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加大新型燈珠供給 LED上下游產業鏈有共識

電子工程師 ? 來源:YXQ ? 2019-04-24 10:23 ? 次閱讀
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小間距LED顯示產品的創新,主體有兩個方向:第一是越來越小的間距指標;第二是采用COB技術提升顯示效果和防護性。但是,隨著mini-LED技術進入市場化階段,2019年以上兩個創新目標似乎可以“一步到位了”。

神奇的四合一mini-LED技術

2018年下半年以來,國內眾多頭部小間距LED顯示品牌,紛紛推出mini-LED技術的新產品。這讓四合一mini-LED燈珠技術悄然成為“一匹大黑馬”:

傳統的表貼LED顯示屏工藝,需要采用回流焊技術,這對于LED晶體的穩定性有很大影響,成為壞點率控制的瓶頸。同時,表貼工藝獨立操作每一個像素燈珠,在更小的間距指標產品上“工作量幾何級數增長”,顯著影響了產品的經濟性和超小間距產品的市場開發。對于,表貼技術的成品屏幕而言,產品顯示的像素顆粒化也更為明顯,這成為顯示效果上的顯著不足。

不過,表貼技術也有她的優勢:例如,單位燈珠處理的成本低、缺陷燈珠的修復簡單、行業技術儲備充分,能夠形成穩定可靠的供給等等。

相對于表貼技術而言COB工藝的LED屏,能夠徹底解決顯示像素顆粒化的問題,也有利于利用其獨特封裝結構實現更高的產品“堅固性”。制造過程不采用回流焊的工藝,也對產品穩定性有一定幫助。更為重要的是,直接從晶圓裂片、封裝成顯示模組的高集成度,讓COB產品比較適合超小間距產品的研發。

但是,沒有完美的技術,COB的優勢固然明顯,卻也抗不過“巨量轉移”技術的難度和成本劣勢:即,將少則數百、多則數萬的LED晶體顆粒一次性封裝在一個基礎結構中,這種技術的難度更高、且一旦出現局部壞燈難以修復。COB的劣勢是技術難度和成本,這就決定了這種技術在很多成本敏感性產品上“難以”承擔重任。

相對于以上兩個傳統技術而言,四合一mini-LED可謂是一種“集眾家之常”的技術。一方面,四個像素組封裝在一個燈珠結構中,具有COB產品的顯示性能和堅固性優勢,又避免了“巨量轉移”的困難;另一方面,終端屏幕采用常規焊接工藝,繼承了表貼技術的低成本、成熟性、單一壞燈易于維護的優勢。

更為重要的是,四合一的像素封裝,降低了“超小間距LED顯示屏”單位面積上的“焊接作業規模”,并結合采用尺寸更小的mini-LED晶體顆粒,更為適合“越來越小”的間距指標追求——即便是在大一些間距的產品上,四合一封裝也具有理論上“終端成型”工藝簡潔、成本低的優勢。

“四合一mini-LED技術是對COB與表貼技術優勢的整合,可以說是一個獨特而精巧的創新。”行業專家指出,mini-LED顯示大屏能夠快速成功走向市場,四合一方案“當立頭功”。

LED顯示進入mini時代的需求特征

mini-LED一直是LED顯示產業研究的熱點,包括作為液晶顯示背光源應用、作為獨立顯示屏器件應用和作為LED工程大屏的基礎組件應用三個方向。在小間距LED顯示上,mini-LED的率先落地,則已經成為mini-LED商業化的標志。

從市場需求看,小間距LED顯示屏普遍應用于室內,對單一像素亮度需求并不高,1000-1500流明基本上是顯示屏亮度“上限”。同時,越是間距小、單位面積像素多的高端產品,越是不需要“單一像素的高發光能力”:“室外顯示屏需要像素足夠亮,克服陽光和觀看距離的問題;室內則恰恰相反——需要高灰度、低亮度,適應室內光線和近距離觀看的特點”,行業專家如此表示。

而采用mini尺寸的LED晶體,是實現在亮度得到很好的控制下,保持最佳灰度效果的“理想技術方案”。同時,更小尺寸的LED晶體也有利于:1.提供更小的像素間距、2.降低LED晶圓材料的成本。

以上的分析可以看到,mini-LED的優勢“不僅僅是更小的間距”,尤其是結合了COB技術的四合一封裝等新工藝后,其“應用價值”幾乎是“全部室內屏”的通用需求。也正因如此,行業人士認為,室內LED顯示將全面走向mini-LED時代,包括P0.9-P2.5等間距的產品,都有對“mini-LED”的需求。

例如,如果用于P1.8的小間距LED顯示屏,四合一mini-LED產品的終端燈珠“集成工藝量”降低、低亮度下灰度效果更好、畫面顆粒感顯著下降、屏幕可靠性增強——“其實,mini-LED是否有意義應用于P0.5間距的大屏幕,還有待市場驗證;但比較而言,在P1.5-p2.0這樣稍大一些的間距上,mini-LED技術的價值已經非常直觀”,行業人士如此評價“mini-LED的通吃性”。

實際上,小間距LED顯示產業采用更小的LED晶體尺寸是“大勢所趨”:四合一封裝技術,則突破性的讓“mini-LED”時代加速到來。在目前主流小間距LED實現了P0.9-p1.2間距指標的背景下,小間距LED大屏工程的“技術創新”重點很可能已經不是“更小的間距”(工程大屏的畫面尺度和觀看距離,決定了其最像素間距持續縮小的需求有限);而是轉移到“更好的畫面質量和可靠性”。后者恰是mini-LED的主要優勢之一。

加大新型燈珠供給,LED上下游產業鏈有共識

COB的成本讓市場意識到這種技術的普及速度不會很快。那么,mini-LED技術會不會也遇到同樣的問題呢?

從上游封裝企業看,四合一的mini-LED架構,提升了企業附加值、也增加了技術難度。不過相比較傳統COB的巨量轉移技術而言,四合一mini-LED的難度變化有限,具有“普及化”的可能。甚至,未來渴望出現“N合一”的更多封裝規格產品,進一步提升封裝端LED燈珠集成度。同時,近年來,LED上游行業一直面臨“潛在危急”:比如,全球照明市場增幅下降;OLED對液晶替代,導致背光源市場存在萎縮的可能等,這也讓LED上游廠商有足夠意愿加大新的產能消耗市場的開拓和基礎創新。

從下游終端企業的角度看,小間距LED行業不是一個“巨頭壟斷格局”。太多的企業百花齊放,導致市場競爭比較激烈。廠商也有意愿應用更好的技術和產品,實現競爭力的提升。如果進一步考慮到,受到“實際屏幕尺寸和觀看距離影響”,小間距市場的間距競爭已經告一段落、COB產品的成本卡住了普及大門,mini-LED就將成為“顯示效果”之爭的重要武器。

同時,mini-LED小間距LED也渴望開拓更多的應用場景:例如廠商在展示的時候,四合一mini-LED的COB封裝特性表現出“高度可靠性”。這將為更小間距產品在租賃市場、在公眾暴露性場合的應用拓展空間。“mini-LED與四合一COB等的結合是‘高檔小間距LED屏’適應完全公眾場景應用的重要技術保障,”行業專家如此表示。

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MiniLED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階段,Mini LED在持續縮小間距的過程中,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制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,由于精度要求在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不同,會誘發芯片虛焊,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,對于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,還面臨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,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產業上下游廠家積極在研發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。

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,華燦光電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,然后進行整體模封,相對于傳統的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。

國星光電6月份發布的用于顯示的MiniLED,采用集成封裝技術(IntegratedMounted Devices,簡稱:IMD),即四合一陣列化封裝,橫向和縱向分別用2顆燈珠組成的小單元,其中每顆燈珠依然是RGB三色芯片封裝而成,突破了傳統的設計思維,集合了SMD和COB的優點,這將是COB封裝的前奏。

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LocalDimming背光源的調光分區數(LocalDimming 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。有鑒于此,群創提出使用主動式矩陣TFT電路來驅動的AM MiniLED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MiniLED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。

更集成的封裝:四合一mini-LED

這輪小間距LED新品,具有兩個“創新技術特色”:第一是,MINI-led,也就是100微米或者以下顆粒尺寸的LED晶體的應用。這種更小的晶體顆粒,幾乎是傳統300微米尺寸LED晶體顆粒原料耗費的“十分之一”。更小顆粒的MINI-led即意味著更低的上游成本,更小的“下游終端像素間距指標”,但是也同時意味著“更高難度的中游封裝技術”。

這輪新品的第二個技術特點,“四合一”就是指中游封裝規格。一方面,傳統表貼燈珠基本是一個“像素”,包括紅綠藍的三個或者四個LED晶體;另一方面,傳統COB產品,比如索尼或者三星推出的產品,都是“大CELL”封裝,一個封裝結構中少則數百、多則數千個像素點。

6月中旬,美國IFC展會上,包括聯建光電、奧拓電子等國內LED顯示巨頭品牌紛紛推出下一代“小間距LED”顯示新品。這些采用四合一mini-LED技術的產品號稱具有傳統表貼和新興COB技術的“兩全其美”的優勢。新技術之下,小間距LED顯示會迎來怎樣的變革呢?

更集成的封裝:四合一mini-LED

這輪小間距LED新品,具有兩個“創新技術特色”:第一是,MINI-led,也就是100微米或者以下顆粒尺寸的LED晶體的應用。這種更小的晶體顆粒,幾乎是傳統300微米尺寸LED晶體顆粒原料耗費的“十分之一”。更小顆粒的MINI-led即意味著更低的上游成本,更小的“下游終端像素間距指標”,但是也同時意味著“更高難度的中游封裝技術”。

這輪新品的第二個技術特點,“四合一”就是指中游封裝規格。一方面,傳統表貼燈珠基本是一個“像素”,包括紅綠藍的三個或者四個LED晶體;另一方面,傳統COB產品,比如索尼或者三星推出的產品,都是“大CELL”封裝,一個封裝結構中少則數百、多則數千個像素點。

而“四合一”封裝結構,則可以視為傳統表貼燈珠和COB產品之間的折中策略:一個封裝結構中有四個基本像素結構。這種封裝的好處在于:1.克服了COB封裝,單一CELL結構中LED晶體件過多的技術難度;2.對于下游終端制造企業而言,基本封裝單位的幾何尺寸不會因為“像素間距過小”而變得“非常小”,進而導致“表貼”焊接困難度提升;3.一個幾何尺寸剛剛好的基礎封裝結構,有助于小間距LED顯示屏“壞燈”的修復,甚至滿足“現場手動”修復的需求(0.X的表貼產品和COB產品都不具有這種特性)。

所以,整體看來“四合一”的封裝結構才是這輪新品秀的重點:MINI-led主要提供了采用“四合一”結構的必須性——100微米的LED晶體做成單像素的封裝結構尺寸極小,超過表貼工藝經濟性應用的極限。同時,這種集成度更高的四像素合一的封裝,也產生了獨特的應用優勢,比如維修性,更具有表貼產品的經濟性與COB產品的良好視覺感。

四合一mini-LED為何“更經濟”

在小間距LED市場,高端產品并不匱乏。比如索尼CLED產品,采用標準COB封裝和Micro-LED晶體顆粒(比mini-LED晶體顆粒小一個數量級)。但是,這類產品往往“成本高昂”,幾乎不能進入2-5萬元每平米的小間距LED大眾市場。

COB技術下的Micro-LED“曲高和寡”,經濟性擋住了市場普及的大門。這一點所有LED顯示企業都明白。因此,在新一代技術上,如何實現“低成本”成為所有業內廠商最關注的內容。其中,主要技術思路包括:1.不采用Micro-LED顆粒,例如市場上大多數COB封裝的LED顯示屏;2.不采用COB技術,使用表貼技術,這是傳統LED顯示屏更便宜的原因。

對于四合一mini-LED技術而言,可以說是兼具以上兩種低成本技術的特征:MINI-LED顆粒,實現了更小的LED晶體顆粒,節約上游成本、滿足更精細顯示需要的條件下,避開了Micro-LED技術“極限化的幾何尺寸”,規避了從上游晶體制造、中游封裝到下游整機集成的一系列“技術陷阱”。

同時,“四合一”的封裝結構,讓表貼工藝照樣可以“大顯身后”。今天,適用于1.0間距尺寸的表貼技術,就可以制造最小0.6毫米間距的LED顯示屏,極大程度上繼承了LED顯示產業最成熟的工藝、設備和制造經驗,實現了終端加工環節的“低成本”。且,“四合一”的封裝結構亦采用共享陰極、邊框接線的設計,這也有利于優化終端制造工藝,較少焊接點,提升產品的成本性。

所以,四合一mini-LED首先是一種盡可能繼承了上一代產品經濟性的“創新”。這將是四合一mini-LED產品獲得市場成功的核心支點之一。

四合一mini-LED如何做到更“好看”

作為一代新產品,如果只是想著低成本,當然不會成功。四合一mini-LED的市場成功,依然必須依靠更好的視覺“性能”。

首先,四合一mini-LED是一種“更小晶體顆粒的LED”顯示技術。這就意味著這種產品支持更精細的顯示畫面。小間距LED市場,長期存在的“主流產品間距瓶頸”將被徹底打破。未來實現0.X為主的顯示產品布局,甚至進入居家顯示市場都是有可能的。

第二,小間距LED顯示市場,COB技術流行的原因主要在于這種技術能夠有效克服“LED”顯示的像素顆粒化問題,并提升更好的整屏堅固性。四合一mini-LED雖然每一個基本封裝單元只有四個像素,但是依然屬于更高集成化的封裝,顯然會具有COB顯示的很多特性。同時,MINI-LED晶體顆粒,使得LED晶體在顯示屏上的面積占比,較傳統同間距指標產品下降9成,有更多的空間提供更好的“密封性”和“光學設計”,進一步實現產品視覺體驗和可靠性的增強。可以說,四合一mini-LED和COB小間距LED一樣,是高度克服LED顯示“像素顆粒化”現象、并提供更高穩定性的技術。

第三,四合一mini-LED技術在晶體封裝層級多采用“倒裝”技術。倒裝工藝無焊線,完全沒有因金線虛焊或接觸不良引起的LED燈不亮、閃爍、光衰大等問題。同時,倒裝工藝能夠最大程度提供LED晶體的有效發光面積、最大程度提供LED晶體的有效散熱面積,進一步提升了產品光學特性和可靠性。采用倒裝工藝被視為下一代LED顯示產品晶體封裝的“關鍵方向”。

第四,四合一mini-LED以上的技術優勢,并不局限在0.X產品上。這種新技術的產品也可以應用在更大間距,比如P1.5、甚至P2.0的產品上。即這是一種滿足今天所有主流小間距LED顯示產品和未來更小間距LED顯示產品需求的技術。

第五,mini-LED技術帶來的顯著劣勢主要是“最高亮度降低了”,但是其依然可以提供高達800-1200流明的亮度,對于室內顯示而言完全足夠用,甚至比那些高亮度的屏幕“更舒適和健康護眼”:很長時間以來,室內LED顯示研究的重點就是降低亮度和實現低亮度下更好的灰階顯示表現,這方面MINI-LED優勢明顯。

第六,應用mini-LED技術符合LED半導體產業的發展趨勢。LED半導體產業的電光效率不斷提升,晶體加工精度也日益提高。這讓很多應用中LED產品能夠用更小的晶體、更少的材料消耗,實現預期亮度效果。站在這一基本技術趨勢之上,小間距LED顯示,即便不向更小間距產品發展,也必然逐漸采用更小體積的LED晶體顆粒。

所以,四合一mini-LED產品是一種符合未來趨勢、產品潮流的,在顯示體驗上有充分提升,并符合下一代標準的“新產品”。體驗提升和成本控制的特點結合,必然有利于四合一mini-LED快速市場普及。但是,這還不是四合一mini-LED全部優勢!

四合一mini-LED體現產業鏈合作,贏得下游廠商支持

對于COB小間距LED而言,這種產品最大的特點就是“中游封裝的高度集成性”——封裝企業,已經將數千顆,甚至更多的LED顆粒封裝成一個集成體。這個集成體已經具有顯示產品的特征。因此,下游企業實際要做的工作“組裝”性更強,核心技術占比,較表貼技術大幅減少。

但是,四合一mini-LED本質上依然是四個像素、12顆LED顆粒的“燈珠”,下游廠商在表貼工藝上的核心資產和技術優勢被悉數繼承。甚至,中游封裝企業,“大量MINI-led集成”的難度也被“繞了過去”。這使得四合一mini-LED具有了:1.中游企業更容易大量供給;2.下游企業產業鏈自主性、核心技術地位得到保持的特點。

四合一mini-LED在采用高度集成化和更小晶體LED顆粒的前提下,下游廠商幾乎不犧牲產業利益、更不需要要讓渡技術主導權,并最大程度發揮了LED顯示行業已有的大量表貼技術資產的價值,進而實現了最大程度上保護了下游終端廠商的“分割”蛋糕的能力。這讓這種技術,更多的贏得下游廠商的歡迎。

不過,四合一mini-LED也有其“劣勢”:即它和COB技術一樣,在封裝階段,最終產品的“顯示像素間距已經被確定”。這一點使得,中游封裝企業必須提供“更多規格的四合一燈珠”。后者要求產業鏈的上下游合作更為緊密——從部件級別上升到“產品”級別。這可能進一步促進以“中游-下游”聯盟為特征的行業“集團”在LED顯示市場上的出現。

整體上,相對于COB技術,四合一mini-LED更充分利用了現有的產業技術、資源和資產,給下游廠商留下了更多的“價值空間”,并在顯示效果和體驗上實現了明顯的提升和改進。作為目前LED顯示行業的技術創新方向之一,其可以說是“折中”,也可以說是“集大成”。且正是因為折中,才使得四合一mini-LED具有技術難度下降和成本可控的優勢。這讓四合一mini-LED更易于成為行業的“變革先行者”。2018年,四合一mini-LED有望成為LED顯示市場的一批黑馬。

而“四合一”封裝結構,則可以視為傳統表貼燈珠和COB產品之間的折中策略:一個封裝結構中有四個基本像素結構。這種封裝的好處在于:1.克服了COB封裝,單一CELL結構中LED晶體件過多的技術難度;2.對于下游終端制造企業而言,基本封裝單位的幾何尺寸不會因為“像素間距過小”而變得“非常小”,進而導致“表貼”焊接困難度提升;3.一個幾何尺寸剛剛好的基礎封裝結構,有助于小間距LED顯示屏“壞燈”的修復,甚至滿足“現場手動”修復的需求(0.X的表貼產品和COB產品都不具有這種特性)。

所以,整體看來“四合一”的封裝結構才是這輪新品秀的重點:MINI-led主要提供了采用“四合一”結構的必須性——100微米的LED晶體做成單像素的封裝結構尺寸極小,超過表貼工藝經濟性應用的極限。同時,這種集成度更高的四像素合一的封裝,也產生了獨特的應用優勢,比如維修性,更具有表貼產品的經濟性與COB產品的良好視覺感。

四合一mini-LED為何“更經濟”

在小間距LED市場,高端產品并不匱乏。比如索尼CLED產品,采用標準COB封裝和Micro-LED晶體顆粒(比mini-LED晶體顆粒小一個數量級)。但是,這類產品往往“成本高昂”,幾乎不能進入2-5萬元每平米的小間距LED大眾市場。

COB技術下的Micro-LED“曲高和寡”,經濟性擋住了市場普及的大門。這一點所有LED顯示企業都明白。因此,在新一代技術上,如何實現“低成本”成為所有業內廠商最關注的內容。其中,主要技術思路包括:1.不采用Micro-LED顆粒,例如市場上大多數COB封裝的LED顯示屏;2.不采用COB技術,使用表貼技術,這是傳統LED顯示屏更便宜的原因。

對于四合一mini-LED技術而言,可以說是兼具以上兩種低成本技術的特征:MINI-LED顆粒,實現了更小的LED晶體顆粒,節約上游成本、滿足更精細顯示需要的條件下,避開了Micro-LED技術“極限化的幾何尺寸”,規避了從上游晶體制造、中游封裝到下游整機集成的一系列“技術陷阱”。

同時,“四合一”的封裝結構,讓表貼工藝照樣可以“大顯身后”。今天,適用于1.0間距尺寸的表貼技術,就可以制造最小0.6毫米間距的LED顯示屏,極大程度上繼承了LED顯示產業最成熟的工藝、設備和制造經驗,實現了終端加工環節的“低成本”。且,“四合一”的封裝結構亦采用共享陰極、邊框接線的設計,這也有利于優化終端制造工藝,較少焊接點,提升產品的成本性。

所以,四合一mini-LED首先是一種盡可能繼承了上一代產品經濟性的“創新”。這將是四合一mini-LED產品獲得市場成功的核心支點之一。

四合一mini-LED如何做到更“好看”

作為一代新產品,如果只是想著低成本,當然不會成功。四合一mini-LED的市場成功,依然必須依靠更好的視覺“性能”。

首先,四合一mini-LED是一種“更小晶體顆粒的LED”顯示技術。這就意味著這種產品支持更精細的顯示畫面。小間距LED市場,長期存在的“主流產品間距瓶頸”將被徹底打破。未來實現0.X為主的顯示產品布局,甚至進入居家顯示市場都是有可能的。

第二,小間距LED顯示市場,COB技術流行的原因主要在于這種技術能夠有效克服“LED”顯示的像素顆粒化問題,并提升更好的整屏堅固性。四合一mini-LED雖然每一個基本封裝單元只有四個像素,但是依然屬于更高集成化的封裝,顯然會具有COB顯示的很多特性。同時,MINI-LED晶體顆粒,使得LED晶體在顯示屏上的面積占比,較傳統同間距指標產品下降9成,有更多的空間提供更好的“密封性”和“光學設計”,進一步實現產品視覺體驗和可靠性的增強。可以說,四合一mini-LED和COB小間距LED一樣,是高度克服LED顯示“像素顆粒化”現象、并提供更高穩定性的技術。

第三,四合一mini-LED技術在晶體封裝層級多采用“倒裝”技術。倒裝工藝無焊線,完全沒有因金線虛焊或接觸不良引起的LED燈不亮、閃爍、光衰大等問題。同時,倒裝工藝能夠最大程度提供LED晶體的有效發光面積、最大程度提供LED晶體的有效散熱面積,進一步提升了產品光學特性和可靠性。采用倒裝工藝被視為下一代LED顯示產品晶體封裝的“關鍵方向”。

第四,四合一mini-LED以上的技術優勢,并不局限在0.X產品上。這種新技術的產品也可以應用在更大間距,比如P1.5、甚至P2.0的產品上。即這是一種滿足今天所有主流小間距LED顯示產品和未來更小間距LED顯示產品需求的技術。

第五,mini-LED技術帶來的顯著劣勢主要是“最高亮度降低了”,但是其依然可以提供高達800-1200流明的亮度,對于室內顯示而言完全足夠用,甚至比那些高亮度的屏幕“更舒適和健康護眼”:很長時間以來,室內LED顯示研究的重點就是降低亮度和實現低亮度下更好的灰階顯示表現,這方面MINI-LED優勢明顯。

第六,應用mini-LED技術符合LED半導體產業的發展趨勢。LED半導體產業的電光效率不斷提升,晶體加工精度也日益提高。這讓很多應用中LED產品能夠用更小的晶體、更少的材料消耗,實現預期亮度效果。站在這一基本技術趨勢之上,小間距LED顯示,即便不向更小間距產品發展,也必然逐漸采用更小體積的LED晶體顆粒。

所以,四合一mini-LED產品是一種符合未來趨勢、產品潮流的,在顯示體驗上有充分提升,并符合下一代標準的“新產品”。體驗提升和成本控制的特點結合,必然有利于四合一mini-LED快速市場普及。但是,這還不是四合一mini-LED全部優勢!

四合一mini-LED體現產業鏈合作,贏得下游廠商支持

對于COB小間距LED而言,這種產品最大的特點就是“中游封裝的高度集成性”——封裝企業,已經將數千顆,甚至更多的LED顆粒封裝成一個集成體。這個集成體已經具有顯示產品的特征。因此,下游企業實際要做的工作“組裝”性更強,核心技術占比,較表貼技術大幅減少。

但是,四合一mini-LED本質上依然是四個像素、12顆LED顆粒的“燈珠”,下游廠商在表貼工藝上的核心資產和技術優勢被悉數繼承。甚至,中游封裝企業,“大量MINI-led集成”的難度也被“繞了過去”。這使得四合一mini-LED具有了:1.中游企業更容易大量供給;2.下游企業產業鏈自主性、核心技術地位得到保持的特點。

四合一mini-LED在采用高度集成化和更小晶體LED顆粒的前提下,下游廠商幾乎不犧牲產業利益、更不需要要讓渡技術主導權,并最大程度發揮了LED顯示行業已有的大量表貼技術資產的價值,進而實現了最大程度上保護了下游終端廠商的“分割”蛋糕的能力。這讓這種技術,更多的贏得下游廠商的歡迎。

不過,四合一mini-LED也有其“劣勢”:即它和COB技術一樣,在封裝階段,最終產品的“顯示像素間距已經被確定”。這一點使得,中游封裝企業必須提供“更多規格的四合一燈珠”。后者要求產業鏈的上下游合作更為緊密——從部件級別上升到“產品”級別。這可能進一步促進以“中游-下游”聯盟為特征的行業“集團”在LED顯示市場上的出現。

根據現在業界的定義,Mini是比Micro略大的尺寸,其尺寸大約是在80-300μm之間。LED芯片的從業者早在Mini LED這個詞出現以前,就已經在制作Mini意義尺寸上的LED芯片,但當時主要制作的芯片是基于正裝的LED芯片,在顯示領域的應用上主要為常規戶內外的顯示屏以及小間距顯示屏幕。為了區別正裝顯示用的LED小芯片,Mini LED被創造出來指用于顯示應用的芯片尺寸在80-300μm之間的倒裝LED芯片。小間距LED, Mini LED, Micro LED在顯示芯片上的主要區別如下表。

Mini LED在顯示上主要有兩種應用,一種是作為自發光LED顯示,同小間距LED類似,由于封裝形式上不需要打金線,相比于小間距LED,即使在同樣的芯片尺寸上Mini LED也可以做更小的點間距顯示。另外一種是在背光上的應用。相比于傳統的背光LED模組,Mini LED背光模組將采用更加密集的芯片排布來減少混光距離,做到超薄的光源模組。另外配合local dimming控制,Mini LED將有更好的對比度和HDR顯示效果。

由于Mini LED芯片尺寸以及封裝技術的限制,RGB自發光顯示應用的Mini LED目前能做到的點間距極限基本上在0.5 mm,做成4K屏幕的時候,整個屏幕尺寸達到了85寸以上,而且用到的大量LED芯片(~2400萬顆)使得屏幕在成本異常高昂,為了增進LED在顯示市場的競爭力,提升原有LCD背光的顯示品質,Mini LED在背光領域的應用(以下用Mini BLU來表示)越來越受到業界的重視,并且常常被用來與AMOLED對比。

Mini BLU與他幾種顯示技術的優缺點對比具體如下圖。在顯示的幾個最基本要素包括,功耗,成本,壽命,點間距,亮度,對比度上,Mini LED基本上是一個全能選手。但是在AMOLED已經大紅大紫的今天,Mini LED在背光領域應用的產品依然受到質疑,遲遲沒有進入市場。當然這主要是源于Mini BLU技術儲備相對較晚(主要于17年的下半年開始),另外一部分是因為它依然是基于LCD的顯示技術。即使是LED芯片的從業者也會想當然地認為他的顯示效果會不如AMOLED,忸忸怩怩的把它定位在AMOLED之下。

但事實并非如此。相比AMOLED,Mini BLU在成本,壽命上有毋庸置疑的優點。由于LED 芯片比OLED有更高的光電轉換效率,在加上local dimming控制,Mini BLU也會有接近甚至更低的功耗,因此也能做到更高的對比度和更高的亮度。點間距主要受限于LCD技術,目前也可以做到優于自發光的AMOLED。

基于以上種種優點,Mini BLU總能在適合的領域找到它的一席之地,無論AMOLED是否產能不足,它一定是靠譜的。當然在消費者越來越追求個性化的今天,Mini BLU也有一個致命的弱點就是無法做成柔性的(但是依然可以做到曲面的),這個主要也是受到LCD技術的限制。

在終端應用上,從小屏幕如手機,PAD,到中屏幕如車載,Monitor,再到大屏幕如TV,Mini BLU與AMOLED都有各自的競爭優勢,一時半會兒可能誰也取代不了誰。特別是在車載,以及中大屏幕顯示上, Mini BLU會有更加明顯的成本優勢以及更好的壽命和可靠性,這些將是目前AMOLED無法取代的優勢。

綜上所述,一個核心技術進步:mini-LED;一個核心架構方案:四合一燈珠;多個核心效果價值:可靠性、低亮度下的高灰度效果、克服像素顆粒化現象、更小的間距……等等,這些創新和優勢讓mini-LED技術帶領小間距LED顯示產業躍進入了一個嶄新階段。搶占mini-LED的制高點將是2019年LED行業從封裝到顯示終端廠商的共同追求。

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