mini led背光质量可靠性（miniLED背光技术全解析）

LED(Lighting Emitting Diode)即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。

发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。

什么是Mini LED？

顾名思义，“Mini”中文名称就是“迷你”的意思。如果说小间距LED显示屏重在点间距之间的“小”，那么Mini LED自然就是达到更小的级别，堪称迷你这一级别了。如果我们追本溯源，将会发现Mini LED这个单词，首先源自于晶电，目前晶电透露出来*的有关Mini LED的消息，正是它的“可量产”进程。

Mini LED的概念先由晶电提出来，现在这个概念也逐渐为我们大陆厂商所接受，只不过双方所指的Mini LED又略有不同。

确切地说，是我们行业内所说的“Mini LED”与“Mini LED显示”是一个不一样的概念。台厂商提出的Mini LED纯粹就晶体颗粒的间距而言，而大陆LED显示屏行业内的企业推出Mini LED却凸显在封装形式不同。一个是指某类新型封装形式的产品，另一个则是显示的分类。

Mini LED在显示上主要有两种应用，一种是作为自发光LED显示，同小间距LED类似，由于封装形式上不需要打金线，相比于小间距LED，即使在同样的芯片尺寸上Mini LED也可以做更小的点间距显示。另外一种是在背光上的应用。相比于传统的背光LED模组，Mini LED背光模组将采用更加密集的芯片排布来减少混光距离，做到超薄的光源模组。另外配合local dimming控制，Mini LED将有更好的对比度和HDR显示效果。

由于Mini LED芯片尺寸以及封装技术的限制，RGB自发光显示应用的Mini LED目前能做到的点间距极限基本上在0.5 mm，做成4K屏幕的时候，整个屏幕尺寸达到了85寸以上，而且用到的大量LED芯片(~2400万颗)使得屏幕在成本异常高昂，为了增进LED在显示市场的竞争力，提升原有LCD背光的显示品质，Mini LED在背光领域的应用(以下用Mini BLU来表示)越来越受到业界的重视，并且常常被用来与AMOLED对比。

Mini BLU与他几种显示技术的优缺点对比具体如下图。在显示的几个最基本要素包括，功耗，成本，寿命，点间距，亮度，对比度上，Mini LED基本上是一个全能选手。但是在AMOLED已经大红大紫的今天，Mini LED在背光领域应用的产品依然受到质疑，迟迟没有进入市场。当然这主要是源于Mini BLU技术储备相对较晚(主要于17年的下半年开始)，另外一部分是因为它依然是基于LCD的显示技术。即使是LED芯片的从业者也会想当然地认为他的显示效果会不如AMOLED，忸忸怩怩的把它定位在AMOLED之下。

但事实并非如此。相比AMOLED，Mini BLU在成本，寿命上有毋庸置疑的优点。由于LED 芯片比OLED有更高的光电转换效率，在加上local dimming控制，Mini BLU也会有接近甚至更低的功耗，因此也能做到更高的对比度和更高的亮度。点间距主要受限于LCD技术，目前也可以做到优于自发光的AMOLED。

基于以上种种优点，Mini BLU总能在适合的领域找到它的一席之地，无论AMOLED是否产能不足，它一定是靠谱的。当然在消费者越来越追求个性化的今天，Mini BLU也有一个致命的弱点就是无法做成柔性的(但是依然可以做到曲面的)，这个主要也是受到LCD技术的限制。

在终端应用上，从小屏幕如手机，PAD，到中屏幕如车载，Monitor，再到大屏幕如TV，Mini BLU与AMOLED都有各自的竞争优势，一时半会儿可能谁也取代不了谁。特别是在车载，以及中大屏幕显示上， Mini BLU会有更加明显的成本优势以及更好的寿命和可靠性，这些将是目前AMOLED无法取代的优势。

Mini LED背光技术

相比于传统LED背光源，Mini LED拥有更多优势，适合高端液晶显示器解决方案：

①可以直接采用RGB三色的LED模组，实现RGB三原色无缺失的显示效果，且可覆盖100% BT2020的宽色域，色彩的鲜艳度媲美OLED。

②Mini LED可以实现高亮度(>1000nit)下散热均匀，这是传统分立LED器件方案无法做到的。

③Mini LED背光可以做到直下式超薄的LCD显示，即OD≈0mm，这在轻薄的便携式消费电子中应用广阔，例如AR/VR眼镜、手机、笔记本电脑等。

④Mini LED结合精细的Local Dimming，可以实现超高对比度(1000000：1)，让黑的更深邃，亮的更明亮。

Mini LED背光封装采用倒装Mini LED芯片直接实现均匀混光，无需透镜进行二次光学设计，由于本身芯片结构小，利于将调光分区数(Local Dimming Zones)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;另一方面，还能缩短光学混光距离(OD)，以降低整机厚度从而达到超薄化的目的。

Mini LED背光可结合Local Dimming技术根据电视信号中画面各处的亮暗场，实时控制对应背光区域的开关及亮度调节，使画面中黑色更黑，白色更白，色彩更自然艳丽，视觉的逼真感带来身临其境的最佳体验。

CES 2019期间，华硕首次公开了新款旗舰级专业显示器“ProArt Studio PA32UCX”，这是一款32英寸的Mini LED背光4K游戏液晶显示器，其BLU采用了由隆达电子生产的10，000多个Mini LEDs。

Mini LED技术难点及市场应用、趋势

Micro LED自苹果在新一代iWatch上未进行使用后，各方面对其技术及应用的看法更加理性，关联厂家也正在积极合作向应用端推进。

与此同时Mini LED则逐渐走入现实，从上到下，各厂家纷纷跟进，经过去年一年的尝试，目前各大终端应用厂也都已基本完成原型设计，从近年来的展会看：三星、Lumens等厂家都推出Mini LED的应用。

不过，不管是大陆厂商的Mini LED产品，还是台厂所指的Mini LED显示，要谈论二者都绕不开Micro LED。

Micro LED被视为下一代的显示产品，相对于当前的LCD、OLED而言，的确具有自身的优势，但众所周知, Micro LED在“巨量转移”环节及关键性设备上，目前还没有获得实质性的突破。要把数百万甚至数千万颗微米级的LED晶体正确且有效率地移动到电路基板上，这是目前Micro LED所面临的一个巨大的挑战。行业普遍认为Micro LED要突破量产的瓶颈，至少还有两到三年的路要走。但显示技术的发展是十分快速的，面对OLED的强势崛起，一些发展Micro LED的企业看在眼里，急在心里。一旦OLED占着先机，拿下了绝大部分的市场份额，就算未来几年Micro LED能够攻克技术难关，只怕黄花菜也都凉了。

也就是说，Micro LED再好，终究远水解不了近渴，面对这种情形，相关厂商当然不会坐以待毙，于是开始寻找一条折衷的路子。正是在这种紧迫的情况下，被视为过渡性技术路线的Mini LED被提了出来。Mini LED大体是指晶粒尺寸在50—100微米的LED。相较于Micro LED，Mini LED在制程上更具可行性，技术难度也要低许多，更容易实现量产，能够快速地投入市场。

相对于目前的常规应用，Mini LED实有其独特的优势：

(一)对于背光应用，Mini LED一般是采用直下式设计，通过大数量的密布，从而实现更小范围内的区域调光，对比于传统的背光设计，其能够在更小的混光距离内实现具备更好的亮度均匀性、更高的的色彩对比度，进而实现终端产品的超薄、高显色性、省电。

同时由于其设计能够搭配柔性基板，配合LCD的曲面化也能够在保证画质的情况下实现类似OLED的曲面显示、另一方面，由于目前OLED是有机材料的自发光，在可靠性方面Mini LED也极 具优势;基于LED成熟的产业链，使用Mini LED的背光的成本也仅仅是同尺寸OLED的60%左右，各方面都极具竞争力。

(二)对于显示屏应用，RGB Mini LED克服正装芯片的打线及可靠性的缺陷，同时结合COB封装的优势，使显示屏点间距进一步缩小成为可能，对应的终端产品的视觉效果大幅提升，同时视距能够大幅减小，使得户内显示屏能够进一步取代原有的LCD市场。

另一方面，RGB Mini LED搭配柔性基板的使用，也能够实现曲面的高画质显示效果，加上其自发光的特性，在一些特殊造型需求(如汽车显示)方面有极为广阔的市场。

上面可以看出，Mini LED在当前LED所面临的局势下，相对其他竞争者，具有很大的优势，基于此，各厂家也都在研究，从目前的情况看，虽然其芯片大小跟正装芯片的小间距芯片类似，但也有诸多不同。

其技术有以下几个特点及难点：

1、芯片端

a、芯片微缩化，由于Mini LED要求像素点的间距在1mm以下，这也要求Mini LED的芯片也需要变小，目前Mini LED的芯片普遍要求200um以下，这对LED芯片生产过程中的光刻和蚀刻提出了更高的要求，特别现有成熟的生产设备难以满足100um以下的芯片生产，在小尺寸芯片情况下，焊接面的平整度、电极结构的设计、易焊接性以及对焊接参数的适应性、封装宽容度都是芯片设计的难点与重点。而Mini LED芯片在生产过程中还采用作业效率偏低的全测全分模式，对于处理高密度、高精度的大量芯片，无论是生产还是检测均存在效率低下问题，这无形中也推高了Mini LED芯片的成本;

b、红光倒装芯片，由于倒装芯片无需打线，适合Mini LED超小空间密布的需求，因此目前的Mini LED全部采用倒装芯片结构，目前蓝绿光倒装LED芯片生产较为成熟，但是红光倒装LED芯片技术难度高，由于需要进行衬底转移，而芯片在转移技术过程中生产良率和可靠性还不高。

c、一致性和可靠性，Mini LED芯片作为显示芯片对产品一致性和可靠性的要求较高，一致性重点关注的指标包括小电流一致性、不通电流下一致性、高低位一致性、颜色均匀一致性、电容小且一致性等，而由于Mini LED显示屏复杂使用环境，维修难度较高，这就对Mini LED芯片的可靠性要求较高，总的来说Mini LED芯片生产企业在生产过程中进行严格的生产控制以保障产品各项指标的稳定。

2、封装端

a、高效率固晶与贴片，由于Mini LED的芯片尺寸主要是50-200um，同时Mini LED芯片和灯珠单位面积使用量巨大且排列十分紧密，对焊接面平整度、线路精度提出更高要求，对焊接参数的适应性和封装宽容度要求也更为严格。因此在高效率和高精度的Mini LED芯片固晶成为摆在Mini LED面前的一道难题。传统锡膏固晶容易导致芯片焊接漂移，孔洞率增大，无法满足Mini LED的高精度固精要求，更高精度固晶基板及固晶设备成为急需解决的问题。传统贴片机在对P1.0以下Mini LED封装器件进行贴片时，由于精度要求在25um以下，因此传统贴片机必须将贴片速度降低到原有贴片速度的30-50%，这将大大降低显示屏的生产制造效率，更高效的贴片机也是是未来Mini LED所面临的一大难题;

b、薄型化封装，Mini LED作为背光时要求产品越薄越好，但是当PCB厚度低于0.4mm时，在回流焊、Molding工艺中，由于树脂基材与铜层热膨胀系统不同，会诱发芯片虚焊，而Molding封装过程中，封装胶与PCB热膨胀系数不同也会导致胶裂;

c、混光一致性，由于芯片或者灯珠的光色差异或者电路问题，可能导致显示或者背光效果的差异，这将对Mini LED的显示效果造成不良影响;

d、可靠性与良率，Mini LED显示屏的使用环境相对比较复杂，空气中的水汽如果透过封装材料或者支架渗入接触到LED芯片中电极，很容易产生短路等现象，同时由于Mini LED产品所大量密集排列，使用的封装器件成倍增长，考虑到Mini LED维修难度和成本较高，这就需要Mini LED封装器件具备相对高的可靠性。

3、驱动IC方面

a、电流控制与散热，由于Mini LED点间距越来越小，使用的LED芯片数量也越来越多芯片尺寸越来越小，这导致驱动的电流也越来越小，使得驱动IC对电流的精准控制也越来越难，未来针对小电流的精准控制也需要新的电路设计，再加上因为使用大量驱动IC和LED芯片，使得PCB快速散热也出现困难，而热量会使驱动IC模块产生偏色的问题，因此高集成和低功耗的驱动IC将是显示屏驱动IC的发展方向。

b、区域调光，对于Mini LED的背光应用来说，目前的静态调光技术因为需要串联IC数量，驱动电路成本高昂，IC控制I/O数量庞大，驱动电路体积大，背光刷新频率低且容易有闪烁感，因此已经难以满足新型Mini LED背光技术的需求，区域调光的驱动IC恰好可以弥补静态调光的缺点，但是在采用区域调光的方案时，还面临Mini LED背光分区亮度和均匀度的提升、刷新频率的提升、背光光效的提升、高集成度、精细调光分辨率等一系列问题。

4、PCB背板

在Mini LED轻薄化的前提下，显示和背光效果的高要求对PCB背板的厚度均匀性、平整性、对准度等加工精度都提出了新的挑战，再加上PCB背板上有大量的LED芯片和驱动IC，这就需要背板的Tg点要高于220℃，而PCB背板在Mini LED加工过程中需要受到各种外力，为了保持背板的厚度均匀性、尺寸稳定性等，还需要背板具有较高的耐撕拉强度、耐湿热性等物理特性。

为了拓展Mini LED的应用，Mini LED产业上下游厂家积极在研发新技术和降低成本方面努力，目前国内外Mini LED厂家重点在研发或拓展的新技术包括出光调节芯片、COB和IMD封装、Mini LED巨量转移、TFT电路背板、柔性基板等。

1、出光调节芯片

在Mini LED作为背光使用时，往往采取大量LED芯片作为直下式的背光源，在为了调节芯片的出光，使其更容易实现超薄设计，华灿光电在传统的背光芯片上增加优化膜层，可以提升芯片出光角度，从而使得LED芯片的出光更加均匀，有效提升显示效果。

2、COB和SMD封装

目前COB(板上芯片)封装，直接将LED裸芯片封装到模组基板上，然后进行整体模封，相对于传统的SMD封装。这种COB封装的全彩LED模组具有制造工艺流程少、封装成本较低、封装集成度高、显示屏的可靠性好和显示效果均匀细腻等特点，有望成为未来高密度LED显示屏模组的一种重要的封装形式。

目前由于COB的产业链还没有建立完善起来，COB产品单位面积的成本比SMD高，未来随着COB显示封装产业链逐渐成熟，COB显示封装市占率将快速提升。在Mini LED应用中，COB封装具有更高的可靠性和稳定性，更容易实现超小间距显示，与Mini LED的技术趋势一致，因此，COB封装也是Mini LED的技术趋势之一。

3、Mini LED巨量转移

相对于Micro LED的巨量转移技术，Mini LED的芯片尺寸较大，因此转移难度相对较小，结合巨量转移和COB封装技术，可以有效提升MiniLED的生产周期，目前Uniqarta的激光转移技术，可以透过单激光束或者是多重激光束的方式做移转，实现每小时转移约1400万颗130x160微米的LED芯片。

4、TFT背板

如果要在画面现实效果上与OLED竞争，Mini LED背光 LCD必须做到顶级的HDR才行，也就是LocalDimming背光源的调光分区数(LocalDimming Zones)必须要数百区甚至数千区才足够，但是若以传统的LED背光源驱动电路架构，这样的想法会因组件使用过多，而牺牲成本及轻薄设计。有鉴于此，群创提出使用主动式矩阵TFT电路来驱动的AM MiniLED架构。

5、柔性基板

Mini LED背光一般是采用直下式设计，通过大数量的密布，从而实现更小范围内的区域调光，由于其设计能够搭配柔性基板，配合LCD的曲面化也能够在保证画质的情况下实现类似OLED的曲面显示，但是由于MiniLED数量众多，产生热量巨大，而柔性基板的耐热性往往较差，因此研发具有高耐热性的柔性基板也将是未来的技术趋势之一。

Mini LED市场应用及趋势

从市场应用上来说，Mini LED的市场应用必将会覆盖当前小间距LED显示屏的一部分市场。从各大企业公布的关于Mini LED的相关信息，我们还可以看到Mini LED的应用主要有两大方向：一个是LED显示屏市场;另一个则是背光应用市场。

根据GGII的预测，2018年Mini LED的应用市场规模有望达到5亿元。其中，手机背光会成为Mini LED应用的排头兵，随着成本的下降，Mini LED将逐渐向显示和中大尺寸背光渗透。

对小间距LED显示屏而言，更明确的指向自然是商显类室内应用。当前小间距LED显示屏在这个领域，不断地扩张市场，但是，小间距LED显示屏随着点间距的不断缩小，也面临着诸多的挑战，由于其自身存在问题，导致技术工艺本成都可能走向瓶颈。

面对数百亿的商显市场，如果小间距LED显示屏自身的一些问题无法得到有效解决，那么其在与LCD、DLP或OLED显示产品竞争的过程中，好不容易建立起来的优势，很有可能逐渐丧失掉，至少会制约小间距LED显示屏在商显市场的进一步拓展。

在这情况下，不管是企业推出COB小间距显示屏或Mini LED，它的初衷都是为了更好地解决小间距LED显示屏目前所面临的困境。

而背光应用市场对Mini LED来说，也是拥有广阔发展前景的市场。据集邦咨询预估，Mini LED作为下一代背光技术,预计至2023年整体Mini LED产值将达到10亿美元。同时，由于OLED面板产能受限，预计2018年Mini LED有望在华为、OPPO、VIVO等知名消费电子终端上率先运用。

在LED显示屏领域，我们目前尚未见到Mini LED的实际应用案例，但已有企业表示，Mini LED已经获得了客户的定单，目前正在出货中，预计九月底前会有Mini LED应用案例出来。那么，Mini LED一旦开始大规模应用，将会对LED显示屏带来哪些影响呢?

对于Mini LED，有人将之视为LED显示屏向Micro LED过渡的产品，但也有人持不同意见，认为Mini LED不是简单的过渡性技术，它的生命周期将会很长。毕竟，LED显示屏点间距不断缩小的发展的趋势是十分明显了，但小间距LED显示屏在往P1.0以下发展，确确实实面临着技术与成本的严峻挑战，而小间距LED显示屏的难点痛点，无疑给Mini LED提供了巨大的发展机会。在显示与背光两大技术应用方向的推动下，未来Mini LED看起来前程似锦，这也是Mini LED获得台厂与大陆厂商热捧的重要原因。

诚然，Mini LED虽好，市场前景也很广阔，但目前我们也不宜过分夸大它对LED显示屏的影响力。从现在的发展现状看，小间距LED显示屏也并没有完全到达不可逾越的瓶颈，还有很大的技术优化空间，成本也还有进一步降低的可能。并且，小间距LED显示屏仍处于快速发展阶段。

高端LCD显示率先推动Mini LED应用

对于智能手机应用，miniLED面临着OLED的强大实力，因为OLED的性价比已经使该技术在高端/旗舰细分市场占据了有利位置。随着未来五年内OLED供应商数量和全球产能的急剧增长，OLED成本将继续下探，预计市场份额将进一步提高并逐渐主导市场。

不过，Mini LED在各种中小尺寸高附加值显示领域“有牌可出”，在这些领域OLED的成本、缺乏可用性和长寿命问题(如烧屏或余像)等弱点还有待解决。在用于游戏应用的平板电脑、笔记本电脑和高端显示器中，miniLED能够以比OLED更低的成本，带来出色的对比度、高亮度和轻薄的外形。

汽车细分市场尤其有吸引力，首先是因为汽车市场在数量和营收方面的强劲增长潜力，同时也因为miniLED可以满足汽车制造商所渴望的各种要求：非常高的对比度和亮度、使用寿命、对曲面的适应性以及耐久性。

关于最后一点耐久性，Mini LED提供了优于OLED的显著优势，因为Mini LED仅使用经过市场验证的技术、LED背光和液晶单元，与已经成熟的LCD没有太大区别。因此，汽车制造商无需冒险，并希望新技术能够满足他们高要求的寿命、环境和工作温度。

在电视领域，Mini LED可以帮助LCD弥补差距，并从OLED重新获得高端、65英寸以上大尺寸、高利润细分市场的市场份额。对于没有投资OLED技术的面板和显示器制造商而言，这个机会更具吸引力，让它们看到了延长其LCD工厂和技术的寿命和盈利能力的潜力。

直视显示LED技术

对于直视LED显示器，与板上芯片(COB)架构结合应用的Mini LED，可以在多种应用中实现窄像素间距LED显示器的更高渗透率，从而扩大可服务的市场。芯片尺寸将不断向更小的尺寸发展，可能降至30～50um，以持续降低成本。在电影院中的应用仍具有很高的不确定性，但即使是些许的采用率，也会带来非常显著的上升空间。

2019-2023年miniLED按应用细分的市场规模预测

　　

渐进式创新和有限的投资，伴随供应链冲击

与需要大量投资的Micro LED不同，Mini LED可以由成熟的LED芯片制造商在现有晶圆厂生产，无需任何重大投资。然而，它们有可能从LCD以及大型LED视频墙数字标牌供应链中去除LED封装厂，而造成供应链的重大冲击。对于许多主要的LED封装厂商而言，这些应用占据了很大一部分营收。

至先暴露问题的厂商正快速做出反应，通过供应链上移并提供完整的Mini LED背光模组(如Refond和Lextar)，或通过开发新的创新封装，使它们仍然能够在这波Mini LED趋势中继续弄潮。例如，像Harvatek或Nationstar等公司的新型“4合1”表面贴装器件(SMD)封装，帮助LED直视显示器制造商降低了miniLED应用的关键障碍：需要更新设备，并从SMD过渡到直接芯片键合组装。

Mini LED应通过增加其可用市场，而使芯片制造商受益。有些厂商尝试通过提供Mini LED封装和/或BLU模组，来抓住市场机遇并升级供应链。例如，Epistar正在分拆，但仍然控制着它的Mini LED业务。

剩下的问题是设备制造商将如何快速开发新一代Mini LED专用装配设备，这将有助于通过降低制造成本来加速Mini LED应用。这些设备的关键述求是更高的吞吐量和处理100um及更小芯片的能力。首个进入市场的是Kulicke&Soffa，它最近推出了与创业公司Rohinni共同合作开发的设备。

高效处理更小芯片的设备，将使LCD和LED直视显示器制造商能够针对每种应用将芯片尺寸缩小到至低水平，以进一步降低成本。

最后，对于大多数目标细分市场，miniLED提供的性能已经接近现有技术，如用于高端消费类显示器的OLED和用于窄间距数字标牌的SMD LED。因此，成本将成为阻碍或推动miniLED应用的主要因素。

2019～202x年窄像素间距miniLED直视显示屏降成本路径

　　

总的来说，目前Mini LED在背光领域，从成本、亮度、耗能到产品寿命对OLED都有优势，但对LED显示屏的影响还十分有限。只有Mini LED走向成熟，大规模走向市场，才会对当前的显示产品产生碰撞，构成挑战。

来源：光电与显示

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