MiniLED和MicroLED应用及LED行业发展分析

MiniLED和MicroLED应用及LED行业发展分析

LED显示日趋微型化,MiniLED产品应运而生.相比传统LCD屏幕,MiniLED背光产品效果显著提高,同时成本较低,MiniLED背光商业化在即,有望成为液晶高端显示器解决方案.MicroLED是目前已知的最优显示技术,高画质、低能耗特点使其在消费电子市场优势尽显.

一、MiniLED应用

LED显示日趋微型化,MiniLED产品应运而生.MicroLED巨量转移与坏点修补等关键技术尚未达到量产水平,仍然存在较大的技术瓶颈,因此间距尺寸介于小间距LED和MicroLED之间的MiniLED将有望成为最先得到应用的产品.相较MicroLED,MiniLED产品更快实现量产-MiniLEDMicroLED尺寸

100-200um

100um以下应用LCD背光、超小间距显示屏自发光显示屏、微投影使用数量（以电视为例）背光使用量上千颗百万颗量产时间2019年预计2019-2022年优势HDR、异形及曲面发光效率高、高亮、高对比度、可靠性好与LCD价格差异高约20%

量产初期达3倍以上驱动方式DriveICTFT、CMOS

MiniLED名为次毫米发光二极管,芯片尺寸大约是在100--300μmm之间.早期产品是在常规户内外的显示屏以及小间距显示屏幕应用的基于正装的LED芯片.目前主要指用于显示应用的芯片尺寸在80-300μm之间的倒装LED芯片.

目前LED背光的LCD在市场上仍然占据主导位置.虽然有OLED新技术的产生,但液晶电视由于其细腻的解析度以及成熟的生产技术和普众的价格,目前仍是主流.

LCD是被动型发光显示,面板本身不发光,需要背光源提供光源.LCD的对比度由LC层和背光调光设计共同决定.MINILED兼具LCD和OLED显示优势

传统的LED背光不能分出足够的可控区域,对比度比较低.如果采用MiniLED背光技术,就可以达到需要的控制精度要求.可以为LCD性能提升提供高动态范围和局部亮度调节,也可以解决LCD对比度和运动模糊的问题.

对比度更高：使用直下式的背光模组,LED的明暗位置即可追踪显示器达到高对比度的效果.以主流65英寸家用电视为例,LED尺寸从原本封装尺寸的3030缩小至0509mil(125x225μm)；LED使用数量由原本小于1,000颗增加至18,000-20,000颗,调光区域预计为1000-2000个分区,大大提高了比效果.

机身轻薄化：传统直下式LED背光源,为了节省LED用量降低成本,需要第二层透镜并预留较大的混光区(OpticalDistance),将增厚整机厚度.采用MiniLED背光方案,由于MiniLED晶片尺寸较小,排列的更紧密,并通过使用光学膜取代第二层透镜,将把混光区显.

亮度更高：LCD面板透过率只有3%-8%,光源利用率低,亮度比较难做上去,每个像素点对应一套遮光罩和TFT及电容CF膜,到达4K、8K之后,每个像素点对应的开口率成倍减小,因此高解析度的LCD显示亮度更难做上去.MiniLED使用的LED数量将大大增加,出光角度更大,混光均匀,亮度也更高.

液晶显示技术发展已历经三十余年,面板制造工艺日臻成熟,质量稳定,性价比高,已覆盖绝大多数民用市场.应用MiniLED背光模组,不但显示器在亮度、画质上有了显著提升,搭配薄型化方案,可以进军高端市场,与OLED产品分庭抗礼,而且成本上也有明显优势.27寸MiniLED背光显示屏定位高端

从成本结构角度来说,传统LCD显示屏中,背光源模组成本占比大约在17%-20%之间.用于MiniLED背光模组使用芯片更多,工艺更复杂,背光模组成本占比达到35%-45%,整机成本也相应水涨船高.相较传统LCD,MiniLED背光模组成本占比显著增加（美元）

MiniLED晶片相比传统LED晶片有更高的技术要求.MiniLED晶片倒装结构、低电流操作、高固晶强度、高固晶良率、大发光角度的特性对上游芯片制程技术提出了要求.

红光倒装技术难度高,量产良率有待验证.现阶段LED倒装芯片的良率问题主要还是聚焦在红光倒装芯片领域.红光倒装LED芯片的技术难度比蓝绿光的都要高,因为红光倒装芯片一般需要进行衬底转移以及固晶焊接,而芯片在转移以及固晶焊接的过程中,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几乎很难保证.MiniLED晶片技术要求更高项目特性倒装结构倒装结构无需使用金线制程电流操作驱动电流低固晶强度柔性背板或超薄背板将考验晶片焊接性固晶良率背光模组中MiniLED晶片使用量大幅增加，将考验制程良率发光角度背光模组薄型化需求的发展，要求混光区大幅变小，晶片发光角度增

大蝙蝠翼光型可以减少热点现象，光型改善MiniLED晶片的发光型式，可以拉开光学角度，使光模组发光更均匀

2018年,由于液晶电视面板价格下降,全球电视出货量出现复苏,增长了3.5%,达到2.23亿台.2019年第一季度9英寸以上液晶面板的出货量达到1.783亿部,同期下降1％.按面积计算,同期出货量增加6.7％至4910万平方米.超大尺寸电视面板市场增长的主要动力来自10.5代工厂投资的增加,这些工厂能够通过规模经济性来生产超大尺寸电视面板,并且降低生产成本以及供应价格,从而产生传导效应造成电视价格的下降.60"上大屏幕电视市占率逐渐升高

60"以上大屏幕电视出货量快速增长

车载显示对面板品质要求高、单价高,市场正在不断增长.2018年全球汽车显示市场为7万亿韩元（约合65亿美元）,预计到2024年将增至24万亿韩元.天马专业显示方案架构部经理杨圣洁指出,2016-2022年,车载TFT-LCD显示市场年复合增长率达9.6%,近4倍于整车终端市场增幅.2017年车载TFT-LCD显示市场达1.29亿片,2018年将达1.44亿片,到2022年有望达到2.04亿片.车载显示市场将迎飞速增长

车载显示主要由ICD和CSD构成

中国大陆面板厂商在车载显示市场的地位也在不断提升.中国大陆面板品牌从过去不到5%的市场份额上升到2019年第一季度的19%.中国大陆厂商总份额为21％,同比增长了近3个百分点.

车载显示整体朝着消费类电子产品显示的方向发展,但是也有其不同的要求.比如车厂对显示屏的信赖性、高寒、高温、稳定性要求更高,车载显示还需要符合车规的要求.

2018年中国PC显示器市场整体出货量为3200.5万台,同比下降6.9%.其中捆绑显示器出货量达到434.1万台,同比下降8.5%；独立显示器出货量达到377.7万台,同比下降5.5%.

二、MicroLED应用

MicroLED显示屏是巨量微型LED单元组成的RGB显示阵列,PPI可达1500PPI以上,是目前各类显示技术难以达到的超高像素密度.而且寿命比有机材料构成的OLED以及LCD都长,耗电低,拥有更宽的可视角度.

这样可解决目前显示器应用的两大问题：一是穿戴型装置、手机、平板等设备的80%以上的能耗在于显示器上,低能耗的显示器技术可提供更长的电池续航力；二是环境光较强致使显示器上的影像泛白、辨识度变差的问题,高亮度的显示技术可使其应用的范畴更加宽广.并且MicroLED的显示产品几乎可以适应各种显示尺寸.由于不需要背光源,MicroLED相较传统LCD和OLED产品更加轻薄.

高画质、低能耗,MicroLED在消费电子市场优势非常显著,这些领域为成长性高,为MicroLED的应用提供了巨大的潜在市场.

全球智能手机渗透率由2013年的39%上升至2017年的48.7%,中国市场渗透率为64.5%.未来5G和折叠手机的覆盖率将逐步提升,到2023年,5G智能手机出货量将占全球智能手机出货量的大约四分之一.超智能手机市场年出货超15亿部,体量巨大

VR/AR领域潜力巨大,景气度持续看好.近年来国内外对VR/AR的投资异常火热,2016年全球VR/AR领域共获得23.2亿美元投资,增长率高达236.2%,但经历了一段资本的狂热后,从2016年下半年开始,全球范围内投资逐渐趋于冷静和理性,2017年增长率下降至32.8%,实现30.8亿美元的投资规模.但整体上资本依旧看好这一产业,而且关注的领域也更为多元化,资本对于产业的信心犹在.而2018年全球增长率为22.5%,投资规模为37.7亿美元,市场成熟度提升.VR/AR出货量阶段性下行

MicroLED研发机构较为分散

最大的区别体现在晶片结构上,由于MicroLED晶片尺寸过小,正装芯片必须的打线技术已经无法适用,必须使用倒装或垂直结构.倒装结构中,为使晶片从另一侧发光,需将原有蓝宝石衬底剥离.此外,晶片的侧翼绝缘层、弱化结构和生产晶片的无尘室等级也有显著区别.

一般大小的LED晶片（约250*250μm）在生产时,侧壁总会出现1-2μm的缺陷,这是在合理的公差范围之内,LED晶体管仍有97%的可用面积.可一旦生产精度达到MicroLED晶片大小,就算是1μm-2μm的缺陷也足以导致破坏性的影响,导致MicroLED的可用面积变得极其微小,只有4%左右——为了保证良率,对MicroLED晶体管的设计、生产工艺又提出了更高的要求.MicroLED芯片制造工艺难度较高-传统LEDMicroLED晶片结构正装/倒装倒装/垂直衬底

蓝宝石

蓝宝石剥离晶片侧边绝缘层无无晶片弱化结构无无无尘室等级>10000

<100

若尺寸微缩到10um以下,倒装结构会因为正负电极都在同一侧,导致尺寸无法继续缩小,因而需要进化至正负电极分布于上下两端的垂直式晶片架构方式才能满足需求.

由于转移的像素颗粒数量极多（500PPI的5英寸手机屏幕需要800万个像素颗粒）、尺寸极小（要求微米级安装精度）,这种薄膜转移技术又被称之为批量转移,或者巨量转移.将数以万计的LED芯片转移至TFT基板上,既要考虑良率又要注重效率,目前巨量转移的方式繁多,主要可分为三大种类：芯片连接（Chipbonding）、外延连接（Waferbonding）和薄膜连接（Thinfilmtransfer）.

三、LED需求

因兼具媲美OLED的显示效果、大规模量产成本更低以及应用端适应性强等优良特性,MiniLED被认为是MicroLED时代到来前小间距领域有唯一能够撼动现有OLED产业格局的关键技术.待MiniLED技术发展成熟后,2019到2020年该市场将正式进入飞速发展阶段,尤其是2019年随着各一线大厂产能的大规模释放,MiniLED在全球各大主要应用市场的渗透率将会陡升,实现从P0.5到P2.0产品的全线覆盖,预计2022年整个市场的产值将会达到16.99亿美元.

由于兼顾成本与性能优势,使用MiniLED背光模组的LCD液晶屏有望快速占据中高端市场,预计未来MiniLED芯片需求将达到1200万片每年,约合两寸片5000万片,是现有全球LED芯片产能的28%.

目MicroLED显示以RGB芯片作为主流全彩化方案,意味着单个像素对应着3颗MicroLED芯片.目前主流TV产品分辨率均达到4K以上,若将MicroLED技术应用在TV面板上,单个产品生产过程中就将消耗2500万颗芯片（约合5片4寸外延片）.若TV市场渗透率达到1%,外延片需求便会增加1100万片（四寸片）.

相比传统LCD屏幕,应用MiniLED背光模组的