淺析Mini LED技術難點及趨勢

2018-10-15 14:17 瀏覽次數：15388

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，短時間內難以大規模商業化，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、製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，應用領域在商業顯示、超大電視，競爭對手則是小間距顯示、投影、DLP、LCD拚接等。

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以下的產品還處於技術開發階段，Mini LED在持續縮小間距的過程中，還麵臨芯片、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。由於Mini LED要求像素點的間距在1mm以下，這也要求Mini LED的芯片也需要變小，目前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，焊接麵的平整度、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效率偏低的全測全分模式，對於處理高密度、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。由於倒裝芯片無需打線，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，由於需要進行襯底轉移，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，而由於Mini LED顯示屏複雜使用環境，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芯片生產企業在生產過程中進行嚴格的生產控製以保障產品各項指標的穩定。

2、封裝端

A、高效率固晶與貼片。由於Mini LED的芯片尺寸主要是50-200um，同時Mini LED芯片和燈珠單位麵積使用量巨大且排列十分緊密，對焊接麵平整度、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麵前的一道難題。傳統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。傳統貼片機在對P1.0以下Mini LED封裝器件進行貼片時，由於精度要求在25um以下，因此傳統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製造效率，更高效的貼片機也是是未來Mini LED所麵臨的一大難題。

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厚度低於0.4mm時，在回流焊、Molding工藝中，由於樹脂基材與銅層熱膨脹係統不同，會誘發芯片虛焊，而Molding封裝過程中，封裝膠與PCB熱膨脹係數不同也會導致膠裂。

C、混光一致性。由於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顯示屏的使用環境相對比較複雜，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，同時由於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方麵

A、電流控製與散熱。由於Mini LED點間距越來越小，使用的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小，使得驅動IC對電流的精準控製也越來越難，未來針對小電流的精準控製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模塊產生偏色的問題，因此高集成和低功耗的驅動IC將是顯示屏驅動IC的發展方向。

B、區域調光。對於Mini LED的背光應用來說，目前的靜態調光技術因為需要串聯IC數量，驅動電路成本高昂，IC控製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，區域調光的驅動IC恰好可以彌補靜態調光的缺點，但是在采用區域調光的方案時，還麵臨Mini LED背光分區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係列問題。

　　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，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點要高於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產業上下遊廠家積極在研發新技術和降低成本方麵努力，目前國內外Mini LED廠家重點在研發或拓展的新技術包括出光調節芯片、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，在為了調節芯片的出光，使其更容易實現超薄設計，在傳統的背光芯片上增加優化膜層，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，然後進行整體模封，相對於傳統的SMD封裝。這種COB封裝的全彩LED模組具有製造工藝流程少、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。目前由於COB的產業鏈還沒有建立完善起來，COB產品單位麵積的成本比SMD高，未來隨著COB顯示封裝產業鏈逐漸成熟，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

相對於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小，結合巨量轉移和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

如果要在畫麵現實效果上與OLED競爭，Mini LED背光+LCD必須做到頂級的HDR才行，也就是Local Dimming背光源的調光分區數(Local Dimming Zones)必須要數百區甚至數千區才足夠，但是若以傳統的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。有鑒於此，群創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，從而實現更小範圍內的區域調光，由於其設計能夠搭配柔性基板，配合LCD的曲麵化也能夠在保證畫質的情況下實現類似OLED的曲麵顯示，但是由於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，因此研發具有高耐熱性的柔性基板也將是未來的技術趨勢之一。
 

                                                                      來源：高工LED