Mini LED背光是 LCD 升级的重要方案
Mini LED又称次毫米发光二极管,是指采用数十微米级的 LED 晶体构成的显 示屏,介于 Micro LED和小间距显示之间。Micro LED 是新一代显示技术,即 LED微缩化和矩阵化技术,指在一个芯片上集成高密度微小尺寸的 LED 阵列,一般将 100 微米以下尺寸晶粒构成的显示屏称为 MicroLED 显示屏,100 微米以上称之为 Mini LED,点间距一般在 P0.4-P1.2。小间距 LED 显示屏是指 LED点间距在 P2.5(2.5毫米)及以下的 LED 显示屏。
从终端应用场景来分,Mini LED 的应用领域可以分为背光和直接显示两大场景。
Mini LED直显使用 RGB 的 LED 灯珠直接作为像素进行显示,作为小间距显示屏的升级替代产品,可以提升可靠性和像素密度,在尺寸及 PPI 上面受到限制,多应用在大尺寸显示如室外大屏、指挥中心大屏、墙幕显示等领域。
Mini LED 背光是 LCD 面临 OLED 压力和**显示Micro LED 又存在技术瓶颈下的产物。采用 Mini LED 背光的 LCD,可以大幅提升现有的液晶画面效果,成本相对比较容易控制,有望成为市场的主流。
OLED 在对比度、黑场表现、色域、响应速度、可视角度方面相较于目前 LCD液晶显示均有革命性提升,但成本偏高,且因为是有机材料,还面临 寿命短的问题。
Micro LED 具有自发光、高亮度、高可靠度及反应时间快、体积小、轻薄, 还能轻易实现高清节能的效果,
但在一些关键技术和设备上还未取得突破,还无 法大规模商业化。
Mini LED 目前主要用于 LCD 背光源,从性能上看,Mini LED 背光显示能够以全矩阵式的方式进行分区调光,如低分辨率的黑白画面,强化显示画面 的高对比度以及高分辨率,达到 HDR 效果,Mini LED的芯片尺寸又持续缩小,能增加控光区域,让画面更加细致,显示效果和厚度接近OLED,且具有省电功能。由于具有异型切割特性,搭配软性基板亦可达成高曲面背光的形式,可以用于生产曲面屏。从量产上看,相比 Micro LED, Mini LED 技术难度更低,更容易实现量产。
1.2、 技术逐步成熟、成本下降,MiniLED 背光商业化启动
随着 Mini LED 技术的逐步成熟、成本的下降,终端厂商纷纷导入 Mini LED 背 光产品。2020 年 10 月 22日,TCL 发布了全球首个基于 IGZO 玻璃基板的主动式Mini-LED 142 寸显示屏,小米、康佳等厂商也已发布 Mini LED 背光产品,三星、 LG、长虹等 2021年来均推出了此类产品,集邦咨询预计 2021 年 Mini LED 背光电 视将会达到 440 万台,占整体电视市场比重约2%。平板方面,苹果 2021Q1 发布了 12.9 寸的 Mini LED 背光 iPad Pro。LEDinside 预计,到2023 年,Mini LED 背光产品 市场规模将超过 10 亿美元。
Mini LED背光商业化的启动为整个产业链注入了全新活力。由于 Mini LED 市 场潜力大,LED上中下游企业纷纷布局,设备、芯片、封装、背光模组、面板、终 端品牌厂商都对该技术投入了大量的资金与精力,以求取得先机,占领行业制高点,这也推动了 Mini LED 产业驶入快速成长的车道。
2、 设备:Mini LED背光需求起量,设备厂商*先受益
Mini LED 工艺包括前道制造与后道封装,制备流程与 LED 制备流程大抵相似, 大部分设备与 LED制造设备一致,升级改造即可使用,但部分工艺对设备提出了更 高的要求,有望给设备厂及中下配套产业链带来新的机遇,如前道工艺中的 MOCVD 和测试分选设备,以及后道封装中的固晶机和返修设备。
2.1、 前道制造:MOCVD与测试分选设备是保证良率的核心
与 LED 芯片制备相似,Mini LED前道制造包括衬底、外延、芯片加工三大步 骤。衬底材料多为蓝宝石,流程包括蓝宝石晶体生长、切片、抛光等;外延指通过MOCVD 加工,在衬底上生产具有特定单晶薄膜外延片的过程;芯片加工包含刻蚀、溅射、蒸镀、光刻、测试分选等多个步骤,形成金属电极、制备完成后,对其进行检 测分选。
Mini LED 的磊晶步骤对 MOCVD设备提出更高要求。磊晶为衬底、外延阶段 的重要工艺,指在衬底材料上,如蓝宝石、硅、GaAs 等,通过 MOCVD制成具有特 定单晶薄膜外延片的过程,主要应用于发光层的制作,是芯片厂*核心的环节。由于 磊晶的光效率会随 LED 晶片尺寸的缩小而下降,LED的尺寸越小,有缺陷的比例就 越高,叠加蓝宝石衬底散热性能较差的问题,Mini LED 制备对 MOCVD 设备的均匀性及波长一致性提出了较高的要求,这也是提高良率、降低成本的关键所在。
LED 芯片加工有三种结构,分别为水平、垂直、倒装三类,其工艺流程存在一定差异,但倒装芯片优势明显。水平结构是*为常见的结构,P 电极和 N电极都位 于芯片表面,是*为简单的制作流程。垂直结构的 P电极位于芯片表面,而 N 电极 位于芯片底部,无需刻蚀 PN 台阶,衬底剥离工艺难度较大。倒装结构类似水平结构的翻转,但成本比水平芯片高,制作流程也存在差别,技术难度低于垂直结构,在 Mini LED规格下,倒装结构芯片存在发光效率高、散热好等优势,有望成为 Mini LED 的主流结构。
现有的 LED 加工设备几乎完全能够满足Mini LED 的加工需求。与 LED 加工 流程类似,Mini LED 设备支出占比*高的为光刻机与刻蚀机,由于 Mini LED 对此 类设备的精度要求更低,Mini LED加工环节面临的困难更多来自芯片设计与流程优 化,对设备硬性升级并无要求,现有 LED 加工设备技术成熟,基本能够满足需求。
测试分选设备上,Mini LED设备制造厂商需要提高准度与速度。LED 测试分为测试与分选两道工序,可由一体机完成,可靠性强速度较慢;也可由两台机器分别完成,速度相对提升,但由于数据在两台机器间传递导致可靠性降低。Mini LED对芯片一致性与可靠性的要求更高,意味着设备制造厂商需要提高准度与速度,以 解决芯片检测环节效率低、耗时长的问题。
2.2、后道封装:固晶机与返修设备提升质量,改善良率
倒装+COB 将成 Mini LED主流封装方向。LED 封装的目的在于保护芯片,能起到稳定性能、提高发光效率与提高使用寿命的作用,主要工艺流程分为为固晶、焊 线、封胶、烘烤、切割、分 BIN 及包装等环节。LED封装按照集成度区分可分为 SMD、 COB 与 IMD 三类,按照芯片正反方向可分为正装与倒装,由于倒装+COB 具有散热性好,可靠性高,保护力度更强以减少维修成本等种种优点,倒装+COB 有望成为 Mini LED 的主流封装方向。