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显示技术发展方向:柔性化、薄膜化、微小化、阵列化

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显示技术发展方向:柔性化、薄膜化、微小化、阵列化

万物皆显示已成为可以预见的未来,柔性显示将是未来显示技术的重要发展方向之一。这是日前在广州举办的2021中国电子材料产业技术发展大会上中国科学院院士刘云圻发表的观点之一。他表示,国内应积极抓住本征柔性显示+分子材料+印刷技术战略机遇。

通常所说的柔性显示,是指由柔软材料制成的可变形、可弯曲的显示装置,被广泛应用于手机、电视、可穿戴设备、车载显示器、VR等领域。善仁新材认为:实现柔性有几种不同的方法,包括物理柔性(将物体做得很薄、很细)、结构柔性(芯片本身是刚性的,芯片之间的连线采用弹簧机构)。现在市场上的柔性技术是物理柔性与结构柔性的结合,这种柔性的长期稳定性是一个问题,即折叠多次以后就会出现裂痕。目前,柔性显示的主流技术是柔性OLED,柔性液晶显示(LCD)也在同步发展中。推荐AS7128柔性可拉伸导电银浆。

“十三五”期间,我国在OLED显示领域的投入大于1.4万亿元,建设新型显示生产线20条,但材料、设备、技术本土化率很低,如果其中部分显示屏是本征柔性屏的话,将带来巨大的市场。2022年被业界视为Mini LED技术的商用元年,苹果推出重量级Mini LED相关产品,三星、TCL、创维、海信、康佳等电视品牌对于Mini LED的卡位战日趋激烈,华为、小米也已加入战团,在多家科技巨头开路下,Mini LED赛道变得热闹非凡。善仁新材预计2026年中国Mini LED行业市场规模有望突破400亿元,2022年-2026年复合年均增长率将达50%。

Mini LED背光技术逐步成熟,行业驶入快车道。Mini-LED采用COB封装对电路板的平整性要求极高,阻焊及表面处理是核心的工艺壁垒,供应厂商推出HDI及多层PCB方案,该行预计2022年Mini LED背光PCB的市场规模将达到159.8亿元。

一 MiniLED PCB基板情况

从全球范围内看,当前已经研发出Mini-LED PCB基板的厂商较多,包括台湾企业欣兴、泰鼎、同泰,韩国永丰。

国内Mini-LED 产业链配套也相对成熟,从芯片端到封装、显示端,国内基本实现完整的Mini-LED产业链,这给国内PCB厂商的发展带了机会。

中国大陆PCB/FPC企业在该领域也纷纷加码布局,其中较为突出的企业有鹏鼎控股、奥士康、中京电子、胜宏科技,善仁新材等,快速的市场响应能力、大规模量产能力以及产品良率就成了各厂商的核心竞争力。

PCB大厂Mini LED领域的发展情况

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1 鹏鼎控股

鹏鼎控股为全球最大的PCB生产厂商,具备一站式服务能力,客户包括苹果、微软、google等全球领先电子品牌;公司FPC的生产技术和生产产能处于业界领先水平,SLP类载板量产经验。

鹏鼎控股具备快速投产 Mini-LED PCB 基板的能力,淮安超薄线路板(miniledi背光板)从去年二季度开始量产,产能规划为9.3万平方米/月。2022年会多产生一个季度的营收贡献。

据悉,在2020年时,苹果为鹏鼎带来的营收占比高达68%,从目前状况来看,苹果打算逐步将旗下产品从LCD面板转为Mini LED。为了满足2022年新设备需求,苹果正加强Mini LED显示屏幕的订单量和供应力度。鹏鼎控股作为全球少数掌握mini LED背光技术的厂商,未来的发展空间一定会更广阔。

2 奥士康

奥士康自去年下半年进入产能释放高峰期,各项工作进展顺利。Mini LED 产品基本全覆盖 TV\NB\PC\汽车台显等领域,且技术领先,2021年四季度正负公差可以做到 10%,有足够的安全边际。

目前,奥士康该类产品出货水平稳定,相关产品在按客户要求交期正常交货。大规模供货的主要是三星,2022年全年三星需求大概 700 多万平、索尼大概 200 万平米、LG 大概 200多万平米、公司也在同京东方、鸿利、达亮、华星光电、瑞丰光电、聚飞光电等相关客户积极洽谈中。

3 中京电子

公司在新型显示等细分市场领域拥有较强的竞争优势和客户认可度。公司中高阶HDI产品批量应用于MiniLED产品,并积累了如中麒光电、希达电子、雷曼光电、鸿利智汇、强力巨彩、LG、三星、京东方等一批业内优质品牌客户,是业界较早开展微小间距LED和MiniLED应用的产品开发企业,主要优势体现在COB封装工艺MiniLED的直显应用。

公司较早实现了MiniLED应用高阶HDI+COB(ChipOnBoard)高集成封装工艺的批量生产,具备先发技术优势。随着MiniLED集显与背光技术的成熟及大规模商用,预计未来MiniLED对高端PCB的产品需求将逐步放量。公司RPC-HDI产品与FPC产品分别批量应用于MiniLED/微小间距LED显示和OLED显示。

4 胜宏科技

胜宏科技MiniLED相关产品主要应用于通讯、笔电以及消费类等下游领域。

作为一家快速成长、产品结构不断升级的国内硬板厂商。胜宏科技现专攻高端 PCB 线路板,公司 HDI 产品广泛应用于MiniLED领域,HDI 二阶以上占比超过 60%,积累了包括小米、OPPO、三星等一线知名手机终端厂商、ODM 大厂等消费类客户。

胜宏科技2019年实现HDI 事 业部投产,产品逐步完成由低阶向高阶结构的跃迁。2020 年,公司的 5G 事业部投 产,且着手布局南通基地。根据公司战略规划,2022 年实现百亿产值目标。凭借高技术、高品质和高质量的服务,行业地位不断增强。目前,其高密度多层 VGA 显卡 PCB、小间距 LED PCB 业务市场份额全球第一。

5 东山精密

目前,东山精密已经可以出货P0.4的倒装器件产品。公司在Mini LED车载领域积极布局,目前东山精密集团已经进入了特斯拉、蔚来、小鹏、理想等主要电动车玩家的供应链。东山精密与重点电车厂的联动,对产业带来的效益是双向的:一方面,特斯拉、蔚来、小鹏、理想等车厂的产品主打高科技概念,推Mini LED背光技术导入积极,有助于推动Mini LED背光的需求,另一方面,东山精密作为封装龙头,以背光技术起家,拥有深厚的技术积淀与基因底蕴,未来东山精密将以丰富的产品方案、产业领先的产能,以及对行业的深刻洞察,借助集团进入头部电车厂供应链的优势,在为车厂客户提供高科技解决方案的同时,进一步推动Mini LED背光行业的发展。

6 景旺电子

公司已给相关客户供应Mini LED相关的线路板,去年年底,景旺电子《自发光mini LED电路板》项目被认证达到"国内领先"水平。

今年2月,景旺电子发文称,珠海SLP工厂通过与终端客户开发的9阶HDI结构Interposer产品。的顺利开发,将为公司进一步拓展高端、高附加值产品市场赢得广阔市场前景,实现技术驱动高质量发展。

7 广东骏亚

公司FPC事业部目前产品有柔性电路板(FPC)、刚柔结合板(RFPC),主要应用于锂电池、无线充、TWS耳机等下游领域,已布局应用于MiniLED、OLED、智能穿戴等领域产品,销售额逐年提升。主要拥有伟创力、搜路研、TCL、比亚迪、光宝科技、Hansol、华为、小米、蓝微电子、欣旺达、中兴、大华股份、卓翼、共进股份、北斗星通等知名企业客户。

8 弘信电子

VR/AR对于Mini LED用FPC有明确大量需求,弘信电子:11月26日,弘信电子透露,公司Mini LED用FPC产品已量产到多款AR/VR眼镜中,其中包括国外知名头部客户。该类产品处于供不应求的状态,未来随着VR/AR产品的普及将进一步加大。

9 木林森

木林森led封装和led照明为主业。led封装国内国模第一。公司Mini LED已经切入到显示屏领域,直显业务主要面向户外大尺寸显示屏,背光领域已在业务对接中。

据悉,木林森从2019年开始布局MiniLED显示,目前重点布局MiniLED直显。为了解决目前MiniLED COB规模化生产良率和显示效果的问题,公司将研发的方向放在了全新的MiniLED COB封装材料、工艺以及设备上,现已开发成功了全新的MiniLED RGB显示模组制造技术,其中包括MiniLED的电极技术、各向异性导电焊胶技术、热压回流工艺技术及相关的配套设备,并积累了多项与之匹配的发明技术。

10 博敏电子

博敏电子是LED显示屏领域小间距PCB的最重要提供商之一,近年来积极布局了MiniLED技术研发并加大了市场开拓力度,当前博敏电子已参与到了客户MiniLED产品的研发并实现量产。随着产能的释放和应用端需求的不断增长,MiniLED显示领域今后极其有望成为公司业绩重要增长点之一。对此,博敏电子后续公司将继续在MiniLED方面加大相关研究投入,扩大量产规模,满足快速增长的市场需求。

11 明阳电路

2月24日,明阳电路与关联方深圳市百柔新材料技术有限公司就加法制造Mini LED玻璃基载板的材料与工艺技术研究进行合作研发。

此外,公司于2020年成立子公司深圳明阳芯蕊半导体有限公司,主要经营MiniLed、Micro Led、Plcc、COB等封装基板、半导体引线框架、双面线路板、多层线路板、HDI线路板、特种线路板、柔性线路板等产品。

12 超声电子

为苹果HDI手机板及SLP类载板的供应商。公司印制板业务有生产Mini LED板。

13 光莆股份

邳州5G高频新型柔性覆铜材料及应用的研发及产业化项目一期项目引进国内外行业最先进的500mm Roll To Roll的全制程自动化设备,是由公司技术团队与设备商共同打造的全智能化工厂,可生产用于OLED、MINI LED、COF等产品上的载板。公司6月2日在互动平台表示,公司有布局Mini LED柔性载板,目前产品已经过中试,有送样给客户。

14 迅捷兴

公司拥有的“mini LED △E 容差管控技术”和“小间距 LED 非光聚合显影的油墨开窗工艺”经中国电子电路行业协会鉴定委员会鉴定达到行业先进水平,“无引线局部镀镍金技术”和“新型非填充镂空内埋电感器件技术”经中国电子电路行业协会鉴定委员会鉴定达到国内领先水平。

15 四会富仕

公司有应用于mini-led的PCB产品,但占比较小。

16 崇达技术:

公司有供应小间距LED产品,mini LED产品尚处于研发阶段。

17 得润电子

公司参股子公司华麟技术具有应用于MiniLED的产品。

18 善仁新材

公司推出AS9100系列低温烧结银浆,用于MiniLED的邦定。

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                                                   AS9150低温烧结银浆

二、Mini LED潜在应用市场广阔,

2.1 成本趋势:技术成熟和良率提升推动 Mini LED 成本快速下降

近年来成本的快速下降推动 Mini LED 加速渗透。此前,成本是制约 Mini LED 快速普及的重要因素。近几 年,技术成熟和良率提升推动 Mini LED 成本快速下降,面对主要的竞争技术 LCD、OLED 和 LED 显示屏开始 显示出性价比优势。长期来看,Mini LED 降成本的逻辑非常明确,将会推动 Mini LED 技术迅速向下渗透。

背光方面,Mini LED 背光成本每年下降 15-20%,推动市场规模增长。从市场角度来看,随着良率的提高,Mini LED 背光显示的成本将以每年 15-20%的幅度下降,成本下降将推动渗透率提升及市场规模增长;预估 2025 年 Mini LED 背光芯片市场规模将达到 14.3 亿美元,其中用于数字显示的芯片产值将达到 6.14 亿美元,其次为 IT 产品及 TV 显示,产值均超过 3 亿美金。

大尺寸 Mini LED 相比传统 LED 背光以及 OLED 具有较高性价比。Mini LED 方案可以通过调整芯片间距、分区数等参数适配各个价格档位的产品。根据 2020 年预测数据,搭载 AM 驱动的 Mini LED 65 英寸 背光电视售价约 759 美元,已低于 65 英寸 OLED 电视的 781 美元售价。而根据集邦资询,Mini LED 在高阶电 视应用上,采用约 16000 颗 Mini LED,2000 区的分区控制,成本仍比高阶 OLED 电视面板低 15%,而 75、88 英寸的大尺寸的 OLED 成本较高,Mini LED 的价格优势就更为明显。考虑中阶产品,将 Mini LED 的颗数减 少至 10000-12000 颗,搭配 500 区的分区控制,成本仅高出入门直下式 LCD 30%-50%。以 55 吋 TV 为例,国内 某品牌厂 Mini LED 背光模组成本已降至 170-200 美金,仅比传统 LCD 背光增加 100 美金,而售价可以增加 2000-3000 元。

直显方面,成本的下降也推动 Mini 在高阶市场快速渗透,未来有望进入室内民用市场。LED 直显的定价 方式与 LCD 或 OLED 不同,LED 显示屏一般是按照像素来计算成本。随着几年来 COB 封装技术的进步,下游 需求放量,固定资产和研发费用的规模效应凸显,成本也在迅速下降的过程中。以 COG P0.9 的报价为例,已经 从 2020 年每平米 20 万以上的报价,降低至 10 万以下。目前来看,降成本的持续性是较为确定的,过去 25 年液晶屏的成本下降了 300 倍。我判断 Mini LED 直显市场将会重复小间距市场的发展路径,芯片间距的缩小将 带来使用场景的扩大,达到临界点之后甚至将会向室内民用市场渗透,极大拓宽市场规模。

长期来看,Mini LED 降成本的逻辑和趋势明确。从成本构成的角度看,一般来说,Mini LED 中芯片成本 占比最高,其次为 PCB,其次为封装、LED 驱动芯片、膜材等。但背光和直显有所不同,不同光源模组根据解 决方案和精度的不同成本结构也有所差异。降成本的途径主要包括:(1)规模效应,目前行业规模较小,未来 随着行业规模扩大,芯片等环节的规模效应凸显,PCB 等厂商也会有更强的配合度和更多的产能,在这些环节 的成本将会大幅下降;(2)产业链各环节成熟,未来在小尺寸芯片制造、芯片封装、PCB 及玻璃基板、自动化 检测等各个环节的技术逐渐成熟,良率和效率的提升会大幅改善成本;(3)创新性解决方案,如像素复用技术、量子点技术等的突破;(4)解决方案及配置的标准化,未来高中低阶 Mini LED 的解决方案会得到标准化,对于 芯片尺寸、灯珠间距、混光距离等采取相应不同的配置,并能够通过分区数的调节去调节价格段位,也会推动 Mini LED 向中低端市场的迅速渗透。

2.2 厂商布局:品牌大厂纷纷发布 Mini LED 产品,

助力行业爆发各大厂商纷纷加速布局 Mini LED 产品,助力行业爆发。我们关注到,2020 以来,品牌厂商纷纷发布 Mini LED 产品,终端厂商和面板厂商均有较强的推动意愿。京东方、华星光电等面板厂商希望能够通过推广 Mini LED 延长 LCD 产线的生产周期,获得超额受益;群创、友达等中国台湾面板厂商由于未投 OLED 产线,也在主推 Mini LED 显示方案;TCL、海信、创维等传统 TV 厂商希望能够通过新的技术改变传统液晶电视薄利的状况,维持品牌影响力和利润;华为、小米等智能终端厂商则追求极致显示效果与智慧物联的融合。长期来看,我们 认为随着越来越多的面板和 TV 厂商加入 Mini LED 阵营并形成推广的合力,市场将会高速渗透,相比于难以降 成本的 OLED 方案,Mini LED 的优势和潜力将在长期得到充分体现。TV 方面,品牌厂纷纷发布采用 Mini LED 背光模块的大尺寸电视,Mini LED 接近大范围推广时间点。从 CES 2021 来看,三星发布 Neo QLED Mini LED TV,LG 发布 QNED MiniLED TV,两者皆采用 Mini LED 作为 背光源以提升显示特性;国内品牌 TCL 也推出规格相似的 Mini LED 背光模块电视 OD Zero Mini LED TV,海 信、小米等品牌也在迅速跟进。

2.2.1 华为:智慧屏 V75 Super

华为 V75 Super 发布,为国内第一款 COB 背光 TV,具有标志性意义。21 年 7 月,华为发布了 Mini LED 背光的智慧屏 V75 Super 采用华为自研的鸿鹄 Super Mini LED 精密矩阵背光解决方案。75 英寸的屏幕下,放置 了高达 46080 颗 Mini LED 芯片,每颗灯珠之间只有 6mm 的间距,每 16 颗灯珠组成一个分区,一个分区的面 积约为一个硬币大小,合计拥有 2880 个物理背光分区。华为此款智慧屏是国内首发的第一款 COB 背光电视,采取了很多创造性的 Mini LED 解决方案,具有较强示范效应和对产业链的拉动效应,预计更多电视厂商将跟进。华为 V75 Super 采用众多创造性的解决方案,有望全面拉动 Mini LED 产业链。V75 Super 采取的 Mini LED 解决方案包括:(1)采用 COB 封装方案,将 4608 颗仅相当于传统 LED 芯片 120 分之一大小(约 20mil*6mil,0.075mm2)的 Mini LED 芯片打在基板上,呈现高色域、高亮度的极致显示效果;(2)采用灯驱一体方案,将 2880 个分区分解为 16 块灯板,每颗灯板背后定制 2 颗驱动芯片,单颗控制 90 个分区,解决巨量驱动带来的体 积和发热问题;(3)采用 PCB 基板方案,能够达到大电流和大功率,达到 3000 尼特以上的峰值亮度;(4)采 用混光膜方案,代替传统的透镜或胶珠,可以在更短的混光距离(OD)实现更均匀的混光,将 OD 降到 0.6mm,实现了超薄的厚度。从显示效果上,华为 V75 Super(Mini LED)与同价位三星 ON85A(Mini LED)、索尼 A80J(OLED)对 比,在色域覆盖上不输索尼 OLED 屏幕,同时在峰值亮度方面则远超索尼 A80J。OLED 由于能够实现像素级发 光,虽然可以表现更好的暗处效果,但亮度表现上却有较大瓶颈,而采用 Mini LED 方案的华为 V75 Super 凸显 出明显的优势。

2.2.2 三星:Neo QLED 系列、

The Wall三星发布 Mini LED 系列 Neo QLED,包括 8K 和 4K 产品。背光方面,三星在 2021 年消费电子展(CES2021)在线活动中推出了 Mini LED 背光系列 Neo QLED。Neo QLED 将是三星液晶电视系列中最高端的品牌。2021 年 三星针对 Mini LED 电视推出 5 大系列,其中 8K 有两个系列( QN900A 和 QN800A ),4K 产品有三大系列 (QN95A、QN90A 和 QN85A)。使用 mini-LED 背光技术的三星 QN900A,每个 LED 灯珠的大小,是三星 普通 LED 灯珠的 1/40,实现 1920 个分区,高达 7680 x 4320 的分辨率可实现超高对比度和极致的动态范围。三星预计在越南将建设 50 条 Mini LED 背光产线,预计2021 年三星 Mini LED 背光系列产品出货量在 200 万台 以上,并在 2022 年达到 500 万台以上。三星 The Wall 系列率先布局 Micro LED 显示屏产品。

直显方面,CES 2018 上,三星发布全球首款 Micro LED 显示屏电视 The Wall。2020 年,三星继续正式推出新款 110 英寸 4K Micro LED 电视,具有 800 万个 Micro LED 元件,售价 1.7 亿韩元(约 102 万元人民币),瞄准家庭影院市场。2021 年,三星推出 The Wall 升级版本,Micro LED 商用显示器 IWA,可以做到 1000 英寸,LED 芯片尺寸缩小 40%,水平分辨率最高可达 16K(15360x2160)。三星积极布局 Micro LED 技术,主要的原因是 Micro-LED 集低功耗、高亮度、超高分辨率与色彩饱和度、反应 速度快、超省电、寿命较长、效率较高等优点于一身,将成为下一代显示技术,而对目前三星的 LCD 和 OLED 技术形成挑战。一旦 Micro LED 在巨量转移等技术上能够实现突破,大尺寸 LED 面板的成本就可以降低,就有 望进入到消费级市场。LED 面板通过拼接方式可以实现超大尺寸,有望填补三星在超大尺寸面板市场的缺失。

2.2.3 苹果:iPad Pro 及 MacBook

苹果发布首次搭载 Mini LED 背光的 iPad Pro,显示效果大幅提升。2021 春季发布会上,苹果发布的新款 12.9 吋 iPad Pro 首次搭载 Mini LED 背光显示屏幕,采用 10384 颗 Mini LED 芯片(尺寸约为 8mil*8mil),2594 个分区,4 颗灯珠一组分区。这款 iPad Pro 拥有极致动态范围,对比度高达 1000000:1,全屏亮度 1000 尼特,峰值亮度高达 1600 尼特,搭配 PM 驱动多分区调控技术,大幅提升对比度,使画质更细致。背光模组由中国台湾厂商富采控股(晶元光电与隆达合资成立)供应,成本高达 90 美金,显示模组由韩国厂商 LG 供应,成本超过 100 美金,屏幕合计占据整机成本的 40%左右。苹果 Mini LED 终端出货将迅速提升,非苹果厂商将积极跟随。预计下半年苹果将推出 Mini LED 背光的 MacBook,并在 2022 年大规模推广 Mini LED 的 iPad 及 MacBook。

我们预计苹果搭载 Mini LED 的终端数量将 从今年的 1000 万左右增长至明年的 3000-4000 万部。根据善仁新材得知,苹果 Mini LED 模组的主要供应商为晶元 光电、鹏鼎/臻鼎、LG、夏普、台表科等。目前供应链以台系为主,但国内厂商如三安光电(LED 芯片)、京东 方(液晶面板)、立讯精密(SMT)也将切入并迅速提升份额。我们认为苹果的积极推广将带动全产业链的进一 步成熟,以及非苹果系厂商在平板电脑和笔记本电脑领域全面跟随,推动 Mini LED 行业迎来爆发。

2.2.4 TCL 电子、

京东方、华星光电等TCL 电子逐步完成各个档位布局,目标 2024 年实现 Mini LED 年产能 1000 万台。作为全球排名第二的 TV 厂商,TCL 电子在 Mini LED 布局方面非常积极,并于 2019 年推出了全球第一台 Min iLED 电视,2020 年 TCL 销售了接近市场上 90%的 Mini LED TV,销量近 30 万台(中国+北美),整体销售额超过了 10 个亿。TCL X12 8K Mini LED 领曜智屏是全球首款 OD Zero Mini LED 电视,具有 1920 个分区,搭载了多达 96000 颗微米级 Mini LED 芯片,是目前搭载 Mini LED 芯片最多的 Mini LED 电视,峰值亮度达到 3000 尼特,预估售 价接近十万。另外 TCL 电子也发布了普及型 Mini LED 产品 C12 系列,搭载 3840 颗灯珠,亮度为 1000 尼特,分区数百个,75 英寸售价 18999 元。TCL 目前已经逐步完成各个价格档位 Mini LED 电视的布局,2022 年我们 预计 TCL 电子 Mini LED 电视出货量也将达到 100 万左右量级。TCL 电子预计还将在全球范围内,投资至少 20 亿建立 10 条整机产线,实现 2024 年目标 Mini LED 智屏年产能 1000 万台。

京东方、华星光电等面板厂主要推广玻璃基 Mini LED 方案,并布局 Micro LED 技术。2019 年,华星光电 发布 75 英寸 4K 的 Mini-LED“星曜屏”,拥有 5000 个分区,采用玻璃基板方案,将灯珠和驱动芯片光刻在玻 璃基板上,实现了分区级的驱动,但玻璃基的缺点是峰值亮度较低。2021 年 ICDT(国际显示大会)上,京东 方推出 P0.9 玻璃基 Mini LED 显示产品,基于玻璃基显示工艺和微米级封装工艺,采用主动式驱动方式,可 实现 1000 尼特的高亮度、百万级超高对比度和 115% NTSC 超高色域,具有无屏闪、低功耗等特点,还可实 现纯黑无缝拼接。我们认为,当前面板厂商单纯出货 Mini LED 单片玻璃基或规模获取利润的意义并不大,面 板厂商布局 Mini LED 的最终目的是布局下一代显示技术 Micro LED 的技术,Mini LED 是通往 Micro LED 显示 的必经之路。

2.3 市场应用: Mini/Micro LED 将从不同领域切入并逐步替代传统显示

在市场应用方面,Mini LED 和 Micro LED 由于不同的性价比和成本特点,将以不同领域切入对 LCD 和 OLED 进行逐步替代。LCD 液晶屏、OLED 以及 LED 直显是目前主流的显示方案。其中 LCD 结构复杂,包括偏光片-玻璃基板滤光片-液晶分子层-玻璃基板-偏光片-背光模组,一般用于平板、笔电、TV 等中大尺寸消费级显示;OLED 结 构在 LCD 基础上简化,因为采用了有机发光层(自发光),省略了背光模组,一般用于手机、手表、高端大屏 TV 等应用;LED 直显采用 LED 自发光,省略了背光模组、偏光板等,更加轻薄且可拼接,一般用于超大屏商 用显示,Micro LED 和 Mini LED 直显均为此种结构。Mini LED 由于芯片尺寸和间距介于传统 LED 和 Micro LED 之间,因此既可以用于 LCD 背光,也可以用于直显。根据 Mini LED 性价比特点,Mini LED 有望在中大尺寸高端显示领域率先放量。随着相关技术逐渐克服瓶 颈,产业链逐步成熟,Mini LED 的整体成本逐步降低。且由于 OLED 尺寸扩大,成本指数级增加,且良率下降,在中大尺寸市场 Mini LED 性价比更加突出。在苹果、三星等厂商的引领下,Mini LED 背光的渗透率将迅速提 升,成为高端电视、电竞 NB、创作平板等应用场景的重要选择。同时 Mini 直显有望在高端大屏显示市场率先 放量。

(2)Micro LED 在超大尺寸具有成本优势,

潜力市场广阔。就生产成本而言,根据善仁新材的测算,目前 10 寸屏:Micro LED 是传统 LCD 的 80 倍;30 寸屏:Micro LED 是传统 LCD 的 60 倍;75 寸屏:Micro LED 是传统 LCD 的 20 倍;到了 100 寸以上,Micro LED 逐步有了成本优势。Micro LED(直显)具备可拼接特性,成本随尺寸增 长是线性增加,而 LCD、OLED 则是呈指数型增加,因此,Micro LED 在超大尺寸电视、电视墙(传统的电视墙为 多个电视屏幕连接而成)、广告牌领域具有巨大潜在市场。

短期来看,Micro LED 在小尺寸可穿戴设备和超大尺寸电视市场将率先切入:1)可穿戴设备市场:相比于传统 LED,Micro LED 有以下优势:1)Micro LED 对传统 LED 微缩,有效缩 小显示屏的面积,缩小产品尺寸,从而减轻可穿戴设备的重量;2)Micro LED 是自发光,无需外加光源结构,使模组质量与体积同时减小,具有成本优势;3)目前使用 OLED 显示屏的可穿戴设备易受环境光的影响,出现 影像泛白的问题,而 Micro LED 的亮度及分辨度显著提高;4)显示屏的功耗占整个可穿戴设备能耗的 80%以 上,Micro LED 的低功耗特性可大幅延长可穿戴设备的电池续航能力。5)超大尺寸显示器市场:75 寸以上的超大尺寸显示对于 OLED 来说制程复杂,实现高技术要求所需的生 产成本导致售价高于市场可接受范围,因此超大尺寸显示目前依然是蓝海市场,而 Micro LED 的课拼接性可以 实现低成本制造超大尺寸显示,有望在未来逐步放量。中长期来看,Micro LED 的应用领域广泛。除面板显示器外,Micro LED 也可用于 AR/VR 头盔、智能手机 显示屏、户外显示屏、头戴式显示器(HMD)、抬头显示器(HUD)、汽车中控屏、家庭影院等。Micro/Mini LED 将加强现有 LCD 的产品生命周期,推动显示产品向极致需求、高价值量演进。从市场定 位来看,传统 LED 直显和 LCD 目标市场为千元机、低分辨率的存量大市场。随着系统成本降低、消费者需求 升级,万元机的智慧大屏将是 Mini LED 背光的 LCD 的重要切入点。整合 4K+AI 甚8K+5G+AI 的几万元机和 百万元机,将是 OLED 和 Micro LED 是的主要市场。随着显示技术演进(LCD→Mini/OLED→Micro),Mini LED 将逐步向存量大市场和极致需求的高端市场两头渗透,Micro LED 将从超大尺寸和可穿戴“一大一小”两个市 场打开局面,一方面加强传统 LCD 的产品生命周期,另一方面推动显示产品向极致需求、高价值量演进。

2.4 市场规模:Mini LED 渗透率迅速增长,

具有近 10 倍成长空间Mini LED 市场规模未来 5 年迅速增长,应用领域拓宽至车载、手机、可穿戴等。善仁新材预计 Mini LED 市场规模(包括背光和直显),将从 2020 年的 0.18 亿美元增长至 2025 年的 14.27 亿美元,五年复合增速 140%。其中,电视墙(高端直显显示屏)、电视、笔电类率先爆发,预计电视墙市场规模从 2020 年的 0.11 亿美 元增长到 2025 年的 6.14 亿美元,复合增速 153%;电视从 2020 年的 0.03 亿美元增长至 2025 年的 3.12 亿美元,复合增速 180%。此外,车载显示、手机/平板显示、头戴式显示也会逐步起量。Mini LED 综合渗透率将从 1%增长至 10%,拥有 10 倍成长空间。

根据善仁新材对于 Mini LED 在各品类 终端显示中的渗透率预测,至 2024 年将达到约 10%,拥有 10 倍甚至近百倍的成长空间。从产品结构上看,Mini LED 在 TV、笔电、平板、电视墙等显示领域渗透较快。而 Micro LED 由于具备可拼接性和超高分辨率,在超大尺寸的电视墙和小尺寸的可穿戴设备上会快速落地。Mini LED 显示终端数量将从目前的百万台增长至超过 4000 万台,TV、笔电和平板为主要增量。根据 SNOW Intelligence 数据,2021 年 Mini LED 显示应用将超过 500 万台,2025 年 Mini LED 显示应用将超过 4000 万台,其中数量最多的显示终端为 TV、笔电以及平板。从面积角度看,电视会是未来 Mini LED 背光的主要贡献者,至 2025 年为止累计占比将至七成以上。

三、产业链各环节技术逐步成熟,量产能力形成

3.1 产业链各环节技术逐步成熟,Mini LED 已具备大规模量产条件

3.1.1 芯片制造:投片良率逐步达到规模化要求

Mini/Micro LED 芯片制造流程与传统 LED 芯片类似。与传统 LED 芯片相同,Micro/Mini LED 芯片一般采 用刻蚀和外延生长的方式制备,芯片制作流程主要包括:衬底制备、中间层制备、台阶刻蚀、导电层制备、绝 缘层制备、电极制备等,涉及比较重要的设备有刻蚀机和沉积设备(MOCVD)等。Mini LED 芯片采用倒装方式,制造壁垒较高,投片良率逐步达到规模化要求。Mini LED 的芯片要做到更 小尺寸需要采用倒装工艺,倒装芯片能够实现更低热阻、更好的集成度和更好的光学一致性。Mini LED 芯片制 造的壁垒较高,主要在于要在小尺寸的基础上,要达到芯片波长、亮度、视角一致性,高光效和高可靠性要求,局部调光时保持较高的一致性,并保证大批量的供货,目前来说仅有晶电、华灿、三安这几家厂商能够做到。目前,从行业上来看,Mini LED 芯片投片良率达到规模化要求,混光方案逐渐成熟,量产规格稳定,芯片成本 稳定,推动行业规模商用。Micro LED 芯片制造尚需解决红光效率低等问题。Micro LED 对外延片均匀性的要求更高,发光波长均匀 性要求从 5nm 提高到 2nm,同时对于芯片尺寸(小)、超净室等级(高)等要求更高。Micro LED 红光良率低、效率差是目前最突出的问题,传统的红光 LED 主要基于 AlInGaP 材料,由于载流子扩散长度大和表面复合速度 高,随着器件尺寸的减小,效率急剧下降。目前国内外不断推出红光问题的解决方案,采用第三代半导体氮化 镓材料已经成为解决红光效率及可靠性问题的可靠选择之一,包括华灿光电在内的 LED 芯片企业在红光芯片领域也已经取得了一定的突破。MOCVD 为芯片制造方面核心设备,目前以海外厂商为主,国内中微公司布局领先。在外延环节,磊晶生 成的外延片质量是决定光芯片性能的关键因素,决定了 70%-80%的效率,其最核心的设备为为 MOCVD。Mini-LED 芯片对 MOCVD 设备的均匀性及波长一致性要求较高。目前全球生产 MOCVD 的企业主要有德国的 Aixtron(爱思强)、美国的 Veeco、日本的 NIPPON Sanso 和 Nissin Electric 等。其中,Aixtron 和 Veeco 具有 垄断地位,日本 MOCVD 企业只供应日本本土,在全球占比相对较小。国内的中微半导体和中晟光电也已获 众多客户认可,中微公司于 21 年 6 月推出了用于 Mini-LED 生产的 MOCVD 设备 Prismo UniMax™。另外芯片制造环节还涉及测试分拣的设备,和传统的 LED 芯片由封装厂进行测试不同,Mini LED 要求芯 片厂在交货时就分选完成,保证出货、交货产品的一致性,因此后端分拣设备投资规模也较大。

3.1.2 芯片封装:COB 将迎来迅速增长目前市场上 LED 的封装方式主要包括 SMD、IMD、POB 和 COB。传统 LED 和传统小间距封装多采用成 熟的 SMD 方案,Mini LED 直显以 IMD 和 COB 方案为主,Mini LED 背光以 POB 和 COB 方案为主。SMD 工艺(表面贴装器件)属于分立器件封装,将裸芯片固定在支架上,通过金线将二者进行电气连接,最后用环氧树脂进行保护,组成分立灯珠,再交由屏厂后将焊点与 PCB 连接。SMD 具有技术成熟稳定、制造 成本低、散热效果好、维修方便等优点,在 LED 封装市场占据较大份额,目前仍为传统小间距主流方案。但在 Mini LED 领域,由于芯片和焊点面积大幅缩小,要求更高的贴片工艺,生产速度和生产效率也受到了较大影响,因此面临技术瓶颈。COB 工艺(Chip on Board,板上芯片封装技术)将 LED 芯片直接粘附在基板上,最后通过引线键合将芯 片与 PCB 板间电互连,实现集成封装相对于传统的 SMD 封装,COB 具有制造工艺流程少、封装集成度高、精度高、显示屏的可靠性好和显示效果均匀细腻等特点,有望成为未来高密度 LED 显示屏模组的一种重要的封装 形式。但目前 COB 封装也面临制造成本高,良率低,工艺难度高等问题。从产业链环节上看,采用 COB 工艺 后,中游封装环节具备高度集成性,因此具备更高的附加值,下游显示屏则更多承担组装性的工作。IMD(集成封装工艺)结合了 SMD 和 COB 的优点,推出“四合一”、“N 合一”等方案,每一个基本封装 单元有四个像素(或 N 个)。一方面 IMD 封装可以沿用 SMD 的设备、产线及人员,另一方面技术更加成熟、性价比也更高。推荐低温烧结纳米银浆AS9120。

POB(Package on Board)则是将 LED 芯片封装成单颗的 SMD 灯珠,再打在基板上,具有工 艺成熟、寿命长、可靠性高、性价比高等优点,只需要在现有 SMD 产线上面做改造即可生产,但分区数比 COB 上很多,显示效果也有差异。IMD 工艺目前主要应用于高清直显市场,POB 工艺则应用于背光市场。未来三种封装方式将在不同场景和应用的市场长期并存,COB 将在中高阶市场快速发展。由于成本和技术 上的差异,国内大部分 TV 厂商都优先选择 POB 方案,而三星、LG、华为选择 COB 方案,京东方和华星光电选 择玻璃基 COB 方案。目前 COB 的很多关键技术仍需要突破,如低电流下产品光色均一性问题,大板封装平整 性问题,高精度的固晶工艺,大面积封装胶体工艺等。这些难点带来目前 COB 在直显和背光方案中成本较高,但我们认为随着关键技术的不断突破和成本下降,COB 将会成为高阶 Mini LED 的主流解决方案,同时 IMD 和 POB 的方案也将在中低阶直显及背光市场得到广泛应用。推荐低温导电银浆AS6080LP。

固晶机为芯片封装方面核心设备,已实现了一定程度的国产化。在封装环节,芯片尺寸缩小带来的单位面 积芯片用量急剧增加,使得生产速度与良率的平衡成为厂商的重要挑战。而固晶机作为 LED 封装的重要设备,转移的精度和速度已成为 Mini-LED 芯片突破产能瓶颈的关键,也是厂商的关键竞争点。K&S、

ASMPT、Besi 等传 统设备巨头在技术水平上仍较为领先,但新益昌、佑光、普莱信等国产设备龙头,均已实现固晶机的供货。已 开发并量产适用于 Mini LED 的新型六头高速固晶机,并已供货三星、琉明光电(Lumens)、雷曼光电、中晶半 导体等客户,具备较高技术竞争力和影响力。

3.1.3 基板键合:PCB &玻璃基板并行发展

Mini/Micro LED 的封装基材也分为 PCB 基板(COB)和玻璃基板(COG)方案,两种技术在基板和驱动 方案都有较大区别。另外还有更高阶的硅基,以及适用于曲面屏的柔性电路板(FPC)基板等。PCB 产能增加,小线宽技术量产成熟,未来成本将大幅下降。目前 PCB 基板应用较为成熟,包括三星、苹果、华为等主流厂商的 Mini LED 方案均采用 PCB 基板方案。PCB 基板的主要难度在于 Mini LED 要求更小 的线宽线距,以及更高的耐热性、平整性等要求。此前行业的难点在于,PCB 目前的工艺无法匹配 LED 芯片的 极致微缩化趋势,另外供应链供货厂商数量较少。目前,PCB 厂商的配合意愿正在逐步提升,供应链厂家明显 增多,同时 70 微米线宽的 PCB 技术量产成熟。未来随着下游需求放量,PCB 将不再是行业的瓶颈,成本也将 大幅降低。随着 TFT-LCD 产业成熟,玻璃基板(COG)成为可选方案。相较于 PCB 基板,该方案更容易实现巨量转 移,不仅有望大幅降低成本,同时更适用于对线宽、间距要求较高的工艺,因此在间距 0.5mm(P0.5)以下,玻璃基板具有优势。但玻璃基板也存在需要解决的问题,例如亮度问题,由于玻璃基板是电压驱动而非 PCB 基 板的电流驱动,目前峰值亮度尚处于较低水平,例如拼接技术常规玻璃基板为侧面走线,大尺寸 Micro LED 无 法拼接,以及线路过孔(在玻璃基板上面打孔)、多层板技术等。

目前来看,PCB 适合 Mini LED,而玻璃基和 硅基适合 Micro LED,目前 PCB 基板和玻璃基板均有产品上市。推荐低温烧结纳米银浆AS9150用于精细线路的印刷。

3.1.4 驱动方案:“巨量驱动”需求增长

Mini LED 高像素密度带来驱动芯片的数量、成本、体积和散热问题。传统 LCD 电视用背光驱动板控制背 光,实时控制灯珠的明灭并提供足够的电流,例如用 16 颗驱动芯片控制 255 个分区,驱动板的体积和主板一样 大。而如果控制 Mini LED 的 2880 个分区,驱动板的面积也要翻几倍。因此,随着分区数的指数级提升,控制 这些分区的难度也是指数级提升,同时,像素密度增长将带来发热成倍增加。“巨量驱动”是 Mini LED 的难题。目前的驱动方案主要有 AM 驱动(主动选址)、PM 驱动(被动选址)和半主动选址驱动三种。对比来看,AM 驱动相比另外两种具有显著优势:一是可实现更大面积的快速驱动,二是有更好的亮度均匀性和对比度,三是可实现低功耗高效率,四是具有高独立可控性,五是兼容更高的分辨率。PM 驱动较 AM 驱动更简单、容易实现,

一般来讲,目前 PM 驱动可以适用于一般的 Mini LED 显示,但未来 Micro LED 将需要 AM 驱动以达 到更好效果。Mini LED 对驱动 IC 设计要求提升,需求量大幅增长。为了减少 Mini LED PCB 电路板设计复杂度,行业 主流的驱动 IC 供应商先后推出了高集成度、多通道数的驱动 IC,将大规模的外围电路集成到驱动 IC 中,提升 了驱动 IC 设计的复杂度。而由于局部调光特性,Mini LED 对驱动 IC 的需求增加。以 17 寸以下的平板和笔电 来看,最多用到 5 颗驱动 IC,27-43 寸的电竞屏幕需要 6 颗;大尺寸电视的驱动 IC 数量根据分区数有所差异,以华为 V75 Super 为例,将 2880 个分区分解为 16 块灯板,每颗灯板背后定制 2 颗驱动芯片,共计 32 颗驱动芯 片,单颗控制 90 个分区,而一颗驱动芯片的成本大约在 20 块钱,用量较现今用在 LCD 上的 12-14 颗,有倍数 级的增长。

3.1.5 转移技术:Pick &Place、刺针法、激光转移

Micro LED 目前面临的最大难点是巨量转移,目前技术尚未成熟。巨量转移指将 Micro LED 芯片转移到由 电流驱动的 TFT 基板上,并在微米级水平组装成为二维周期阵列的过程。Micro LED 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),每个像素包括 RGB 三个小灯珠,转移像素三倍的小灯珠的同时保证精度是非常困难的。Micro LED 的巨量转移主要有物理转移和化学转移两种方法。其中,物理转移方法主要包括以 LuxVue(2014 年被苹果收购)为代表的静电吸附转移技术;而化学转移方法主要包括以 X-Celeprint 为代表的微转移打印技术。目前来看,巨量转移技术尚未成熟,目前已有的转移技术为改良多颗转移,2019 年导入,每小时产量(UPH,单位:颗/小时)约为传统单颗转移的 2-5 倍,而巨量转移 UPH 要求为传统单颗转移的 33-50 倍。目前开发和采 用巨量转移主要考虑 UPH、转移精度和成本三个因素,其中成本包括专用设备折旧、生产效率、后续检测修复 产生的成本。Mini LED 的固晶转移方案目前主要为 Pick &Place 和刺针法。Mini LED 的芯片尺寸较大,因此相对于 Micro LED 的巨量转移技术,转移难度相对较小。固晶设备转移方案目前包括拾取放置方案(Pick &Place)、刺晶方案和激光转移方案。其中 Pick &Place 为目前主流应用技术,通过类似圆弧型的路径吸头把芯片吸起来 放到背板上,成熟度和性价比较高。刺晶方案(刺针法或者刺针式技术)对位和放的动作拿一根针把芯片往 下顶。推荐AS6680低温导电银胶固晶加CC685围堰低温胶是一种可量产的方案。

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国内新益昌采用 Pick &Place 方案,良率更高,目前国内厂商及三星均在应用;库里索法(K&S)采用 针刺方案,由于不能每次校准,良率欠佳,但速度方面有明显优势。下一代激光转移技术正在逐步成熟,效率将大幅提升。过去两年,库里索法(K&S)凭借针刺方案 PIXALUX 系统引领了新型显示转型,并导入了苹果供应链。PIXALUX 基本原理是机械式的,先用机械方式把外延片翻转 过来,再用针刺的方式把 Mini LED 芯片转移到基板上去。2021 年库里索法(K&S)开始交付下一代 Mini/Micro LED 平台 LUMINEX,采用激光转移,激光经过光栅,再通过反射光学线路和显微镜物镜,到达 LED 背面,将 LED 打落到基板上。相比机械方式,激光方式的产能和效率会有百倍千倍的提高,未来将继续引领 Mini/Micro LED 产业发展。

3.1.6 检测修复:国产化 AOI 设备崛起

检测修复耗资耗时,占 Micro/Mini LED 制造成本的较大比重。目前 Micro/Mini LED 的制造成本,尤其是 Micro LED,仍比现有显示产品高出数倍,以 10.1 英寸高清显示屏制造成本为例,Micro LED 的成本大多落在 巨量转移及修复两大项目上,至少约为 LCD 的 10 倍或 OLED 显示屏的 8 倍。同时由于MicroLED 芯片数量较 传统 LED 增加许多,在相同良率的情况下,检测与修复需要极高的时间成本,造成量产的困难。例如,4K 面 板需要 2500 万个左右的 Micro LED 芯片,假设不良率为 0.001%,即 2500 个不良像素,假设一个像素修补时间 为 1 秒时,一个面板修复需要 2500 秒,即 42 分钟。Mini LED AOI 设备涉及较大投入。Mini LED 可通过 AOI(Automated Optical Inspection,自动光学检测)设 备进行检测,应用视觉方案检测固晶和焊接情况、产品、外观情况,同时可对点亮后的 LED 进行测试。目前 Mini LED 封装测试领域设备的种类繁多,各厂商提供的设备路线与工艺路线差别较大。由于 Mini LED 相比传 统 LED 对于不良率的要求更高,也要求封装厂进行较多的 AOI 设备投入,做到全流程的闭环管理,大概生产 流程的 7-8 个步骤都需要 AOI 设备,而且每个步骤需要的不仅仅是一台 AOI 机台,对 AOI 机台的需求量有较大 提升。自动返修技术成熟将大幅降低成本。返修设备的开发是 Mini LED 新的难点,设备厂商多方探索,方案逐 步成熟。

由于对微米尺寸且数量庞大的 LED 灯珠进行有效检测并修复坏点难度很大,目前设备厂商的返修功能 包括自动获取不良坐标和不良类型、自动剔除不良件 )超声波或激光)和清理焊盘、自动重置焊锡或低温银胶AS6680、二次固晶和烧结银AS9330焊接等。随着对成本影响较大的自动返修技术成熟,Mini LED 的成本也将大幅降低。国内 AOI 检测设备厂商崛起,打破海外巨头垄断局面。海外的 AOI 公司都历经十余年的发展,在相关领 域的解决方案上以及产品供应更加成熟,如 ASMPT、惠特、标谱、由田新技、致茂电子等。国内厂商也在逐步 崛起,出现了如矩子科技(供货京东方)、凌云光、盟拓智能、天准科技等优秀厂商,逐步打破国外巨头垄断局面。

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