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星烁纳米 曾参与国家重点研发计划重点专项

技术前沿:OLED对决Micro/Mini LED直显,各有啥优势

返回列表 来源: 发布日期: 2022.04.02
“量子点并不是一种技术路线,但量子点可以与OLED,M-LED结合,颠覆性改变显示行业!”
来自LG Display官网对OLED的介绍
来自LG Display官网对OLED的介绍

OLED对比传统LCD屏幕的优劣
OLED对比传统LCD屏幕的优劣
来自LG Display官网

做“薄”,做“弯”。由于OLED不需要大面积的背光层以及液晶层,故其在厚度上就较LCD有着天然优势,可以做到极薄的形态,这也是符合当下智能手机、智能穿戴设备、超级电视、显示器的需求。此外,由于OLED不一定需要“玻璃基板”作为底层、上层材料,故其可以变得弯折,近年来的折叠手机就是用的这项技术,用软性PI塑料作为基板来实现大角度地弯折。
OPPO Find N,图片来自太平洋电脑网
OPPO Find N,图片来自太平洋电脑网

“黑”得纯粹,相比于LCD使用的背光技术,在显示黑色时只能尽力遮盖相比,OLED如果显示黑色,即直接切断电压传输即可,让光子不再产生也就没有了一丝丝的光亮,让黑色更加纯粹。同时由于黑得纯粹,也让其对比度与LCD屏幕有了质的差距,OLED桌面显示器的对比度动辄10万比1,而LCD屏幕的桌面显示器往往平均也就只有1000比1。
来自LG Display官网
来自LG Display官网

“色得妖艳”,OLED的有机材料在发光时往往可以发出很纯正的三原色光线来组合成不同的颜色,而LCD屏幕受制于背光技术和被动色彩显示,在色域方面是不如OLED来得那么丰富的。
来自LG Display官网-1
来自LG Display官网

“亮得均匀”,由于LCD的显示时需要背光作为支撑的,而背光多数又是采用“侧入式”,因此在照射均匀性上比较一般。OLED在这方面要表现好得多,由于每个像素都能自己发光,在亮度均匀性上就很容易做到统一可控,让屏幕看起来更加的完整统一。
来自LG Display官网-2
来自LG Display官网

“动作快”,区别与LCD屏幕的显示必备的液晶分子偏转需要时间,故在灰阶时间(响应时间)上,OLED这种用电压来控制像素点的方式要快上很多倍,理论上OLED屏幕是可以做到0.1ms级别的响应延迟,而LCD屏幕最快的电竞快速IPS屏幕的响应时间都要在5ms左右。
来自LG Display官网-3
来自LG Display官网

那么难道说OLED就是无敌的吗?OLED一点缺点也没有吗?当然不是。

“烧屏”由于OLED的发色原理来自于有机物,就不得不考虑有机物损耗、寿命短的问题,同时因为同样面积大小的红绿蓝三色子像素的使用寿命并不相同,这就导致了一旦其中一种颜色(蓝色寿命最短)发生加速损耗,就会使得正常的显示内容发生严重色偏,甚至由损耗区域组成某种图形,这就是烧屏,这样也是为什么一些OLED手机、电视在长时间使用后会出现发黄现象的原因。
图片来自于网络,底部的状态栏在纯白背景下依然可见,为OLED烧屏现象
图片来自于网络,底部的状态栏在纯白背景下依然可见,为OLED烧屏现象。

“同样分辨率下精细度低”,为了解决上述的烧屏问题,OLED厂家一般都会采用通过调整红绿蓝三个子像素的大小和位置以及数量来控制其寿命差不多相等。早期阶段OLED市场上会使用Pentile排列,而Pentile排列与标准RGB排列相比减少了三分之一的像素点,精细程度是同样分辨率LCD屏幕的2/3。虽然随着时代的发展,让OLED的子像素排列有了新的变化,比如说三星的钻石排列,华星光电的珍珠排列,这样排列都让OLED像素的密度和有所上升,但最高也不过83%左右,与标准的RGB垂直排列还是有一定差距的。
图片来自于网络,左边为RGB标准排列,右边则为Pentile排列
图片来自于网络,左边为RGB标准排列,右边则为Pentile排列

各面板厂最新研发的OLED像素排列方式

很多手机消费者不理解OLED屏幕子像素排列的重要性,归根结底,屏幕上的色彩是由红、绿、蓝,三种不同颜色的子像素,叠加、混合而呈现出来的。但问题是,蓝色子像素的寿命特别短,老化的速度特别快。时间长了,蓝色像素的发光效率就会骤降,而消费者此时就会看到又黄又偏色的手机屏幕,极为影响手机的使用体验。

于是为了解决三种子像素不同寿命导致的屏幕偏色问题,各大屏幕厂商们只能在像素排列上入手。原本大小一样的红、绿、蓝子像素,被做成了各种大小,其中就包括大家熟知的周冬雨排列和三星的钻石排列等。
三星的钻石排列
今天这里来全面聊聊手机屏幕像素排布方式。

标准 RGB
作为衡量手机屏幕参数的最重要指标之一,屏幕的精细程度,也就是分辨率是主要的衡量标准。在早期的智能手机上,IPS 屏幕还算是屏幕的主流,而 IPS 屏幕主要使用的就是标准 RGB 排列。
标准 RGB 排列
我们都知道,手机屏幕上所有的颜色都是由红绿蓝三基色组成的,之所以是这三种颜色是因为人眼的视锥细胞对这三种颜色最为敏感,这也是目前屏幕行业通用的「RGB 三色模型」。
RGB 三色模型
每个像素(Pixel)都是由三色亚像素(Dot)构建的,光线发出后通过液晶层来调节三种颜色的比例,通过电压调节单个像素的亮度。
图片来源:回形针
图片来源:回形针

在 LCD 时代,绝大多数手机使用的都是这种标准 RGB 像素排列方式,每一个像素都有完整的三个子像素构成,整块屏幕也是完整的像素排布。

RGBW
除了这种常见的排列方式,它还有着不同的变种样式:
RGBW
RGBW就是在RGBG(标准排列上多了绿色像素)的基础上替换绿色像素为白色像素,这样做的目的是为了带来亮度的提升,但是相应的色彩表现要削弱不少。

PenTile
随着 OLED 屏幕的发展,逐渐成为了手机行业的主流。由于 OLED 无需背光层和液晶层,因此屏幕相较于 LCD 更加轻薄,但是由于 OLED 单个子像素自发光的特性,以及寿命比较低的缺点, 使得 OLED 厂商通过改变像素排列的方式来延长屏幕的寿命,并降低成本。
「PenTile」的屏幕排列方式
三星就研究出了这种名为「PenTile」的屏幕排列方式,核心就是减少像素。

可以看到,相对于标准 RGB 而言,PenTile 排列的屏幕减少了蓝色像素和红色像素的数量,绿色像素则保留完整,单个像素从RGB 变成了 RGGB,相邻的两个像素共享一个绿色像素,因此相同分辨率的情况下子像素总数减少了大概三分之一。
PenTile 排列
这样做的最大目的就是在保证绿色正常显示的前提下尽可能让蓝色的发光面积变大,解释一下:绿色位于可见光光谱的中间位置,根据明视曲线显示,绿色是人眼最容易感知和捕捉的颜色,屏幕的绿色出了问题人眼最容易发现;而人眼对处在光谱边缘的红色和紫色的反应比较弱,因此红色并不是考虑的重点。
绿色位于可见光光谱的中间位置
最要命的是蓝色,因为在 OLED 屏幕上,蓝色的发光效率是要低于红色和绿色的,因此要让蓝色达到另外两色相同的亮度就要加大电流,这就会使得蓝色的衰减速度更快,进而影响整块屏幕的寿命和色准;要想解决这个问题就要加大蓝色的发光面积,这样就能在保证亮度的同时降低通过蓝色的电流,提升屏幕寿命。

加上工艺、成本等因素,形成了目前的 PenTile 屏幕的排列方式。也是现阶段三星 OLED 屏幕最常见的排列方式。由于四个子像素呈菱形排列,因此也被称作钻石排列,三星还为 RGBG Diamond Pentile Layout 申请了专利。
三星还为 RGBG Diamond Pentile Layout 申请了专利
但是这种情况会出现两个问题:
首先就是分辨率降低,尽管和标准 RGB 在像素数量上一致,但是毕竟子像素少了嘛,分辨率降低是难免的。一般来说,PenTile 排列屏幕的「等效 RGB PPI」大概是标准 RGB 的三分之二左右,因此一块 1080P 分辨率的 PenTile 排列屏幕的等效 RGB PPI 大概是 720P,即使升级到了钻石排列也大概只有标准 RGB 的 80%。这也是三星自己为什么要在旗舰机型上用高分辨率屏幕的原因之一。
标准 RGB对比
另外 Pentil 还会遇到很多奇奇怪怪的问题:显示纯黄色需要关闭全部蓝色子像素,但是由于 OLED 单个子像素自发光的特性会让黄色中产生黑色小点,也就是「网纹」;显示橙色需要降低蓝色亮度,但是由于像素排布方式的问题会出现两倍于像素距离呈斜向分布的「颗粒感」

而更重要的是彩边问题,涉及到次像素渲染这项技术。

次像素渲染基于显示面板包含单色子像素的特性,提升屏幕上字体的可读性。次像素渲染技术可以在设备渲染这类字体时,打破「组」的限制,从笔画边缘的锯齿位置单独「借出」相邻像素的子像素,使得曲线笔画可以平滑过渡。

理论上,显示面板的像素密度越高,字体边缘的锯齿就越小,次像素渲染带来的可读性提升范围也就越小。目前市场上的热门手机大都采用三星 AMOLED 面板,而它们仅可以实现单向的次像素渲染,在正常使用时,只有纵向的笔画会经过优化显示;而在旋转到横屏使用时,只有横向的笔画会经过优化显示。

iPhone X 起支持完善的次像素渲染,因此这几代 OLED 屏幕的 iPhone在显示汉字的时候彩边问题相较于三星都要好很多。

Delta
解释清楚了 Pentile,常用的 Delta 就好解释了。
常用的 Delta
和 PenTile 的原因类似,Delta 也是为了解决 OLED 屏幕的寿命问题,但是由于 PenTile 排列的商标和专利在三星手里,因此其他屏幕厂商就需要另想办法,因此Delta 排列就诞生了。
Delta 排列
这种像素排列方式的 RGB 三色的子像素数量是相同的,但是三种颜色的像素点各减少了三分之一,六个子像素共用周围的一个像素,因此实际分辨率更低了。而且在显示竖线时还会出现奇怪的锯齿。
京东方“2 in1”排列(周冬雨排列)
京东方“2 in1”排列(周冬雨排列)

国内像京东方的OLED屏幕采用“周冬雨排列”(看起来像一只只小鸭子表情,被网友们称“周冬雨排列”),其显著的特点便是特点就是绿色子像素被分割成两个小部分,这种像素排列方式的 RGB 三色的子像素数量是相同的,但是三种颜色的像素点各减少了三分之一,六个子像素共用周围的一个像素。

之所以会出现这种排列方式,是由于PenTile排列已经被三星申请了专利。所以国产厂商想要解决子像素寿命问题就必须另辟蹊径。于是有出现了京东方这种“周冬雨排列”方式,其排列方式的原理与PenTile排列类似,通过扩大蓝色和红色子像素面积来延长屏幕的寿命,且避开了三星的专利。

TCL华星Pearl排列(珍珠排列)
Pearl排列方式是华星光电OLED像素排列方式。与钻石排列类似,每个像素由R-G和B-G组合而成,G子像素为真实像素,R与B子像素相比Real RGB减少1/2。为了更进一步提高OLED面板的寿命,Pearl排列将子像素的形状改为弧形,打破了Diamond多边形的限制,在相同的设计条件下,Diamond像素排列开口率为17%,TCL华星Pearl的像素排列开口率可达20%,开口率更大,发光寿命更长,而其像素密度是标准RGB排列的79.5%。珍珠排列是国产屏幕中专利较多素质较好的屏幕,小米10部分型号,以及小米10至尊纪念版采用了这种排列方式。

大数据1

大数据2

当然手机屏幕排列方式只是决定屏幕素质的指标之一,更重要的是对屏幕的驾驭能力。比如同样的面板索尼的电视会远远好于国产电视。笔者手中有小米10和Xperia 1两部手机,屏幕观感以及细腻程度而言明显索尼更优,它也是目前唯一4K OLED HDR屏幕,可以说在OLED分辨率缩水的情况下,4K对于影音体验还是很有必要的。

京东方六角形晶体像素排列
京东方这项新专利申请于2020年8月31日,子像素排列成六角形,也被网友们称为蜂窝排列,类似于大家熟知的钻石排列,可以说是目前京东方在屏幕子像素排列上最新的专利。
京东方六角形晶体像素排列
专利文件表示,这种新的OLED子像素排列,可以在保持 OLED 更轻、更薄、更亮、更节能的优势下,通过全新 RGB 像素排布结构得到高分辨率的显示器件。

据介绍,采用此像素排列的显示面板包括呈阵列设置的多个像素单元,每个像素单元包括位于虚拟六边形内的一个第一子像素、一个第二子像素和两个第三子像素:第一子像素和第二子像素相邻,两个第三子像素均与第一子像素和第二子像素相邻;在列延伸方向上相邻的像素单元共用第一子像素和第二子像素,且在行延伸方向上相邻的像素单元共用一个第三子像素。显示面板中任意一个第一子像素均可以和与该第一子像素相邻的一个第二子像素以及与该第一子像素和第二子像素相邻的两个第三子像素组成一个独立的像素单元,从而子像素之间可以通过借色原理由低分辨率的员物理分辨率达到高分辨率的显示效果。

作为屏幕显示效果的基础,屏幕像素排列方式某种程度上可以决定一块屏幕最终显示效果的好坏。但是一块屏幕不只是基础好就行,还包括色域、色准等等具体调校上的不同。

Diamond Pixel
Diamond Pixel是一种有效的图像质量改进技术,其中像素是构成显示器屏幕的基本单元,以菱形排列。

在显示中,像素是指构成屏幕图像的基本单位。智能手机、显示器或电视屏幕上出现的图像是通过将这些像素中的几个聚集在一起形成一个大图像来实现的。

另外,被称为基本单位的像素是还可以进一步细分为更小的单位。这就想将单个分子分解为多个原子一样。一个像素通常由三基色光组成:红色 (R)、绿色 (G) 和蓝色 (B)。这些小像素,每个都代表一种颜色,被称为子像素,这些子像素根据它们的构造方式分为几种类型。
Diamond Pixel
传统的亚像素排列方式是R、G、B排列成一排的形式,如右图所示。另一方面,Diamond Pixel像素排列是将它们分组为类似钻石的形状,如左图所示。人眼对绿色的感知最好,Diamond Pixel 排列方式可以使绿色元素的尺寸最小,同时分布最紧密,很好地衬托出 RGB 颜色的特性。
Diamond Pixel-2
简单地说,用户想要高分辨率,这意味着具有高像素密度(每英寸像素数)的显示器。我们可以紧密封装的像素越多越好。为了实现最高分辨率或每英寸像素数 (PPI),三星显示器成功地设计了最佳空间频率设计,整个显示布局呈 45 度对角对称。这种策略性放置导致绿色像素是蓝色和红色像素的两倍,并且如前所述,绿色是最明显的颜色。

特别是,Diamond Pixel 是一种最先进的技术,它能够清晰而精确地表达垂直和水平直线以及对角线,即使在易读性很重要的文本中也是如此。

Round Diamond Pixel
Round Diamond Pixel 是一种图像质量优化技术,是将显示屏幕的基本单元像素制成圆形子像素,然后放置在菱形结构中。

在显示中,“像素”指的是构成屏幕图像的基本单位。智能手机、显示器或电视屏幕上出现的图像是通过将这些像素中的几个聚集在一起形成一个大图像来实现的。
像素
另外,基本单位像素还可以进一步细分为更小的单元。这类似于您考虑将单个分子分解为多个原子。一个像素通常由三基色光组成:红色 (R)、绿色 (G) 和蓝色 (B)。这些代表每种单一颜色的小像素称为“子像素”,这些子像素根据构图方法分为条纹、菱形等。
子像素
人眼对绿色的感知最好,Diamond Pixel 排列方式可以使绿色元素的尺寸最小,同时分布最紧密,很好地衬托出 RGB 颜色的特性。
Samsung Display 推出 Eco OLED技术
2021 年,Samsung Display 将推出 Eco OLED技术,该技术通过消除通常附着在显示器上的不透明塑料部件偏光片将透光率提高 33%,并通过与 Eco OLED 结合优化图像质量一起被释放。

这种去除偏光层技术是一个相当革命性的变化,这项新技术需要优化像素结构以确保更好的透光率。正因如此,Samsung Display 发布了 Round Diamond Pixel,它可以通过圆形的红色、蓝色和绿色像素点完美地照亮光线。尽管像素排列和分辨率与标志性的 Diamond Pixel 排列相同,但用于 Eco OLED 显示器的 Round Diamond Pixel 现在可以让智能手机用户以更低的功耗享受更亮的屏幕。

由三星显示器开发的 Round Diamond Pixel 是一种与现有的 Diamond Pixel 排列方式相比,改进了子像素衍射控制的技术。

鼎型像素排列
鼎型像素排列,是一个个由等腰梯形构成的子像素组合,而这种等腰梯形与我国青铜时代的礼器 —— 鼎的侧视图相似。鼎型像素排列因此而得名。
鼎型像素排列
因此,无论是屏下摄像的副屏区、主屏区,还是全面屏、折叠屏,只要像素排列符合“等腰梯形”这一特征,无论子像素面积大小和形状如何,都属于鼎型像素排列。

值得一提的是 ,这种像素排列,还有利于提升屏下摄像副屏区的透过率,进而提升前置摄像头的拍照质量。

但为什么要使得一组子像素形成等腰梯形?据维信诺称,答案藏在这项像素排列设计的专利里。

2016 年,昆山国显光电有限公司提交了一份《AMOLED 像素结构及显示装置》的发明专利申请。

专利申请摘要中,提出了这种像素结构的设计思路:AMOLED 像素结构包括若干第一子像素、第二子像素及第三子像素,且第三子像素为 B 子像素。位于第二子像素发光区周围的两个第一子像素发光区和两个第三子像素发光区的中心连线构成虚拟等腰梯形… 增加了工艺余裕度。

增加工艺余裕度,意味着从像素排列设计之初,就以量产为目标。在获得专利后,维信诺开始了将其导入量产的进程。除了设计像素之间的结构外,维信诺还可根据客户需求,设计包含 TFT 和 SPR 算法的整体解决方案,并快速导入量产。

比如维信诺最近发布的 1Hz 低功耗 Hybrid-TFT,也采用了鼎型像素排列。

目前,围绕着鼎型像素排列的相关专利,不仅已在中国大陆获得授权,也在中国台湾地区和美国获得了授权。此外,维信诺还布局了鼎型像素排列相关的专利家族。
鼎型像素排列-2

PMW调光的OLED
“高频闪”这几年PMW调光因为一些手机圈的新闻被大家所熟知,尤其是去年发布的新iPhone,因为其搭载了高频次的PMW调光技术而被许多用户吐槽说看久了眼睛受不了。那么PMW调光是什么呢?PMW调光是一种脉冲调光技术,原理比较繁琐,简单拿开灯来比喻,正常的调节台灯亮度为转动旋钮来调整电压、电阻的大小来实现(DC调光);而PMW调光则是通过在极短的时间内开关灯,利用人眼对于光的暂留现象来控制亮度。这一点是由于OLED屏幕在低亮度下屏幕显示不均匀所迫不得已采用的。
PMW调光
OLED发光原理
OLED(英文名:Organic Light-Emitting Diode、中文直译:有机发光二极管)是一种有机材料发光技术,最早于1950年代由法国人研制,其后由美国柯达及英国剑桥大学加以演进,日本SONY及韩国三星和LG等公司于21世纪开始量产。
OLED-1
来自LG Display官网

OLED最典型的结构就是“类三明治”型,由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物(ITO),与电力之正极相连,再加上另一个金属阴极组成,来构建成电洞传输层(HTL)、发光层(EL)与电子传输层(ETL)三个结构。当给到一定电压的时候,阳极与阴极的电子就会在发光层中相遇、结合,产生光子。发光层中带有特殊的有机材料(OLED中的O),来与光子一起变成红绿蓝三原色。
OLED基本结构
OLED基本结构:1. 阴极 ( );2. 发光层(Emissive Layer, EL);3. 阳极空穴与阴极电子在发光层中结合,产生光子;4. 导电层(Conductive Layer);5. 阳极 (+),来自维基百科。

用一个通俗易懂的比喻来说,OLED的原理就好像给有机材料做“电刑”,阴极阳极一通电,有机材料就被“电得发光”。由于每个像素中的红绿蓝三原色点都可以被单独的电压所控制来发光,不需要大面积的背光作为屏幕的“亮源”,故这种技术也被称为自发光技术。
OLED LCD对比
从OLED的发光原理上,我们就能看出,其相对于LCD技术来说,在原理层面就要简单很多。同时,OLED相比于传统的LCD屏幕来说还有着许多的优势。虽然有着些许缺点,但依然瑕不掩瑜。一块好屏幕的最重要的定义应该就是能够尽可能地还原出世界真实的色彩,而这一点上OLED肯定是能做得好的。但OLED就是最终的答案吗?各位可以看看以下两种技术。
ACE
来自LG Display官网

Mini LED和Micro LED
其中Mini LED技术我们在上一期就已经讲过,其原理就是将原本LED背光板改为由成数千个单独的LED灯珠组成,其中多个LED灯珠组成LED背光矩阵,每个背光矩阵都可以化成单独的控光区域。以一个市面上顶级的Mini LED电竞屏幕为例,其拥有4096个LED灯珠,每两个就可以组成一个控光区域,即拥有2048个单独的控光区域。
Mini LED
这样做的好处就是让Mini LED也拥有像OLED一样的超高对比度以及更精细化、可调的局部亮度,由于在显示黑色区域的时候,该区域内的灯珠是处于熄灭状态,所以理论上其对比度与OLED显示器是相等的,同时又没有OLED显示器长时间显示会烧屏的风险。Mini LED还有一个较大的优势就在于,其独立的区域灯珠可以在短时间内激发出较大的亮度,在一些优秀的Mini LED可实现局域2000尼特的最高亮度,常见的Mini LED也基本都能通过HDR1000的认证,这就让Mini LED对HDR内容非常友好,在HDR内容显示上优质的Mini LED可以与OLED所媲美。
Mini LED-2
但目前Mini LED还只是一个刚刚完善的屏幕种类,也摆脱不了LCD屏幕天生的可视角度差和色域窄的问题,如果想要解决色域窄的问题,就要在Mini LED显示器中再增加一层量子点膜(QLED技术),来拉高色域,但这样做又会让显示器的成本大大增加,得不偿失。目前高阶的Mini LED的显示器已经可以做到高阶OLED的水准,同时在成本控制上还有15%左右的优势。
Mini LED-3
得益于国内的屏厂对于Mini LED市场的进攻态度,在未来五年内,Mini LED背光技术将会逐渐成为中高端显示器的主流背光技术,而且其技术也将不断改进,灯珠数量得到提升,分区控制的技术也不断完善。
Mini LED-4
苹果去年发布的全新Macbook Pro系列搭载Mini LED屏幕

而目前,虽然OLED已经占据了自发光屏幕的绝大部分市场,Mini LED蠢蠢欲动,但还有一个“新皇”已经被孕育出来,其带有的“王霸”之气已经让前两者感到威胁,它就是Micro LED。

Micro LED(英语:Micro Light Emitting Diode Display,中文直译为发光二极管显示器)其显示原理,是将红绿蓝三原色的LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化,让其尺寸仅在1~10微米等级左右;后将微米级别的LED批量式转移至电路基板上,再在每一个微米LED下安装电路和晶体管,就可以完成一个简单的Micro LED显示器。
Micro LED
Micro LED的每一个像素都含有可以自发光、独立控制的RGB三个LED子像素。以索尼在2012年推出的第一款Micro LED产品Crystal LED为例,该显示器拥有55英寸的面积,1920*1080的分辨率,它的微米LED的数量就为1920*1080*3=6220800颗。相比于高阶的Mini LED显示器区2万颗左右的灯珠,Micro LED的技术难度提升得不止一点半点。
来自三星Display官网对于Micro LED的介绍
来自三星Display官网对于Micro LED的介绍

由于Micro LED采用的是自发光的单独的微米级LED,所以其在色彩表现能力上是出类拔萃的,微米LED发光频谱其主波长的半高全宽FWHM仅约20nm,可提供极高的色饱和度,通常可大于120%NTSC。这与当下顶级的OLED显示器所能提供的色域几乎是一致的。同时由于LED无机物的稳定性,让色彩无论在使用多少时间后都可以保持一致性与稳定性,这一点是OLED所无法比拟的。同时Micro LED也兼顾显示纯黑色的特性,而且是像素级别的纯黑色,这一点要比Mini LED的分区背光控制要来得更加直接和纯粹。
来自三星Display官网对于Micro LED的介绍-2
来自三星Display官网对于Micro LED的介绍

而Micro LED能实现的另外一点就是省电和超高的亮度,在传统LCD 电视中,显示效率约为 3%,LCD中的TFT 的损耗很小,因为它是电压驱动的。但是由于彩色滤光片、偏光片和 LC 材料中的能量损失,所以就导致LCD 的效率很低。而Micro LED由于结构简单,能耗较小,拥有更高的光电转换效率,功率消耗量可低至LCD的10%、OLED的50%,在大幅度减少单位用电的同时还允许更高的能量用于直接发光,让最高亮度可以去到近2000尼特。
来自三星Display官网对于Micro LED的介绍-3
来自三星Display官网对于Micro LED的介绍

Micro LED几乎集合了OLED和LCD的所有优点,兼顾了高亮度、高色域、高对比度,又能做到长寿命、省电、柔性屏。可以说是未来屏幕的集大成者,那为什么Micro LED拥有这么多优点还没有普及呢?

可以说成也萧何败也萧何,Micro LED的优势就是来自于它多达百万级的微米LED,而难度也出现在这上面。目前,Micro LED主要有三个技术难点和问题,量子效率Droop效应(有效发光面有限、红光LED效率低)、驱动能力匹配问题(需要高电流、低功耗的驱动材料)、巨量转移问题(工艺要求高、精度要求高、成本高)。而最重要的问题就出现在巨量转移问题上。
巨量转移示意图
巨量转移示意图

巨量移植技术是目前Micro LED的主流、理想制造技术,由于Micro LED是以微米级为单位的二极管,需要在硅晶圆上来制造,而非直接在屏幕基板上制造。所以这就需要让在硅晶圆上生产出来的微米LED移植到屏幕的基板上。这其中的转移技术就叫做巨量移植。由于待转移的微米LED晶片,大约为头发丝的1/10,需要精度很高的精细化操作;一次转移需要移动几万乃至几十万颗以上的LED,数量十分巨大,要求有极高的转移速率,这就让该技术的实现难度有了较高的挑战。
巨量转移示意图,来自eeNews
巨量转移示意图,来自eeNews

同时,制造海量的微米LED的成本也比较昂贵,以一块2K分辨率的Micro LED屏幕举例,其就需要1105万颗微米LED才能实现,在当前的制造难度下,其就决定了Micro LED的成本与售价肯定是不菲的。目前在民用领域中,Micro LED还没有正式的量产产品,上一个离我们比较近的产品是三星的The Wall商用屏幕,三星的The Wall 电视采用了806.4×453.6mm的Micro LED面板模组构成,每个模组具有960×540分辨率,无边框设计,可完美拼接。每个模组都有250 - 2000 nits亮度,约10,000:1的对比度,16bit 颜色深度,高达100/120 Hz刷新率。可以通过模组的拼接来自由组合屏幕大小,最高可以选装292英寸的产品。售价也超过了惊人的10万美金。
products
虽然,Micro LED在技术和成本、制造上仍然有着不小的难点,但也不阻止各大屏厂以及大品牌对它的渴望。世界最成功的科技品牌之一的苹果就在2020年开始布局Micro LED,苹果与台湾省LED 生产商晶元光电和台湾省液晶面板制造商友达光电合作建造新工厂,该工厂将位于新竹科学园区龙潭分厂,苹果的总投资估计为新台币 100 亿美元(3.34 亿美元)。苹果在一份公开报告中表示:“与OLED一样,Micro-LED也是自发光的。然而,与OLED相比,Micro-LED可以支持更高的亮度、更高的动态范围和更广的色域,同时实现更快的更新速率、更广的视角和更低的功耗,这些都是苹果青睐的品质。”

在Micro LED普及后,相信其一定会成为未来屏幕材质的首要选择,而且其模块化的组装方式,可以让屏幕根据用户的心意来进行定制,让屏幕也可以进入“DIY时代”。
无线扩展可能性
来自三星Display官网对于Micro LED的介绍

目前的自发光屏幕做得比较成熟、市场接受度高的产品为OLED,但OLED并不会制霸自发光屏幕阵营榜首很久,因为Mini LED会在这几年实现弯道超车,待分区背光技术与控制芯片成熟后,其寿命长、无衰减、不烧屏的优势就会凸显出来。而Micro-LED则是未来20年屏幕发展的大趋势,模块化、微型化的产品形态,高亮、广色域、高对比、省电、反应快的特点都让它可以笑到最后。

生产方式决定各自的成本与商业化前景

OLED显示屏的生产方式,依然沿用了近五十年来最优自动化生产方式,即大面积一次性复制工艺制程,可以在一个基板上,一次性批量生产出多个产品出来,所以生产成本很低,生产效率很高,生产品质也很稳定。

而Mini LED和Micro-LED即便是把巨量转移技术实现了,由于要单点封装、检测、校正每一个LED芯片,因此还是属于单点作业方式,因此生产成本在一些工序上几乎是像素倍级的增加,所以一块平板显示器只要几千块钱,而LED显示屏则少则几十万,就是这个原因。

也正如此,OLED显示器可以用超高的性价比来满足消费级的TO C市场需求,但Mini LED和Micro-LED则只能在一些“工程级”项目中存在,成为基础建设预算的一部分。

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