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Mini LED:引领显示新潮流 巨头加码争未来

作者:HG0088 发布时间:2019-12-25 17:28

  正式开售史上最贵显示器——类Mini LED产品Pro Display XDR则让话题进一步火热,最后,数家显示专业咨询机构透露明年将推出Mini LED背光的Macbook Pro等产品直接引爆了二级市场。

  那么,Mini LED是什么产品?为何吸引众多巨头争先参与?与当前显示领域的OLED、LCD是什么关系?市场前景如何?

  发光二极管简称为LED,是一种半导体组件,LED产品主要应用于背光源、直显、室内照明三大领域,Mini LED属于LED下游分支。Mini LED有两种定义,狭义定义是LED 芯片尺寸在50-100um之间,广义定义是LED 灯珠像素点间距小于P1.0。

  严格定义来说 Mini LED其所封装的单颗芯片尺寸在50-100 um之间(Mini LED 芯片),此类芯片只有采用倒装芯片技术才能实现。因此Mini LED对比Micro LED(芯片尺寸50um),技术上也更容易实现。随着小间距行业发展,国内显示屏厂商为了便于产品区分,LED灯珠点间距1.0mm以下的显示屏也叫做Mini LED,实现这类产品采用传统的表贴封装、N合1封装、正装芯片COB 封装等都可以做到,而并不是应用了Mini LED芯片。

  Micro LED被公认为下一代显示技术,但目前巨量转移、散热、工艺等诸多问题还无法完美解决,而技术难度相对小一些的Mini LED是当下通向Micro LED的现实选择,这也是巨头们不断加码的重要原因之一。

  Mini LED是小间距LED尺寸继续缩小的结果。Mini LED 技术成熟、量产可行,有望在中高端液晶显示屏背光、LED 直显领域得到大规模应用,特别是电视、笔记本、显示器等领域。

  LED背光模组主要功能是给LCD 面板提供光源。因为液晶本身不会发光,所以需要在 LCD背面提供一个可以投射光源的背光模组,光线透过LCD 后进入观看者眼中。背光模组是LCD 面板的关键零组件之一。LCD 背光模组主要由光源、导光板、光学用膜片、其他结构件等构成。

  上文介绍中已经把Mini LED与LCD的关系透露了:Mini LED即可以替代当前普通LED背光给LCD做背光,也可以作为直接显示来用,从背光这个角度看,Mini LED 背光是液晶面板升级的重要方向。

  而当前与LCD竞争激烈的OLED则不需要背光,具有自主发光的特点,目前已经开始在手机等中小尺寸移动端大规模应用,大尺寸的OLED电视由于电视更新换代慢的原因则会逐渐放大其劣势,因为烧屏、蒸镀工艺成本高等问题难以解决,印刷OLED是个好办法,但技术尚不成熟,TCL董事长李东生透露的信息是还要数年才能解决,而TCL华星旗下的广东聚华是该领域的领先者。也就是说,数年之内,OLED高成本的问题将持续存在。

  传统LED背光液晶电视相对OLED电视的缺点在于更厚(若采用侧入式需要导光成本增加很多)、更重、显示效果不如OLED,同时能耗更高。LCD TV优点在于技术成熟、价格便宜。量子点LCD TV相比传统LED背光液晶电视提升了显示效果的同时,但功耗和成本明显上升。

  Mini LED背光给LCD带来显示效果更好、厚度更薄的升级。根据民生证券的归纳总结,Mini LED用作液晶面板背光的优势有以下主要四点:

  1)完整保留RGB三原色,液晶面板一般采用白色背光面板,高端液晶电视或显示器通常采用分区背光技术,Mini LED背光直接采用RGB三色的LED模组,色彩完整性、色域范围好,色彩鲜艳度接近OLED;

  2)显示对比度更好,Mini LED比传统LED更小(100微米左右),能够实现LCD面板光源更加精细化控制,结合更加精细的区域调光Local Dimming技术,具备超高对比度(1000000:1)能力;

  3)LCD面板能够做得更薄,因为Mini LED尺寸小,显示屏厚度更加接近OLED,从而可以在手机、笔记本电脑等便携式消费电子中得到广泛应用;

  4)Mini LED兼具高亮度(大于1000nit)与散热均匀优点,传统分立LED背光仅能做好其一。

  在研报中也表达了相似观点,相比较OLED,Mini LED背光LCD的优势在于能够以更低的成本实现可比拟OLED面板的显示效果、轻薄体验,具备大规模量产能力,而且寿命更长、功耗更低。Mini LED背光可以搭配柔性基板实现类似OLED的曲面显示,同时在光源可靠性方面相比OLED更有优势。

  可以看出,Mini LED在当前相对竞争者具有很大的优势,但其技术也有四个方面的难点。

  一是芯片端:芯片微缩化推高了Mini LED芯片的成本;芯片倒装过程中生产良率和可靠性还不高;对产品一致性和可靠性的要求较高。

  二是封装端:高效率固晶与贴片难题;薄型化封装难题;混光一致性影响;可靠性与良率。

  三是驱动IC方面:电流控制与散热难题;区域调光面临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。

  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。

  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,为了调节芯片的出光,使其更容易实现超薄设计,华灿光电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Mini LED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。

  Mini LED产业可以分为上中下游产业,上游为LED芯片(灯珠)企业,中游为封装企业,下游为显示企业(面板、LED直显)。从目前产业链的发展情况看,上游芯片技术已经成熟,大幅量产在即;中游封装厂积极扩充产能;下游显示企业大力拓展、开发相关产品。

  Mini LED背光由于芯片数量消耗较大、调光区域较为精细导致整个系统成本相对传统LCD较高,目前主要应用在高端的笔记本电脑等IT产品及大尺寸/8K液晶电视方面。Mini LED芯片由于尺寸在100微米以下,生产线的线宽精度、芯片小型化等制作难点较多,相应的附加值和技术难度相对较大。随着上游芯片厂商积极扩产和良率提升,LED芯片端成本将持续下降。

  作为通往下一代显示技术的先行技术,Mini LED显示效果接近OLED,但价格比OLED低,而且低功耗、寿命长,技术已经成熟,即将迎来规模化量产阶段。三安光电、、晶电等LED芯片大厂积极布局LED芯片产能。

  中游:LED封装厂已经量产相关Mini LED产品,同时积极扩大产能,与下游显示屏厂、终端厂商等合作正在积极展开。

  国星光电拟投资10亿元用于Mini LED等封装;瑞丰光电建成了国内第一条Mini LED自动化生产线。

  (1)LED显示方面,利亚德、洲明科技、奥拓电子、艾比森等已经推出相应的Mini LED显示屏,例如2019年初,实现了4K 162寸Mini LED产品的批量化制造,并在今年上半年率先完成Mini LED领域先进的AM驱动技术研发,公司内部也已为像素间距P0.9-P0.4系列Mini LED产品的系统化开发和量产做好了准备;

  (2)背光方面,Mini LED背光模组通常是做在PCB板上,由于Mini LED初期品种多、数量少,PCB成本通常较贵;基于TFT的Mini LED模组成本具备竞争优势。

  液晶面板厂商积极推出Mini LED背光LCD。今年8月,华星光电发布了Mini LED背光产品“MLED星曜屏”、Mini LED背光笔电面板以及Mini LED车载屏;据LEDinside报道,方正在研发Mini LED和Micro LED技术;群创推出了用于车载的AM Mini LED,采用软性基板,可用于柔性显示;友达在显示器、电视推出了系列产品。

  华星光电MLED产品预计在2020年二季度进入量产,初期产品增速较高;方预计明年将推出玻璃基板的Mini LED背光产品。

  科技巨头即将大力采用Mini LED背光LCD,据LEDinside报道,2020年公司将有望规模量产搭载Mini LED背光技术的iPad Pro及MacBook Pro,预计在2020年三、四季度分别量产。2018年1月、2019年1月三星分别发布了75寸的4K Micro LED显示屏以及219寸的8K的基于模块化拼接的Micro LED显示屏。索尼也推出了相应的水晶LED显示屏。据LEDinside透露,华为下一代电视产品有望采用Mini LED背光技术。

  Mini LED背光从2018年下半年起逐步应用在高端笔记本电脑、游戏电竞液晶显示器、4K/8K大尺寸电视上。Mini LED背光早期主要用在高端产品上,特别是中大尺寸性能比拟OLED的终端产品,随着效率提升和成本下降,将逐步渗透到中高端产品。

  当前侧入式LED背光LCD采用约50颗LED芯片,Mini LED背光一般采用直下式设计,据晶电预计,55寸电视机需要约4万颗LED芯片,采用薄型化方案的智能手机需要约9000颗芯片。据群创介绍,以14寸笔记本电脑LCD为例,Mini LED采用量达到6000-7000颗,采用直下式背光方案的5.5寸手机LCD将采用约2000-5000颗Mini LED。

  据民生证券测算,2020年Mini LED显示和背光产品将新增2寸LED晶圆265万片,约占2018年全球LED晶圆总产能约1.80亿片的1.47%。

  据LEDinside预测,2020年Mini LED将规模化进入车载LCD、笔记本电脑、中大尺寸电视领域,预计2023年搭载Mini LED背光的下游终端将增长到8070万台,2023年Mini LED背光市场规模有望达到5.30亿美元。

  直显方面,2019年Mini LED开始进入量产元年,Mini LED显示在2020年有望成为未来LED显示技术发展的主要产品。据LEDinside预计,2023年Mini LED直显市场规模将达到6.40亿美元。

  而根据预估,Mini LED直显未来5年市场可增长至350-420亿元,背光市场未来5年可增长至100-150亿元,其中一般直显市场LED灯珠成本约占屏成本40-50%,而Mini LED背光市场LED灯珠占屏成本约30-40%,则两者预计共同拉动LED灯珠市场约200-285亿元,考虑Mini/Micro LED芯片成本相对较高,预计可带动LED芯片约120-170亿元市场需求,将大幅带动产业链相关公司的业绩弹性。

  当然,如果把下游及终端显示产品计算入内,规模那就大得多,根据 trendforce预估, Mini/Micro LED整体未来市场空间可达300-400亿美元。

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