Mini-LED显示与Micro-LED显示浅析

冯小江

摘  要：液晶面板LCD显示因技术成熟、性价比高目前仍占显示行业主导地位。Micro-LED由于其优秀显示特性已经成为目前技术的热点，Mini-LED则是其过渡产品。对比LCD、OLED、Mini-LED和Micro-LED显示特性。Micro-LED在亮度、色彩、大尺寸可变性等方面性能优异。而Mini-LED结合8K及QD技术将达到OLED画质，并且可靠性和成本占优势。

关键词：液晶面板LCD，OLED，Mini-LED，Micro-LED

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，目前以及以后几年也仍然会是主流。作为被动式发光的显示器件，其光源利用效率及主观画质很难提升。目前手机、电视行业迅速发展的OLED面板技术已经拥有诸多技术优势，如省电、轻薄、可弯曲等特点，但是其弱点也是非常明显的，如烧屏、寿命短等问题。只不过由于手机的寿命较短，用户换机时间一般在两年以内，影响较小;而电视用的大尺寸OLED面板面积大、使用寿命往往达10年，影响就较为明显。同时，随着第三代显示的需求推动和技术发展，Micro-LED由于其优异的电流饱和密度、更高的量子效率以及高可靠性，已经成为目前技术的热点。由于Micro-LED的技术门槛高，Mini-LED显示产品应时而生，结合现有的8K及QD技术，有破壁OLED的趋势。随着市场需求驱动以及技术迭代，显示技术已经由画质与内容的二代技术逐渐过渡到第三代。

一、LCD＼OLED＼Mini-LED＼Micro-LED显示对比

什么是OLED

OLED（OrganicLight-Emitting Diode），有机发光半导体。属于一种电流型的有机发光器件，是通过载流子的注入和复合而致发光的现象，发光强度与注入的电流成正比。OLED在电场的作用下，阳极产生的空穴和阴极产生的电子就会发生移动，分别向空穴传输层和电子传输层注入，迁移到发光层。当二者在发光层相遇时，产生能量激子，从而激发发光分子最终产生可见光。

什么是Micro-LED

Micro LED技术，即LED微缩化和矩阵化技术，就是将LED（发光二极管）背光源进行薄膜化、微小化、阵列化，可以让LED单元小于50微米，与OLED一样能够实现每个像素单独定址，单独驱动发光（自发光）。它的优势在于既继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，又具有自發光无需背光源的特性，体积小、轻薄，还能轻易实现节能的效果。

LCD＼OLED＼Mini-LED＼Micro-LED显示对比

LED chip 从现有的mm级别，缩小到十分之一的100mm级别为Mini-LED，缩小到百分之一的10mm级别为Micro-LED。也有人用是使用SMT工艺还是使用巨量转移工艺作为Mini-LED与Micro-LED显示的区别。Mini-LED＼Micro-LED与OLED均属于主动型自发光显示，光的利用率高。而LCD则是被动型发光显示，面板本身不发光，需要背光源提供光源。因LCD面板透过率只有3%-8%，光源利用率低，亮度比较难做上去。面板的穿透率取决于开口率，影响因素包括像素之间的遮光罩、电极与彩色滤光板的穿透比例。因RGB 4K分辨率的玻璃的像素点数量是FHD面板像素点的4倍，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。

二、Micro-LED显示

Micro-LED按彩色化技术分有RGB三色LED芯片、蓝光单色芯片加RG量子点材料混光、蓝绿光芯片加R量子点/KSF粉混光等3个方向。后面2种方案荧光粉无法做薄，存在应力，无法做到微小尺寸，而镉化物也存在稳定性和寿命问题，故目前出来的大多数显示产品采用RGB三色LED芯片方案。

Micro-LED RGB三色芯片方案因为材料类别统一为半导体Ш-V族材料，响应性能优异，为ns级别，材料性能稳定，可靠性高，发光效率好，颜色纯度高、可透明。这些优异性能在高亮高色域需求的显示产品上占尽优势，如大屏显示，AR/VR产品、抬头显示（HUD）等应用。其高响应速率在光通信行业也得到应用。但在技术上，RGB三色芯片的电压压差产生的热量及功率耗损需要解决。同时，Micro-LED RGB属于电流型驱动，由于RGB三种芯片的发光效率不一致，为了得到目标色温6000-10000 K，三种芯片的电流大小不一样，红光R芯片要求的电流较大，电源的电流均匀性需要特殊设计。为保证电流稳定性及电源设计可靠性，目前普遍使用PWM控制电流脉宽来调节各芯片平均电流大小的形式来实现混光。最优方案是使用CMOS的AM矩阵驱动TFT基板，在驱动材料方面仍在优化。目前已有2-8英寸的Micro-LED显示产品，但中大尺寸还未有样品展出。

Micro-LED目前桎梏其发展的主要点是巨量转移的工艺问题。巨量转移技术主要分类为拾取放置技术、微印章转移技术、流体组装技术、激光转印技术、滚轮转印技术等几种，不同转移公司其发展的转移技术会有所不同，最主要的原因是不同应用产品所适合的转移技术也会有所不同。巨量转移涉及到衬底剥离、转移、键合，工艺精度要求高，设备需要定制，目前还未出现可以实现批量的设备。4K显示需要转移约2500万颗芯片，8K显示则需要转移一亿颗芯片。目前常规SMT设备速率是每小时几十K，经过改进后用于Mini-LED转移的设备速率可以达到150K每小时左右，离真正的巨量转移还有一段距离。除了转移问题，由于每台显示产品使用的LED芯片巨量数字，对于芯片的良率、均匀性也提出了很大的考验。目前常规芯片按2.5 nm步长分bin，要做到Micro-LED显示，其芯片分bin步长要做到1 nm以内。因目前wafer端很难达到这个级别，部分应用端也采用了软硬件矫正的方式来提高画面均匀性。

三、Mini-LED显示

由于Micro-LED巨量转移技术还未达到可批量水平，技术门槛相对较低的Mini-LED显示得到了较快的发展。像素pitch值在0.9 mm以上的可归类为小间距显示范畴，像素pitch值在0.9 mm以下转移用pick-up方式的归类为Mini-LED，目前能做到的最小像素间距在0.49 mm。Micro-LED需要使用光刻技术的驱动基板，而Mini-LED可以使用光刻技术的驱动基板，也可以使用BT板，甚至高精密玻纤板，因此不受面板厂的基板绑定，Mini-LED显示产品得到蓬勃发展。

四、结论

Micro-LED和Mini-LED显示产品性能优异、应用领域广、市场需求驱动旺盛。以上各要素将驱动其技术的发展及市场的热度。Micro-LED显示如下驱动要素部分需要攻克，如具备可量产工艺技术、低成本的大规模生产、集成性强、技术、资源以及资本的整合等。高速和高良率巨量转移、键合及颜色均匀性问题是急需解决的难题。因此Micro-LED显示在近期还无法形成主流显示技术。但其过渡产品Mini-LED显示结合8K技术及5G通讯技术，在技术及工艺上均得以实现，产品性能优异，将会成为近两年各厂家大力角逐的方向。