Mini LED燈板及驅(qū)動(dòng)方案技術(shù)研究

0   引言

近年來(lái)，隨著背光顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，Mini LED背光作為新型背光技術(shù)已經(jīng)引起了行業(yè)的廣泛關(guān)注。Mini LED 背光以其高對(duì)比度、高亮度的優(yōu)點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)LED 背光市場(chǎng)形成了猛烈的沖擊，以媲美OLED 的畫質(zhì)表現(xiàn)而成本更低的特點(diǎn)，贏得各大品牌青睞。

創(chuàng)維、TCL、小米等廠家也陸續(xù)推出Mini LED 電視，如創(chuàng)維的Q70 鳴麗屏（75/86 英寸）、TCL 的X10及R635 系列、小米的大師系列，各廠家也都在積極布局低階版的Mini LED 以刺激出貨量。據(jù)Business Korea報(bào)道，與LG 計(jì)將在明年推出Mini LED 電視（2021 年LG 規(guī)劃50 萬(wàn)臺(tái)，三星規(guī)劃160~200 萬(wàn)臺(tái)Mini LED 電視）。作為全球彩電行業(yè)前沿，三星與LG 推出的產(chǎn)品極大可能成為未來(lái)幾年的市場(chǎng)產(chǎn)品導(dǎo)向。

1   什么是Mini LED

Mini LED 也被稱為“百微米級(jí)發(fā)光二極管”，是最近幾年在小間距LED 基礎(chǔ)上衍生出來(lái)的新型LED 顯示技術(shù)，Mini LED 是傳統(tǒng)LED 和MicroLED 之間的過(guò)渡技術(shù)，其像素尺寸和制備難度也介于兩者之間，是傳統(tǒng)LED 背光的改進(jìn)版本。目前行業(yè)認(rèn)為芯片尺寸（75~300）μm 可以稱為Mini LED，對(duì)比其他顯示技術(shù)，Mini LED 具有如下優(yōu)勢(shì)：

1）Mini LED 繼承了無(wú)機(jī)LED 的高效率、高亮度、高可靠性及反應(yīng)時(shí)間快等特點(diǎn)；

2）Mini LED 具備節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、薄型（與OLED 相當(dāng)）等優(yōu)勢(shì)；

3）對(duì)比傳統(tǒng)的背光設(shè)計(jì)，Mini LED 能夠在更小的混光距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)更好的亮度均勻性、配合區(qū)域調(diào)光功能實(shí)現(xiàn)更高的對(duì)比度及更好的畫質(zhì)體驗(yàn)；

4）相比OLED，Mini LED 的色彩更容易準(zhǔn)確調(diào)試，有更長(zhǎng)的發(fā)光壽命和更高的亮度，具有更佳的材料穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。

5）相比OLED，Mini LED 有較明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，尤其是8K 及超大尺寸（75 英寸及以上）。

圖1 Mini背光電視與OLED電視效果及成本對(duì)比（美元）

2   Mini LED技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案研究對(duì)比

2.1 Mini LED類型

Mini LED 實(shí)現(xiàn)的方案有很多種，按照目前LED 工藝及打件工藝，行業(yè)使用的Mini LED 類型基本有COB（Chip On Board）、COG（Chip On Glass）、NCSP（Near Chip Scale Package）、POB（Package On Board）這四種實(shí)現(xiàn)方案技術(shù)研究對(duì)比如表2。

表2 幾種不同Mini LED燈板實(shí)現(xiàn)方案對(duì)比

2.1.1 COB Mini LED

因此工藝為直接將晶片打件到PCB 上，目前行業(yè)選用0620、1020、1028 晶片尺寸較多， 小邊尺寸約250 μm，故對(duì)PCB 的精度和打件精度要求較高，PCB也不應(yīng)很大，以免影響打件精度。從技術(shù)上講，因沒(méi)有LED 支架，單從LED 材料上講，此工藝具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，將成為后續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)及方向。

圖2 COB Mini LED實(shí)現(xiàn)方案介紹

2.1.2 COG Mini LED^[1]

LED 方向上同COB 工藝，只是PCB 基板改為了玻璃基板，這也是最近一年玻璃廠家（BOE 和華星）提出的Mini LED。因玻璃廠家設(shè)備精度較高，SMT 打件隧道較寬，故燈板尺寸可以做得更大，以75 英寸為例，COB 需要12 塊燈板拼接，COG 則可以使用2 塊燈板拼接，生產(chǎn)組裝效率更高，但燈板成本較高。另外，COG工藝因把Mini IC 打件在玻璃基板上，所以可以做到的分區(qū)數(shù)量更多，理論上可支持萬(wàn)級(jí)分區(qū)。

圖3 COG Mini LED實(shí)現(xiàn)方案介紹

2.1.3 NCSP Mini LED

NCSP 為介于COB 與POB 之間的一款產(chǎn)品，制程工藝比COB 簡(jiǎn)單，良率也高，成本更低；在高階TV多分區(qū)和薄型化方面優(yōu)于POB，所以目前是Mini LED推薦的性價(jià)比較高的一款產(chǎn)品。

NCSP 為五面發(fā)光，為使光型打得更開(kāi)，頂部遮光層使用鈦白粉，具有半反半透的功能，可使LED 光線打開(kāi)，同樣OD 下使用的燈珠數(shù)量更少。

圖4 NCSP Mini LED實(shí)現(xiàn)方案介紹

2.1.4 POB Mini LED

POB 因無(wú)二次光學(xué)透鏡，為了使光型打開(kāi)，MiniLED 采用點(diǎn)“凸”膠或者透明支架方式，以此來(lái)減少LED 燈珠數(shù)量，降低成本。

圖5 POB Mini LED實(shí)現(xiàn)方案介紹

2.2 PCB類型

搭配不同的Mini LED 類型可選擇不同的PCB 類型，單從原材價(jià)格上講，BT 板＞ FR4 ＞ Al ＞ Glass。

2.3 Mini LED驅(qū)動(dòng)方式

目前Mini LED 驅(qū)動(dòng)方式有2 種，一種是靜態(tài)恒流驅(qū)動(dòng)，一種是動(dòng)態(tài)掃描恒流驅(qū)動(dòng)，優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比如下，從目前各廠家實(shí)現(xiàn)方式來(lái)看，均采用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，效率及穩(wěn)定性較高，系統(tǒng)發(fā)熱不大，LD 效果也會(huì)好。量產(chǎn)分區(qū)均在千級(jí)分區(qū)，區(qū)域調(diào)光效果已有較好體現(xiàn)。

表3 2種驅(qū)動(dòng)方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2.3.1 靜態(tài)恒流驅(qū)動(dòng)

靜態(tài)恒流驅(qū)動(dòng)又分為驅(qū)動(dòng)板外置及DOB 或DOG（driver IC on board or glass），驅(qū)動(dòng)板外置因需要插很多FFC 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，故分區(qū)最多2 000 個(gè)，否則生產(chǎn)及工藝無(wú)法執(zhí)行。DOB/DOG 工藝因IC 在燈板或玻璃上，用線路做驅(qū)動(dòng)代替線材，故可支持萬(wàn)級(jí)分區(qū)。圖5 為恒流板外置的2304 分區(qū)實(shí)際裝配圖（走線凌亂）。576分區(qū)走線就比較工整。

（a）2304分區(qū)走線（凌亂）

（b）576分區(qū)走線（工整）

圖5 驅(qū)動(dòng)板外置分區(qū)走線示意圖

恒流板外置及DOG 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖略有差異：

圖6 驅(qū)動(dòng)板外置系統(tǒng)原理圖

圖7 DOG方式驅(qū)動(dòng)原理系統(tǒng)圖

2.3.2 動(dòng)態(tài)掃描恒流驅(qū)動(dòng)

此驅(qū)動(dòng)方式是從直顯概念衍生而來(lái)，在TV 背光上，因沒(méi)有必要做到萬(wàn)級(jí)分區(qū)，且效率及熱問(wèn)題不易解決（如IC 在背面，背板需要懸空避讓，且IC 又發(fā)熱，對(duì)于燈珠散熱有較大影響），這里不做詳細(xì)闡述。

圖8 動(dòng)態(tài)掃描PM恒流驅(qū)動(dòng)燈板示意圖

3   結(jié)束語(yǔ)

隨著電視平均尺寸越來(lái)越大及8K 電視的到來(lái)，OLED 在技術(shù)及成本上讓普通消費(fèi)者望塵莫及，MiniLED 則可彌補(bǔ)這個(gè)空白，Mini LED 可以進(jìn)一步提升LCD 電視效果，這也是LG 一直推遲LCD 量產(chǎn)的原因。相信搭配量子點(diǎn)技術(shù)，Mini LED 可以憑借高亮、高色域、高對(duì)比度、高穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)將LCD 電視再?zèng)_上一個(gè)新的頂峰。

參考文獻(xiàn)：

[1] 2021京東方&創(chuàng)維技術(shù)交流會(huì):中國(guó).深圳.

[2] 2020&2021集邦咨詢新型顯示技術(shù)研討會(huì):中國(guó).深圳.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年8月期）