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Mini RGB直显助推未来显示产业变革

自2020年Mini LED直显逐渐量产,并应用于监控指挥、高清演播、高端影院、办公显示、会议交互、虚拟现实等领域,Mini RGB(直显)越来越受到市场重视,今年已经有部分LED屏企宣布在Mini RGB产品上实现量产,因此,行业普遍认为2021年是Mini LED正式商用放量元年。Mini LED主要分为两条技术路线:一条是Mini背光,另一条是Mini直显。而在直接显示领域,Mini RGB(直显)有何过“屏”之处,Mini RGB与Mini背光哪个更具“钱”景?未来Mini RGB能否占据市场主流?


   不同于Mini LED背光,Mini RGB是将RGB LED灯珠直接作为显示像素点,以此提供成像的基本单位,从而实现图像显示。Mini RGB具有自发光、更薄、色域更广、对比度更高、寿命长、可靠性更高,寿命更长等优点。而Micro LED显示产品商业化应用量产仍需要较长时间,在Micro LED技术成熟前,Mini LED作为过渡方案应运而生。此外,Mini LED直显作为下一代新型显示技术Micro LED的前哨站,在技术难度上更高,直接筑高了Mini RGB产品成本。


   Mini RGB几种技术路线分析


   COB封装


   Mini RGB封装技术主要以COB技术和IMD技术为主。COB技术是直接将LED裸芯片封装到PCB基板上,再对每个单元进行整体模封;而IMD技术则是将多组(两组、四组或六组)RGB灯珠集成封装在一个小单元。


   自2016年COB封装引起关注以来,潜心研究Mini/Micro LED技术发展并结合COB封装技术在LED显示行业内蔚然成风。随着我国超高清视频产业规模市场的爆发,用户对LED显示屏超高清画质的要求越来越严苛,5G+8K技术助推Mini LED产品走向市场化,加快LED屏企对更小点间距的开发。因为PCB板等材料使得物料成本增加,P1.0以下模组开发受限,工艺流程复杂使得工艺成本增加,为了克服这一难题,COB封装技术在LED显示屏领域得以大展身手。再加上COB封装具有低功率、散热效果好、高饱和度、高分辨率、屏幕尺寸无限制等优点,正装COB和倒装COB产品在市场上越来越受欢迎。


   然而,对于采用倒装COB技术的LED显示屏,其最主要的难点在于制造工艺和产线设备布局与传统分立器件的企业差异极大。它需要整合芯片、封装、显示全产业链的环节,除了成本投入巨大以外,在各个环节面临的核心技术难点也需要企业去逐个进行突破。这不仅限制了企业的产能,同时也拉长了产品技术的更新周期。而产品良率不足、墨色一致性不高、死灯维修成本高、模块色差等问题,仍旧是困扰LED显示行业的痛点,亟待突破瓶颈。


   目前COB的产业链正在逐步建立完善起来,COB产品单位面积的成本比SMD高,未来随着COB显示封装产业链逐渐成熟,COB显示封装市占率将快速提升,成本也会逐渐降下来。此外,COB没有单灯尺寸限制和贴片技术限制,点间距可以做到更小,在Mini LED应用中,COB封装具有更高的可靠性和稳定性,更容易实现超小间距显示,因此,COB封装是Mini RGB的未来发展技术趋势之一。随着COB技术的不断成熟,希达电子倒装COB已经突破到0.4mm的Mini LED界限,PCB板墨色一致性和光学一致性得到不断提升,COB技术必将在Mini RGB领域发挥“助推剂”的作用。


   IMD封装


   目前市场上小间距封装主流工艺除COB封装工艺外,还有IMD集成封装工艺,IMD 封装是SMD 与COB 的折中技术,即将两个及以上的像素结构集合在一个封装单元里。IMD可看成一个小的COB,所面临挑战和COB封装技术类似,但难度有所降低。IMD工艺上虽然沿用的是表贴工艺,但是结合了SMD、COB的优点。目前以四合一技术应用最为成熟,IMD“四合一”即一个封装结构中有四个基本像素结构,其本质上依然是四个由12颗RGB-LED芯片合成的“灯珠”。“四合一”LED模组采用的是正装的芯片,随着封装厂家对芯片做出更多的要求,“六合一”“八合一”甚至“N合一”等各种方案也在向市场推出。


   2018年,随着IMD封装的异军突起,迅速受到了市场的追捧,Mini LED IMD是在传统SMD成熟工艺基础上巧妙创新的产物,良率高,产品的稳定性和可靠性也大幅提升。IMD 继承传统SMD 优势,产业链友好,为目前 Mini LED 直显主流方案,经过三年的发展,IMD封装的微间距产品可以做到0.9mm,随着间距不断缩小,IMD方案存在一定的物理极限,P0.7mm以下间距的产品基本难以实现量产。

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   当小间距产品进入P0.X时代时,基于分立器件(NPP)的小间距产品劣势开始逐渐显露出来。IMD可以对器件进行波长、亮度精挑细选,并且不同模具出来的器件在编带前得到了均匀分散,有效避免了封装时细微差异导致贴板后出现局部色差,因此色彩一致性更好。COB的封装形式决定了其无法对模组中的每一单元像素进行分光分色,不同批次的胶水、不同批次的板厚、不同时期的配比、液态高温流动性,都或多或少存在微小差异。IMD技术提升了应用端贴装效率,提升芯片RGB的封装可靠性。COB技术投入资金大,成本高,使得很多显示屏企业望而却步,一直不敢重金投入COB市场。目前,IMD方案应用较广,COB方案虽然性能领先但技术难度较大,未来发展前景广阔。

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   现阶段,相比COB技术,RGB显示市场上采用IMD技术的厂商占多数,但是也存在性能缺陷的问题。总的来说,技术难题在不断突破,Mini LED 显示行业正在努力实现Micro LED的技术目标,不管是COB技术还是IMD技术,各技术路线的关键在于快速降本并实现量产。随着小间距市场的爆发,市场对超高清技术的需求提升,COB封装和IMD封装两种不同技术路线的封装形式,都将为小间距改良方案做出有利探索。


   除了采用COB、IMD这两种传统主流技术之外,还有一些企业采用了与众不同的技术路线,来丰富和发展Mini RGB。


   COG方案


   利亚德在Mini RGB上正在积极研究玻璃基板技术(COG玻璃基封装技术是指将LED芯片直接固晶到玻璃基板,利用TFT驱动实现显示),并与TCL华星强强联合共同研发COG模式的Mini LED直显产品;还有京东方积极布局MLED产品,以打造主动式驱动、COG为核心,大力发展COG(玻璃基)Mini LED产品,并且可根据客户需求,提供不同工艺、类型和成本的Mini RGB产品和解决方案,京东方前不久对外宣布玻璃基MLED直显产品已经实现量产。


   COG方案采用玻璃基板,在平整度、线宽线距、耐热方面具备天然优势,可以满足高精度拼接需求,成本上相较于PCB 基板,玻璃基板更便宜,COG玻璃基更具有得天独厚的优势。由于材料本身限制,PCB 基板散热性相对较弱,在稳定性和精度性方面无法满足于新兴显示产品的要求,但PCB 基板的技术发展更为成熟,供应链也相对完整,良率也远远高于COG玻璃基,目前在显示市场渗透率更高。而玻璃基板在打孔、固胶、切割等环节易碎裂,相对来说产业的成熟度较低,现阶段玻璃基Mini LED 产品良率要远远低于PCB 基Mini LED 产品。且尺寸越大的玻璃基板越易碎,导致生产良率较低,因此在中大尺寸领域,PCB基板占据优势。而COG玻璃基板具有极大的潜在价值,相信COG在解决技术上的良率问题后,有望具备性价比优势,在Mini RGB市场占有一席之地。


   巨量转移技术


   值得注意的是,中麒光电采用自产芯片和自主研发的Micro LED巨量转移技术(巨量转移指的是通过某种高精度设备将大量Micro LED晶粒或器件转移到目标基板上或者电路上)应用到Mini LED产品中,解决Mini RGB的痛点。中麒光电在设备精密度、制程良率、制程时间、制程技术、检测方式、可重复性、加工成本等七大要素做了努力,目前实现了99.99%的巨量转移良率。在巨量转移技术的加持下,在保证显示屏高显示效果的情况下,Mini RGB巨量转移技术使得P1.0以下产品进一步普及,也给生产成本带来了下降空间。


   总的来说,Mini LED技术难题正在有条不紊的被攻克,相对于Micro LED的巨量转移技术,Mini LED的芯片尺寸较大,因此转移难度相对较小,结合巨量转移和COB封装技术,得益于LED小间距渗透率逐步提升以及LED显示屏成本的下降,可以有效提升Mini RGB的量产周期,Mini RGB产业爆发或许即将到来。


   Mini RGB直显市场应用


   Mini RGB市场


   Mini RGB直显主要应用领域为商显市场,如电影院显示、交通显示控制大厅、租赁显示、体育场馆显示等以及公共显示领域的拼接电视墙等。Mini直显市场潜力巨大,市场空间远高于Mini背光市场,但Mini直显在技术成熟度仍有较大提升空间,因此很多LED显示上下游企业纷纷布局Mini RGB,着眼未来,以期在未来显示市场扎稳脚跟。


   市场规模方面:目前Mini LED商业化应用已成熟,正在大规模普及,具有巨大的市场前景。相关机构报告显示,2020年Mini LED全球市场规模达到0.61亿美元,其中Mini LED市场正在快速成长,预计2023年全球市场规模将扩张至9.31亿美元。到2024年,全球Mini/Micro LED市场规模将达42亿美元。国内市场方面,2020年全国Mini LED市场规模大约为37.8亿元,2026年市场规模将会达到431亿元,2020年到2026年CAGR将达到50%。


   出货面积方面:2019年全球LED小间距显示屏市场出货面积约为41万平方米,同比2018年增长54%。预计2019-2023年年复合增速将到达34%,继续保持高速增长。

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   LED显示已在商用大屏推动数十年,小间距的兴起与COB等技术的导入带动了Mini RGB市场的迅速发展。从国际上看,苹果、三星、索尼等大厂推出的Mini LED显示屏也多是采用COB 技术路线。从国内面板巨头BOE,华星2020年相继推出采用COB 技术路线Mini/Micro LED屏,所谓众人拾柴火焰高,这对于COB产业来说,将是一个利好趋势。在LED显示产业链各环节龙头厂商大力推进下,Mini RGB作为新一代显示技术方案正在快速渗透下沉,市场规模迅速提升,而Micro LED受限于微缩制程、巨量转移等技术瓶颈,在技术、行业及周期上短期内难以实现商业化,未来几年Mini LED市场需求有望迎来爆发。


   值得一提的是,Mini RGB直显产品,在110英寸以上超大尺寸领域具有巨大的应用优势,而Mini LED背光产品在110英寸以下占据优势,Mini RGB与Mini LED背光产品在商用领域形成良好的互补。此外,有业内人士表示,若Micro LED技术迟迟无法取得突破,Mini RGB则是非暂时性的过渡技术,很有可能“鸠占鹊巢”,真正成为下一代显示技术的主流。当下加快Mini LED直显产品的应用进程,迅速降低成本、提高产品良率已经迫在眉睫!


   技术永远是为市场服务,整体来看,Mini LED既有对存量市场的替代,也有增量市场可挖掘。Mini LED成为LED显示发展新周期已经到来,Mini RGB直显产业链已具备关键技术、量产、产品良率的条件。而Mini RGB各项技术,无论是COB、IMD等主流技术,还是COG等技术,仍将在直显市场上激烈竞争厮杀,最终哪种技术能笑到最后,仍有待市场校验。未来,Mini RGB上下游之间产品附加值更多,行业整合度更加明显,对创新型显示技术要求也越来越高,若要笑傲“屏”湖,Min RGB必须加强修炼自身“内功”,加大研发投入,强化技术革新,方能继续扮演引领Mini/Micro LED迈向商用化征程的关键角色。


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