Mini LED即将量产!科普:OLED、Mini LED、Micro LED是怎样的显示技术?

2019-10-07 19:03:45 来源:EETOP 作者:易建芯

研调机构TrendForce日前发表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。

尤其是苹果屡传要在中尺寸产品上导入Mini LED显示器,苹果在新技术的采用上多半具示范效果,分析师预期苹果在2020年第四季将相关技术导入iPad,对Mini LED可望产生推波助澜的效果。

TrendForce表示,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。

另外,以最热门的电竞应用来看,除了既有的高刷新频率面板,透过Mini LED背光增强对比表现的更高阶产品,量产的条件也愈来愈充裕。而在采用LCD多年后,市场也传出2020年的iPad可能同步推出采用Mini LED背光与OLED这类增强画质表现的面板技术,让平板成为OLED与Mini LED另一个发展契机。

其次,产业供过于求,Micro LED开创新蓝海,从Micro LED自发光显示器进展来看,愈来愈多面板厂商推出玻璃背板的Micro LED方案,但由于良率问题,目前模组最大做到12吋,更大尺寸的显示器则是通过玻璃拼接的方式实现。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。

科普:OLED、Mini LED、Micro LED 是怎样的显示技术?

OLED(OrganicLight-Emitting Diode),又称为有机电激光显示、有机发光半导体(OrganicElectroluminesence Display,OLED)。OLED属于一种电流型的有机发光器件,是通过载流子的注入和复合而致发光的现象,发光强度与注入的电流成正比。OLED在电场的作用下,阳极产生的空穴和阴极产生的电子就会发生移动,分别向空穴传输层和电子传输层注入,迁移到发光层。当二者在发光层相遇时,产生能量激子,从而激发发光分子最终产生可见光。由于OLED早已普及,属于比较成熟的技术,所以这里就不再多描述。

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,它是在2012年正式亮相。当时,这种技术无论是对比度还是色域,都要比竞争对手出色很多。

当然,但是使用这项技术的索尼产品很贵,并且由于产能非常低,基本上没有大批量商业化的可能。但这并没有组织公司和企业继续投资和对micro-LED技术进行改进。业内人士表示,micro-LED技术目前已经非常接近于商业化量产的程度。

micro-LED技术简单介绍

micro-LED与OLED有很多相似之处,因此与LCD相比,micro-LED与OLED的对比就显得更加容易理解。首先,从名字上就能看到而这都有LED,因此它们都主要是由发光二极管组成,因此两种技术都是采用自发光的形式,每个红、绿、蓝的亚像素都能自己产生光源,而不像LCD那样需要专门的背光组件。因此,micro-LED显示器同样能够提供极高的对比度和黑位水平,这一点与OLED一样,同时还有一个TFT面板为每个像素提供能量。

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。

 

 

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。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。

与OLED的优劣对比

 

 

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。

另外,micro-LED的显示寿命也要比OLED更长。OLED烧屏现在依然还是个很大的问题,因为有机材料的使用寿命有限,尤其是蓝色OLED面板。micro-LED则没有这样的顾虑,甚至要比LCD在颜色转换之前持续的时间更长。

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。

micro-LED除了拥有上述优点之外,还在对比度、色域和柔性显示屏领域拥有更大的优势。这些都让micro-LED再与OLED相比时成为了优点,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。

Mini LED是什么?与Micro LED区别在哪?

Mini LED,又名“次毫米发光二极管”,意指晶粒尺寸约在100微米的LED,最早是由晶电所提出。Mini LED是介于传统LED与Micro LED之间,简单来说还是传统LED背光基础上的改良版本。

 

 

在制程上相较于Micro LED良率高,具有异型切割特性,搭配软性基板亦可达成高曲面背光的形式,采用局部调光设计,拥有更好的演色性,能带给液晶面板更为精细的HDR分区,且厚度也趋近OLED,可省电达80%,故以省电、薄型化、HDR、异型显示器等背光源应用为诉求,适合应用于手机、电视、车用面板及电竞笔记本电脑等产品上。

相比MicroLED,理论上说Mini LED技术难度更低,更容易实现量产,且可以大量开发液晶显示背光源市场,产品经济性更佳。据业界估算,若采用Mini LED背光设计的液晶电视面板,价格约只有OLED电视面板6~8成,但亮度、画质都与OLED相近,省电效能却又更高。同时一台55英寸的Mini LED背光液晶面板使用4万颗LED,对于LED晶粒厂商产能去化将有正面助益。

总体来说,Micro LED对于画质来说会有质的提升,是下一代的革命性显示技术,但是目前技术方面依然不够成熟。而Mini LED则是LED背光的改良版本,不过依然可以大幅提升现有的液晶画面效果,同时成本相对比较容易控制,也有望成为市场的主流。我们也期望厂商能加快研发步伐,早日带来可以满足普通消费者的Micro LED和Mini LED电视产品。


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