Hur fungerar LED-, LCD-, OLED- och Mini-LED-teknik?

Med utvecklingen av displayteknik finns det olika typer, såsom LED, LCD, OLED och Mini-LED-teknik. Känner du till deras principer? Idag kommer Doitvision att introducera dig till dessa detaljer.

Vad är LED?

LED är en elektronisk halvledarkomponent. Den kan omvandla elektrisk energi till ljusenergi. Lysdioder används flitigt i det moderna samhället och kan i stort sett delas in i tre typer:

• Belysning: LED-lampor ersätter traditionella glödlampor, såsom hushållslampor och billampor.
• Display: Används i skärmar på elektroniska terminaler, såsom smartphones, surfplattor, datorer, TV-apparater och bildskärmar.
• Kommunikation: Fungerar främst som ljuskällor för fiberoptiska kommunikationssystem med låg till medelhög datahastighet (<1 Gb/s) och korta till medellånga avstånd (<10 km), med infraröda lysdioder som den vanligaste tillämpningen.

Eftersom Mini-LED-teknik främst används i displayapplikationer fokuserar vi på displayteknik.

Skärmvisningsmekanism:

LED-skärmar fungerar genom att kombinera ljusemission från LED-pärlor med färgfilter. Kärnkomponenten i LED-ljusemission är LED-chippet. En LED-pärla har två elektroder, inklusive anod och katod. Högre strömflöde genom elektroderna resulterar i högre ljusstyrka. Genom att kontrollera ljusstyrkan och pärlornas på/av-läge kan den producera olika mönster och text.

En enda LED-pärla kan dock bara avge en färg. För att uppnå fullfärgsvisning behöver den ytterligare gröna och blå LED-pärlor för varje pixelpunkt. Flera RGB-pärlor (röda, gröna, blå) bildar tillsammans en skärm som kan visa färg.

Begrepp relaterade till Mini-LED

Det finns för närvarande ingen officiell standardiserad definition för Mini-LED. De varierar något mellan tillverkare men är främst baserade på chipstorlek. Enligt de allmänna tekniska specifikationerna för kommersiella Mini-LED-skärmar avser Mini-LED lysdioder med en chipstorlek som sträcker sig från cirka 50 till 200 mikrometer (μm).

De positionerar sig mellan finpitch-LED och mikro-LED vad gäller chipstorlek och pixeltäthet. Det anses också vara en utvidgning av finpitch-LED-tekniken och ett övergångssteg mot mikro-LED.

När det gäller skärmprestanda representerar Mini-LED en ny skärmteknik. De kan erbjuda bättre bildkvalitet än LCD, lägre kostnad och längre livslängd än OLED, och är en uppgraderad version av traditionell LCD-skärmteknik.

Mini-LED-teknik

Nuvarande mainstream-displaytekniker delas i stort sett in i LCD och OLED. Mini-LED-tekniken i sig förgrenar sig i två riktningar:

• Förbättring av LCD-bakgrundsbelysning

• Direktvisning

Därför kommer vi först att introducera LCD- och OLED-tekniker.

Mini-LED- och LCD-teknik

1) LCD-teknikens princip

En bildskärm består av ett flertal pixlar, som var och en innehåller en LCD-struktur. Pixelstrukturen hos en LCD-skärm kan delas upp i följande lager/moduler:

• Bakgrundsbelysningslager: LCD-skärmar avger inte själva ljus och kräver en extern ljuskälla, ”bakgrundsbelysningsenheten” (BLU). Bakgrundsbelysning, som ursprungligen använde kallkatodlysrör (CCFL), övergick till LED-baserade bakgrundsbelysningar efter 2008.
• Polarisationslager: Ljus som passerar genom ett vertikalt polarisationsfilter släpper endast igenom vertikalt orienterade ljusvågor. När detta ljus möter ett horisontellt polarisationsfilter passerar inget ljus igenom eftersom det inte finns några horisontellt orienterade komponenter. Således blockerar två vinkelräta polarisatorer ljuset helt.
• Flytande kristall (LC) lager: Detta lager sitter mellan elektroder anslutna till positiva och negativa kretsar.
• Utan spänning: Ljus som passerar genom den första polarisatorn roteras 90 grader av LC-molekylerna. Det riktas in horisontellt och passerar genom den andra polarisatorn.
• Med spänning: LC-molekylerna justeras baserat på den applicerade spänningsstyrkan och styr mängden ljusrotation. De varierar mängden ljus som passerar genom den andra polarisatorn och styr därmed pixelns ljusstyrka.
• Färgfilterlager: Ljus som kommer ut från LC-lagret är monokromt (nyanser av grått). En färgfilteruppsättning (CFA) läggs till, bestående av röda (R), gröna (G) och blå (B) delpixelfilter. Genom att kontrollera ljusstyrkan på ljuset som passerar genom varje R-, G- och B-delpixel kan den blanda olika färger.

Mini-LED i LCD-bakgrundsbelysning Ansökan

Mini-LED i LCD-bakgrundsbelysning innebär att man ersätter traditionella kantbelysta eller större direktbelysta lysdioder med täta matriser av Mini-LED-pärlor. Eftersom Mini-LED-pärlor är betydligt mindre, såsom en diameter på ~50 μm–200 μm, kan många fler bäddas in i LCD-skärmens bakgrundsbelysningslager.

• Högre total ljusstyrka på skärmen.
• Mer jämn ljusstyrkefördelning.

Möjligheten att dela upp bakgrundsbelysningen i många fler oberoende styrbara lokala dimningszoner (LDZ:er).

När ett svart bildsegment visas kan motsvarande Mini-LED-zon stängas av helt. Det gör att LCD-skärmar kan uppnå mycket djupare svarta nyanser och betydligt högre kontrastförhållanden. Det ökade antalet och precisionen hos LDZ:er förbättrar den lokala kontrasten och det dynamiska omfånget avsevärt. Därför uppnår LCD-skärmar en skärmkvalitet som närmar sig OLED:s.

Under LCD-utvecklingen har framsteg som LC-blandningar med ultralåg viskositet och LC-material med blå fas införlivats för att förbättra svarstiderna. Mini-LED kompletterar detta genom att förbättra bakgrundsbelysningsstrukturen för att dramatiskt förbättra kontrasten.

Mini-LED- och OLED-teknik

Eftersom tidiga LED-lampor var stora i storlek var antalet lampor som kunde installeras per ytenhet som skärmmaterial litet, vilket resulterade i dålig skärpa. Därför började tillverkare undersöka mikro-LED, med OLED som den första forskningsinriktningen.

2) OLED-teknikens princip

OLED är en självemitterande bildskärmsteknik. Dess struktur skiljer sig avsevärt från LCD genom att eliminera LC-lagret, färgfilterlagret (i vissa typer) och det separata bakgrundsbelysningslagret. Istället är organiska ljusemitterande material placerade mellan en katod och anod.

Visningsprincip: 

När spänning appliceras injiceras elektroner från katoden och "hål" (positiva laddningsbärare) från anoden in i de organiska lagren. Dessa elektroner och hål möts i det emissiva lagret, rekombineras och frigör energi i form av fotoner. Olika organiska material avger specifika färger (R, G, B).

Eftersom varje OLED-pixel avger sitt eget ljus behövs ingen separat bakgrundsbelysning. Enskilda pixlar kan stängas av helt för att visa perfekt svart, vilket teoretiskt sett ger OLED oändligt statiskt kontrastförhållande. Varje pixels ljusstyrka och färg kan styras oberoende av varandra.

Nackdelar: 

De organiska materialen har begränsad livslängd och är känsliga för nedbrytning (åldring). R-, G- och B-materialen bryts ner i olika takt. Om en pixel visar en statisk ljus bild under längre perioder, bryts det specifika subpixelmaterialet ner snabbare, vilket leder till permanent ljusstyrkeförlust i det området. Detta manifesterar sig som synlig bildretention eller ojämn färg, allmänt känt som "inbränning".

3) Principen för direktdisplay med mini-LED

För att minska OLED-inbränning utvecklade LED-tillverkare tekniker som W-OLED med vita OLED + färgfilter och QD-OLED med blå OLED + kvantprickkonverterare. Dessa är dock fortfarande i grunden beroende av organiska material och har inneboende begränsningar vad gäller åldrande och livslängd.

Den ultimata lösningen kräver en övergång till oorganiska material, vilket leder till nästa generations LED-displayteknik: Mini-LED och Micro-LED Direct Emission.

Detta innebär att oorganiska LED-dioder görs extremt små och sedan överförs och limmas på ett displaysubstrat.

Denna teknik ärver alla fördelarna med OLED, såsom:

• självutsändande
•  perfekta svarta
• hög kontrast
•  breda betraktningsvinklar
• snabb respons

samtidigt som man eliminerar inbränning och erbjuder potentiellt längre livslängd och högre ljusstyrka. Även om LED-lampor kan tillverkas i mikroskala (Micro-LED <50 μm), ligger utmaningen i att exakt överföra och sammankoppla miljontals eller miljarder av dessa mikroskopiska lysdioder till styrkretsen. Det är en process som kallas massöverföringsteknik. Den höga kostnaden och komplexiteten hos massöverföring hindrar för närvarande Micro-LED från storskalig kommersialisering.

Mini-LED-displayer står inför utmaningar på grund av sin större chipstorlek (50–200 μm) och begränsningar i förpackningen. Den minsta pixelavstånd som kan uppnås är för närvarande cirka 0.5 mm. Om man skapar en skärm med 4K-upplösning och detta avstånd behöver den en skärmstorlek på >85 tum. Dessutom krävs det enorma antalet lysdioder, cirka 24 miljoner, för 4K.

Sammanfattning av status för tillämpning av Mini-LED-teknik

Mikro-LED representerar toppen av displayteknikens potential, men hinder för massöverföring hindrar kommersiell massproduktion. Mini-LED är en praktisk övergångsteknik.

För direkta visningstillämpningar har Mini-LED en minsta gräns på 0.5 mm pitch. Därför är den olämplig för konsumentelektronikskärmar som telefoner, bärbara datorer och TV-apparater. Även om den potentiellt är lämplig för stora kommersiella utomhusskärmar har dess höga tillverkningskostnad också hindrat en bred användning.

Följaktligen finner Mini-LED för närvarande sin primära och mest framgångsrika tillämpning inom bakgrundsbelysningsförbättring av LCD-paneler. Detta utnyttjar mogna LCD-produktionslinjer och erbjuder betydande förbättringar av bildkvaliteten till lägre kostnad jämfört med OLED eller direkt Mini-LED.

Inom direktdisplaydelen används den främst för stora utomhusreklamskärmar. Enligt TrendForce-prognoser är mini-LED-bakgrundsbelysning den dominerande nuvarande tillämpningstrenden, med en marknadsstorlek som förväntas växa med en årlig tillväxttakt (CAGR) på 164 % från 2020 till 2025.

I takt med att LED-tekniken mognar har Doitvision utvecklat ett växande utbud av finpitch LED-skärmar, såsom våra COB LED-displayer, för kommersiella reklamtillämpningar.

Rekommendationer för Doitvision COB LED-väggbelysning

Doitvisions COB LED-skärmar är ett utmärkt val för högupplösta videoväggar. Vi erbjuder pixelavstånd från P0.7 till P1.8, med stöd för 2K, 4K och 8K.

Överlägsen visuell kvalitet

Från 0.62 mm till 1.87 mm uppnår vår COB-skärm högre pixeltäthet. Den gör att tittaren kan stå närmare skärmen utan att lägga märke till enskilda pixlar.

Exceptionell gråskala och kontrast

Med ett anmärkningsvärt färgkontrastförhållande på upp till 10,000 1:XNUMX levererar dessa skärmar livfulla, verklighetstrogna bilder. Användningen av svart beläggningsteknik ger en icke-reflekterande yta och enastående svart enhetlighet även i svagt ljus.

16:9 bildförhållande för universell kompatibilitet

Med bildförhållandet 16:9 är det standarden för moderna enheter som TV-apparater, datorskärmar, mobila enheter och digitala videokameror. Detta format stöder upplösningarna 1080p (2K), 2160p (4K) och 4320p (8K).

Energieffektiv Flip Chip-teknik

Kombinerat med en gemensam katodkretsdesign kan den förbättra skärmens prestanda och samtidigt minska energiförbrukningen med upp till 40 %.

Precisionsfärgkalibrering

Färgkalibreringstekniken ger en jämn färgåtergivning över alla LED-moduler. Den kan eliminera problem som moirémönster och bibehålla en jämn färgtemperatur och balanserade vita toner.

Direkt väggmonterad design med fullständigt underhåll på framsidan

Det är en 100 % frontmonterbar design med magnetiska LED-moduler. Panelramen kan monteras direkt på väggar eller plywood med skruvar, med medföljande ramskenor för exakt positionering och enkel installation.

Tekniska specifikationer

• Pixelavståndsalternativ: 0.62 mm, 0.78 mm, 0.93 mm, 1.25 mm, 1.5 mm, 1.87 mm
• LED-paket: COB för alla modeller
• Kontrastförhållande: Upp till 10,000 1:XNUMX för livfulla bilder
• Bildförhållande: 16:9, kompatibel med 2K-, 4K- och 8K-upplösningar
• Underhåll: 100 % frontservice med magnetiska moduler
• Energibesparingar: Upp till 40 % med flip-chip-teknik
• Installation: Direkt väggmontering med medföljande ramstänger

Slutsats:

Vi har introducerat olika utvecklingsprinciper och skärmar. Som professionell tillverkare av LED-skärmar är du välkommen att kontakta oss om du behöver HD LED-skärmar för kommersiellt bruk.