淺析Mini LED技術難點及趨勢

2018-10-15 14:17 瀏覽次數：20997

隨著LED芯片成本的下降和技術的進步，再加上最近LED照明行業(yè)增長乏力，國內外LED芯片和封裝巨頭紛紛開始尋找新的市場增長點，Mini、Micro LED作為市場前景廣闊的新技術，近兩年尤其受關注，Micro LED目前因為存在技術路線不確定和成本較高的原因，短時間內難以大規(guī)模商業(yè)化，而Mini LED作為小間距LED產品的延伸和Micro LED的前奏，已經開始在LCD背光和RGB顯示產品開始出貨，現階段已經量產出貨的P0.9的Mini LED因為所使用的芯片、設備、制程均是承接至小間距LED顯示屏，因此有效保證產品的高性價比和量產可行性。

Mini LED的背光產品主要集中在100寸以下的顯示，應用領域包括電視、手機、電競、車載領域，主要競爭對手是OLED；顯示產品則是涉及100寸以上的顯示，應用領域在商業(yè)顯示、超大電視，競爭對手則是小間距顯示、投影、DLP、LCD拼接等。

雖然Mini LED的背光和顯示產品均已開始小批量出貨，但是產品主要集中在P0.9-0.7，P0.7以下的產品還處于技術開發(fā)階段，Mini LED在持續(xù)縮小間距的過程中，還面臨芯片、封裝、驅動IC、背板等諸多難題，以下是GGII對目前Mini LED技術難點的梳理：

1、芯片端

A、芯片微縮化。由于Mini LED要求像素點的間距在1mm以下，這也要求Mini LED的芯片也需要變?�，臍�?span>Mini LED的芯片普遍要求200um以下，這對LED芯片生產過程中的光刻和蝕刻提出了更高的要求，特別現有成熟的生產設備難以滿足100um以下的芯片生產，在小尺寸芯片情況下，焊接面的平整度、電極結構的設計、易焊接性以及對焊接參數的適應性、封裝寬容度都是芯片設計的難點與重點。而Mini LED芯片在生產過程中還采用作業(yè)效率偏低的全測全分模式，對于處理高密度、高精度的大量芯片，無論是生產還是檢測均存在效率低下問題，這無形中也推高了Mini LED芯片的成本。

B、紅光倒裝芯片。由于倒裝芯片無需打線，適合Mini LED超小空間密布的需求，因此目前的Mini LED全部采用倒裝芯片結構，目前藍綠光倒裝LED芯片生產較為成熟，但是紅光倒裝LED芯片技術難度高，由于需要進行襯底轉移，而芯片在轉移技術過程中生產良率和可靠性還不高。

C、一致性和可靠性。Mini LED芯片作為顯示芯片對產品一致性和可靠性的要求較高，一致性重點關注的指標包括小電流一致性、不通電流下一致性、高低位一致性、顏色均勻一致性、電容小且一致性等，而由于Mini LED顯示屏復雜使用環(huán)境，維修難度較高，這就對Mini LED芯片的可靠性要求較高，總的來說Mini LED芯片生產企業(yè)在生產過程中進行嚴格的生產控制以保障產品各項指標的穩(wěn)定。

2、封裝端

A、高效率固晶與貼片。由于Mini LED的芯片尺寸主要是50-200um，同時Mini LED芯片和燈珠單位面積使用量巨大且排列十分緊密，對焊接面平整度、線路精度提出更高要求，對焊接參數的適應性和封裝寬容度要求也更為嚴格。因此在高效率和高精度的Mini LED芯片固晶成為擺在Mini LED面前的一道難題。傳統(tǒng)錫膏固晶容易導致芯片焊接漂移，孔洞率增大，無法滿足Mini LED的高精度固精要求，更高精度固晶基板及固晶設備成為急需解決的問題。傳統(tǒng)貼片機在對P1.0以下Mini LED封裝器件進行貼片時，由于精度要求在25um以下，因此傳統(tǒng)貼片機必須將貼片速度降低到原有貼片速度的30-50%，這將大大降低顯示屏的生產制造效率，更高效的貼片機也是是未來Mini LED所面臨的一大難題。

B、薄型化封裝。Mini LED作為背光時要求產品越薄越好，但是當PCB厚度低于0.4mm時，在回流焊、Molding工藝中，由于樹脂基材與銅層熱膨脹系統(tǒng)不同，會誘發(fā)芯片虛焊，而Molding封裝過程中，封裝膠與PCB熱膨脹系數不同也會導致膠裂。

C、混光一致性。由于芯片或者燈珠的光色差異或者電路問題，可能導致顯示或者背光效果的差異，這將對Mini LED的顯示效果造成不良影響。

D、可靠性與良率。Mini LED顯示屏的使用環(huán)境相對比較復雜，空氣中的水汽如果透過封裝材料或者支架滲入接觸到LED芯片中電極，很容易產生短路等現象，同時由于Mini LED產品所大量密集排列，使用的封裝器件成倍增長，考慮到Mini LED維修難度和成本較高，這就需要Mini LED封裝器件具備相對高的可靠性。

3、驅動IC方面

A、電流控制與散熱。由于Mini LED點間距越來越?。�使用�?span>LED芯片數量也越來越多芯片尺寸越來越小，這導致驅動的電流也越來越?�，蕼蟼凖�?span>IC對電流的精準控制也越來越難，未來針對小電流的精準控制也需要新的電路設計，再加上因為使用大量驅動IC和LED芯片，使得PCB快速散熱也出現困難，而熱量會使驅動IC?？椴�生偏色的问�?，因此高集成和低功耗的驅動IC將是顯示屏驅動IC的發(fā)展方向。

B、區(qū)域調光。對于Mini LED的背光應用來說，目前的靜態(tài)調光技術因為需要串聯IC數量，驅動電路成本高昂，IC控制I/O數量龐大，驅動電路體積大，背光刷新頻率低且容易有閃爍感，因此已經難以滿足新型Mini LED背光技術的需求，區(qū)域調光的驅動IC恰好可以彌補靜態(tài)調光的缺點，但是在采用區(qū)域調光的方案時，還面臨Mini LED背光分區(qū)亮度和均勻度的提升、刷新頻率的提升、背光光效的提升、高集成度、精細調光分辨率等一系列問題。

　　4、PCB背板

在Mini LED輕薄化的前提下，顯示和背光效果的高要求對PCB背板的厚度均勻性、平整性、對準度等加工精度都提出了新的挑戰(zhàn)，再加上PCB背板上有大量的LED芯片和驅動IC，這就需要背板的Tg點要高于220℃，而PCB背板在Mini LED加工過程中需要受到各種外力，為了保持背板的厚度均勻性、尺寸穩(wěn)定性等，還需要背板具有較高的耐撕拉強度、耐濕熱性等物理特性。

為了拓展Mini LED的應用，Mini LED產業(yè)上下游廠家積極在研發(fā)新技術和降低成本方面努力，目前國內外Mini LED廠家重點在研發(fā)或拓展的新技術包括出光調節(jié)芯片、COB和IMD封裝、Mini LED巨量轉移、TFT電路背板、柔性基板等。具體如下:

　　1、出光調節(jié)芯片

在Mini LED作為背光使用時，往往采取大量LED芯片作為直下式的背光源，在為了調節(jié)芯片的出光，使其更容易實現超薄設計，在傳統(tǒng)的背光芯片上增加優(yōu)化膜層，可以提升芯片出光角度，從而使得LED芯片的出光更加均勻，有效提升顯示效果。

2、COB和IMD封裝

目前COB(板上芯片)封裝，直接將LED裸芯片封裝到模組基板上，然后進行整體模封，相對于傳統(tǒng)的SMD封裝。這種COB封裝的全彩LED模組具有制造工藝流程少、封裝成本較低、封裝集成度高、顯示屏的可靠性好和顯示效果均勻細膩等特點，有望成為未來高密度LED顯示屏模組的一種重要的封裝形式。目前由于COB的產業(yè)鏈還沒有建立完善起來，COB產品單位面積的成本比SMD高，未來隨著COB顯示封裝產業(yè)鏈逐漸成熟，COB顯示封裝市占率將快速提升。在Mini LED應用中，COB封裝具有更高的可靠性和穩(wěn)定性，更容易實現超小間距顯示，與Mini LED的技術趨勢一致，因此，COB封裝也是Mini LED的技術趨勢之一。

3、Mini LED巨量轉移

相對于Micro LED的巨量轉移技術，Mini LED的芯片尺寸較大，因此轉移難度相對較?�，结合咎Y孔�移�?span>COB封裝技術，可以有效提升MiniLED的生產周期，目前Uniqarta的激光轉移技術，可以透過單激光束或者是多重激光束的方式做移轉，實現每小時轉移約1400萬顆130x160微米的LED芯片。

　　4、TFT背板

如果要在畫面現實效果上與OLED競爭，Mini LED背光+LCD必須做到頂級的HDR才行，也就是Local Dimming背光源的調光分區(qū)數(Local Dimming Zones)必須要數百區(qū)甚至數千區(qū)才足夠，但是若以傳統(tǒng)的LED背光源驅動電路架構，這樣的想法會因組件使用過多，而犧牲成本及輕薄設計。有鑒于此，群創(chuàng)提出使用主動式矩陣TFT電路來驅動的AM Mini LED架構。

　　5、柔性基板

Mini LED背光一般是采用直下式設計，通過大數量的密布，從而實現更小范圍內的區(qū)域調光，由于其設計能夠搭配柔性基板，配合LCD的曲面化也能夠在保證畫質的情況下實現類似OLED的曲面顯示，但是由于Mini LED數量眾多，產生熱量巨大，而柔性基板的耐熱性往往較差，因此研發(fā)具有高耐熱性的柔性基板也將是未來的技術趨勢之一。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????? 來源：高工LED