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Mini LED显示技术究竟好在哪?

2021-6-7 10:44:00
  • OLED常使用PWM调节亮度,也就是通过屏幕的亮、灭交替来改变屏幕亮度。由于亮、灭交替足够快,超出人眼感知范围,所以亮度高的时候一般人眼发觉不了,只在相机镜头下才能看到频闪。但在亮度低的时候,频闪会更明显,比较敏感的人就会感受到频闪引发的眼睛不适。

高端产品常使用OLED,其中不言而喻LED代表的是光电二极管,而O则代表使用有机物。光电二极管(Photo-Diode)和普通二极管一样,也是由一个PN结组成的半导体器件,也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件,而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。在复合物产生能量后,有机物作为发光层与其连接,吸收能量并以光的形式释放。不同的有机物能发出不同颜色的光、且光色纯,能显示的色彩范围广,并可独立控制,对比度可视为无限大。它结构轻薄又省电,更适合使用在随身设备上。

OLED常使用PWM调节亮度,也就是通过屏幕的亮、灭交替来改变屏幕亮度。由于亮、灭交替足够快,超出人眼感知范围,所以亮度高的时候一般人眼发觉不了,只在相机镜头下才能看到频闪。但在亮度低的时候,频闪会更明显,比较敏感的人就会感受到频闪引发的眼睛不适。

所幸的是,安卓阵营从去年开始已经普及了DC调光,也就是通过软件算法,改变面板电路的功率来改变屏幕的亮度,很大程度上减轻OLED屏频闪问题,甚至像红米还推出了硬件DC调光,将自研算法集成在屏幕驱动IC当中。

如果说OLED屏幕的频闪几乎已经被克服了,那“烧屏”就是OLED难以解决的另一硬伤。“烧屏”也称“残像”,其根本原因是发光元器件的生命周期不同。OLED面板中红绿蓝子像素的寿命不一致,三个子像素间的波长、所需电流也都有差异,所以在长时间显示固定内容时,蓝色像素老化比另外两个像素更快,导致色彩偏移,就容易留下“像素残影”。就算是iPhone,也逃不过这个通病,苹果在官网也表明:烧屏或者色彩变化是OLED屏的正常变化。

可以看出,即使OLED屏已经快要取代LCD屏的今天,它也依然有很多不完美的地方,LCD屏在很多方面也稍显落后,两者注定互有好坏。所以,未来也必将有新的屏幕技术取代这两者。

Micro LED

Micro LED技术即LED微缩化和矩阵化技术,简单来说就是将LED(发光二极管)背光源进行薄膜化、微小化、阵列化,可以让LED单元小于50微米,与OLED一样能够实现每个像素单独定址,单独驱动发光(自发光)。它的优势在于既继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点,又具有自发光无需背光源的特性,体积小、轻薄,还能轻易实现节能的效果。

Micro LED技术是在2000年由来自于德州理工大学的Hongxing Jiang和Jingyu Lin两位教授领导的一个研究小组创造。当然,消费者第一次看到使用Micro LED技术产品的屏幕是索尼的55英寸全高清分辨率“Crystal LED Display”产品,它在2012年正式亮相。

18年和19年的CES上,三星接连展示了数款Micro LED电视“秀肌肉”。而苹果在也早在2014年就收购了一家Micro LED研发的企业。外界普遍认为,苹果将率先在Apple Watch智能手表中引入Micro LED屏幕。

从结构原理上看,Micro LED更简单,效果更好,TFT基板、超微LED晶粒、驱动IC都不是很大的问题,但是它最大的难题就是众所周知的巨量转移,如何将LED做的微小化,这需要晶圆级的工艺水平。比如4K级别的Micro LED屏幕,需要800万个以上的LED高度集成到一起,所以理论上应用到小尺寸屏幕上是极为困难的;同时成本和发热也是极为可观,三星的第一款Micro LED电视选择146英寸也是这方面的原因。

Micro LED与OLED的不同之处就在于其LED部分的材料组成。前文提到OLED中的“O”代表有机材料,它指的是在能够产生光的像素堆中使用有机材料。而Micro LED技术则使用的无机氮化镓材料,这种材料常用于普通的LED照明产品中。这种技术可以降低对极化和封装层的要求,能让显示面板更薄。因此Micro LED的组件都很小,宽度不到100μm,比人类的头发还细。

如果从另一个问题来看这个问题,Micro LED就是传统LED通过更小的方式排放在阵列中。实际上LED并不是什么新技术,但在如此小的部件面板上排序阵列才是真正的困难。与其他显示面板技术相反的是,在智能手表和智能手机等小尺寸设备上使用的Micro LED屏幕更容易制造。而事实证明,现在想要增加Micro LED显示面板的面积困难很大。当然,由于焊接精度的要求很高,将更高的分辨率压缩到智能手机屏幕大小,困难也很大。

对面板制造商来说,目前一个尚未解决的问题就是如何将大量的LED转移到控制电路板上。有一个潜在的解决方案是,将LED集中放置到一个更大的阵列中,然后通过焊接完成显示。但这种方法的问题在于,目前选择和制造的精度为±34μm,而这并不符合micro-LED所需要的±1.5μm的精度要求。

还有一种代替的方案就是蚀刻LED阵列与IC连接,或将一个单独的TFT层转移到LED阵列中。这些蚀刻方法避免了芯片焊接的精度问题,但改进了用于满足微型发光元件的小尺寸部件要求,以及对高分辨率的显示方式实现起来也昂贵而且难以实现。目前整个制造业在这个方面的进步很缓慢,因此想要提高产量,还需要继续改进。

在短期内,圆晶体成键似乎是最可行的过程。不过这款产品目前只适用于低像素的面板,比如对分辨率要求不高的智能手表,而并非QHD分辨率的智能手机。制造出高分辨率的Micro LED面板是很多厂商的目标,但这需要不断提高制造精度。

目前来看,Mini LED的已经应用在很多显示器上了,而制作工艺更复杂、体验更优越的Micro LED想要普及,还有很长一段路。

未来的显示技术市场竞争激烈

此前研调机构发表2020年十大科技产业趋势,其中Mini LED、Micro LED位居趋势之一,尤其Mini LED量产在即,并且大量应用在高端产品上,Mini LED将与OLED直接竞争。

高刷新率手机面板需求看增,平板成为Mini LED与OLED新战场;在手机面板方面,目前OLED或LCD面板的规格已经能满足各类消费者的需求。然而伴随着5G布建展开,其高传输效率与低延迟的特性,除了改善手机内容的动态表现,也开创手机在AR等其他领域的应用,带动90Hz甚或是120Hz面板的需求。

综合来看,Mini LED不论是在LCD背光应用方面亦或是在RGB直显应用方面都具有非常不错的前景。在各厂商加速布局Mini LED的趋势之下,未来几年将会是Mini LED的爆发期。

据Arizton数据,2018年全球Mini LED市场规模仅1000万美元,预计2024年将上升至23.22亿美元,6年复合年增长率达到了147.92%。

另外,尽管短期内Micro LED的成本仍居高不下,但由于Micro LED搭配巨量转移技术可以结合不同的显示背板,创造出透明、投影、弯曲、柔性等显示效果,未来将有机会在供过于求的显示器产业当中,创造出全新的蓝海市场。例如,若结合可折叠显示萤幕方案,Micro LED因为材料结构强健,不需要很多保护层,也不需要偏光处理,或许是一个适合切入的领域。

尽管面临制造障碍,但Micro LED技术仍然值得期待,因为与OLED相比Micro LED提供了更多的进步。首先究竟是最大亮度时功率的降低,也就是说,在同样低功率条件下,Micro LED能够达到更大的亮度。相比之下,功耗要比LCD低了足足90%,而比OLED也要低50%。对于像智能手机这样续航电量非常宝贵的便携式产品来说,这是一个巨大的吸引力,这意味着降低屏幕的功耗,带来更长的使用时间。与目前的OLED和LCD相比,厂商们可以增加面板的亮度,更好的在阳光直射下使用。

而更小的Micro LED尺寸也可以让高分辨率更容易实现,比如4K甚至8K分辨率智能手机或虚拟现实屏幕等。说到虚拟现实技术,OLED面板的响应时间已经降低到了微秒级别,拥有非常不错的响应时间等级。而这让它们成为了虚拟现实应用最理想的选择。而改成Micro LED之后,响应时间又进一步降低到了纳秒级别,更快了1000倍。

但是Micro LED的制造价格成本也要高很多,甚至是目前LCD或OLED面板的三到四倍。毫无疑问,这会让产品的成本上升不少,甚至还影响整个行业的投资。毕竟目前很多厂商还在不断扩大OLED屏幕的生产线。

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