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尺寸“微缩化”导致MiniLED芯片良率低

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。

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。”

(作者:席安帝)

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