灯火通明的夜间都市,已经不再是LED的唯一舞台。凭借色彩逼真、无缝拼接的优势,LED开始在显示领域崭露头角。Mini LED产业应用进程不断加快,更是让小间距LED有了和OLED平分秋色的潜力。

对于中国而言,小间距LED不仅有望帮助显示面板厂商绕过三星在OLED专利布下的“天罗地网”,而且有助于LED厂商脱离照明行业的红海,寻找新的增长点。

在上游芯片环节,已经有国内厂商积极布局,占据产业链中的高价值环节,明微电子就是其中之一。明微电子LED显示驱动类芯片业务已经占据七成营收,它究竟掌握了哪些“黑科技”?在Mini LED产业应用不断涌现的背景下,明微电子又将如何布局以收获红利?

与面板厂商“会师”的LED显示

LED产业链可分为衬底制作、外延生长、芯片制造、封装和应用等环节。上游包括衬底制作、外延生长和芯片制造,属于技术密集型和资本密集型产业,位于“金字塔”的顶部。

因此,在全球LED产能向中国大陆迁移的浪潮中,中国厂商最先进入的是技术门槛相对较低的中下游封装和应用,并迅速形成规模。

然而,随着中国成为全球LED的第一大生产基地,中下游已经逐步进入“薄利多销”的红海局面。以国内LED行业的先行者联创光电(600363．SH)为例,尽管近年来营收不断增长,毛利率却持续下滑,从2016年的15．65%下降至2019年的11．99%,如今只能在激光和超导领域寻找新增长点。

避开LED照明红海向LED显示领域转型,在芯片等价值更高的上游环节实现国产替代,成为国内LED厂商的新机遇。

LED在显示领域的表现可谓“异军突起”。LED具有节能、寿命长、视角大、可视距离远的特性,因此LED显示屏最先攻占的是室外大屏场景。比起用液晶屏拼接的解决方案,LED能够克服不同显示屏之间色彩和亮度的差异。不过,“像素不足”成为LED显示向室内发展的主要阻力。

所以,增加像素点、缩小灯泡间距,成为了LED显示领域发展的趋势, “小间距LED显示屏”应运而生。“小间距LED显示屏”特指LED点间距在2．5mm以下的LED屏幕,显示效果有较大提升,并且逐渐参与到与LCD和OLED的竞争中。

近几年,LCD在室内屏幕和小尺寸屏幕的竞争中渐落下风。这主要是因为LCD是背光技术,电视上依靠两侧几十颗LED灯泡,难以做到对面板每一个区域的精确调光,对比度明显逊于OLED。此外,OLED透光性更好,能够更好地支持屏下指纹模块等优势,蚕食高端电视和手机屏幕市场顺理成章。

Mini LED则将LED点间距进一步缩小到1mm以下,既可以用作“LCD背光”,也可以“主动发光”。

用作“LCD背光”,能够完整保留RGB三原色,帮助LCD实现更精准的调光,色彩还原度也接近OLED;用于主动发光,则是小间距LED的升级版,分辨率更高,相比OLED有更节能和使用寿命更长的显著优势,但是因为灯珠更密集,目前仍在突破成本和量产技术的桎梏。

(2017-2025年全球LED显示屏市场规模)

对于中国面板产业链而言,Mini LED乃至之后Micro LED的突破,不只是增加了OLED之外的技术方案,而且有助于中国厂商绕过三星在OLED积累的优势,另辟蹊径。

在国内市场,以明微电子为代表的部分厂商已在LED显示产业链上扎根多年。随着Mini LED的产业化应用加速,国内LED厂商与面板厂商“会师”近在眼前。

驱动芯片助LED显示“攻城略地”

明微电子的主要产品是LED显示驱动芯片,运用在“显示屏”和“智能景观”两大场景。从2017年到2019年,LED显示驱动芯片业务均贡献了明微电子七成以上的营收。

驱动芯片是LED屏幕核心部件之一,不仅控制着LED显示屏的色彩、亮度、对比度等图像效果,而且能够解决电磁兼容等问题,保障显示模块稳定运行。在驱动芯片的加持下,LED点阵组成的大面积显示屏凭借稳定的性能、超长的使用寿命和节能等优势,率先成为户外广告、体育场馆等户外大屏的主流解决方案。

之后,LED的制造成本不断降低,小间距LED显示屏让LED显示从室外走向室内,适用于安防、交通、会议等室内大屏场景。2018年,万达影院更是启用了国内第一块LED电影屏幕,自发光的LED显示开始和氙气灯泡、激光光源同台竞技。

LED显示的商业应用,既需要提高LED点阵密度提升显示效果,又要解决能耗和散热问题,因此对驱动芯片设计的要求也越来越高。为了适用于更多应用场景,小间距LED显示屏必须不断向“低亮度、高灰度和高刷新率”发展,驱动芯片则需要承担高精度、高位阶的PWM(脉冲宽度调制)控制的重担。

为了帮助LED屏幕不断“攻城略地”,明微电子自主研发了“SM-PWM技术”和“消影技术、稳压控制、节能控制”等核心技术,能够有效提升LED显示屏的刷新率和显示清晰度,在保证高密度LED显示效果的同时降低功耗,实现“一箭双雕”。

除了应用于LED显示屏外,室外LED智能景观则是LED显示驱动芯片的另一个舞台。室外智能景观可以算是LED大屏的衍生品,能够帮助城市、景区和舞台实现“立体展示”。

不管是上海浦东的沿江夜景,还是北京世园会灯光展,都靠节能稳定的LED“点亮”。明微电子的智能景观驱动芯片,不止需要控制电源电压,以保障景观系统的正常工作,还需要较强的抗干扰能力,进而实现景观工程的智能化控制,保证艺术效果。

(2017-2019年明微电子主营业务构成)

LED照明驱动芯片是明微电子的第二大业务。利用自主研发的“高压集成结构器件技术”,明微电子是国内首个开发出高压NMOS(N型金属氧化物半导体)的厂商。该技术能够精简灯具外围元件,并逐步取代了传统的恒流二极管驱动方案。

目前,LED照明也在向“智能化”方向发展。芯片除了要保证LED灯具的稳定工作外,还需要成为智能照明的“大脑”,依据不同场景的需求输出特定的照明效果。明微电子利用自研的“开关调光调色控制技术”等核心技术,研发出内置多种功能模式,能够智能调节色彩、色温和亮度的智能照明驱动芯片,其客户不乏阳光照明(600261．SH)、佛山照明(000541．SZ)等知名LED照明厂商。

除了LED显示驱动芯片外,明微电子还生产电源管理类芯片。这种芯片被广泛应用于家电和移动终端等产品中。赛迪顾问的统计数据显示,电源管理芯片市场规模,从2012年的430．68亿元增长至681．53亿元。随着5G通信技术和智能家居市场的推动,电源管理类芯片市场将保持高速增长。

募资突破封装产能限制

由于集成电路产业分工越来越细致,LED芯片也主要依赖Fabless模式:明微电子这样的芯片厂商专事芯片设计,代工则交由专业的代工厂。这种模式有助于芯片厂商轻装上阵,无需涉及生产端的设备投入和管理。

之前,明微电子晶圆制造和部分封测业务委外加工。不过,在集成电路行业生产旺季,存在晶圆制造厂商和封测厂商产能不足,难以满足明微电子订单需求的情况。尤其是在美国在2017年8月对中国发起“301调查”之后,中美两国在芯片贸易摩擦不断,国产替代潮进一步加剧了封测厂商产能紧张的现状。

另一方面,LED在显示领域的应用越来越多样化,明微电子在成品质量和供货及时性上遇到的挑战与日俱增。明微电子不仅需要解决产能不足的问题,同时还需要缩短新品上市周期以应对市场需求的迭代升级。因此,向下游环节适当延伸,协调匹配芯片研发和封装环节,成为明微电子延续高速增长的关键。

明微电子计划投入1．38亿元募资完成集成电路封装项目,在保证芯片设计能力的基础上充分掌握新型封装生产能力,满足新品开发的需求。该项目将降低封装外协的比例,实现“芯片设计、封装测试、芯片销售”为一体的垂直产业布局。

(2017-2019年明微电子主要财务指标)

Mini LED产业化的节奏正不断加快,普遍预期年内就有搭载Mini LED屏幕的苹果设备发布,势必将带动整个消费电子行业LED显示技术的应用潮流。对比OLED,Mini LED不烧屏、寿命更长等得天独厚的优势。明微电子依靠多项自研技术在LED显示驱动芯片领域盘踞龙头,有望和国内面板厂商在Mini LED的产业化浪潮中顺利“会师”。

作者:夏一哲