃基板是未来的大趋势。
PCB基板散热性相对弱,在大尺度闪现产品运用中简单翘曲变形,导致Mini LED芯片搬运难度高。但其技能开展更为老练,供应链完好,良率逐年进步,LED封装厂和屏厂对PCB基板的技能计划愈加娴熟。现在PCB基板运用在大中小各尺度闪现器中。玻璃基板导热率高、散热性强,适用于密度较高的Mini LED焊接;平整度高,芯片搬运难度低。但玻璃基处于起步阶段,前期需求高投入,技能计划在工业中的老练度较低,并且玻璃基易碎,良率低。从现在看,玻璃基的长处使其较适用于高像素密度的小尺度Mini LED背光产品,比方VR/AR、可穿戴、手机等。但从长远看,一旦玻璃基处理易碎、良率的问题,在本钱和功能两方面做出较好的平衡,它将成为PCB基板的有力代替计划。
国内龙头封装企业国星、晶台、兆驰、东山精细在量产PCB基板的Mini LED产品的一起,也布局了玻璃基板的柱石。国内龙头面板厂京东方、TCL华星在玻璃基板技能计划上的布局更为活跃。对面板厂而言,Mini LED背光产品将削弱其在闪现器工业链中的价值,将工业链价值向LED芯片厂、封装厂搬运,而玻璃基板计划可大幅进步面板厂在工业链的话语权。因为面板厂具有玻璃基板研制和量产的技能、出产经历储藏,经过布局玻璃基,面板厂将有才干一站式交给Mini LED背光闪现模组。
在Mini LED制程中,设备是要害,测验分选、搬运、返修和堆积等设备的速度、精度及良率直接影响Mini LED的本钱,是其能否量产的根底。比方,在一系列制程中,分选机和固晶机假如取放的精度和速度缺乏,将导致本钱过高。巨量搬运设备的速度和良率假如达不到,功率和本钱都会打折扣。LED分光编带设备用于Mini LED时,产能较低,速度也过慢。测验设备的精度要求更高,比方传统3颗LED芯片测验要求误差在3%以内,假如对应到Mini LED,芯片数量大幅上升,而测验误差仍需求操控在3%以内。
MOCVD设备是LED芯片工业链中的中心设备,用于LED外延片的制备。外延片的波长均匀性、缺点密度关系到Mini LED/Micro LED的良率。良率高,出产本钱才干降下来。因而,MOCVD设备是关系到Mini LED/Micro LED量产良率的中心设备。
因为杂乱的工艺技能门槛,MOCVD设备成为LED芯片制作环节最贵重的设备,简直占有LED外延芯片本钱的一半。出产型MOCVD设备的价格高达1000万~2000万元人民币,依据不同机型,6片机价格约70万美元,9片机价格约100万美元,一条LED芯片产线万元人民币。
美国的Veeco、德国AIXTRON、日本的NIPPON Sanso和Nissin Electric是起步较早的MOCVD设备供货商。但因为日本对MOCVD设备实施出口约束方针,因而,全球MOCVD商场根本被Veeco和AIXTRON独占。国内半导体设备公司中微、中晟光电等的MOCVD设备在国内商场有必定比例。近几年,中微公司开展较快,2018年下半年已占有全球GaN(氮化镓)基LED MOCVD设备新增商场的60%以上。
开展Mini LED工业,对我国LED制作业和新式闪现工业是一次杰出时机,有利于我国新式闪现职业鄙人一代闪现技能中占有先机。假如现在发力Mini/Micro LED闪现,根据现有的LED工业和面板工业根底,我国有才干鄙人一代闪现面板范畴构成自主可控的、与日韩相抗衡的实力,成为闪现强国。
开展Mini LED工业,是为Micro LED做好衬托。Micro LED被以为是闪现的最佳终极处理计划,而Mini LED和Micro LED一脉相承,前者的许多资料设备、量产工艺可持续用于Micro LED,需求处理的是在精度上、精确度上做出突破性的改动,但杰出的Mini LED工业根底将是开展Micro LED的必要序幕。
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