8K超清超亮全色域MiniLED智能電視技術研究

0   引言

隨著平板電視大尺寸化超清超亮趨勢的持續發酵，加上國內5G 技術的興起，8K 超高分辨率面板產業鏈逐漸建立，整機廠如創維、TCL、康佳、海信等傳統TV大廠也積極投入預研。2019 年8 月31 日，TCL 華星首款75 英寸8K MiniLED 屏被正式命名為“星曜”并向全球發布。2020 年4 月22 日，長虹通過線上直播召開5G+8K 全球發布會。隨著2020 東京奧運會及2022 年北京冬奧會體育賽事的拉動，8K 搭配MiniLED 高端產品的滲透率會進一步拉高，預計2022 年，中國超高清視頻產業總體規模超過4 萬億元，4K 產業生態體系基本完善，8K 關鍵技術產品研發和產業化取得突破，形成一批具有國際競爭力的企業。有關部分預計，2023 年8K 相關產品出貨規模將會達到11M 臺，市場滲透率逼近5%。

目前8K 面板及MiniLED 背光顯示屏已被多廠家應用到高端屛體產品中，MiniLED 因其可以融合8K 超高分辨率液晶面板，實現超清超亮多分區新形態智能電視，目前已經成為下一代顯示屏的關鍵技術。

本文主要討論8K超清面板搭配MiniLED的應用方法。

1   8K和MiniLED

1.1 什么是8K

所謂8K 電視，所指的是顯示屏幕的分辨率，即顯示屏幕水平像素加上垂直像素的數量。8K(7 680×4 320像素) 水平分辨率為7 680像素，垂直分辨率為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?？傁袼攸c從4K 的800 萬直接提升到3 300 萬左右。相同尺寸比較，畫面上的像素量越多，顯示的畫面效果就越好，從而可以看到更精細的細節。

另一方面，單位面積的像素總量直接決定了顯示的細節效果，隨著平板電視大尺寸化需求，8K 分辨率成為高端產品的必備選擇，例如100 英寸電視8K 分辨率的細節顯示效果與50 英寸電視4K 分辨率顯示效果相同。

1.2 什么是MiniLED

MiniLED 也被稱為“百微米級發光二極管”，是最近幾年在小間距LED 基礎上所衍生出的新型LED顯示技術，MiniLED 是傳統LED 和MicroLED 之間的過渡技術，其像素尺寸和制備難度也介于兩者之間，是傳統LED 背光的改進版本。目前行業認為芯片尺寸(100~200) μm 之間可以稱為MiniLED。對比于其他顯示技術，MiniLED 具有如下優勢：

1) 繼承了無機LED 的高效率、高亮度、高可靠度以及反應時間快等特點；

2) 具備節能、機構簡易、體積小、薄型（與OLED相當）等優勢；

3) 對比于傳統的背光設計，MiniLED 能在更小的混光距離內實現更好的亮度均勻性，配合區域調光功能實現更高的的對比度，以及更加細膩的畫質體驗；

4) 相比OLED，MiniLED 的色彩更容易準確的調試，有更長的發光壽命和更高的亮度以及具有更佳的材料穩定性等優點。

目前市場上的MiniLED 可分為被動式（Passive Matrix，PM） 及主動式（Active Matrix，AM），AM MiniLED 技術一般采用玻璃基板，以TFT作為驅動電路，實現主動矩陣式驅動，分區數越多，越能顯現其優勢。

除了成本更有競爭力之外，規格也能做到媲美OLED 的水準。而目前市場上MiniLED 設計方式主要采用被動式矩陣, 一般采用PCB 基板，其弊端是LED 驅動IC 的用量會隨著背光分區數的提升而同步增加，除了需要用比較大的驅動板，用于分區的FFC 也特別多，生產工藝及成本也會提高。AM MiniLED 則使用了玻璃的TFT制作工藝，線路可以做得更窄，可在較高分區的情況下工藝更簡單，更具有可量產性及成本優勢。液晶屏廠如京東方（BOE）、華星光電（CSOT）等利用TFT 資源優勢^[1]，大力研發AM MiniLED 技術，預計2021 年會有更多的AM MiniLED 產品面世。

2   模組設計方案及其風險點探討

本文主要是針對8K 超高分辨率面板搭配MiniLED顯示背光系統的驗證，主要從8K 面板應用設計、LED的驅動、控制系統、散熱系統進行摸底，實現的效果是超多分區（考慮可生產性PM 建議做1 000 分區以下，AM 可做到5 000+ 分區），圖像與背光精準對位的超高對比度，兼顧高亮度高色域性能。在此，對系統框架圖以及模組設計方案進行概述。

圖1 系統框架圖

2.1 8K與4K的液晶玻璃參數對比

如前所述，8K 分辨率是4K 的4 倍、高清的16 倍。下面以京東方8K（HV750SUB-N90）與4K（HV750QUB-F90）為例，對比介紹主要不同點，如表1 所示。

2.2 8K匹配MiniLED背光實現方案

本文主要討論8K 液晶玻璃搭配MiniLED 的技術實現，需攻克的難關包括機構匹配8K 液晶玻璃可靠性、光源效率、模組厚度等，相鄰MiniLED PCB 拼縫造成的主觀暗帶、燈板變形問題，畫質方面，Local dimming功能下背光邊界明顯等。以75 英寸8K 搭配MiniLED背光，相關信息如表2。

表1 8K與4K參數對比

表2 75英寸8K搭配MiniLED背光的參數

2.2.1 驅動方案

PM 燈板為解決驅動在Mini 燈板后面而影響的散熱、模組厚度及驅動方案穩定性問題，整體驅動方案采用燈區分離，單獨恒流板，恒流驅動IC 采用愛瓦特7038，單顆IC 支持16 分區調光。

2.2.2 散熱問題

由于8K 面板穿透率較低，一般為3%~3.5%，較同尺寸4K 面板降低30%~40%。如果保持亮度不變，系統輸入總能量需要提高30%~40%。另一方面，多分區MiniLED 樣機均存在功耗大，固定位置（包含背板、LED、混光腔體、燈條線接口等）溫度高的問題，所以模組散熱是重中之重，設計要點如下。

1) 采用高光效低熱阻的NCSP 工藝燈珠或者COB燈板。

NSCP 燈珠為倒裝晶片焊接在BT 基板上(COB)，通過模具封膠切割形成普通封裝LED，熱阻較小，熱傳導較快，燈珠發光效率相應的提高。

2) 采用高導熱、高耐熱性FR4 板子或者玻璃基板。

●   PM 燈板使用的FR4 為高Tg 線路板，耐熱性及熱傳導性都優于普通FR4 基板；

●   AM 燈板使用玻璃基板也具有良好的導熱性能。

3)LED 電壓分BIN 細分到0.05 V，防止串并聯后電壓差值累計導致分流不均，LED 散熱影響，恒流板MOS 管壓差超標溫升較高。

4) 燈板粘貼到背板使用具有一定導熱性能的雙面膠或者進行點膠工藝。

5) 使用高反射、高穩定性油墨（92%+ 反射率），以此可降低電流，減少熱量。

2.2.3 背板平整度問題

●   燈板邊緣翹起引起的主觀不良；

●   背板局部變形對燈珠引起失效；

●   背板變形對玻璃基板造成破裂。

所以對背板平整度要求較高，建議使用鋼塑背板。

2.3.3 模組厚度問題

Mini-LED 背光方案以可以實現更小的混光距離作為其最為顯著的優點之一，因此有望實現更薄的模組厚度。Mini 燈板設計最低可做OD0，但因成本問題，同時結合整機造型，建議在OD5~OD12，保證模組厚度整機造型，且成本較OLED 有較大優勢。

2.4 主觀問題

1) 拼縫暗影問題：燈板之間的拼縫暗影，需要通過增加反射片來解決，且為防止貼反射片引起反射率高于PCB 的現象，反射片需根據不同的Pitch 選擇不同程度的黑色絲印，以達到亮度均勻的效果。

2) 白場邊緣發藍問題：因藍光會通過邊緣反射到四邊，邊緣會有發藍問題，所以需要邊緣涂黃色絲印來解決色彩一致性問題，黃色絲印可在膜片上進行。

3) 燈板之間亮度差異：為提高可生產性，PCB 燈板上都無反射片，PCB 回流焊后或者維修后會出現不同程度的顏色不一致，此對油墨的穩定性要求高。

4) 分區之間的亮度色彩差異：防止各分區之間晶片波長差異導致激發的顏色差異，電壓差異導致的分流不均出現亮度差異，晶片的波長及電壓按照1.5 nm 以及0.05 V 進行管控。

2.5 技術風險評估

1) 主觀與光學一致性問題單片的LED 芯片波長需要盡可能縮小范圍，常規的波段和光通量的分BIN 區間需減小，防止出現局部偏色或者亮度不一致問題。

為此，波長按照1.5 nm，電壓按照0.05 V 管控，需上游資源配合。

2) 拼縫視效問題（受SMT/ 點膠機等設備限制，燈板為多塊板子組裝）。

拼縫使用帶有黑色絲印的反射片粘貼。

3) 軟件畫質配合調整，解決local dimming 模式下

的背光邊界明顯問題。需進行軟件設計保證邊界過度均勻（電流遞變或者demura 技術）。

4) 燈板變形問題

采用高階FR4，盡量減少變形量，同步使用鋼塑背板，使用雙面膠/ 點膠，使整體燈板平整。

5) 燈板提高亮度問題

為在不增加功率的基礎上增加亮度，可提高燈板油墨反射率，使用高反射率（92%）高穩定性油墨或者燈板粘貼反射片（99% 反射率，但是加工較難，需開發自動化設備）。

6) 生產效率問題

重點在燈板粘貼工位，需開發治具提高粘貼精準度及效率。

3   結語

8K 超高清可以達到畫面顯示的至臻效果，畫面細膩程度是無可比擬的。而MiniLED 在亮度、功耗、對比度、區域調光等方面較普通LED 有大幅提高，兩者融合后，在亮度、色彩調整以及產品穩定性上要遠遠優于OLED。但是，作為新興技術，8K 分辨率面板搭配MiniLED 技術，目前尚有許多不足之處。如何縮短8K超高分辨率面板搭配MiniLED 技術的開發周期，提高產品量產能力及降低生產成本，是決定MiniLED 產品進入大批量商品化時程的最重要因素。另外，新型主動式AM MiniLED 采用TFT 開關控制LED，可實現像素級分區效果，且產品驅動及外觀造型更有優勢，其工藝與液晶玻璃面板TFT 類似，延伸液晶玻璃產業鏈，提高資源配置效率。

參考文獻：

[1] 京東方、兆馳、創維技術交流會.

（本文來源于《電子產品世界》雜志社2021年1月期）