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一文讲透Mini LED火速出圈的理由
  2022-05-31      1053

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Mini LED正迅速出圈

在过去的2021年,Mini LED技术以它强大的优势迅速出圈。苹果、TCL、海信、京东方等行业巨头纷纷推出搭载了MiniLED技术的电视、显示器等终端产品,真正意义上把Mini LED技术推上了行业新风口。而作为LED产业重镇的海峡两岸大陆和台湾LED企业,如三安、华灿、聚灿、富采、惠特、光宝等,也在Mini LED产品量产出货的情况下,企业获利能力得到了大幅增强。

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让行业为Mini LED技术而疯狂的起因,是因为2021年4月21日凌晨,苹果春季新品发布会上Mini LED成为了最大亮点,其推出的新款12.9英寸iPad Pro搭载了Mini LED背光显示技术。对于苹果而言,Mini LED背光技术的导入补齐了全平台HDR的最后一块拼图。对于LED行业而言,意义更为重大。

这块Liquid Retina XDR显示屏采用了超1万颗Mini LED,共有2596个局域调光分区,可实现100万:1的超高对比度,峰值亮度达1600nits,比旧款高出了1000nits,同时支持P3广色域、原彩显示和ProMotion自适应刷新率等高端技术。

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从目前来看,苹果旗下产品正逐步脱离传统的侧发光背LCD面板,Mini LED则将成为其首选技术。现阶段,苹果12.9英寸iPad Pro、新款14英寸/16英寸MacBook Pro均搭载Mini LED屏幕;预计今年推出的11英寸iPad Pro、iMac Pro也将等加入,此外两年未更新的MacBook Air也有望采用Mini LED屏幕。

评价一款显示器的品质,其决定因素包括了分辨率(像素数量)、PPI(像素密度)、观赏距离等。一般而言,3米以上使用LCD、LED屏幕,3米以下包括OLED、2~3米的Mini LED显示、1米以内的Micro OLED(VR/AR领域)。

Mini LED技术既可以直接用于RGB显示,也可以用于LCD的背光模组。其中LCD屏幕背光模组中,主要是通过使用Mini LED技术提升显示效果。

其Mini LED技术原理为:Mini LED采用直下式背光方式,可以看作为普通LCD屏幕的升级版。Mini LED将传统LED背光灯珠缩小,从而实现更为精细、密集的背光分区,配合Local Dimming的控制,提高亮度以及对比度,提升视觉感观。在相同条件的对比下,Mini LED不仅弥补了OLED容易烧屏的缺点,并且在成本上更优于OLED,在提升画面的同时,又具备了成本优势。

相较于传统LED背光源,Mini LED背光源性能有以下提升:

1、背光芯片结构小,有利于将调光分区数(Local DimmingZones)做的更加细致,从而达到更高的动态范围(HDR),实现更高对比度的效果。

2、Mini LED可实现在高亮度(>1000nit)下散热均匀。

3、相比一般的侧入式背光方案,Mini LED背光可做到直下式超薄的LCD显示,缩短光学混光距离(OD),降低整机厚度从而达到超薄化目的。

4、而对比OLED屏幕广泛使用最大问题仍是「有机发光材料」的寿命问题以及因为寿命带来一系列「妥协」问题。在Mini LED背光技术下不存在寿命短的问题,Mini LED背光屏幕在对比度上不输给OLED屏幕,在亮度、区域控光、寿命、色彩表现等核心参数上,可以超越OLED。

MiniLED所面临的难点

Mini LED的制造成本仍是卡住去推向市场的最大难关。如果单独来看苹果的12.9"面板,iPad Pro所用这块12.9"显示屏在Mini LED背光配置上,有10000颗MiniLED、2596个分区的配置(chip on board FPC + BT PCB)。据行业分析认为,这块iPad Pro所用R的10000颗MiniLED屏幕,其背光源BLU(backlights unit,背光单元)相比同为12.9寸的传统侧入式背光LCD,成本提高了约3.7倍。

而在其它如电视产品和直显的应用上,目前良率较低,进一步推高了生产成本,成为Mini LED大规模应用的瓶颈。例如,在MiniLED直显产品中,芯片倒装工序里的蓝绿光倒装芯片技术已较为成熟,良率较高;但红光芯片需要进行衬底转移、固晶焊接,在此过程中由于工艺环境以及各种不可控因素的影响,产品的良率和可靠性依然很难保证。

此外,出光角度控制方案的设计同样影响Mini LED芯片的良率,出光角度的大小能够影响多项光学性能,目前如何制备大角度出光、混光均匀的Mini LED芯片仍是厂商面临的问题。

据行业了解,Mini LED背光技术虽然已经开始应用于实际产品中,但仍然存在很多技术挑战。

1、芯片技术的难点:Mini LED背光所用芯片因为受到线宽精度和电极遮光的影响,芯片自身的亮度降低,从而影响到Mini LED背光所用芯片晶圆的良率。目前Mini LED背光所用芯片晶圆的裁切良率一般为75%左右。

2、转移技术的难点:Mini LED芯片的转移通过高速贴片机或固晶机实现,Mini LED芯片由于其焊点面积小,因锡膏检查设备(SPI)设备的检测精度不足,空洞率较高,容易造成焊点假焊的现象。这两种转移方式均不可避免,尤其在通过回流焊之后,假焊现象更容易造成转移的不良。转移的精度和速度也是Mini LED背光技术所面临的技术难点,而且这两个技术指标相互矛盾。而转移效率和良率直接影响了Mini LED背光产品的成本。

3、驱动技术的难点:Mini LED背光技术的驱动电流较小(<10 mA),这就对驱动IC控制电流的精度提出了高要求。一般需要将Mini LED背光的驱动电流精度控制在±1.5%范围内,才能提供稳定的画面输出,而一般传统LED背光的电流驱动精度仅为±10%左右。

4、颜色形成的技术难点:Mini LED背光使用蓝光芯片时,由于波长一致性、驱动电压、电流波动的影响,在背光全白场检测中经常出现白场亮度不均或色度不均的问题。所以目前颜色形成中出现的光色不均匀性的问题,一般使用增加膜片的层数和扩散度,或者使用D-Mura技术,但这些方法都会牺牲Mini LED背光的亮度,增加功耗,进而容易造成热量集中等问题。

OLED和MiniLED该选谁

Mini LED和OLED区别主要在于OLED的独特优势,即像素自发光,与后置背光,通过遮挡光线来呈现色彩的传统液晶相比,最高亮度和对比度(最亮最暗的对比)要好得多,差不多的技术水平下,颜色更鲜艳,而同样的亮度等参数下则相对省电,而且因为没有背光层,所以更薄一些。

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OLED用电流直接激发像素点内的色彩物质发光并产生色彩也带来了一个问题,就是对这些物质的消耗问题。如果长时间保持某个像素的色彩,可能会过度消耗这些物质,造成发色、发光能力下降,观感就是这个像素点的此种色彩甚至是所有色彩、亮度都逐渐暗淡,如果是一片像素都出现问题,就是所谓的“烧屏”了。

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Mini LED说白了就是把原先统一亮度的背光变成了可以分区调节亮度,当然前提是使用LED光点阵式背光。现在常见的Mini LED会划分出512至数千个背光分区,每个分区大概是(几十X几十个)像素的面积,配合液晶控制,可以更快更好地调节像素明暗,同样可以呈现更鲜艳的色彩和更好的对比度。

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不过它也有个无法避免的问题,那就是在某个分区内出现了亮度区别巨大的少量像素,比如观看星空时。如果分区的亮度根据夜晚的天空色彩而调低了,那么星光就过于暗淡失真,反之,如果要保证星星的亮度而提升了背光分区的亮度,那么周围的暗像素很可能被照亮,就产生了所谓的辉光,星空的底色就失真了。

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Mini LED局部调光的粒度比较粗的情况下(即背光分区数量不多),就很容易观察到“光晕”,这是由某个分区发光时,漏光到临近不发光的分区(或更暗的分区)所致。凑近仔细观察,说不定还能肉眼分辨出不同的背光区域。

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来源:Prospects and challenges of mini-LED and micro-LED displays*

Mini LED的实质就是把这种背光分区做得更多,或者说将每个LED背光做得更小,实现更精准的背光和画面亮度控制(所以mini LED显然也属于LCD)。比如上面这张图,在显示一根蜡烛时,仅点亮显示所需的背光部分,而且有不同的灰度级(虽然其精度和OLED还是不能比)。

简单看一看两种产品的特色,其实它们最适合的场景也就能有个基本了解了,比如更偏向于固定场景,比如总是长时间用一种软件、一个界面来办公、设计、阅读的话,就要注意固定显示区域内OLED的烧屏问题,mini LED更合适。而偏向娱乐,比如游戏、视频,或者兴趣广泛的话,那么色彩出色、高速响应,而且不存在小区域显示“忧虑”的OLED就更适合。

MiniLED的市场前景

在苹果的带动之下,三星、TCL、索尼、LG、华硕等多家厂商也分别推出Mini LED电视、笔电、显示器等多种产品,Mini LED技术加速渗透,因此很多人把2021年视为Mini LED迈入商用的元年。

MiniLED在直显和背光两大市场均有广泛的应用,正在逐渐打开市场。目前,MiniLED显示产品已开始应用于超大屏高清显示,如监控指挥、高清演播、高端影院、医疗诊断、广告显示、会议会展、办公显示、虚拟现实等商用领域。与此同时,随着近几年消费者对于彩电市场的尺寸逐渐增长的趋势,未来所预见的大屏时代,或许正在走来。

随着三星、苹果等主流品牌导入Mini LED背光方案,引领终端市场创新热潮。TV和平板终端率先商业化,智能手机、汽车、VR等有望2022~2023年开启商业化元年。而Mini RGB直显更注重商用显示器等市场需求,在商业显示、电子产品装饰灯、车尾灯或气氛灯等领域具有优势。

随着新能源车渗透率的提高,汽车电子应用的发展趋势将带动车载屏幕面积的增长。Mini LED背光技术有望在车载显示领域大展拳脚,目前看来是最具可行性并已处于应用前夜。对于Mini LED背光车载屏幕这一利基应用产品, 虽然车规级认证时间较长,但也赋予了产品更长的生命周期、更高的产业壁垒以及更高的单品价值量,是供应链企业的“兵家必争之地”。

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