PCB电路板在Mini LED应用领域的发展及应用-健翔升电路小何分享

一、历史沿革

（一）各显示技术概念

1、LCD（ Liquid Crystal Display 的简称）液晶显示器。LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管）。

上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。

2、OLED（OrganicLight-Emitting Diode），又称为有机电激光显示、有机发光半导体。OLED无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板(或柔性有机基板)，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。

3、Micro LED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。需要将LED（发光二极管）背光源进行薄膜化、微小化、阵列化。

可以让LED单元小于50微米，仅普通LED的1%。并且与OLED一样，可实现每个图元单独定址和单独驱动发光。

它的优势在于既继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，又具有自发光无需背光源的特性，体积小、轻薄，还能轻易实现节能的效果。

4、Mini LED是指尺寸在100μm量级的LED芯片，尺寸介于小间距LED与Micro LED之间，是小间距LED进一步精细化的结果。其中小间距LED是指相邻灯珠点间距在2.5 毫米以下的LED 背光源或显示产品。

（二）技术对比

Micro LED、Mini LED与OLED都属于主动型自发光显示，光的利用率高。而LCD则是被动型发光显示，需要背光源提供光源。

mini LED与目前主流显示技术LCD相比。mini LED具备更优良的显示效果，响应速度有着数量级的提升，屏幕可以更轻薄，并且随着功耗的大幅度降低。

可以延长电池续航时间。与OLED显示屏对比，mini LED在保持着出色的显示效果和柔性的同时，拥有更快的响应速度、更高的高温可靠性。

并且寿命与TFT LCD 一样长。Micro LED与LCD相比，不需要专门的背光组件，耗电量只有LCD的十分之一，色彩饱和度接近OLED，相较于OLED。

Micro LED可支持更高亮度、高动态范围以及广色域，以实现快速更新率、与更低功耗。且micro-LED技术使用的无机氮化镓材料，可以降低对极化和封装层的要求，能让显示面板更薄。

LCD、OLED、Mini LED及Micro LED技术对比

与LCD、OLED显示技术不同的是，Micro-LED的显示方式相对直接、结构更加简单。

Mini LED相比小间距LED的重要特征在于去封装化，主要定位高端小间距LED市场，能够实现更高的分辨率和显示效果。

Mini LED、Micro LED与传统小间距LED对比

由于芯片尺寸存在差异，各LED显示技术应用领域也有所不同。一般情况下，更小的像素间距意味着更近的观看距离。

传统 LED显示以照明和显示器背光模块为主；传统小间距LED通常应用于大尺寸且对画质要求一般的显示场景；

Mini LED既可作为背光源应用于大尺寸显示屏、智能手机、车用面板以及电竞型笔记本等产品，也可以 RGB三色 LED芯片实现自发光显示；

而Micro LED具备极小间距、高对比度和高刷新率，适用于智能手表、 AR、 VR等近距离观看的智能穿戴领域，目前苹果、三星等消费电子巨头已开始相关技术投入，未来有望实现产业化。

（三）LED屏显技术发展历程

回顾LED发展历程，传统LED的发展具有渐进式特征，即市场多数品牌是从室外LED显示、大间距LED 逐步过渡到小间距产品。

进而进入到P2.5 间距以下的小间距和微间距市场，并逐步在室内显示领域获得更为广阔的应用，灯珠间距不断缩小，显示效果持续提升。

小间距LED技术从2016 年以来快速发展，已成为现阶段LED 显示增长主力。目前LED 小间距显示技术、工艺和产业链配套已较为成熟。

成本价格不断下降，已成功打开室内显示的广阔空间，但是小间距LED仍然存在物理上的技术限制，因此更小间距的Mini/MicroLED 开始映入大众眼帘。

LED显示技术升级趋势

（四）LCD 显示背光发展历程

LCD 显示背光方案演进路线

CCFL背光已经淡出市场，此处不做详细介绍。

传统LED 直下式背光：为目前液晶显示主流背光方案，该方案成本较低，可实现动态分区；较厚，能耗较高传统LED 侧入式背光：可实现薄型化，无动态分区。

量子点背光：可实现宽色域，但是生产成本较高且具有轻微毒性，且成本较高，仅少数厂商具备量产能力。

Mini LED背光：采用直下式背光方式，将传统LED 晶粒尺寸缩小到100 ~200 μm之间，大大提升背光源数量，配合local dimming 控制，实现区域亮度调节，带来更好的视觉体验。

该方案具有节能、轻薄化、广色域、超高对比度、精细动态分区等特征，可克服其他背光方式的缺点，但目前生产成本较高，主要用于高端显示器。

（五）Micro LED技术待突破

目前制约Micro LED 的技术瓶颈主要有三个：一是巨量转移，即如何将Micro LED芯片批量式转移至TFT 电路基板上。

并按照微米级周期组装构成高密度级二维阵列结构，二是三基色Micro LED 的像素光源问题；三是MicroLED 的封装问题。

由于三基色Micro LED 的像素组装尺寸微米化受限，难以实现超高密度封装。如何将LED做的微小化，这需要晶圆级的工艺水平。

比如4K级别的Micro LED屏幕，需要800万个以上的LED高度集成到一起，所以理论上应用到大尺寸屏幕上是极为困难的。

目前业界普遍认为巨量转移是Micro LED生产工艺中面临的最大障碍，如何综合良率和效率，将数以万计的LED 芯片转移至TFT 基板上，是Micro LED制备中面临的最大拦路虎。

Micro LED的巨量转移主要有物理转移和化学转移两种方法。其中物理转移方法主要包括以LuxVue（2014 年被苹果收购）为代表的静电吸附转移技术；

而化学转移方法主要包括以X-Celeprint 为代表的微转移打印技术（μTP 技术）。

（六）Mini LED技术待突破

Mini LED量产技术仍存难点，产业化加速亟须发力。虽然Mini LED显示已实现小规模商业化出货，但大规模量产仍有少数瓶颈问题有待进一步解决。

一是芯片制造问题，Mini LED芯片量产要求精度达到亚微米，目前实验室工艺精度仅达到10微米；

二是巨量转移问题，量产要求转移坏点率低于百万分之一，而目前只达到十万分之一，修复成本较大；

三是电极连接问题，电极连接倒装工艺成本过高，目前国内只能采用正装工艺，降低了产品可靠性；

四是驱动问题，亟须发展精细化PCB背板制造和TFT背板驱动工艺；五是拼接问题，现有拼接工艺仅能做到远距离的视觉无缝，平整化的无缝拼接难度较大。

二、Mini LED放量在即

Mini LED 是液晶面板、小间距LED 升级的下一站，从小间距向“更小间距”进发，Mini、Micro LED成未来发展方向。

其中Mini LED 直接显示屏是小间距LED 的进一步延伸，与小间距封装在技术与客户两方面均可无缝衔接。华创证券指出，2019年以来，Mini-LED背光终端产品密集发布。

苹果、TCL、海信、华硕、群创、友达、京东方等巨头纷纷推出Mini-LED背光或类似技术的电视、显示器、VR和车载显示等终端产品，在背光和手机终端等电子产品的推动下，Mini-LED将迎来快速发展期。

（一）Mini LED技术可行被证明

1、具备经济性的Mini LED RGB直显技术的量产能力将会在两年内有突破性进展

目前Mini LED直显面临的主要困难还是成本较高，主要在高端酒店会议庆典等商用租赁、大型会议室视频显示和更高端的裸眼3D、AR、VR等场景开始试用推广。

2019年以来，Mini LED RGB直显技术取得了明显的进步，国内部分领先厂商的LED芯片尺寸可以做到100μm×100μm，像素间距已经可以做到0.5mm。

2、国内厂商及Mini LED项目也在加速推进

当前市场一致看好Mini LED的应用成长潜力，主流LED厂商已基本完成Mini LED背光研发进程，进入小批量试样或大批量供货阶段。

在LED产业链各环节龙头厂商的大力推进下，Mini LED作为新一代背光/显示方案有望快速渗透，市场规模迅速提升。

目前各公司积极扩产应对下游需求，国内多家上市公司披露表明具备Mini LED量产能力。

1-5月国内Mini LED动态

3、产业链可快速培养

与略显青涩的OLED产业链不同的是，无论LED还是LCD产业链都已非常成熟，mini LED背光的本质无非是老树开新花，一旦开始规模化应用，其综合成本将有望得到进一步下降。

（二）Mini LED技术应用当前已经具备经济性

1、传统 LED生产设备的兼容性

Mini LED具有异型切割特性，搭配柔性基板可实现高曲面背光的形式，通过局部调光拥有更好的演色性，能够给液晶面板带来更为精细的 HDR分区，厚度与 OLED相近且更加节能。

与Micro LED相比， Mini LED可认为是小间距LED背光基础上的改良版本，无需克服巨量转移的技术门槛，技术难度较低而生产良率更高，更容易实现量产。

目前部分厂商已进入规模量产阶段。生产设备方面，Mini LED可使用大部分传统 LED生产设备进行生产，因此具有更高的经济性。

2、高动态范围以及削弱光晕效应是Mini LED带给LCD突出的优势

目前的LED背光芯片尺寸大，导致在黑白像素之间漏光比较严重，这种现象被称为光晕效应。而Mini LED的小尺寸可以很好的解决该问题。

虽然Mini LED的光效率比普通高亮度LED略低，但可以通过分区调光来补偿，每个区域对应多个像素点，且各区域的亮暗可以独立控制。

通过补偿，显示屏的明暗对比度能够提升到与OLED一样（1000000:1），还可以节省3~4倍的电源。

3、MiniLED背光方案成本逐年下降

Mini LED显示生产线具有小型化特征，有利于技术工艺快速迭代。2019年2月，群创光电AM Mini LED试生产线已成功点亮，投资额仅为1.1亿元左右。

显著降低了行业进入门槛。而同为6代线，液晶、OLED和柔性AMOLED面板国内生产线的平均投资额高达139亿元、279亿元和465亿元。

受益于制造工艺的快速迭代提升，MiniLED的工艺及良率将取得突破性进展，从而降低Mini LED显示器件成本。

根据集邦咨询LED研究中心(LEDinside)最新调查，目前MiniLED背光显示器的生产成本仍高于传统的LCD与OLED屏幕，但随着技术成熟及制程良率提升。

预估每年MiniLED背光显示器成本将以15~20%的幅度下降，在2022年将有机会低于OLED显示器，具备市场竞争力。

4、Mini LED背光是液晶面板升级的重要方向

Mini LED背光是液晶面板升级的重要方向。相比OLED，Mini LED 背光LCD 优势在于能够以更低的成本实现可比拟OLED 面板的显示效果、轻薄体验，具备大规模量产能力，而且寿命更长、功耗更低。

（三）科技巨头大力采用Mini LED 背光LCD

据TechCrunch，2014年苹果公司收购了微型LED屏幕公司LuxVue Technology，据《经济日报》的报道指出，苹果计划投资新台币约100亿元（合 3.34 亿美元）在台湾开设mini-LED和micro-LED生产工厂。

3月有分析师表示，苹果计划在2021年底之前至少发布六款mini-LED产品，包括14英寸和16英寸的MacBook Pro机型、iMac Pro、12.9英寸iPad Pro、10.2英寸iPad和7.9英寸‌iPad‌ mini。

2018年1月，2019年三星发布了75寸的4K Micro LED显示屏以及219寸的8K的基于模块化拼接的Micro-LED显示屏。

索尼也推出了相应的水晶LED显示屏。据ledinside，华为下一代电视产品有望采用Mini LED背光技术。

（四）可能爆发的细分市场

Mini LED 自诞生以来便广受关注，其下游应用可覆盖RGB 显示屏、笔记本电脑背光、电视背光、手机背光、车载显示等诸多领域。

1、Mini LED 背光在电视大尺寸应用市场前景

因受制于量产良率，高分辨OLED TV长期面临着成本高企的问题，而mini LED能够在相对合理的成本空间内实现曲面及窄边框显示效果。

且兼具宽色域、高对比度、薄型化特性，故有望在大尺寸电视背光领域一展身手，根据奥维云网统计。截至2018年6月。

电视重点销售尺寸为55英寸、32英寸、65英寸，其中增幅最大尺寸为65英寸。由此可见，屏幕尺寸的不断增长是电视发展的重要趋势。

鉴于MiniLED背光方案在高清大屏方面独特的技术优势，我们认为其必将在大尺寸电视领域有所作为。

①mini LED背光是LCD阵营对抗OLED的重要武器

尽管在高阶显示市场争夺战中，OLED曾凭借其高清、高画质、高对比度特性抢走了部分LCD的市场，一度风光无限。然而，随着mini LED技术的加入，LCD方案的显示效果上已经不遑多让；

并且OLED技术自诞生以来广受诟病的高成本和低寿命问题始终没有得到有效解决，这便给了LCD阵营重回高端显示市场的绝佳突破口。

此外，我们看到国内LCD及LED产业均已日趋成熟，产品价格均不断降低;所以有理由相信，mini LED+LCD的显示方案有望在不远的将来实现平价，从高端渗透至大众。

②“超高清”显示时代来临，背光升级拉动Mini LED需求

2019年初，工业和信息化部、国家广播电视总局和中央广播电视总台三部委联合印发《超高清视频产业发展行动计划2019-2022）》。

按照 “4K先行、兼顾 8K”的总体技术路线，大力推进超高清视频产业发展和相关领域的应用。

4K和8K电视对高动态范围（ HDR）、高色域、高对比度、高光效、高分辨率提出了新的要求，因此发展新型的LED背光源技术和产品意义重大。

应用新型的荧光材料（如窄发光谱荧光粉、量子点）和新型封装技术实现高清电视高色域需求。同时应用背光源的HDR或局部调光技术。

实现高 对比度的需求，具有广 阔的发展前景。到2020年，预计符合要求的4K电视终端销量占电视总销量的比例将超过40%。

到2022年4K电视在全球渗透率到70%以上，对应1.75亿台 4K电视销量，而8K电视终端销量占电视总销量的比例将超过5%。

同时，液晶屏尺寸越大，背光模组所要求的 LED器件数量也越多、尺寸也越大，从而对LED需求的拉动也越为明显。

③万物互联打开超高清显示成长空间

从中长期看，随着人们生活、生产管理方式逐步优化，市场对显示清晰度要求不断提高，小间距与 Mini LED渗透领域愈加广泛。

与此同时，万物互联时代智能终端将呈现井喷式增长，终端显示的机会和平台越来越多，也将极大拓宽超高清显示的成长空间。

2、Mini LED在手机小尺寸应用前景

①Mini LED实现“高屏占比”潜力无限

全面屏是手机显示技术的重要趋势。2017年各大一线手机品牌几乎均踏过80%屏占比门槛。

由于传统侧入式的背光方案需要给侧边背光源LED灯珠留下空间，传统“LCD+侧入式LED”背光方式无法在薄型化的前提下高屏占比。

而Mini LED的出现则彻底解决了这一问题——通过将LED芯片尺寸微缩，在实现薄型化的前提下，采用的直下式LED背光，无需占用手机侧边空间。

因此能够实现“高屏占比”显示效果。此外，由于其可通过Local Dimming设计达到高动态范围的屏幕效果，因此能呈现更细致的屏幕画面。

不仅与OLED的屏幕厚度相差无几，表现效果也相当出色。可见，在小尺寸显示这个战场，极具潜力的mini LED同样有机会与当下炙手可热的OLED屏分庭抗礼。

②Mini LED背光高端屏助力摆脱垄断

目前，高端智能手机实现高屏占比的主流技术是OLED，受制于专利保护及技术壁垒，OLED市场几乎被三星等少数厂商垄断，终端厂商的议价能力较差。

这在某种意义上妨碍了高屏占比手机向中低端机型渗透，此外OLED的屏幕的可靠性也有待接受更广泛的市场检验(如2018年底华为绿屏门事件)。

终端厂商亟需寻求OLED路径以外的，另一种经济实惠、且更加可靠的高端显示屏方案，于是Mini LED背光方案开始进入各大手机厂商的视野。

3、车载显示市场将会成为mini LED 背光继电视、手机以后的另一片蓝海

在车载显示中不管是采用OLED 显示屏，还是采用传统的TFT LCD显示屏，在制造成本与驾驶安全上，仍然有着很多不足。

而Mini LED属于在传统LED背光+TFT LCD显示屏的改良版本，采用直下式发光，精细的HDR 分区显示，在对比度大幅提升。

可以实现低余辉待机外，能耗也大幅降低，还具有比OLED 更好的高温可靠性更高，寿命与TFT LCD 一样长。

基于上述逻辑我们认为：随着技术的进一步成熟，车载显示市场将会成为mini LED 背光的另一片蓝海。

三、市场规模

Mini LED显示基本覆盖了商用显示、专用显示器、电视、平板电脑、车载5大应用领域。

Mini LED 在小间距的基础上将像素点进一步缩小，且相比Micro LED 技术较为成熟且具备成本优势，已于2018 年实现小规模量产。

市场一致看好Mini LED 的应用成长潜力，以苹果为代表的国际终端大厂先后推出Mini LED 产品，产业链上下游积极响应，有望带动Mini LED背光产品放量。

据Arizton 数据，2018 年全球Mini LED市场规模仅约1000万美元，随着上下游持续推进Mini LED 产业化应用。

Mini LED下游需求迎来指数级增长，预计2024 年全球市场规模将扩张至23.2 亿美元，年复合增长率为147.88%；

高工LED 研究院（GGII）指出，国内Mini LED 市场到2020 年将增长至22 亿美元，年复合增长率为175%，增速快于全球平均水平。

Yole 数据显示，全球miniLED 显示设备将有望从2019 年的3.24 百万台，增长至2023 的80.7百万台，年复合增长率高达90%。

根据TrendForce LED研究预估，至2023年mini LED背光产值将达3.4亿美元(仅mini LED背光产值，不含其他驱动IC与背板)。

四、竞争格局

全球布局较为均衡，产业链尚未完全整合。现阶段，各国对Mini LED技术布局较为均衡，竞争格局并不明朗。

美国的苹果、谷歌、Facebook等公司注重微缩化工艺研发，苹果公司已在关键工艺上拥有超过47%的专利。

欧洲注重驱动工艺研发，法国Leti公司已实现高性能化合物半导体Mini LED显示器简化制备工艺。

日本和韩国专注大屏显示器制造，索尼公司和三星公司不断推出面积更大、分辨率更高的Mini LED产品，性能指标全球领先。

中国台湾地区专注于中小屏显示器制造，在巨量转移等技术领域具有一定优势，聚积公司已进入试产阶段。

中国大陆发展基础较好，上下游企业同时关注。我国上下游企业已积极参与Mini LED显示研发，具备一定国际竞争力。

一是京东方、华星光电等传统面板企业已建设Mini LED面板生产线，京东方已与华灿光电开展战略合作，共同开发Mini LED；

二是三安光电等半导体企业积极建设Mini LED芯片生产线，三安光电已将Mini LED作为未来重点发展方向；

三是洲明科技、雷曼光电等传统LED企业加入Mini LED面板开发阵营，大屏产品不断推陈出新；

四是康佳集团等整机厂商将Mini LED作为主要研究方向，投资15亿元开展整机产品研发、生产和销售。

五、总结

1、Mini LED背光的LCD和OLED长期共存， LCD、Mini LED和OLED都是TFT技术，所以不会出现当初LCD彻底取代CRT和PDP的情况。

LCD主要用于低端市场，OLED和Mini LED用于高端显示终端，各技术之间相互互补，激烈的竞争有望让消费者以更低的价格获得更好的显示效果。

2、MiniLED有望率先形成规模化市场，micro LED在成本和量产技术方面尚不成熟。Mini LED成为当下的最优选择，从长远看是小间距LED到Micro LED的过渡方案。

3、当前Mini LED直显背光两相宜，但由于MiniLED背光技术相对成熟，目前Mini LED的应用以LCD背光源为主。

审核编辑 黄宇