LED顯示技術(shù)

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落。調(diào)研機(jī)構(gòu)TrendForce日前發(fā)表2020年十大科技產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，其中Mini LED、Micro LED位居趨勢(shì)之一，尤其Mini LED量產(chǎn)在即，并且大量應(yīng)用在高端產(chǎn)品上，Mini LED將與OLED直接競(jìng)爭(zhēng)。

尤其是蘋果屢傳要在中尺寸產(chǎn)品上導(dǎo)入Mini LED顯示器，蘋果在新技術(shù)的采用上多半具示范效果，分析師預(yù)期蘋果在2020年第四季將相關(guān)技術(shù)導(dǎo)入iPad，對(duì)Mini LED可望產(chǎn)生推波助瀾的效果。TrendForce表示，高刷新率手機(jī)面板需求看增，平板成為Mini LED與OLED新戰(zhàn)場(chǎng)，在手機(jī)面板方面，目前OLED或LCD面板的規(guī)格已經(jīng)能滿足各類消費(fèi)者的需求，然而伴隨著5G布建展開，其高傳輸效率與低延遲的特性，除了改善手機(jī)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，也開創(chuàng)手機(jī)在AR等其他領(lǐng)域的應(yīng)用，帶動(dòng)90Hz甚或是120Hz面板的需求。

另外，以最熱門的電競(jìng)應(yīng)用來看，除了既有的高刷新頻率面板，透過Mini LED背光增強(qiáng)對(duì)比表現(xiàn)的更高階產(chǎn)品，量產(chǎn)的條件也愈來愈充裕。而在采用LCD多年后，市場(chǎng)也傳出2020年的iPad可能同步推出采用Mini LED背光與OLED這類增強(qiáng)畫質(zhì)表現(xiàn)的面板技術(shù)，讓平板成為OLED與Mini LED另一個(gè)發(fā)展契機(jī)。

其次，產(chǎn)業(yè)供過于求，Micro LED開創(chuàng)新藍(lán)海，從Micro LED自發(fā)光顯示器進(jìn)展來看，愈來愈多面板廠商推出玻璃背板的Micro LED方案，但由于良率問題，目前模組最大做到12?，更大尺寸的顯示器則是通過玻璃拼接的方式實(shí)現(xiàn)。盡管短期內(nèi)Micro LED的成本仍居高不下，但由于Micro LED搭配巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)可以結(jié)合不同的顯示背板，創(chuàng)造出透明、投影、彎曲、柔性等顯示效果，未來將有機(jī)會(huì)在供過于求的顯示器產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，創(chuàng)造出全新的藍(lán)海市場(chǎng)。例如，若結(jié)合可折疊顯示螢?zāi)环桨福琈icro LED因?yàn)椴牧辖Y(jié)構(gòu)強(qiáng)健，不需要很多保護(hù)層，也不需要偏光處理，或許是一個(gè)適合切入的領(lǐng)域。

科普：OLED、Mini LED、Micro LED 是怎樣的顯示技術(shù)?

OLED(OrganicLight-Emitting Diode)，又稱為有機(jī)電激光顯示、有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體(OrganicElectroluminesence Display，OLED)。OLED屬于一種電流型的有機(jī)發(fā)光器件，是通過載流子的注入和復(fù)合而致發(fā)光的現(xiàn)象，發(fā)光強(qiáng)度與注入的電流成正比。OLED在電場(chǎng)的作用下，陽極產(chǎn)生的空穴和陰極產(chǎn)生的電子就會(huì)發(fā)生移動(dòng)，分別向空穴傳輸層和電子傳輸層注入，遷移到發(fā)光層。當(dāng)二者在發(fā)光層相遇時(shí)，產(chǎn)生能量激子，從而激發(fā)發(fā)光分子最終產(chǎn)生可見光。由于OLED早已普及，屬于比較成熟的技術(shù)，所以這里就不再多描述。

micro-LED技術(shù)是在2000年由來自于德州理工大學(xué)的Hongxing Jiang和Jingyu Lin兩位教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組創(chuàng)造。當(dāng)然，消費(fèi)者第一次看到使用micro-LED技術(shù)產(chǎn)品的屏幕是索尼的55英寸全高清分辨率“Crystal LED Display”產(chǎn)品，它是在2012年正式亮相。當(dāng)時(shí)，這種技術(shù)無論是對(duì)比度還是色域，都要比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手出色很多。當(dāng)然，但是使用這項(xiàng)技術(shù)的索尼產(chǎn)品很貴，并且由于產(chǎn)能非常低，基本上沒有大批量商業(yè)化的可能。但這并沒有組織公司和企業(yè)繼續(xù)投資和對(duì)micro-LED技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。業(yè)內(nèi)人士表示，micro-LED技術(shù)目前已經(jīng)非常接近于商業(yè)化量產(chǎn)的程度。

micro-LED技術(shù)簡(jiǎn)單介紹

micro-LED與OLED有很多相似之處，因此與LCD相比，micro-LED與OLED的對(duì)比就顯得更加容易理解。首先，從名字上就能看到而這都有LED，因此它們都主要是由發(fā)光二極管組成，因此兩種技術(shù)都是采用自發(fā)光的形式，每個(gè)紅、綠、藍(lán)的亞像素都能自己產(chǎn)生光源，而不像LCD那樣需要專門的背光組件。因此，micro-LED顯示器同樣能夠提供極高的對(duì)比度和黑位水平，這一點(diǎn)與OLED一樣，同時(shí)還有一個(gè)TFT面板為每個(gè)像素提供能量。

Micro LED技術(shù)，即LED微縮化和矩陣化技術(shù)，簡(jiǎn)單來說，就是將LED(發(fā)光二極管)背光源進(jìn)行薄膜化、微小化、陣列化，可以讓LED單元小于50微米，與OLED一樣能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)像素單獨(dú)定址，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)發(fā)光(自發(fā)光)。它的優(yōu)勢(shì)在于既繼承了無機(jī)LED的高效率、高亮度、高可靠度及反應(yīng)時(shí)間快等特點(diǎn)，又具有自發(fā)光無需背光源的特性，體積小、輕薄，還能輕易實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。

從結(jié)構(gòu)原理上看，Micro LED更簡(jiǎn)單，效果更好，TFT基板、超微LED晶粒、驅(qū)動(dòng)IC都不是很大的問題，但是它最大的難題就是眾所周知的巨量轉(zhuǎn)移，如何將LED做的微小化，這需要晶圓級(jí)的工藝水平。比如4K級(jí)別的Micro LED屏幕，需要800萬個(gè)以上的LED高度集成到一起，所以理論上應(yīng)用到小尺寸屏幕上是極為困難的，同時(shí)成本和發(fā)熱也是極為可觀，三星的第一款Micro LED電視選擇146英寸也是這方面的原因。

micro-LED與OLED的不同之處就在于其LED部分的材料組成。OLED中的“O”代表有機(jī)材料，它指的是在能夠產(chǎn)生光的像素堆中使用有機(jī)材料。而micro-LED技術(shù)則使用的無機(jī)氮化鎵材料，這種材料常用于普通的LED照明產(chǎn)品中。這種技術(shù)可以降低對(duì)極化和封裝層的要求，能讓顯示面板更薄。因此micro-LED的組件都很小，寬度不到100μm，比人類的頭發(fā)還細(xì)。

如果從另一個(gè)問題來看這個(gè)問題，micro-LED就是傳統(tǒng)LED通過更小的方式排放在陣列中。實(shí)際上LED并不是什么新技術(shù)，但在如此小的部件面板上排序陣列才是真正的困難。與其他顯示面板技術(shù)相反的是，在智能手表和智能手機(jī)等小尺寸設(shè)備上使用的micro-LED屏幕更容易制造。而事實(shí)證明，現(xiàn)在想要增加micro-LED顯示面板的面積困難很大。當(dāng)然，由于焊接精度的要求很高，將更高的分辨率壓縮到智能手機(jī)屏幕大小，困難也很大。

對(duì)面板制造商來說，目前一個(gè)尚未解決的問題就是如何將大量的LED轉(zhuǎn)移到控制電路板上。有一個(gè)潛在的解決方案是，將LED集中放置到一個(gè)更大的陣列中，然后通過焊接完成顯示。但這種方法的問題在于，目前選擇和制造的精度為±34μm，而這并不符合micro-LED所需要的±1.5μm的精度要求。

還有一種代替的方案就是蝕刻LED陣列與IC連接，或?qū)⒁粋€(gè)單獨(dú)的TFT層轉(zhuǎn)移到LED陣列中。這些蝕刻方法避免了芯片焊接的精度問題，但改進(jìn)了用于滿足微型發(fā)光元件的小尺寸部件要求，以及對(duì)高分辨率的顯示方式實(shí)現(xiàn)起來也昂貴而且難以實(shí)現(xiàn)。目前整個(gè)制造業(yè)在這個(gè)方面的進(jìn)步很緩慢，因此想要提高產(chǎn)量，還需要繼續(xù)改進(jìn)。

在短期內(nèi)，圓晶體成鍵似乎是最可行的過程。不過這款產(chǎn)品目前只適用于低像素的面板，比如對(duì)分辨率要求不高的智能手表，而并非QHD分辨率的智能手機(jī)。制造出高分辨率的micro-LED面板是很多廠商的目標(biāo)，但這需要不斷提高制造精度。

與OLED的優(yōu)劣對(duì)比

盡管面臨制造障礙，但micro-LED技術(shù)仍然值得期待，因?yàn)榕cOLED相比micro-LED提供了更多的進(jìn)步。首先究竟是最大亮度時(shí)功率的降低，也就是說，在同樣低功率條件下，micro-LED能夠達(dá)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%。對(duì)于像智能手機(jī)這樣續(xù)航電量非常寶貴的便攜式產(chǎn)品來說，這是一個(gè)巨大的吸引力，這意味著降低屏幕的功耗，帶來更長的使用時(shí)間。與目前的OLED和LCD相比，廠商們可以增加面板的亮度，更好的在陽光直射下使用。

另外，micro-LED的顯示壽命也要比OLED更長。OLED燒屏現(xiàn)在依然還是個(gè)很大的問題，因?yàn)橛袡C(jī)材料的使用壽命有限，尤其是藍(lán)色OLED面板。micro-LED則沒有這樣的顧慮，甚至要比LCD在顏色轉(zhuǎn)換之前持續(xù)的時(shí)間更長。而更小的micro-LED尺寸也可以讓高分辨率更容易實(shí)現(xiàn)，比如4K甚至8K分辨率智能手機(jī)或虛擬現(xiàn)實(shí)屏幕等。說到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，OLED面板的響應(yīng)時(shí)間已經(jīng)降低到了微秒級(jí)別，擁有非常不錯(cuò)的響應(yīng)時(shí)間等級(jí)。而這讓它們成為了虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用最理想的選擇。而改成micro-LED之后，響應(yīng)時(shí)間又進(jìn)一步降低到了納秒級(jí)別，更快了1000倍。

micro-LED除了擁有上述優(yōu)點(diǎn)之外，還在對(duì)比度、色域和柔性顯示屏領(lǐng)域擁有更大的優(yōu)勢(shì)。這些都讓micro-LED再與OLED相比時(shí)成為了優(yōu)點(diǎn)，但是micro-LED的制造價(jià)格成本也要高很多，甚至是目前LCD或OLED面板的三到四倍。毫無疑問，這會(huì)讓產(chǎn)品的成本上升不少，甚至還影響整個(gè)行業(yè)的投資。畢竟目前很多廠商還在不斷擴(kuò)大OLED屏幕的生產(chǎn)線。

Mini LED是什么?與Micro LED區(qū)別在哪?

Mini LED，又名“次毫米發(fā)光二極管”，意指晶粒尺寸約在100微米的LED，最早是由晶電所提出。Mini LED是介于傳統(tǒng)LED與Micro LED之間，簡(jiǎn)單來說還是傳統(tǒng)LED背光基礎(chǔ)上的改良版本。在制程上相較于Micro LED良率高，具有異型切割特性，搭配軟性基板亦可達(dá)成高曲面背光的形式，采用局部調(diào)光設(shè)計(jì)，擁有更好的演色性，能帶給液晶面板更為精細(xì)的HDR分區(qū)，且厚度也趨近OLED，可省電達(dá)80%，故以省電、薄型化、HDR、異型顯示器等背光源應(yīng)用為訴求，適合應(yīng)用于手機(jī)、電視、車用面板及電競(jìng)筆記本電腦等產(chǎn)品上。

相比MicroLED，理論上說Mini LED技術(shù)難度更低，更容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，且可以大量開發(fā)液晶顯示背光源市場(chǎng)，產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性更佳。據(jù)業(yè)界估算，若采用Mini LED背光設(shè)計(jì)的液晶電視面板，價(jià)格約只有OLED電視面板6~8成，但亮度、畫質(zhì)都與OLED相近，省電效能卻又更高。同時(shí)一臺(tái)55英寸的Mini LED背光液晶面板使用4萬顆LED，對(duì)于LED晶粒廠商產(chǎn)能去化將有正面助益?？傮w來說，Micro LED對(duì)于畫質(zhì)來說會(huì)有質(zhì)的提升，是下一代的革命性顯示技術(shù)，但是目前技術(shù)方面依然不夠成熟。

而Mini LED則是LED背光的改良版本，不過依然可以大幅提升現(xiàn)有的液晶畫面效果，同時(shí)成本相對(duì)比較容易控制，也有望成為市場(chǎng)的主流。我們也期望廠商能加快研發(fā)步伐，早日帶來可以滿足普通消費(fèi)者的Micro LED和Mini LED電視產(chǎn)品。雖然LED在生活中處處可見，但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計(jì)人員擁有更加專業(yè)的知識(shí)儲(chǔ)備，這樣才能設(shè)計(jì)出更加符合生活所需的產(chǎn)品。