8K超清超亮全色域MiniLED智能电视技术研究

0   引言

随着平板电视大尺寸化超清超亮趋势的持续发酵，加上国内5G 技术的兴起，8K 超高分辨率面板产业链逐渐建立，整机厂如创维、TCL、康佳、海信等传统TV大厂也积极投入预研。2019 年8 月31 日，TCL 华星首款75 英寸8K MiniLED 屏被正式命名为“星曜”并向全球发布。2020 年4 月22 日，长虹通过线上直播召开5G+8K 全球发布会。随着2020 东京奥运会及2022 年北京冬奥会体育赛事的拉动，8K 搭配MiniLED 高端产品的渗透率会进一步拉高，预计2022 年，中国超高清视频产业总体规模超过4 万亿元，4K 产业生态体系基本完善，8K 关键技术产品研发和产业化取得突破，形成一批具有国际竞争力的企业。有关部分预计，2023 年8K 相关产品出货规模将会达到11M 台，市场渗透率逼近5%。

目前8K 面板及MiniLED 背光显示屏已被多厂家应用到高端屛体产品中，MiniLED 因其可以融合8K 超高分辨率液晶面板，实现超清超亮多分区新形态智能电视，目前已经成为下一代显示屏的关键技术。

本文主要讨论8K超清面板搭配MiniLED的应用方法。

1   8K和MiniLED

1.1 什么是8K

所谓8K 电视，所指的是显示屏幕的分辨率，即显示屏幕水平像素加上垂直像素的数量。8K(7 680×4 320像素) 水平分辨率为7 680像素，垂直分辨率为4 320像素，是4K(3 840×2 160 像素) 的4 倍，是高清(1 920×1 080分辨率) 的16 倍。总像素点从4K 的800 万直接提升到3 300 万左右。相同尺寸比较，画面上的像素量越多，显示的画面效果就越好，从而可以看到更精细的细节。

另一方面，单位面积的像素总量直接决定了显示的细节效果，随着平板电视大尺寸化需求，8K 分辨率成为高端产品的必备选择，例如100 英寸电视8K 分辨率的细节显示效果与50 英寸电视4K 分辨率显示效果相同。

1.2 什么是MiniLED

MiniLED 也被称为“百微米级发光二极管”，是最近几年在小间距LED 基础上所衍生出的新型LED显示技术，MiniLED 是传统LED 和MicroLED 之间的过渡技术，其像素尺寸和制备难度也介于两者之间，是传统LED 背光的改进版本。目前行业认为芯片尺寸(100~200) μm 之间可以称为MiniLED。对比于其他显示技术，MiniLED 具有如下优势：

1) 继承了无机LED 的高效率、高亮度、高可靠度以及反应时间快等特点；

2) 具备节能、机构简易、体积小、薄型（与OLED相当）等优势；

3) 对比于传统的背光设计，MiniLED 能在更小的混光距离内实现更好的亮度均匀性，配合区域调光功能实现更高的的对比度，以及更加细腻的画质体验；

4) 相比OLED，MiniLED 的色彩更容易准确的调试，有更长的发光寿命和更高的亮度以及具有更佳的材料稳定性等优点。

目前市场上的MiniLED 可分为被动式（Passive Matrix，PM） 及主动式（Active Matrix，AM），AM MiniLED 技术一般采用玻璃基板，以TFT作为驱动电路，实现主动矩阵式驱动，分区数越多，越能显现其优势。

除了成本更有竞争力之外，规格也能做到媲美OLED 的水准。而目前市场上MiniLED 设计方式主要采用被动式矩阵, 一般采用PCB 基板，其弊端是LED 驱动IC 的用量会随着背光分区数的提升而同步增加，除了需要用比较大的驱动板，用于分区的FFC 也特别多，生产工艺及成本也会提高。AM MiniLED 则使用了玻璃的TFT制作工艺，线路可以做得更窄，可在较高分区的情况下工艺更简单，更具有可量产性及成本优势。液晶屏厂如京东方（BOE）、华星光电（CSOT）等利用TFT 资源优势^[1]，大力研发AM MiniLED 技术，预计2021 年会有更多的AM MiniLED 产品面世。

2   模组设计方案及其风险点探讨

本文主要是针对8K 超高分辨率面板搭配MiniLED显示背光系统的验证，主要从8K 面板应用设计、LED的驱动、控制系统、散热系统进行摸底，实现的效果是超多分区（考虑可生产性PM 建议做1 000 分区以下，AM 可做到5 000+ 分区），图像与背光精准对位的超高对比度，兼顾高亮度高色域性能。在此，对系统框架图以及模组设计方案进行概述。

图1 系统框架图

2.1 8K与4K的液晶玻璃参数对比

如前所述，8K 分辨率是4K 的4 倍、高清的16 倍。下面以京东方8K（HV750SUB-N90）与4K（HV750QUB-F90）为例，对比介绍主要不同点，如表1 所示。

2.2 8K匹配MiniLED背光实现方案

本文主要讨论8K 液晶玻璃搭配MiniLED 的技术实现，需攻克的难关包括机构匹配8K 液晶玻璃可靠性、光源效率、模组厚度等，相邻MiniLED PCB 拼缝造成的主观暗带、灯板变形问题，画质方面，Local dimming功能下背光边界明显等。以75 英寸8K 搭配MiniLED背光，相关信息如表2。

表1 8K与4K参数对比

表2 75英寸8K搭配MiniLED背光的参数

2.2.1 驱动方案

PM 灯板为解决驱动在Mini 灯板后面而影响的散热、模组厚度及驱动方案稳定性问题，整体驱动方案采用灯区分离，单独恒流板，恒流驱动IC 采用爱瓦特7038，单颗IC 支持16 分区调光。

2.2.2 散热问题

由于8K 面板穿透率较低，一般为3%~3.5%，较同尺寸4K 面板降低30%~40%。如果保持亮度不变，系统输入总能量需要提高30%~40%。另一方面，多分区MiniLED 样机均存在功耗大，固定位置（包含背板、LED、混光腔体、灯条线接口等）温度高的问题，所以模组散热是重中之重，设计要点如下。

1) 采用高光效低热阻的NCSP 工艺灯珠或者COB灯板。

NSCP 灯珠为倒装晶片焊接在BT 基板上(COB)，通过模具封胶切割形成普通封装LED，热阻较小，热传导较快，灯珠发光效率相应的提高。

2) 采用高导热、高耐热性FR4 板子或者玻璃基板。

●   PM 灯板使用的FR4 为高Tg 线路板，耐热性及热传导性都优于普通FR4 基板；

●   AM 灯板使用玻璃基板也具有良好的导热性能。

3)LED 电压分BIN 细分到0.05 V，防止串并联后电压差值累计导致分流不均，LED 散热影响，恒流板MOS 管压差超标温升较高。

4) 灯板粘贴到背板使用具有一定导热性能的双面胶或者进行点胶工艺。

5) 使用高反射、高稳定性油墨（92%+ 反射率），以此可降低电流，减少热量。

2.2.3 背板平整度问题

●   灯板边缘翘起引起的主观不良；

●   背板局部变形对灯珠引起失效；

●   背板变形对玻璃基板造成破裂。

所以对背板平整度要求较高，建议使用钢塑背板。

2.3.3 模组厚度问题

Mini-LED 背光方案以可以实现更小的混光距离作为其最为显著的优点之一，因此有望实现更薄的模组厚度。Mini 灯板设计最低可做OD0，但因成本问题，同时结合整机造型，建议在OD5~OD12，保证模组厚度整机造型，且成本较OLED 有较大优势。

2.4 主观问题

1) 拼缝暗影问题：灯板之间的拼缝暗影，需要通过增加反射片来解决，且为防止贴反射片引起反射率高于PCB 的现象，反射片需根据不同的Pitch 选择不同程度的黑色丝印，以达到亮度均匀的效果。

2) 白场边缘发蓝问题：因蓝光会通过边缘反射到四边，边缘会有发蓝问题，所以需要边缘涂黄色丝印来解决色彩一致性问题，黄色丝印可在膜片上进行。

3) 灯板之间亮度差异：为提高可生产性，PCB 灯板上都无反射片，PCB 回流焊后或者维修后会出现不同程度的颜色不一致，此对油墨的稳定性要求高。

4) 分区之间的亮度色彩差异：防止各分区之间晶片波长差异导致激发的颜色差异，电压差异导致的分流不均出现亮度差异，晶片的波长及电压按照1.5 nm 以及0.05 V 进行管控。

2.5 技术风险评估

1) 主观与光学一致性问题单片的LED 芯片波长需要尽可能缩小范围，常规的波段和光通量的分BIN 区间需减小，防止出现局部偏色或者亮度不一致问题。

为此，波长按照1.5 nm，电压按照0.05 V 管控，需上游资源配合。

2) 拼缝视效问题（受SMT/ 点胶机等设备限制，灯板为多块板子组装）。

拼缝使用带有黑色丝印的反射片粘贴。

3) 软件画质配合调整，解决local dimming 模式下

的背光边界明显问题。需进行软件设计保证边界过度均匀（电流递变或者demura 技术）。

4) 灯板变形问题

采用高阶FR4，尽量减少变形量，同步使用钢塑背板，使用双面胶/ 点胶，使整体灯板平整。

5) 灯板提高亮度问题

为在不增加功率的基础上增加亮度，可提高灯板油墨反射率，使用高反射率（92%）高稳定性油墨或者灯板粘贴反射片（99% 反射率，但是加工较难，需开发自动化设备）。

6) 生产效率问题

重点在灯板粘贴工位，需开发治具提高粘贴精准度及效率。

3   结语

8K 超高清可以达到画面显示的至臻效果，画面细腻程度是无可比拟的。而MiniLED 在亮度、功耗、对比度、区域调光等方面较普通LED 有大幅提高，两者融合后，在亮度、色彩调整以及产品稳定性上要远远优于OLED。但是，作为新兴技术，8K 分辨率面板搭配MiniLED 技术，目前尚有许多不足之处。如何缩短8K超高分辨率面板搭配MiniLED 技术的开发周期，提高产品量产能力及降低生产成本，是决定MiniLED 产品进入大批量商品化时程的最重要因素。另外，新型主动式AM MiniLED 采用TFT 开关控制LED，可实现像素级分区效果，且产品驱动及外观造型更有优势，其工艺与液晶玻璃面板TFT 类似，延伸液晶玻璃产业链，提高资源配置效率。

参考文献：

[1] 京东方、兆驰、创维技术交流会.

（本文来源于《电子产品世界》杂志社2021年1月期）