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玻璃基板:LED显示的下一个焦点

来源:投影时代 更新日期:2020-07-27 作者:萧萧

    2020年,LED显示行业最热门的概念莫过于mini-led与Micro LED。尤其是7月份利亚德P0.4 Micro LED产品的发布,几乎标志着LED显示进入“液晶 PPI”标准时代的开始。LED显示成为能够满足中等屏幕到超大屏幕显示主流需求,产品尺寸线覆盖最长的直接显示技术门类。

    超微间距LED显示产品的成熟,代表了未来产业的核心方向。但是,在赞叹“间距指标”和“巨量转移”技术进步的同时,另一个关键方向的突破却没有得到应有的重视。这就是的超间距时代,LED矩阵“基板”问题:从PCB到玻璃基板的升级大幕也已经在2020年拉开。

    从液晶背光源的新需求谈起

    mini-led固然可以大量用于独立显示产品,但是行业认为“液晶背光源”才是mini-led技术第一个“规模市场”:一方面,新的HDR效果标准和mini-led几乎是绝配,另一方面更高的PPI必然要求mini-led技术的支持。

    即,无论是笔记本和PC屏幕的4K化,还是TV产品的8K化,或者5G时代虚拟现实和特种显示应用的超高清商用显示需求,液晶显示大中小屏幕的“PPI”都在越来越高。而更高的PPI必然对应,1.更低的LCD开口率和更高效的背光亮度要求、2.更精细的细节展示和更精细的背光调节需求、3.以及高端产品自身的轻薄性需求。

玻璃基板:LED显示的下一个焦点

    对于液晶这种需要背光系统支持的显示产品,以上三个要求无一不指向一个共同技术,即mini-led。mini-led可以提供单位面积上更多的LED发光晶体焊接数量,进而在亮度、可调控精细度上持续升级,更为符合4K/8K超高清和HDR效果的需求。

    同时,对于超薄的产品设计需求,此前广泛应用的技术选择是“侧边式”背光。但是,“侧边式”背光无论在任何显示效果指标上看,都是“低效果选择”——这种超薄设计,本质是牺牲了画面质量的。mini-led技术,每个LED颗粒的体积都更小,封装、焊接结构也更小,显然也就更适合于“直下式”超薄设计。

    但是,在满足mini-led背光进一步升级的设计中,mini-led技术带来了“更高的热量密集度”,对产品散热需求更高。而传统的LED显示和背光采用PCB基板,在散热性能上存在极限,且不能无限超薄化——尤其是面对大尺寸的LED单屏或者液晶背光显示时,PCB超薄化的热变形与LED晶体自身,及其集成工艺的微型化“形成了空前的矛盾”。

    因此,为mini-led寻找新的“驱动背板”,就成为在散热、稳定性、超薄集成、高密度集成控制等方面保持最优产品技术特性的关键:这时候,玻璃基板隆重登场——因为玻璃基板的核心材质与LED晶体都是无机半导体结晶,二者在热效应变形系数上更为接近、玻璃自身的超薄化强度和散热能力也更强。同时,实践证明,玻璃基板对巨量转移技术也更为友好。因此,在mini-led和Micro LED上实现“玻璃基板”应用,就成了一个“新方向”。

    行业瞄准玻璃基板,引入新产品

    近日,国星Mini COG方案正式亮相。据国星光电介绍,Mini COB方案具有超大尺寸集成封装、一次光学小OD薄型设计、曲面封装等特性,在超多分区显示方面更具技术性和适用性。且该技术,现阶段主要作为高端液晶显示背光源产品,未来则渴望衔接Micro LED,可直接取代大尺寸OLED与LCD面板,成为下一代显示主流技术。

    同时,Mini COG作为一种以玻璃为基板的技术方案,已经是“第二代”产品:早期玻璃基板制程采用传统的贴片工艺,需要借助金属遮罩工艺,不仅成本高且加剧不良率风险。Mini COG则基于新型芯片转移贴片和封装技术在保持玻璃基板散热性好、成本优、亮度高等优点同时,更具有效率高,一致性好的无损工艺优势。

    无独有偶,沃格光电近日亦宣布,针对Mini LED工艺流程多、良率低等问题,开发出了一种双面单层加工工艺,应用于陶瓷、玻璃基材等新型led驱动板材料。该工艺通过激光钻孔(50um)、A面PVD铜膜沉积、B面PVD铜膜沉积、黄光蚀刻线路,使得双面薄膜电阻小于0.1欧姆,实现Mini LED工艺路线更简单、良率更高、电阻更低。目前,沃格光电Mini LED玻璃基板样品已经通过国内知名面板厂商测试。

    在玻璃基板mini-led上,国内面板巨头走的“更快”:TCL华星2019年8月就已经发布了其首款采用TFT-LCD制程结合非晶硅玻璃基板驱动主动式Mini LED的显示屏产品——MLED星曜屏。TCL华星表示,和传统PCB基板比较,玻璃基板技术更节能、成本更低,且可达到同样的显示效果。国内另一家液晶面板大厂京东方,也在年初在互动易平台,由董秘透露,“公司计划于2020年下半年量产玻璃基Mini LED背光及Mini LED产线产品。”

    不一而足!2020年“玻璃基板LED”技术已经不再是一种“可行的技术路线研究”,而是进入“产品化的阶段”,距离真正走向“市场化”只有一步之遥。且在PC、NB和TV市场,LCD新型mini-led背光源并没有PCB和玻璃基板之外的“更多路线选择”。这几乎决定了,玻璃基板LED产品未来必然“规模化”成长。

    玻璃基板技术,改变LED与液晶显示的未来

    如果只是将玻璃基板视为mini-led背光源的一种技术选择,那么就小瞧了这种崭新的技术进步和突破。实际上,玻璃基板LED技术恰是改变“LED显示与LCD显示”关系的“变量”。

    早期,LED显示着重于“超大屏幕”,LCD显示则只集中在100英寸以下市场。二者没有终端产品形态交集,或者说交集有限(液晶拼接大屏上的有限交集竞争)。同时,LED作为液晶显示的背光源,也获得了很大的市场规模,呈现出“上中游”产业链上的合作关系。

    但是,随着mini-led技术和Micro LED的发展,LED独立显示产品分辨率性能日益提高,在液晶拼接产品上,体现出替代性优势。且随着Micro LED进入利亚德最新发布的p0.4间距时代,在50-100英寸的液晶显示主流市场,也呈现出一定的市场替代和特殊需求的竞争优势。结合mini-led在高端和8K液晶显示上的应用,LED显示和液晶技术进入“中端和中上游产业链”全面竞合阶段。

    而未来,一旦以高PPI、超低像素间距、高效能超薄设计为中心的玻璃基板mini-led背光、Micro LED独立显示屏进入市场化阶段,LED产品集成将依赖于液晶显示的核心技术:TFT玻璃基板。LED与液晶显示的关系将进一步螯合,成为你中有我、我中有你的关系。液晶面板企业、背光企业、整机企业,与LED显示屏的中上游企业、终端大屏企业之间的竞争关系也会改变,整个产业的市场结构将从“LED显示、LED背光、液晶显示”三个板块各自拥有相对独立性,进一步向“复杂混态”化转变。同时,玻璃基板LED技术,也将成为液晶TFT玻璃基板的重要消化端口,显著改变该产业上下游供给需求的匹配关系。

    或者说,玻璃基板LED技术,将带来从液晶显示到LED显示,从上游到终端的“产业链”重构,成为mini-led/Micro LED之外,改变显示产业格局的“又一个重大创新”。

    玻璃基板LED:更好性能与更低成本的兼得

    “超薄、散热、高密度驱动”这是玻璃基板目前最多被广泛提及的优势。但是,这不是玻璃基板的全部优势。

    从Micro LED技术角度看,未来的像素间距已经是P1之下的,甚至是P0.5之下的。同时,Micro LED晶体颗粒的大小会从100微米向10微米前进。在这样的趋势下,精细的大面积PCB产品制造越来越困难,成本越来越高。

    虽然,PCB驱动板在精细度上可以达到电脑CPU或者内存条等产品的“极高水平”,但是对于显示应用(无论是独立LED大屏,还是LED背光源)而言,其最大的特点却是“要使用超精细且更大面积”的PCB板块。——历史上的超精细PCB都是高价格产品小板块,Micro LED等需要的则是具有成本优势的大面积板块。这种需求差异,决定了PCB在未来Micro LED等技术不断进步下的“应用瓶颈”。

    反观玻璃基板工艺,采用半导体、光刻和先进铜工艺,可以在大面积上取得超精细的TFT驱动结构。如,成熟的液晶10.5代线玻璃基板尺寸为3370mm×2940mm。这么大基板上可以一次性成型像素间距小于0.3毫米的TFT驱动结构。可以说,这样的成熟的、大规模量产的技术,在满足mini-led和Micro LED应用的背板需求时“绰绰有余”。

    同时,进入数十年发展,TFT玻璃基板的设备、工艺早已经成熟。甚至,随着OLED的兴起,还有一批二手产品线可以购买,其市场供给能力和规模也远超过“超精细PCB”板。甚至15年前已经成熟的6代TFT玻璃基板都能满足“Micro LED拼接大屏的结构单元应用尺寸需求”。

    所以,两厢对比,玻璃基板LED虽然是崭新工艺路线,但是却是一个“上游高度成熟”的产品——至少比PCB板在超精细、超大板卡上更为成熟和具有规模成本与工艺成本优势。且,如果应用巨量转移技术,玻璃基板的友好性也更高——PCB的平整度对于50微米以下的Micro LED转移,将是一个比较大的瓶颈,玻璃基板则没有这个问题。据媒体报道, 此前Sony小于 30um的LED晶粒尺寸移至 PCB板的过程中,必须要先转移至一个暂时的基板,才能再次转移至 PCB板上。

    综上所述,玻璃基板LED将很可能是mini-led和Micro LED技术继续进步的“绝配”:超微LED晶体、COB和倒装、巨量转移、玻璃基板的TFT等有望组成下一代LED独立显示屏和新一代液晶显示背光产品进步的“四梁八栋”,为人类显示产业的极限性能带来难以思议的新境界。

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