作者：工信部電子科技委辦公室 閔杰

　　來源：中國電子報、電子信息產業(yè)網(wǎng)

　　我國是顯示產業(yè)大國，LCD液晶面板產能超過韓國排名第一，但在顯示先進技術和先進工藝方面仍落后于韓國，在設備和材料領域落后于日韓，追趕的空間依然很大。Micro LED是業(yè)內比較公認的下一代主流顯示技術，可用在各尺寸產品和大部分應用場景中。由于其巨量轉移工藝還處在前沿開發(fā)階段，一時難以攻克技術難題，因此業(yè)內暫未看到量產的好消息。Mini LED與Micro LED一脈相承，足可與現(xiàn)在韓國引領的主流技術OLED相抗衡，同時我國也具備良好的LED產業(yè)基礎。通過發(fā)展Mini LED，可強化升級我國LED產業(yè)，并在下一代顯示產業(yè)發(fā)展機遇中與美韓并肩，占據(jù)有利位置。

　　Mini LED市場增速驚人

　　顯示產品是電子信息產品中非常重要的品類。當前市場，LCD、OLED顯示產品占據(jù)主流，已經應用在電視、電腦、手機等大中小各類尺寸的屏幕中。但是，無論LCD面板，還是OLED面板，在技術指標和使用體驗上都有各自的缺陷。市場期待更完善的產品填補空白。Micro LED是下一代顯示產品的主要升級方向，從顯示性能、應用場景、壽命、能耗等各個角度看，它都比LCD、OLED更加完美。目前，消費市場已經出現(xiàn)零星的Micro LED產品，售價十分昂貴，難以普及，這主要是因為Micro LED的生產工藝存在較大難度，生產出合格的Micro LED屏幕需要耗費巨資，成本居高不下。所以最近幾年內，Micro LED都不具備商業(yè)化的基礎。在這種情況下，Mini LED作為LCD向Micro LED升級的過渡產品，被更多人關注起來。

　　Mini LED又名“次毫米發(fā)光二極管”，最早由我國臺灣公司晶元光電提出，指由晶粒(芯片)尺寸在50微米至200微米的LED構成的顯示屏，介于Micro LED和小間距顯示之間。應用方向包括Mini LED直顯和Mini LED背光的顯示屏。由于Mini LED顯示屏在能耗、色域、對比度、HDR、柔性、壽命等方面都有較為出色的表現(xiàn)，工藝難度又沒有Micro LED那么大，制作成品相對容易，因此Mini LED有望成為LCD升級的主導產品，與OLED在消費市場一較高下。

　　Mini LED顯示屏產業(yè)鏈涉及LED芯片、封裝、顯示屏廠和終端應用品牌廠商。我國LED產業(yè)基礎較為扎實，芯片廠包括龍頭企業(yè)三安光電、華燦光電等，封裝環(huán)節(jié)有國星光電、鴻利智匯、木林森等，顯示屏廠和終端應用品牌廠商包括利亞德、洲明科技、TCL、康佳等。隨著Mini LED產品在市場上密集發(fā)布，越來越多的終端品牌廠商參與到Mini LED產業(yè)鏈，與上游LED芯片廠直接合作，這場由消費終端拉動的產業(yè)合作和技術升級正在賦予LED產業(yè)新的前景。

　　根據(jù)應用場景的不同，Mini LED可以用于直接顯示和背光兩大領域。Mini LED直顯成本較高，多用在100英寸以上的大尺寸產品，包括交通管理指揮中心、安防監(jiān)控中心、室內商顯等專業(yè)顯示市場。Mini LED背光產品成本相對直顯產品要低，主要用在電視、車載顯示器、平板電腦、筆記本電腦、臺式機等100英寸以下的產品。傳統(tǒng)LED直下式背光技術有很多缺陷，比如難以實現(xiàn)薄型化、對比度不高、亮度不高、能耗較大等，畫質顯示效果提升難度較大。Mini LED背光技術在上述方面都有較大提升，而且兼具壽命長、穩(wěn)定性好和擁有較為成熟的產業(yè)鏈等優(yōu)勢。

　　近3年，各大終端廠商加速導入搭載Mini LED背光液晶面板的消費電子產品，“Mini LED背光+液晶LCD”產品在高端液晶面板市場逐漸占據(jù)重要席位。小尺寸可穿戴設備、中尺寸電腦和大尺寸電視產品，將是Mini LED顯示器最先滲透的領域。例如，蘋果在2019年6月發(fā)布了采用Mini LED背光的顯示器Pro Display XDR，首次采用Mini LED 顯示背光產品，并在2021年4月推出配備Mini LED背光顯示的iPad Pro平板電腦。三星在今年初推出了量子點Mini LED背光的NEO QLED系列電視，尺寸覆蓋65英寸~85英寸。TCL是首家將Mini LED背光電視導入消費市場的電視廠商，2019年～2021年連續(xù)3年推出Mini LED背光電視新品。LG、康佳、小米、創(chuàng)維等廠商也相繼進入該市場。微星于2020年率先推出Mini LED背光的筆記本電腦。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅2020年第三季度以來，就有超過10款的Mini LED背光產品亮相。截至目前，Mini LED背光產品已覆蓋電視、顯示器、筆記本電腦和平板電腦消費市場。

　　雖然Mini LED市場規(guī)模不大，但增速驚人，成長很快，背光產品表現(xiàn)亮眼。隨著三星和中國品牌相繼推出Mini LED背光液晶電視，預計Mini LED技術在2021年將獲得較快速發(fā)展。研究機構DSCC發(fā)布最新報告稱，全球Mini LED背光出貨量將從2020年的50萬臺增加到2021年的890萬臺。TrendForce估計，2021年Mini LED 背光電視出貨量將達到260萬~300萬臺，占整體電視市場比重約1.2%~1.4%。未來三四年將是Mini LED背光產品爆發(fā)式增長期。Arizton的數(shù)據(jù)顯示，2021~2024年Mini LED市場規(guī)模有望從1.5億美元增至23.2億美元，其間每年同比增速皆高達140%以上。更有研究機構Grand View Research預測，2025年Mini LED市場規(guī)模將達59億美元。

　　Mini LED背光液晶面板更具優(yōu)勢

　　(一)產品機遇

　　當前，Mini LED背光液晶(LCD)面板是日益飽和的液晶面板市場的一劑強心劑，能在很大程度上延長傳統(tǒng)LED背光液晶面板的生命周期。它具備以下幾個優(yōu)勢：

　　(1)Mini LED背光產品比傳統(tǒng)LED背光產品性能更優(yōu)良。背光是液晶顯示技術的三大關鍵技術之一，先進的背光技術能推動液晶顯示效果持續(xù)提升。液晶顯示的基本原理是面板液晶層注入的液晶分子，在通電時排列變得有序，使背光源發(fā)出的光線容易通過;斷電時，液晶分子恢復無序排列狀態(tài)，阻止光線通過。彩色顯示則是背光透過液晶分子折射和彩色濾光片層時得以實現(xiàn)。因此，背光源的強度對液晶顯示的亮度、對比度和色彩表現(xiàn)力起到關鍵作用。

　　表1 不同顯示的技術指標差異

　　傳統(tǒng)LED背光液晶面板有兩種背光方式：一種是側入式背光，在液晶面板側面封裝傳統(tǒng)LED背光模組，通過導光板折射的光線穿過液晶面板層得以顯示。側入式背光的LED燈珠通常是幾十顆，光線不均勻，無法實現(xiàn)區(qū)域調光，其優(yōu)點是面板較薄。另一種是LED直下式背光，將LED背光板配置在液晶層下，LED燈珠可均勻分布在液晶層背面，背光板可進行區(qū)域分割，各區(qū)域單獨控制光線明暗，從而提高對比度，實現(xiàn)HDR(高動態(tài)范圍)顯示，獲得更好的顯示效果，其缺點是面板較厚，分區(qū)數(shù)量有限。Mini LED背光則是將傳統(tǒng)LED芯片縮小，背光源燈珠由原來的幾十顆、幾百顆變成數(shù)千顆、數(shù)萬顆，分區(qū)數(shù)量也能從幾十、幾百個增加到幾千、幾萬個，每個區(qū)域對應多個像素點，結合區(qū)域調光(Local Dimming)技術，對背光源進行更加精細化的亮暗控制。在不犧牲亮度的情況下，Mini LED背光LCD面板可以實現(xiàn)超過1000000：﹕1的對比度和更高的分辨率，在畫面顯示效果上可與OLED(有機發(fā)光二極管)面板直接競爭。

　　Mini LED背光產品還具有其他技術優(yōu)勢：一是輕薄，因為Mini LED芯片尺寸更小，可大幅縮小光學混光距離，甚至能縮小至0距離，使顯示屏整體厚度更接近OLED面板，達到輕薄效果，擴大應用范圍;二是高亮度與散熱均勻，其亮度可超過1000尼特，而傳統(tǒng)的LED燈珠只能做好其一;三是寬色域，色彩還原度好，如果Mini LED背光直接采用RGB三色LED燈珠，色彩鮮艷度將接近OLED，如果采用藍光LED+量子點膜，目前可實現(xiàn)廣色域(>110%NTSC)，覆蓋99%以上DCI-P3 標準的寬色域，媲美OLED;四是省電節(jié)能，分區(qū)調光實現(xiàn)對光線的精細化控制，還可帶來減少功耗的作用;五是可異形切割、曲面顯示，如果將驅動基板替換為軟性基板的話，可生成高曲面背光板，用于生產曲面屏;五是在顯示效果、能耗和OLED差距不大的條件下，Mini LED背光液晶面板的壽命遠高于OLED，也沒有殘影、燒屏等缺陷。

　　(2)Mini LED背光液晶面板生產難度較低，能重復利用一部分現(xiàn)有設備，具有更高的經濟性。與Micro LED相比，Mini LED不需要克服巨量轉移的技術門檻，工藝難度較低且生產良率較容易提高，有望實現(xiàn)低成本的量產。在產業(yè)鏈環(huán)節(jié)，LED芯片廠商、封裝廠商、面板廠商都涉足Mini LED生產，TFT驅動基板、液晶面板等生產設備可繼續(xù)用于Mini LED背光液晶面板生產，技術創(chuàng)新的環(huán)節(jié)主要在LED芯片和封裝，因此無論是相比未來的Micro LED或是相比傳統(tǒng)LCD面板，Mini LED背光產品的技術、資源和資本的整合難度都要小得多，遇到的產業(yè)阻力較小，是改良液晶面板產品的最優(yōu)選擇。

　　(3)Mini LED背光面板替代效應逐漸顯現(xiàn)。在中大尺寸面板市場，超高清顯示需求增強，傳統(tǒng)液晶面板已不能滿足消費者在5G普及環(huán)境下對超高清顯示的強烈需求。在供給端，過去幾年液晶面板產量多次供過于求，全球目前也已停止對液晶面板產線的投資，市場需要新的升級產品。OLED作為液晶面板的升級產品，在中小尺寸應用領域有較強優(yōu)勢，但在中大尺寸領域，例如電視、廣告屏、顯示器等，其由于壽命原因并不能算合格的升級產品。在小尺寸領域，OLED是智能手機屏升級主流，替換LCD屏趨勢明顯。OLED手機屏相比LCD屏有較大優(yōu)勢，而且手機更換周期一般在兩三年，OLED屏基本能滿足手機用戶的使用期限需求，加上OLED屏在產業(yè)內的投資規(guī)模大、量產經驗豐富、成本相對經濟，Mini LED背光的手機屏較難成為其對手。在大尺寸領域，面板主要需求在電視市場，韓國廠商LG主導的WOLED(白光OLED)電視正不斷蠶食高端LCD電視市場，三星和TCL推出Mini LED背光液晶電視與之抗衡，將后者作為WOLED電視的直接競爭產品。在三星等終端大廠的力推下，Mini LED背光面板將加速向傳統(tǒng)LED背光液晶面板市場滲透，逐步取代傳統(tǒng)LED背光液晶電視市場。

　　表2 Mini LED背光LCD與WOLED顯示效果對比

　　(以LG WOLED電視和TCL Mini LED背光電視為例)

　　資料來源：TCL科技

　　終端大廠力推Mini LED背光電視，更是看中該Mini LED背光在中高端電視市場有價格空間。Mini LED背光電視在畫質、飽和度、對比度均能達到4K、6K、8K的顯示效果，且產品壽命和性價比均顯著優(yōu)于WOLED顯示方案。Mini LED背光電視壽命和傳統(tǒng)LED背光電視一樣，長達幾萬小時。WOLED電視壽命在3萬小時。價格方面，高端市場65英寸傳統(tǒng)LED背光液晶電視售價在3000~6000元，WOLED電視售價在2萬元左右，液晶電視和OLED電視之間的價格差在1萬元以上。成本方面，在高端顯示領域，Mini LED背光模組成本是同尺寸OLED的60%~80%，例如高端Mini LED背光液晶面板，如果采用1.6萬顆Mini LED，并搭配2000個背光分區(qū)，其成本仍比同尺寸OLED面板低15%。據(jù)TrendForce(集邦咨詢)研究，中端大尺寸電視面板市場，Mini LED背光面板比傳統(tǒng)直下式LED背光面板的成本高出30%~50%;在高端大尺寸電視市場，其比OLED面板低15%。TrendForce認為，目前Mini LED背光顯示器總體生產成本仍高于傳統(tǒng)液晶和OLED屏，但預估其成本將以每年15%~20%的幅度下降，到2022年將有機會低于OLED顯示器。

　　仍需突破諸多瓶頸

　　處在起步階段的Mini LED背光產品需要經歷商業(yè)化的考驗，其關鍵是成本價格。Mini LED背光模組占Mini LED背光顯示器(面板)成本六成以上，另外LCD(液晶)成本占顯示器比重15%~20%，打件部分占比15%~20%，因此模組是Mini LED背光面板成本控制的關鍵。其中，Mini LED芯片的成本占比接近Mini LED背光模組的一半。隨著芯片數(shù)量增加，成本還會繼續(xù)上升。

　　TrendForce估計，以65英寸4K超高清電視為例，高端的側入式背光顯示器模組生產成本約在350 美元;帶有量子點增強膜的直下型LED背光顯示器模組成本約600美元，采用被動式驅動的Mini LED背光(LED使用顆數(shù)16000顆)的顯示器模組則約在650~690美元之間;OLED顯示器模組成本預計在800美元以上。在65英寸4K電視中，Mini LED背光所用燈珠(16000個LED芯片)成本約310美元，如果為了提高畫質在背光中使用4萬個LED芯片，該模組成本將上升到1200美元，超過OLED顯示器模組成本。數(shù)據(jù)表明，在大尺寸超高清高端電視市場，Mini LED背光電視的模組成本比當前的高端量子點液晶電視模組成本高出約100美元，比OLED面板模組低100美元。如果想提升畫質，媲美與OLED電視、或是更勝一籌，其成本將比OLED面板模組高出50%。

　　由此可見，降低Mini LED背光模組成本，包括LED芯片成本、打件成本，平衡Mini LED背光電視的性能和成本，是當前消費市場接受Mini LED背光電視的關鍵。相關產業(yè)環(huán)節(jié)還有很多技術需要升級和改善。

　　在上游芯片制造環(huán)節(jié)，需要通過半導體工藝將外延片制備為發(fā)光顆粒，經過測試、磨片、切割、分選和包裝。在中游封裝與打件環(huán)節(jié)，需要將外引線連接至芯片電極，形成Mini LED器件。整個生產過程中，Mini LED的關鍵技術包括Mini LED芯片生成技術、封裝技術，涉及核心組件材料為背光基板，核心設備主要為芯片生成設備MOCVD。

　　(一)芯片技術

　　LED芯片是一種固態(tài)的半導體器件，是LED的核心組件，主要功能是把電能轉化為光能。在Mini LED顯示器中，LED芯片的穩(wěn)定性、一致性和壽命等性能對顯示器有顯著影響，因此芯片的生產十分重要。Mini LED芯片生產是將普通尺寸的LED晶粒尺寸微縮到200微米以下，并將其轉移到驅動基板上。在作為Mini LED背光源使用時，一塊PCB板上聚集了幾千或上萬個LED芯片(以電視為例)，而用作Mini LED直顯時，同等尺寸PCB板上芯片數(shù)目則以十萬、百萬計，芯片尺寸更小、數(shù)量更多，對芯片生產和批量轉移工藝提出更高要求，技術難度加大。在Mini LED顯示器中，LED芯片的穩(wěn)定性、一致性和壽命等性能對顯示器有顯著影響，LED芯片重要性凸顯。因此，核心技術難點集中在LED芯片的一致性、穩(wěn)定性、可靠性和良率等。

　　(二)封裝技術

　　為了達成Mini LED器件的一致性、穩(wěn)定性和可靠性，封裝工藝要求也相應提高。比如，顯示器中，Mini LED背光板越薄越好，當PCB板厚度低于0.4毫米時，會由于所用材料之間的熱膨脹系數(shù)不同，較容易誘發(fā)LED芯片虛焊、封裝膠質開裂。傳統(tǒng)貼片機如果處理P1.0以下的Mini LED封裝器件，為達到高精度，貼片速度會下降到原來的30%~50%，大大降低效率。LED芯片或燈珠的光色差異或電路問題，也極易導致混光不一致，影響顯示效果。封裝工藝和Mini LED的良率、性能、成本關聯(lián)緊密，傳統(tǒng)的LED封裝工藝也在不斷改善和提升中。

　　(三)背光基板

　　Mini LED背光基板涉及LED芯片的轉移固定或焊接，可影響制程精度、模組的散熱性、穩(wěn)定性等性能。材料選擇目前有兩種主流路線：PCB基板和玻璃基板。PCB基板是目前工藝條件下的首選，而玻璃基板是未來的大趨勢。

　　PCB基板散熱性相對弱，在大尺寸顯示產品應用中容易翹曲變形，導致Mini LED芯片轉移難度高。但其技術發(fā)展更為成熟，供應鏈完整，良率逐年提升，LED封裝廠和屏廠對PCB基板的技術方案更加熟練。目前PCB基板應用在大中小各尺寸顯示器中。玻璃基板導熱率高、散熱性強，適用于密度較高的Mini LED焊接;平整度高，芯片轉移難度低。但玻璃基處于起步階段，前期需要高投入，技術方案在產業(yè)中的成熟度較低，而且玻璃基易碎，良率低。從目前看，玻璃基的優(yōu)點使其較適用于高像素密度的小尺寸Mini LED背光產品，比如VR/AR、可穿戴、手機等。但從長遠看，一旦玻璃基解決易碎、良率的問題，在成本和性能兩方面做出較好的平衡，它將成為PCB基板的有力替代方案。

　　國內龍頭封裝企業(yè)國星、晶臺、兆馳、東山精密在量產PCB基板的Mini LED產品的同時，也布局了玻璃基板的基石。國內龍頭面板廠京東方、TCL華星在玻璃基板技術方案上的布局更為積極。對面板廠而言，Mini LED背光產品將削弱其在顯示器產業(yè)鏈中的價值，將產業(yè)鏈價值向LED芯片廠、封裝廠轉移，而玻璃基板方案可大幅提高面板廠在產業(yè)鏈的話語權。因為面板廠擁有玻璃基板研發(fā)和量產的技術、生產經驗儲備，通過布局玻璃基，面板廠將有能力一站式交付Mini LED背光顯示模組。

　　(四)設備

　　在Mini LED制程中，設備是關鍵，測試分選、轉移、返修和沉積等設備的速度、精度及良率直接影響Mini LED的成本，是其能否量產的基礎。比如，在一系列制程中，分選機和固晶機如果取放的精度和速度不足，將導致成本過高。巨量轉移設備的速度和良率如果達不到，效率和成本都會打折扣。LED分光編帶設備用于Mini LED時，產能較低，速度也過慢。測試設備的精度要求更高，比如傳統(tǒng)3顆LED芯片測試要求偏差在3%以內，如果對應到Mini LED，芯片數(shù)量大幅上升，而測試偏差仍需要控制在3%以內。

　　MOCVD設備是LED芯片產業(yè)鏈中的核心設備，用于LED外延片的制備。外延片的波長均勻性、缺陷密度關系到Mini LED/Micro LED的良率。良率高，生產成本才能降下來。因此，MOCVD設備是關系到Mini LED/Micro LED量產良率的核心設備。

　　由于復雜的工藝技術門檻，MOCVD設備成為LED芯片制造環(huán)節(jié)最昂貴的設備，幾乎占據(jù)LED外延芯片成本的一半。生產型MOCVD設備的售價高達1000萬~2000萬元人民幣，根據(jù)不同機型，6片機售價約70萬美元，9片機售價約100萬美元，一條LED芯片產線投資約需要4000萬元人民幣。

　　美國的Veeco、德國AIXTRON、日本的NIPPON Sanso和Nissin Electric是起步較早的MOCVD設備供應商。但由于日本對MOCVD設備實行出口限制政策，因此，全球MOCVD市場基本被Veeco和AIXTRON壟斷。國內半導體設備公司中微、中晟光電等的MOCVD設備在國內市場有一定份額。近幾年，中微公司發(fā)展較快，2018年下半年已占據(jù)全球GaN(氮化鎵)基LED MOCVD設備新增市場的60%以上。

　　發(fā)展Mini LED產業(yè)，對我國LED制造業(yè)和新型顯示產業(yè)是一次良好機遇，有利于我國新型顯示行業(yè)在下一代顯示技術中占據(jù)先機。如果現(xiàn)在發(fā)力Mini/Micro LED顯示，基于現(xiàn)有的LED產業(yè)和面板產業(yè)基礎，我國有能力在下一代顯示面板領域形成自主可控的、與日韓相抗衡的實力，成為顯示強國。

　　發(fā)展Mini LED產業(yè)，是為Micro LED做好鋪墊。Micro LED被認為是顯示的最佳終極解決方案，而Mini LED和Micro LED一脈相承，前者的很多材料設備、量產工藝可繼續(xù)用于Micro LED，需要解決的是在精度上、準確度上做出突破性的改變，但良好的Mini LED產業(yè)基礎將是發(fā)展Micro LED的必要前奏。

　　因此亟須產業(yè)各方加大重視力度，投入更多人力物力和資金，加速其發(fā)展步伐。