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MiniLED大规模量产?先解决“红光倒装”与“大角度出光”两大症

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发表于 2018-12-25 19:05:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
作为LED背光技术的改良版本,MiniLED由于具备可大幅提升现有液晶画面效果及成本可控性高等特性,尽管出现时间相对较晚但却迅速被推广开来,成为2018年全球各显示技术大厂争相布局的领域。据业界估算,采用MiniLED背光设计的液晶电视面板,价格约只有OLED电视面板的6到8成,亮度与画质也能达到与OLED相近的效果,同时MiniLED背光模组的成本仅为OLED的60%左右,在应用上会更具优势。不过,由于MiniLED已踏入小间距微尺寸显示范畴,像素点间距的急剧微缩也大幅提升了芯片端的设计难度,这也直接导致了MiniLED芯片良率低下的问题,成为当前业界提升MiniLED产能的最大阻碍。

  MiniLED芯片良率低 尺寸“微缩化”是根本症结

  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唯一能够撼动现有OLED产业格局的关键技术。业界普遍认为,待今年MiniLED技术发展成熟后,2019到2020年该市场将正式进入高速发展阶段,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。

  但与OLED等大尺寸显示技术不同,作为小间距显示领域的代表,MiniLED一般采用的是数十微米级的LED晶体来实现约0.5到1.2毫米像素颗粒的显示屏。目前,业内对Miniled显示屏中像素点的间距要求一般在1mm以下,也正因此MiniLED芯片的尺寸被普遍要求在200微米以下,这种小尺寸的特性也使得应用端在相同型号的显示屏面积上需要搭载更多的MiniLED芯片。以一块5英寸的全高清智能手机面板为例,采用传统的LED背光方案大约需要20到25颗LED芯片,若转换为背光MiniLED,用量则将达到4000到9000颗左右。这也意味着一旦MiniLED能够在明年成功起量,市场对MiniLED芯片的需求将呈现暴涨态势。

  不过,目前客户端对MiniLED的反响并不如供应商预期的那般热烈。有业内人士对记者透露:“从整个应用端的情况来看,当前MiniLED无论是应用到手机、车载抑或是大屏显示领域,成本上相比OLED来说优势并不大,很多客户目前仅处于观望状态。就拿手机显示屏来讲,一块5.5英寸的全高清手机面板用LED背光只需要30颗,但如果使用背光MiniLED的话可能就需要大约9000甚至10000颗,显示模组的总成本估计在35到40美元左右,这个成本比硬屏的OLED价格还要高出一倍之多。”

  应用成本的居高不下,归根究底还是当前整个业界MiniLED芯片量产良率普遍偏低,有效产能难以扩充所致。国星光电白光器件事业部副总经理谢志国博士告诉记者:“MiniLED芯片的小型化很难做,因为一个MiniLED背光模组几乎会涉及几千颗甚至几万颗的器件,如果其中有一颗坏点出现,在应用的过程中就会导致死灯的情况,从而令整个产品都失效。也正因此,目前业界对MiniLED芯片的要求非常高,但MiniLED芯片在实际制备的过程中,由于线宽的精度以及芯片的小型化等制造难点颇多,芯片的良率目前也非常低。因此,我们一般都会要求在制程中就要对芯片线宽做到非常精准的控制,并开发高亮度低功耗的倒装芯片以及大深宽隔离槽的结构,以及通过提高芯片的切割技术来提高质量,保证MiniLED芯片量产的良率。”

  华立森光电股份有限公司技术总监童晓楠也表示:“由于尺寸的急剧微缩,MiniLED芯片需要重新考虑诸如出光控制、芯片倒装结构、焊接参数的适应性等多个层面上的设计,这些不同特性的优劣也将直接影响后续各道工艺中的良品率。特别是在这种高密度的应用场景下,芯片倒装结构以及出光角度的设计直接决定芯片的核心性能表现,也是现阶段行业在设计MiniLED芯片时遇到的最大挑战,如果芯片单元的倒装结构没做好,实际应用中就会经常出现坏点的情况,从而导致整个背光模组出现品质问题,而且MiniLED晶粒由于太小,返修的成本也非常高;再有就是如果芯片的出光性做的比较差、出光角度不够高,就会使得MiniLED本身所具备的光学特性难以有效发挥,实际应用价值也会大打折扣,可能最终的显示效果还不如一块高清的液晶屏幕。总体来讲,从芯片设计端来看,相比OLED或传统液晶这类大尺寸显示技术,MiniLED芯片的设计难度提高了好几个数量级。”

  红光倒装技术难度高 量产良率有待验证

  诚如上述,对MiniLED这类小间距显示芯片来说,倒装结构的设计是业界通往高良率之路上的首道关卡。与普遍应用于LED芯片领域最主流的正装技术不同,倒装技术由于无需在电极上打金线,能够节约很多成本,因此非常适合MiniLED这类超小空间密布的应用需求。

  除此之外,采用倒装结构来设计MiniLED芯片也有很多其他优势,童晓楠表示:“倒装芯片饱和电流高,电流增加以后相对亮度上可以持续到2安培才饱和,但是一般的正装芯片在1安培时就饱和了,在亮度、电流增加的时候VF越低越好,而倒装芯片的VF是最低的。综合亮度跟VF,它的亮度饱和度高,VF又比较低,因此倒装芯片的Droop现象也是最少的。而且,在相同1000lm输出的情况下,倒装芯片的成本只有正装芯片的一半,特别是在高电流下,可以很好地展现出它的优势。”

  也正因此,业界在MiniLED芯片的设计上一律采用了倒装芯片的结构。其中,蓝绿光倒装LED芯片因技术较为成熟,良率也比较高,如今已不再是MiniLED芯片提升良率及可靠性的瓶颈。因此,现阶段MiniLED倒装芯片的良率问题主要还是聚焦在红光倒装芯片领域。童晓楠告诉记者:“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。”

  典型的比如固晶焊接问题,目前很多工厂一般都是采用锡膏来代替黄金作为材料的焊接方式,虽同样是使用回流焊工艺,但却容易造成锡膏溢到芯片侧面产生漏电,良率普遍不高。谢志国表示:“目前,无论是点锡膏或刷锡膏也好,都无法精确控制锡膏用量,这很容易导致芯片焊接出现漂移或偏位、孔洞率大以及失效等问题。对此,我们主要是通过引进高精度的锡膏印刷机、高精度高速芯片排列机进行芯片以及基板的双重矫正,来专门解决这个偏位的问题;另外,我们也开发了锡电极芯片以及固晶用助焊剂来解决高精度的焊接问题,从而保证倒装芯片在固晶过程中的良率,并提高芯片的可靠性。”

  对于红光倒装芯片广泛存在的衬底转移痛点,童晓楠告诉记者:“解决该问题现阶段主要有两种技术路线,一种是通过采用DBR与ITO组合做反光导电层,而另一种则是采用金属反光技术,比如Ag银。而通过总结过去几年在倒装技术领域积累的经验,我们发现相比目前很多友商采用的以银等金属作反光层的方案,采用以DBR与ITO组合作为反光导电层的方案能够更好的解决衬底转移等芯片倒装过程中的低良率问题。经过多次的产品试制,我们估算”DBR+ITO“反光技术方案能够使MiniLED芯片的成品良率大约提升28.4%左右,而且能够做到更好的出光性及可靠性,同时芯片在工作电压下稳定性也会更高。”

  不过,有受访者也对此表示质疑:“就MiniLED红光倒装芯片的良率提升问题业界已经争论了很久,由于各家采取的倒装芯片设计方案略有不同,各方案对芯片良率提升的实际效果厂商们也是各执一词。因为目前我们并没有看到任何一家厂商在MiniLED产品上真正实现量产交货,基本大家都只是停留在产品预热阶段,各方案对倒装芯片良率提升的实际效果也并没有真正得到量产验证,孰好孰坏暂时还不能够妄下定论。”

  出光角决定芯片核心性能 大角度方案仍存挑战

  除了MiniLED芯片的倒装方案设计外,出光角度控制方案的设计也是横亘在良率提升之路上的另一座“大山”。据编者了解,出光角的大小将直接决定芯片的多项光学性能表现,比如RGB品质、光学效率以及高亮高饱和等特性。为了能够获得具备大角度出光能力、混光度均匀的MiniLED芯片,各厂商也都使出了浑身解数,通过一系列优化芯片厚度、衬底甚至电极结构的方案,以求能更进一步增大MiniLED芯片出光角度。

  只有具备很好的出光性,才能达到应用端规定的良品标准,否则在实际应用中很容易出现出光不均匀以及显示效果差的情况,谢志国告诉记者:“目前,业界对MiniLED芯片的要求是在比较小的OD距离下能够获得一个更大的均匀光。在芯片层面,现在常规出光角度一般在120度左右,由于混光距离高,因此对芯片数量的需求比较多。但目前,各家厂商也都在研究如何设计芯片的出光角度,从而突出器件的关键性能并提升良率。”

  针对这一块,国星光电在MiniLED芯片上也做了一些针对性的光学结构设计优化,谢志国告诉记者:“比如我们在芯片的厚度方面进行了一些改进,从而增加其侧面的出光;同时,我们也在PSS衬底形貌上进行了一些优化,增加了大角度出光特性,从而获得更大角度出光的MiniLED芯片。不过,厚度增加之后也带来了高度的增加,从而提升了后续裂片生产工艺上的问题,因此还需要在后端工艺上进行一些调整。”

  童晓楠也表示:“针对芯片的出光角的设计,业界各大厂商都有不同的解决方案,比如有的厂商主张在芯片与电极间加入后窗口层,有效扩大光引出角锥来提高出光率和出光角度;或者采用表面粗糙化或者芯片侧面的粗糙化的方式,通过散射光的方向来减少反射并增加透射率;有的也偏向于采用剥离与透明衬底技术,通过减少衬底吸收作用的方法来开拓芯片向下引出角锥,从而很大程度上提升芯片的出光效率及角度。不过,真正能够既做到大角度出光又能保持高混光均匀度的方案难度非常高,目前业界厂商都还处于探索当中,很多方案仅仅只是停留在Demo层面,未来在量产实施过程中还会出现很多难以预测的问题。”

  总而言之,供应商们一致认同的MiniLED大规模放量时期已渐行渐近,为了兑现这一庄重“承诺”,业界各大厂商也都在快马加鞭,竞相研发各种创新方案去解决MiniLED芯片量产的良率问题。但在编者看来,无论是在红光倒装结构还是大角度出光性设计上,目前各大厂商都还未给出真正得到大规模量产验证的解决方案,MiniLED芯片的良率问题将会在未来一段时间里继续存在。而受制于芯片端的良率影响,MiniLED技术导入各应用端的成本仍然会居高不下,因此编者也预计模组及背光显示屏在明年的量产及出货情况可能也并不会如预期那般景气,MiniLED与终端市场将会持续一段相当长的“磨合期”。

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我抢、我抢、我抢沙发~
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屏屏飘过,52PP
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LZ敢整点更有创意的不?兄弟们等着围观捏~
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向楼主学习led卖得好
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支持,楼下的跟上哈~:)
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发表于 2018-12-25 20:02:29 | 显示全部楼层
有道理。。。都有便宜屏哈
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路过。支持围观。。。
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发表于 2018-12-25 20:28:35 | 显示全部楼层
嘘,低调,低调的都是做的好的哈!
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发表于 2018-12-25 20:44:06 | 显示全部楼层
呵呵。。。不错啊
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