MiniLED背光应用现状及技术难点

如果我们想了解miniLED背光的技术优势和应用挑战，在大尺寸的TV上面更能完美体现，所以我们今天的应用分析就基于TV领域进行展开。

本文引自期刊论文，回顾近年来Mini-LED背光技术在显示产业的应用状况，提出Mini-LED背光技术发展中存在的问题和挑战。

Mini-LED背光技术在显示产业的应用状况

目前已展出或投入市场的多款产品：

基于Mini-LED背光产品的发展路线

各品牌厂商发布的Mini-LED背光的电子产品的具体参数如表1所示。

表1各品牌厂商发布的Mini-LED背光的电子产品参数

Mini-LED背光技术与目前行业上流行的其它显示技术相比最大的优势，就在于其在材料上没有科学性难题，最容易也最快被量产并投入到市场中。

年5月的美国显示技术学会（Scocietyofinformationdisplay，SID）展上，京东方、友达、群创和华硕等公司，分别展出了15.24~68.58cm（6~27in）的基于Mini-LED背光技术的产品样机。

年9月的柏林国际电子消费品展览会（InternationaleFunkausstellungBerlin，IFA）展上，TCL电子在行业内最早展示了基于Mini-LED背光技术的.25cm（65in）TV样机。

年3月，TCL电子有限公司发布了使用Mini-LED背光技术的高端电视75X10，这是全球第一款将Mini-LED背光技术应用于消费市场的产品。

年，TCL电子在北美发布了低成本的Mini-LED背光电视R63系列，在维持高亮度、高对比度性能的同时，将LED的使用数量降低到颗，以此来降低成本。

此外，据媒体报告，韩国三星将于年首次推出自己的Mini-LED背光电视，预计出货量将超过万台，市场需求将会很高。

三星以Mini-LED背光+QLED的产品挑战OLED电视。

这一新产品将加入包括QLED智能电视和Micro-LED电视在内的三星高端产品系列中，三星宣称Mini-LED电视将提供比目前市面上的QLED智能电视更好的体验。

三星在年的Mini-LED背光电视系列将包括.7，.25，.75，.15cm（55，65，75，85in）的显示器尺寸具备4K分辨率，以及多个Mini-LED局部调光区，可将现有显示器对比度由∶1拉升至00∶1。

采用直径为~μm的超小型LED芯片作为背光源，每台电视使用~00个LED芯片。

以OLED为其代表技术的LG公司近日有消息称，将在CES上展出最新使用Mini-LED背光技术的QNED电视（Q代表量子点技术，N代表NanoCell系列名）。

LGQNED电视的最大特征是采用了Mini-LED背光技术，并拥有多达个控光分区。在面板层面，LGQNED电视将提供8K分辨率和Hz刷新率的超高指标。

此外，美国的苹果公司，也在昨日发布其采用Mini-LED背光技术的33.22cm（12.9in）的Ipad产品。

综上所述，Mini-LED背光技术已经在消费产品中得到了实际的应用，也取得了较好的市场反响。

甚至有人说年是Mini-LED背光显示技术的元年，在年世界主流消费电子厂商将纷纷入局Mini-LED显示技术，切入点都是Mini-LED背光。

那么，Mini-LED背光在TV产品应用中到底有哪些不可替代的优势呢？

目前在TV显示技术领域，大的格局是LCD技术与OLED显示技术的竞争。

相比传统LCD，OLED技术对LCD技术主导的TV产业带来了巨大的挑战。

凭借其主动发光的特性，省却了LCD必需的背光源，首先在形态上带来的轻与薄是显而易见的，市场上厚度5mm以下的OLEDTV比比皆是。

其次在画质方面也带来了明显的提升，尤其是在对比度和可视角度两项指标上。

因为主动发光，所以不存在LCDTV的漏光问题，理论上不存在黑场漏光，即理论上讲对比度可以趋于无穷大。

而LCDTV显示技术的发展趋势就是通过对背光和屏两项技术进行不断升级改进，从而不断提升LCD技术的显示指标，使LCDTV产品无论在形态和性能上都能接近或者超过OLEDTV。

在这种大环境下，Mini-LED背光技术应运而生。

Mini-LED背光的技术优势

如图所示，首先，Mini-LED背光技术可以在理论上实现高密度的分区，在技术上可以大大提高LCD显示的动态对比度。

其次，Mini-LED背光使用超多的芯片数量，每个芯片的驱动电流只有5~10mA，而实际这些芯片的额定驱动电流通常都在50~mA左右，所以我们的使用电流远远低于其额定电流，而且由于Mini-LED背光方案中，LED芯片会均匀的分布在整个显示区域，散热面积大，热量分布均匀，这些特性都有助于实现Mini-LED背光TV产品的高亮度。

高亮度和高对比度再加上普遍应用于TV产品的量子点高色域技术，就可以在高动态范围图像（High-DynamicRange，HDR）层面超过OLED，增加LCDTV产品在终端的竞争力。

综上，Mini-LED背光技术已经在TV产品中得到了实际的应用，也取得了较好的市场反响，甚至有人说年是Mini-LED背光显示技术的元年，在年世界主流消费电子厂商将纷纷入局Mini-LED显示技术，切入点都是Mini-LED背光。

在外观形态上，由于Mini-LED背光方案通常混光距离（Opticaldistance，OD）较小，一般小于5mm，这样在整机厚度上大大低于传统的LCD直下式背光产品，在外观形态上接近OLED，弥补LCDTV的短板，在高端机层面可以与OLEDTV一较高下。

总之，综合显示性能和外观形态这两个关键参数，Mini-LED背光技术可以助力传统LCD技术在成本提升有限的情况下，最大限度的提升产品竞争力，有在TV显示领域，助力LCD显示技术战胜OLED。

这是Mini-LED背光技术对于LCD最为重要的贡献和价值。

技术层面Mini-LED背光的难点

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。

在此，下面将从技术层面出发，分别阐述Mini-LED背光在芯片、巨量转移、缺陷管理、驱动技术、背板技术以及混色6个方面所面临的技术问题与挑战。

Mini-LED背光面临的技术难点汇总

(1）芯片技术的难点

首先是芯片的良率问题：

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。

其次是波长一致性的问题：

Mini-LED所用芯片通常采用化学气相沉积的方式来生产，化学气相沉积法存在膜厚均一性的问题，这个问题反馈到芯片性能上就是发光波长一致性的问题。

一般的LED产业采用多次分选技术来解决这一问题，通常一个规格（Bin）的精度为2.5nm，而Mini-LED背光技术所用的芯片，由于数量巨大，且涉及到亮度和色度一致性的问题，需要规格的精度达到1~1.5nm才能满足应用的要求。

这样就同时对晶圆的品质（优化晶圆生长过程，提高芯片的波长一致性）和后续的分选精度提出了更高的要求。

此外，随着芯片尺寸的大幅减小，在小电流驱动下，芯片自身外量子效率也会随之下降。

Mini-LED背光芯片在小电流下工作时，光电转换效率会大幅下降，相比绿光和红光芯片而言，蓝光芯片的光电转换效率下降幅度较小，能够满足实际产品的应用要求。

这也是为什么目前基于Mini-LED背光的产品基本都采用蓝光LED芯片配合光转换材料实现白光发射，其中光转换材料的选择又以量子点材料为最佳，量子点材料的引入可以提升Mini-LED背光产品的色域。

（2）转移技术的难点

Mini-LED背光技术的芯片转移难度，虽然无法与Micro-LED和Mini-LED显示技术所需的巨量转移相提并论。

但在实际应用中仍然面临着转移效率和良率的问题，转移效率和良率直接影响了Mini-LED背光产品的成本，例如目前.75cm（75in）Mini-LED背光灯板加驱动的报价普遍在传统灯板加驱动报价的10倍以上。

两种背光之间的巨大价格差直接阻碍了Mini-LED背光技术在终端显示市场中的应用和推广。

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。

通常情况下，首先保证转移的精度，在此基础上再尽可能地提高转移速度。

使用板上芯片封装（COB）转移方式的Mini-LED背光，要求转移精度在10~20μm之间，目前行业内较好的固晶机，可以在保证此精度的前提下将转移速度提升至50K。

当然，也有使用激光转移技术的公司宣称转移速度可以达到K。

但无论如何，目前Mini-LED芯片转移技术的效率和速度离终端应用的需求仍有一定差距。

（3）缺陷管理的难点

此处缺陷的概念不仅是指在转移过程中的不良，也包括了芯片的微缺陷不良、基板和焊盘的不良、刷锡膏的不良等。

由于Mini-LED背光灯板使用相关部品的一致性和良率要求都比传统的背光灯板高得多，为了尽可能地提高转移制程的直通率和效率，需要配备专业的设备对相关部品进行自动的缺陷检测与筛查。

芯片转移过程中的缺陷检测与筛查也必不可少；

例如在回流焊之前对焊盘位置和锡膏厚度的检测，在回流焊之后对于转移缺陷和死灯的检测，以及检测之后的自动维修。

这些检测步骤和环节作为转移制程中良率的补充工艺，对Mini-LED背光灯板技术至关重要。

（4）驱动技术的难点

Mini-LED背光技术的驱动电流较小（10mA），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。

由于目前Mini-LED背光中使用的芯片数量较多，整机功率增加，因此通常采用共阴式驱动IC，以此来降低Mini-LED的功耗和温度。

为了降低驱动成本，Mini-LED背光使用的驱动IC通道数越来越多，需要提高多通道电流的稳定性和精度来满足应用的需求。

如果考虑到为红绿蓝Mini-LED背光的需求，红绿蓝三基色芯片的驱动电流和电压均不同，且涉及到亮度和颜色一致性问题，届时将会对Mini-LED的驱动技术提出更高的挑战。

(5)背板技术难点

按照背板的材质可以分为玻璃基板和印刷电路板（PCB）。

这两种基板各有优劣势，目前基本以印刷电路板为主，未来玻璃基板可能会成为主流。

印刷电路板由玻璃纤维、金属层和各种图层复合在一起组成，具有很高的韧性，不易因碰撞造成损伤。

印刷电路板制程成熟，可以根据不同需求搭配印刷电路板层叠厚度与线路，在开发阶段具有很高的灵活性和开发效率。

印刷电路板的尺寸可以随意变化，不受限制，驱动IC可放置在印刷电路板后面，减少无效区，提升拼接的兼容性。

但是印刷电路板存在成本高、尺寸稳定性差、基板本身的平整性差、受热或过回流焊后容易板材翘曲、驱动成本高等问题。

玻璃基板与印刷电路板相反，首先在做多层线路的时候，玻璃基板使用TFT的光罩工艺来制作线路，虽然初期开发时一次性投入大，但是玻璃基板成本低，以四层板为例，其价格预计仅为印刷电路板的1/3。

而且玻璃基板的平整度高（99.%），适合大面积高精度的Mini-LED背光芯片的转移。

由于使用光罩工艺，玻璃基板的线路和焊盘的精度极高，与印刷电路板不在一个数量级上。

如果用薄膜晶体管（TFT）的主控制板驱动，驱动成本将大大降低。

尽管玻璃基板有以上这些优势，但仍有几个问题亟需解决。

首先是电流线损（IRDrop）问题，由于TFT基板的线路电迁移率低，电流的线阻较大，造成电流输入端与输出端的电流分布不均，从而造成亮度差异较大。

其次，TFT-LCD一般使用电压驱动，而Mini-LED背光技术使用的是电流驱动，电压驱动模式下较小的电压波动对于TFT-LCD的显示性能影响不大，但当电压波动转换成电流波动时，对亮度的影响较大。

除此之外，还存在温升、可靠性等一系列问题。

(6)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。

在传统产业中，波长一致性的问题通常通过混规格的方法来解决，但一般混规格都是在完成封装后再进行，将已经分好规格的LED按照不同算法选择混合。

而Mini-LED背光通常使用板上芯片封装的方案，芯片按照同一规格排布在蓝膜上，如果在转移过程中进行混规格就会降低转移的速度，同时大大增加转移的难度。

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。

随着TCL、小米、康佳等各家电视品牌厂商纷纷导入MiniLED背光电视，技术及成本持续优化。

据行家说产业研究中心/SNOWIntelligence《微缩化LED时代，技术与市场评估研究报告》预估，年MiniLED显示应用将超过万台。

从面积角度看，电视会是未来MiniLED背光的主要贡献者，至年为止累计占比将至七成以上。

本篇内容包含如下几个部分：

MiniLED背光主流的技术路线

MiniLED背光产品主要应用市场

MiniLED背光主流的技术路线

①MiniSMD方案（简称“满天星”）

目前市场上主流的器件有Chip、CSP、TOP等封装形式。

选择满天星的方案，有几方面的考量，LED器件的方案更为成熟、可靠性更高，成本也相对可控，且容易维护；

同时，能够降低PCB板的精度要求，从而降低PCB板的成本，在大尺寸、大OD值上面具备一定的成本优势。

MiniLEDChip

可用于PCB基与玻璃基板的背光模组，采用倒装芯片，结合大角度五面出光技术，可以保证在大Pitch下实现小OD甚至OD0，达到减少灯珠的使用数量，优化成本方案。

②COB/COG集成方案

从产品趋势而言，集成方案一定会成为主流。

而COB和COG的主要差异在于基板的差异，玻璃基板精度高，主要驱动上有优势，同时解决液晶面板产能富余的最好出海口，但考虑到产品的多样性、差异化等因素，PCB基板更有优势。

MiniLEDCOB（COG）

全自动的产线可以根据客户的不同需求提供灯驱合一和灯驱分离方案，通过精细控制和管控保证解决拼缝、颜色一致性和可靠性等封装量产问题，同时对不同设计从OD0到OD20方案，能够实现-00分区的精细化控光，带给使用者极致的观看效果。

目前MiniCOB背光产线已经实现自动化，产品工艺成熟稳定，产线全自动，生产效率高，品质有保障，规模化强。

采用领先的无接触式印刷技术，让COG实现了产业化的可能，同时搭配芯片的精准贴装技术，良率得到了极大的提升。

应用层面Mini-LED背光的难点

除了上篇文章的Mini-LED背光面临的技术层面的问题外，在应用层面也面临着多方面的挑战，下面将从技术必需性、价格、分区合理性、节能、环境光影响、光晕效应（HaloEffect）6个方面进行阐述。

Mini-LED背光技术应用挑战

（1）技术必需性

如前面在Mini-LED背光的定义中所述，在应用端比较突出的问题就是50~μm芯片存在的必要性。

这个尺寸范围内的芯片对应的Mini-LED背光对TV产品性能的提升幅度，使用满天星的背光方案或多分区的背光方案也可以达到。

在这里并不是否定Mini-LED背光技术的存在价值，而是需要整个行业根据其特性能够进一步开发出新的功能。

从给消费者赋能的角度促进Mini-LED背光技术的发展。

（2）价格挑战

据专业机构估算，苹果公司在年3月发布IpadPro产品，该产品搭载了Mini-LED背光技术，尺寸为33.22cm（12.9in），预计使用颗Mini-LED芯片，预计其Mini-LED背光光源部分的成本将比传统的同尺寸LCD显示屏高%，比同尺寸OLED的显示屏高32%。

使用Mini-LED背光技术的65寸电视，在背光源部分的成本为传统侧入式机型的%，是传统直下式的2倍。

高成本来自于芯片成本，转移、检测、修复的工艺成本，多层电路基板的成本，多分区驱动造成的驱动成本。

相比于产品本身采用了何种显示技术，消费者更加关心的是显示终端的性价比，所以如何在未来几年内大幅度降低Mini-LED背光技术的应用成本是该技术的一个重要发展方向。

（3）光晕效应的影响

光晕效应即为光晕之意。

在使用分区控制技术中，单位分区的光扩散的区域既为光晕区。

传统认为光晕的区域越小越好，但实际上如果真的将Mini-LED背光中的光晕做到极小，在实现区域调光技术中会出现类似于马赛克的效果，显示效果反而会下降。

反之，如果光晕区域太大，也会大大影响Mini-LED背光实现高对比度的效果。

所以如何能够量化的定义光晕效应，并且能根据实际需要选取终端需要的光晕值，是Mini-LED背光技术走向应用所面临的一个重要课题。

此外，随着Mini-LED背光中的混光距离变化，产生的光晕效果不同，所需要的调制算法也就不同。

所以光晕效应与混光距离以及分区数量都有密切的关系。

如何配合液晶屏的类型和算法，定义并设计出合理的光晕值，对于发挥Mini-LED背光在终端应用中的最大价值尤为重要。

（4）分区的合理性

分区数量是衡量Mini-LED背光技术的重要指标，同时分区数量也是决定性能、方案以及成本的关键参数。

其关系可以用下图表示。

分区数量与性能、解决方案之间的衡量参数

从理论上讲，Mini-LED背光的分区数越多越好，如果能做到像素级分区，那么就可以追平甚至超越OLED的显示效果。

但随着分区数量的上升，其驱动成本，LED的使用数量，背板线路的复杂程度都会造成成本的直线上升。

此外，显示技术最终还是靠人眼来评价和感知，理论参数值的提高不意味着人眼感知也能够提高。

通过设计并进行主观实验，确定人类对光晕效应的视觉感知极限。

峰值信噪比（PSNR）是一种用于量化显示图像和目标图像之间差异的评估指标，这个值在实际应用中应大于47.4dB。

基于此，可以提出对分区数量的要求：

对于高对比度0∶1的LCD面板，超过个分区即可；

对于对比度0∶1的LCD面板，需要超过0个调光区域。

所以如何在性能与成本之间选择一个平衡点，在保证人眼感知性能的前提下，尽量减少分区的数量是显示终端在应用Mini-LED背光技术时的一个重要课题。

（5）环境光的影响

近几年关于环境光对对比度、色域影响的研究很多，环境光的问题之所以能够吸引众多的研究人员深入其中，就在于终端工作的场景是伴随有环境光的。

而技术人员在测试显示终端性能的时候，通常是在暗室条件下测量，这样测量的显示指标并不能等同于消费者在实际使用过程中的感知。

正是由于环境光对于显示效果，尤其是对比度有较大的影响，还诞生出了环境光对比度的定义和计算方法。

此处无意深入讨论环境光对比度的概念，但在实际工作中发现，LCD与OLEDTV比较，当屏幕反光亮度大于或接近LCD背光的漏光亮度时，二者的显示效果就相接近了。

如果LCD的上偏光片使用了抗镜面（Antiglass，AG）和减反射（Antireflection，AR）处理工艺时，即使没有多分区的区域调光技术，LCD的显示效果，尤其是对比度的效果，都会得到显著的提升。

简而言之，在环境光的影响下，Mini-LED背光技术所提供的高亮度、高色域的性能也许比多分区更有价值。

那么如何衡量环境光影响下Mini-LED背光技术在TV终端的应用也将是直接影响到终端消费者体验的重要因素。

（6）节能

理论上Mini-LED背光技术的驱动电流小，又有分区控制技术的加持，因此Mini-LED背光技术的能耗被认为将远低于传统的LCDTV。

以.75cm（75in）TV为例，一般传统的LCDTV背光功率在W左右，但使用Mini-LED背光一般功率会超过W，高出的W主要有几个来源：

低电流驱动芯片时，芯片的光电转换效率低，当驱动芯片数量增多后，驱动芯片的耗电量将会增加，此外驱动板使用低电压、大电流供电，会造成线损增加，电源效率低。

为了解决这些问题，芯片厂家积极开发电流驱动下高效率的Mini-LED专用芯片。

此外，使用多PN节复合（MJT）技术，将多个PN结复合，将芯片的驱动电压从原来3V提高到12V或24V，以此来减少线损，提高电源的使用效率。

在驱动IC方面，使用共阴极，动态节能，黑屏节能以及低转折节能等技术来降低驱动IC的能耗。

从以上解决方案来看，未来一两年内，Mini-LED背光技术的功耗问题有望取得较大的进展。

MiniLED背光产品主要应用市场

MiniLED自诞生以来便广受

转载请注明：http://www.abuoumao.com/hytd/5713.html