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MiniLED背光显示技术发展现状及趋势

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发表时间:2022-02-23 13:31


  2021年被喻为Mini LED背光商用元年,各类显示产品集中在今年发布,不只是苹果、三星、华为、TCL、小米、创维等Mini LED的重要玩家推出了Mini LED背光产品,显示器知名品牌AOC、HKC、华硕今年也推出Mini LED背光显示器,进一步推动了Mini LED的规模商业化。

  Mini LED的热度如此之高是因为长期以来,传统LCD、OLED等显示技术逐渐不能满足市场需求,各种应用场景需要一种新显示技术的产品。Mini LED背光显示技术特点是高清显示、使用寿命长、造价低于OLED。对比Mini LED直显技术,Mini LED背光工艺相对简单,生产难度低,可迅速投产,弥补当前市场上高清显示屏的空缺。预计未来2-3年内会看到越来越多的Mini LED背光产品问世。

  Mini LED背光显示技术简介

  从传统CCFL背光显示到LED背光再到Mini LED背光显示,显示技术的升级促使显示器产品市场“换血”,Mini LED 目前拥有两种发展路径:一是通过改变背光方式,采用更加密集的芯片分布来改善背光效果,实现轻薄化与更好的对比度;二是以 RGB 三色LED 芯片作自发光显示, 将小间距LED应用中的芯片尺寸与间距进一步缩小。Mini LED直显由于对于成本、良率和一致性有更高的要求,其商用规模处于小规模量产阶段,而Mini LED背光技术已经处于商业化落地的相对成熟时期。

  Mini LED背光显示的发展优势在于技术较成熟,生产良率较于Mini LED RGB显示技术和micro LED显示高,工艺难度低,可快速投产。由于设计思路与LCD显示屏相似,很多LCD商家宣称Mini LED显示技术是传统LCD显示技术改良版。LCD显示技术作为上世纪的科技,性能尽管在发展中不断被改良挖掘潜力,但是因为技术代次问题,面对本世纪显示技术有无法逾越的鸿沟,不可避免会被淘汰。

  LCD显示器厂商为了满足市场需求、提高产品竞争力,把目光投向了Mini LED背光显示技术,因为Mini LED背光显示技术无法实现自发光,与LCD显示屏有一致特点,于是有了“Mini LED显示技术是LCD显示技术的升级版”的偏差观点。

  Mini LED背光显示技术虽然使用LCD显示技术的基础,但是性能已经可以与OLED 产品相媲美,甚至在应用范围和使用寿命等方面更具优势;在于Mini LED RGB/micro LED显示技术做比较时,亦没有代次级劣势。Mini LED背光显示技术是可以称为独立的一代技术。

  部分人士认Mini LED背光技术是时代产物,因为Mini LED 背光显示的时代性特征明显,产品特点也贴合市场需求,是升级版LCD。其实Mini LED 显示效果在性价比方面对LCD和OLED均具备优势,当前LCD用LED背光源为几十颗的LED灯珠和导光板,背光源亮度不能调节,显示对比度、色域表达较弱。Mini LED 背光是一个 LED 阵列,芯片可以单独控制,其显示效果接近 OLED 显示效果,同时保持长期工作状态下相对低的屏幕温度,提高显示屏工作寿命;相比于传统 LCD 背光,Mini LED背光在亮度、对比度、色域等显示效果和轻薄化上具备代际优势;相比于 OLED,Mini LED 背光在中大尺寸上具备成本优势,同时显示效果可以与 OLED相媲美;相比于Micro-LED,Mini LED背光在成品良率、成本、技术难度、产业化基础上具备优势。

  Mini LED背光显示技术特点与性能

  Mini LED背光技术通常采用蓝色芯片搭配转色材料实现白色背光,再结合液晶面板实现画面显示。Mini LED背光具有局域调光技术,能够通过精细分区,对整体画面进行动态调光,从而实现高动态对比度。应用场景包括可穿戴显示设备、电视、车载显示、电竞和笔电显示等场景。以电视应用为例,相较于传统背光LCD,采用Mini LED背光技术的LCD在动态对比度和亮度上的表现更佳,且具有轻薄、高画质、低功耗和节能等优势,很大程度上提升了LCD的性能。此外,Mini LED背光可搭配柔性基板实现曲面显示和轻薄设计,更增添了其应用的灵活性。

  目前Mini LED背光显示器的制造成本高于传统的LCD和OLED显示器。然而,随着制造商继续改进制程技术和良率,Mini LED背光显示器的成本预计将以每年 15%-20%的幅度下降,到2022年,Mini LED背光显示器的成本有望低于OLED显示器,随着成本下降,Mini背光有望大比例替代现有的LED背光,成为大尺寸液晶背光显示方案的主流选择。

  产业布局与规模

  上游芯片厂商三安、晶元、华灿、乾照、兆驰、聚灿、隆达等,中游封装企业木林森、兆驰、瑞丰、鸿利、国星、聚飞、信达、东山精密、台湾宏齐、台湾东贝等,下游显示厂家京东方、TCL、华星、雷曼、洲明、艾比森、利亚德等均布局了Mini LED领域。大量企业积极推动Mini LED技术进步,纷纷推出自主研发的产品。

  近年来,上游芯片端中国厂商加大投资布局Mini LED,目前,我国大型企业产能集中度达71%。随着LED芯片产能持续向中国转移,行业集中度将进一步提升。

  作为全球电子最具有发展潜力的国家之一,我国在电视、显示器、可穿戴设备、车载显示等终端需求旺盛的驱动下,Mini LED行业有望在未来几年迎来快速增长期。2021年可谓是Mini LED商业化元年,根据群智咨询(Sigmaintell)初步测算,2021年全球Mini LED背光的智能终端产品出货规模约为392万台左右,预计到2025年该数据有望达到1600万台水平,年复合增长率约为42.1%。其中电视、平板等为Mini LED发展主力产品,在头部品牌的积极推动下,2021年全球Mini LED背光电视出货规模有望达到180万台,预计到2025年市场规模将接近900万台;在IT方向(显示器和笔记本电脑)应用,预计2021年全球出货规模可超过10万台,到2025年全球出货规模将突破200万台;平板电脑方面,在苹果iPad Pro Mini LED新品的带动下,预计2021年全球出货规模可达到210万台, 2025年有望突破500万台。

  Mini LED背光显示技术的生产工艺

  Mini LED背光在备受关注的同时也面临着不同的技术路线与材料方案的选择,其中Mini LED背光基板材料的选择,是行业内最热的话题之一,目前主流的两种路线:PCB和玻璃基板,是影响Mini LED背光产品规模化量产的关键因素之一,基板因特性不同,应用场景也有区别。

  1. 成本方面

  目前Mini LED背光所需的PCB板,大多为2层或4层通孔板,国产化程度较高。目前阶段单纯从材料成本看,PCB基板是玻璃基板的几倍,但玻璃基走线需要开光罩,而开光罩费用较高,需几百万一个(根据分区的数量不同,OD距离不同都需要不同线路方案),前期需要投入较多,如果规模化程度不高,目前玻璃基平均费用较PCB反而更高。

  2. 性能方面

  PCB基板由于其自身散热性的限制,在大尺寸应用中容易翘曲变形,导致Mini LED芯片转移到PCB基板上的难度变得更高。玻璃基板,相对来说,导热率高,散热性强,受热膨胀率低,可有效应用于密度较高的Mini LED焊接,满足复杂的布线需要。此外,玻璃基板平坦度高,芯片转移难度较PCB低。并且,玻璃刚性较好,在多组背光单元拼接时,玻璃基板可以满足高精度拼接需求,减少拼接产生的拼缝问题。但玻璃易碎,在制程过程中容易出现品质问题,良率较低。

  3. 量产能力方面

  由于PCB基板的技术发展更为成熟,供应链也相对完整,其生产良率逐年在提升,目前已经有较好的保障。而玻璃基易碎,相对来说产业的成熟度较低,因此现阶段玻璃基Mini LED产品良率要远远低于PCB基Mini LED产品。

  因此,无论是PCB基板还是玻璃基板,都有其自身的优劣势。玻璃基板在规模化量产的情况下成本将会更有优势,但在目前阶段玻璃基成本要高于PCB基板;由于材料本身的性质决定,玻璃基在散热性、平坦度及拼接缝等性能方面优于PCB基板,但是玻璃基易碎裂导致的生产良率低也成为其大规模量产路上的拦路虎。

  4. 应用领域对比

  目前Mini LED背光技术主要产品应用领域包括:

  • 小尺寸:VR、可穿戴设备及手机显示;

  • 中尺寸:车用显示器、pad、笔电、电竞显示器;

  • 大尺寸:TV、专业会议机等。

  玻璃基板,尺寸越大,越易碎,导致生产良率较低,因此在中大尺寸领域,玻璃基板尚无法与PCB基板抗衡。但在VR、可穿戴设备及手机显示等高分区设计的领域,对散热要求更高,小尺寸的玻璃基生产良率尚可,因此玻璃基板具备一定的优势。此外,高密度的组装对基板的平整度要求较高,玻璃基板也是较优的选择。

  面板与工艺线路的选择

  面板厂:

  玻璃基板一直是液晶面板生产的主要材料,对于京东方、TCL华星等面板厂来说,选择玻璃基作为Mini LED背光,技术相对成熟。近日,京东方在投资者互动平台上也透露了Mini LED的新进展,表示公司看好Mini LED产品的前景,并布局了玻璃基Mini LED相关产品,公司的玻璃基Mini LED预计今年第四季度能够量产。TCL华星光电表示,公司从2018年开始布局玻璃基Mini LED,如今技术已经相对成熟。未来Mini LED背光产品无论是要在TV,亦或是平板、笔电等市场大规模应用,TCL华星光电会选择玻璃基板。

  封装厂:

  目前Mini LED背光封装主流的技术方案有:

  Mini SMD方案(简称“满天星”)

  目前市场上主流的器件有Chip 1010、CSP 1616、TOP 3528等封装形式。其中满天星的方案,LED器件封装更为成熟、可靠性更高,成本也相对可控,且容易维护;同时对PCB板的精度要求较低,因此PCB板的成本较低,在大尺寸、大OD值上面具备优势。

  COB/COG集成方案

  COB和COG的主要差异在于一个使用PCB基板,一个使用玻璃基板,其中玻璃基板精度高,在主要驱动上有优势,同时解决液晶面板产能富余问题。但目前阶段综合成本、良率等各方面的因素,PCB基板更有优势。

  目前,包括国星、晶台、兆驰、东山精密等在内的国内封装龙头企业在开始批量供应PCB基Mini产品的同时,也布局了玻璃基板的技术。以同时布局PCB和玻璃基的国星光电为例:

  Mini SMD方案部分,国星主要布局了Chip 1010,可应用PCB基或玻璃基板,采用倒装芯片,结合大角度五面出光技术,保证在大Pitch下实现小OD甚至OD0,达到减少灯珠的使用数量,优化成本的方案。

  Mini COB(COG)部分,国星采用全自动产线,提供灯驱合一和灯驱分离方案,通过精细控制和管控解决拼缝、颜色一致性和可靠性等封装量产问题,同时对从OD0到OD20方案,实现500~20000分区的精细化控光。除此之外,国星光电RGB超级事业部采用无接触式印刷技术,实现COG的产业化。搭配芯片的精准贴装技术,良率得到了提升。无接触式印刷技术,具有高效率、高精度、高一致性,能较好解决传统印刷工艺对玻璃基的损坏问题。

  目前来看,Mini LED背光基板主流路线为PM+PCB,如在电竞显示和电视应用领域。而在VR等高分区设计LCD显示应用上,AM+玻璃基板是可选择的替代路线。如果是高密度的组装,对平整度要求较高的应用场景,则可能采用PM+玻璃基板的技术路线。

  Mini LED背光的应用

  2020年以来,Mini LED在电视领域取得了广泛应用,今年苹果在iPad Pro 12.9英寸款上加入的Mini LED技术(苹果称其为Liquid视网膜XDR屏),将Mini LED的概念传递到更多普通消费者的面前。从终端市场看,液晶显示屏满足不了高端客户的需求,以自发光的形式实现Mini RGB显示,既继承了小间距显示高亮度、高可靠性、反应速度快的优点,又具有自发光无需背光源的特性,可以达到体积小、轻薄的效果,实现更细腻的显示效果,同时相对其他显示技术更为节能、成本更低。Mini LED显示主要用于高端商显,随着2K/4K高清视频的普及,未来Mini LED 显示在商显领域具备较大潜力。

  2020年,在中国市场推出Mini LED产品的电视厂商仅有两家。2021年,市场的主流品牌则基本都推出了Mini LED电视。2021年上半年,中国市场Mini LED电视出货量为50万台,下半年则有望达到150万台。

  除了市场层面的认可之外,产业端对于Mini LED电视的发展也持乐观态度。2021年的Mini LED产品已经呈现出百花齐放的态势。从普及型产品的千级灯珠数量/百级分区,到不久前发布的万级灯珠/千级分区的旗舰级产品,满足了不同类型消费者的选购需求。

  除彩电产品之外,苹果早前发布的iPad Pro率先拉开了Mini LED大规模应用的帷幕,以显示器、笔记本为代表的中小屏产品,有望成为产业下一阶段增长的主力引擎。

  以苹果iPad Pro为例,iPad Pro前代产品搭载的是LED背光LCD显示屏,新款iPad Pro12.9搭载的Mini LED背光屏,对比前者的优势在于更高的对比度、更高的峰值亮度、分区背光更黑的背景、节能。Mini LED背光,LED灯珠相较于全阵列分区背光的灯珠更小,部署更加密集,通常65英寸的屏幕内会部署3000多颗LED灯珠,这样就能做到亮的地方更亮,暗处更暗,保留更多的画面细节。

  TCL今年发布了一款采用了最新Mini LED技术的电视,是TCL X12 8K Mini LED领曜智屏(下文简称“TCL 85X12”)是世界上首款OD Zero Mini LED电视。TCL 85X12在85英寸的机身中,搭载了多达96000颗微米级Mini LED芯片,是目前搭载Mini LED芯片最多的Mini LED电视,其具有高达3000 nit的超高亮度,这应该也是市面上最高的。

  分区背光显示技术影响着Mini LED电视的对比度和显示效果,具有1920级分区背光的TCL 85X12的对比度高达173万:1。由于采用了量子点-Pro色彩显示技术,TCL 85X12支持10.7亿色的色彩显示,具有104.95%的NTSC高色域,约相当于157%的s RGB色域。

  今年已有8个品牌推出Mini LED显示器,尺寸基本在30英寸上下,分区数大部分为1152个。值得注意的是,在这8款产品中,定位为电竞屏的有5家,包括群创、AOC、华硕、三星、TCL。电子竞技除了对主机的数据处理要求高以外,对显示器要求亦是追求极致刷新速度。近年国家对电子竞技运动逐渐重视,电竞学校和电竞俱乐部的发展也扩大了高清显示屏的市场。电子竞技作为一种运动项目,对硬件装备的要求高,必定会采购最新最高端的显示屏用于训练和比赛,对于显示屏的使用反馈也往往更专业,电竞领域的高端显示屏市场是稳步上升的。屏显公司在Mini LED商业化初期推出电竞专用显示屏,是明智的选择。

  目前多家LED显示企业均已推出了P0.9mm的产品,如利亚德、洲明、艾比森等,更有企业推出P0.7mm、P0.6mm等更小规格的产品,P0.6/0.7mm多处于样品阶段,而能实现量产出货的产品目前为P0.9mm,从P0.9mm的市场终端价格看,每平方的价格高达20万,5平方米以上的应用金额即突破百万,高昂的成本导致目前市场应用定位在高端指挥室、会议室、高端私人家庭影院等高端市场。

  苹果Mini LED点测分选设备供应商,惠特科技计划投资逾12亿人民币建厂抢占商机,已经在今年2月份正式启动Mini LED检测代工业务。惠特预计今年Mini LED检测代工设备机台规模将建置1000台。

  Mini LED背光显示技术的市场趋势

  目前市场趋势可概括为:节能、高清、大屏,近年特别是在电脑电视显示屏热度很高的健康护眼并未成为主流需求,消费者在价格与健康的选择题上,还是用钞票递交了答案。

  节能关系到LED显示屏运营商和消费者的使用成本,是目前最重要的市场需求,国家在照明领域曾大力推广节能灯产品,可以看出节能也是响应国家可持续发展的发展方向。由于国家电力产业主要是非清洁能源,这预示商业、工业用电成本会进一步提高,用电器的生产指标也会提高,用电器市场进入全面节能化。移动端的显示产品虽然能耗小,用电费用低,节能却关系到使用/待机时长问题,甚至更重视节能情况。

  显示屏的本质是平面视觉传达、图文信息输出,高清屏幕的视觉效果会更有代入感,表达能力更强。显示屏的清晰度直接影响显示屏的使用价值,高清显示屏播放的视频图文也更受观众认可,广告、传媒等领域为保证信息传输效果,已经全面实现高清化;手机、电视、电脑等领域也试图让高清屏下沉,争取中低端产品实现高清化,尤其手机屏幕,越来越多消费者为了屏幕显示效果,愿意在价格方面让步,购买搭载高清显示屏手机。

  大屏化的趋势主要指会场显示屏的应用,比如会议一体机、控制终端、会场转播屏等多人同时观看需求的场景。显示屏的工作尺寸决定了瞬时输出量,受2020年疫情影响,电视电话会议增加,商用一体机市场扩大;同时高校为替换传统黑板投影仪,大量采购视显设备,主要为阶梯教室的大型显示屏。

  以目前发展状况分析,Mini LED背光技术的市场主要还是在65英寸以上的大屏产品,未来可能会因为COB等封装工艺的成熟精进,移动端产品市场亦会被充分开发。另一个未开发市场是随着生产工艺进步,开发出简版Mini LED背光屏,终端厂商得以开发中低端移动屏显示市场。

  传统行业外,特殊场景应用也充满机遇,5G通讯的研发使移动端视频更清晰,也要求显示屏的播放功能更强,医疗、农林测控、航空航天等方面需要高清的显示屏,Mini LED背光显示技术的应用范围可以拓展得更广。

  Mini LED背光显示技术总结

  因疫情停工停产与其他因素导致Mini LED RGB/micro LED技术商用进度推迟,技术空白期延长,这予以Mini LED背光显示技术长久的发展空间;Mini LED背光显示技术兼容性强,可搭载各类技术,应用范围广泛。往后很长一段时间内Mini LED背光显示技术会在显示屏市场被广泛运用,甚至像LCD一样,以生产便利成本低为优势与新显示技术共存于市场。

  不难看出,各大企业在Mini LED RGB/Micro LED显示技术上的关注度,已经规划了下个显示器行业的蓝图,产品的生产成本与使用寿命成为了市场化的主要阻碍。手机、平板电脑、笔记本电脑等产品每年都需要换代,在Mini LED RGB/Micro LED显示产品下沉前,依旧会依赖Mini LED背光显示产屏,预计这一状态将持续到2023年。尽管各大企业一致认为2023年可以实现Micro LED产品大规模量产,考虑到疫情影响和芯片货源短缺造成的产业失控萎缩,新一代显示屏的研发投产的进度可能会延缓,考虑到大环境因素,Mini LED显示产品会搭载更多新技术,甚至会主导市场,形成一个Mini LED背光屏时代。

  在Mini LED RGB/Micro LED显示产品价格下降后,Mini LED背光显示产品的市场会受到影响,但是会和前者共存,Mini LED背光显示虽然在性能方面逊色,但是拥有绝对的价格优势,仍有发挥空间。Mini LED背光显示技术的市场肯会随着Mini LED RGB/Micro LED显示产品的市场进入一个长期的稳定阶段,直到新一代显视产品进入量产阶段。


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