Как работят LED, LCD, OLED и Mini-LED технологиите?

С развитието на технологията на дисплеите се появяват различни видове, като LED, LCD, OLED и Mini-LED технология. Знаете ли техните принципи? Днес Doitvision ще ви запознае с тези подробности.

Какво е LED?

Светодиодът е полупроводников електронен компонент. Той може да преобразува електрическата енергия в светлинна енергия. Светодиодите се използват широко в съвременното общество и могат да бъдат категоризирани в три основни вида:

• Осветление: LED лампите заместват традиционните крушки с нажежаема жичка, като например битови лампи, автомобилни светлини.
• дисплей: Използва се в екраните на крайни електронни устройства, като смартфони, таблети, компютри, телевизори, монитори.
• Съобщение: Служат предимно като източници на светлина за оптични комуникационни системи с ниска до средна скорост на данни (<1 Gb/s) и къси до средни разстояния (<10 km), като инфрачервените светодиоди са най-често срещаното приложение.

Тъй като технологията Mini-LED се използва предимно в дисплейни приложения, ние се фокусираме върху дисплейната технология.

Механизъм за показване на екрана:

LED екраните работят чрез комбиниране на светлинното излъчване от LED мъниста с цветни филтри. Основният компонент на светлинното излъчване на LED е LED чипът. LED мънистата имат два електрода, включително анод и катод. По-високият ток, протичащ през електродите, води до по-висока яркост. Чрез контролиране на яркостта и състоянието на включено/изключено на мънистата, те могат да генерират различни шарки и текст.

Въпреки това, една единствена LED мъниста може да излъчва само един цвят. За да се постигне пълноцветен дисплей, са необходими допълнителни зелени и сини LED мъниста за всяка пикселна точка. Няколко RGB (червено, зелено, синьо) мъниста заедно образуват дисплей, способен да показва цвят.

Концепции, свързани с Mini-LED

Понастоящем няма официално стандартизирано определение за Mini-LED. Те се различават леко между производителите, но се основават предимно на размера на чипа. Според общите технически спецификации за търговски Mini-LED дисплеи, Mini-LED се отнася до светодиоди с размер на чипа от приблизително 50 до 200 микрометра (μm).

По размер на чипа и стъпка на пикселите те са позиционирани между фино-стъпковите светодиоди (fine-pitch LEDs) и микро-светодиодите (Micro-LEDs). Считат се и за разширение на технологията на фино-стъпковите светодиоди (fine-pitch LEDs) и преходна стъпка към микро-LED.

По отношение на производителността на дисплея, Mini-LED представлява нов продукт в областта на дисплейната технология. Те могат да предложат по-добро визуално качество от LCD, по-ниска цена и по-дълъг живот от OLED, както и подобрена версия на традиционната LCD технология за дисплеи.

Mini-LED технология

Съвременните масови технологии за дисплеи се класифицират най-общо като LCD и OLED. Самата технология Mini-LED се разклонява в две посоки:

• Подобрение на подсветката на LCD дисплея

• Директен дисплей

Следователно, първо ще въведем LCD и OLED технологиите.

Mini-LED и LCD технология

1) Принцип на LCD технологията

Екранът на дисплея се състои от множество пиксели, всеки от които съдържа LCD структура. Пикселната структура на LCD може да бъде разделена на следните слоеве/модули:

• Слой за подсветка: LCD панелите не излъчват светлина сами по себе си и изискват външен източник на светлина, „подсветка“ (BLU). Първоначално използвайки флуоресцентни лампи със студен катод (CCFL), подсветките преминаха към LED подсветки след 2008 г.
• Поляризаторен слой: Светлината, преминаваща през вертикално поляризиращ филтър, позволява преминаването само на вертикално ориентирани светлинни вълни. Когато тази светлина попадне на хоризонтално поляризиращ филтър, не преминава през нея, защото няма хоризонтално ориентирани компоненти. По този начин два перпендикулярни поляризатора напълно блокират светлината.
• Слой от течни кристали (LC): Този слой се намира между електродите, свързани към положителните и отрицателните вериги.
• Без напрежение: Светлината, преминаваща през първия поляризатор, се завърта на 90 градуса от LC молекулите. Тя се подравнява хоризонтално и преминава през втория поляризатор.
• С напрежение: Молекулите на LC се подравняват въз основа на приложеното напрежение, контролирайки количеството въртене на светлината. Това променя количеството светлина, преминаваща през втория поляризатор, като по този начин контролира яркостта на пиксела.
• Слой с цветен филтър: Светлината, излизаща от LC слоя, е монохромна (нюанси на сивото). Добавен е цветен филтърен масив (CFA), състоящ се от червени (R), зелени (G) и сини (B) подпикселни филтри. Чрез контролиране на яркостта на светлината, преминаваща през всеки R, G и B подпиксел, може да се смесват различни цветове.

Мини-LED в LCD подсветката Приложение

Приложението на Mini-LED в LCD подсветката включва замяната на традиционните светодиоди с ръбово осветяване или по-големи директно осветени светодиоди с плътни масиви от Mini-LED мъниста. Тъй като Mini-LED мънистата са значително по-малки, например с диаметър ~50μm-200μm, в слоя за подсветка на LCD дисплея могат да бъдат вградени много повече.

• По-висока обща яркост на екрана.
• По-равномерно разпределение на яркостта.

Възможността за разделяне на подсветката на много повече независимо управляеми зони за локално затъмняване (LDZ).

При показване на черен сегмент от изображението, съответната Mini-LED зона може да бъде напълно изключена. Това позволява на LCD дисплеите да постигнат много по-дълбоки черни тонове и значително по-високи контрастни съотношения. Увеличеният брой и прецизност на LDZ значително подобряват локалния контраст и динамичния диапазон. Следователно, LCD дисплеите постигат качество на дисплея, доближаващо се до това на OLED.

По време на еволюцията на LCD дисплеите са внедрени подобрения като LC смеси с ултра нисък вискозитет и LC материали със синя фаза, за да се подобри времето за реакция. Mini-LED допълва това, като подобрява структурата на подсветката, за да подобри драстично контраста.

Mini-LED и OLED технология

Тъй като ранните LED лампи са били големи по размер, броят на лампите, които могат да бъдат инсталирани на единица площ като материали за екрани, е бил малък, което е довело до лоша яснота. Поради това производителите започнали да изследват микро-LED, като първата насока на изследване е OLED.

2) Принцип на OLED технологията

OLED е технология за самоизлъчване на светлина. Структурата му се различава значително от LCD, като елиминира LC слоя, слоя с цветен филтър при някои видове и отделния слой за подсветка. Вместо това, органични светлоизлъчващи материали са разположени между катод и анод.

Принцип на показване: 

Когато се приложи напрежение, електрони се инжектират от катода, а „дупки“ (носители на положителен заряд) от анода в органичните слоеве. Тези електрони и дупки се срещат в емисионния слой, рекомбинират и освобождават енергия под формата на фотони. Различните органични материали излъчват специфични цветове (R, G, B).

Тъй като всеки OLED пиксел излъчва собствена светлина, няма нужда от отделна подсветка. Отделните пиксели могат да бъдат напълно изключени, за да се покаже перфектно черно, което теоретично дава на OLED безкрайно статично контрастно съотношение. Яркостта и цветът на всеки пиксел могат да се контролират независимо.

Недостатъци: 

Органичните материали имат ограничен живот и са податливи на деградация (стареене). R, G и B материалите се деградират с различна скорост. Ако даден пиксел показва статично ярко изображение за продължителни периоди, материалът на този специфичен подпиксел се деградира по-бързо, което води до трайна загуба на яркост в тази област. Това се проявява като видимо задържане на изображението или неравномерен цвят, известно като „прегаряне“.

3) Принцип на директния дисплей с мини-LED

За да намалят „прегарянето“ на OLED, производителите на LED дисплеи разработиха технологии като W-OLED, използващи бели OLED + цветни филтри, и QD-OLED, използващи сини OLED + квантови точкови преобразуватели. Те обаче все още разчитат основно на органични материали и са изправени пред присъщи ограничения, свързани със стареенето и експлоатационния живот.

Крайното решение изисква преминаване към неорганични материали, което води до LED дисплейни технологии от следващо поколение: Mini-LED и Micro-LED Direct Emission.

Това включва изработването на изключително малки неорганични LED диоди и след това прехвърлянето и свързването им върху подложка за дисплей.

Тази технология наследява всички предимства на OLED, като например:

• самоизлъчващ
•  перфектно черно
• висок контраст
•  широки ъгли на видимост
• бърза реакция

като същевременно елиминира прегарянето и предлага потенциално по-дълъг живот и по-висока яркост. Въпреки че светодиодите могат да се произвеждат в микромащаби (Micro-LED <50μm), предизвикателството се състои в прецизното прехвърляне и свързване на милиони или милиарди от тези микроскопични светодиоди върху управляващата схема. Това е процес, известен като технология за масопренос. Високата цена и сложността на масопреноса в момента пречат на мащабното комерсиализиране на Micro-LED.

Мини-LED директният дисплей е изправен пред предизвикателства поради по-големия размер на чипа (50-200μm) и ограниченията в опаковката. Най-малката постижима стъпка между пикселите в момента е около 0.5 мм. Ако създадете екран с 4K резолюция и тази стъпка, ще ви е необходим размер на екрана >85 инча. Освен това, огромният брой светодиоди изисква ~24 милиона за 4K.

Обобщение на състоянието на приложението на Mini-LED технологията

Micro-LED представлява върха на потенциала на технологията за дисплеи, но препятствията при преноса на маса възпрепятстват масовото производство. Mini-LED е практична преходна технология.

За приложения с директно показване, минималното ограничение на стъпката на Mini-LED е 0.5 мм, следователно той е неподходящ за екрани на потребителска електроника, като телефони, лаптопи, телевизори. Въпреки че е потенциално подходящ за големи търговски дисплеи на открито, високата му производствена цена също възпрепятства широкото му приложение.

Следователно, Mini-LED в момента намира своето основно и най-успешно приложение в подобряването на подсветката на LCD панелите. Това използва зрели LCD производствени линии и предлага значителни подобрения в качеството на картината на по-ниска цена в сравнение с OLED или директните Mini-LED.

В частта за директно показване, то се използва предимно за големи екрани за външна търговска реклама. Според прогнозите на TrendForce, Mini-LED подсветката е доминиращата тенденция в приложенията в момента, като се очаква пазарният ѝ размер да нараства със 164% CAGR от 2020 до 2025 г.

С развитието на LED технологията, Doitvision разработи нарастваща гама от фини LED екрани, като например нашите COB LED дисплеи, за търговски рекламни приложения.

Препоръки за стенни COB LED панели на Doitvision

COB LED дисплеите на Doitvision са отличен избор за видеостени с висока резолюция. Предлагаме стъпка на пикселите от P0.7 до P1.8, поддържайки 2K, 4K и 8K.

Превъзходно визуално качество

От 0.62 мм до 1.87 мм, нашият COB дисплей постига по-висока плътност на пикселите. Това позволява на зрителите да стоят по-близо до дисплея, без да забелязват отделни пиксели.

Изключителна скала на сивото и контраст

Със забележително съотношение на цветен контраст до 10,000 1:XNUMX, тези дисплеи предоставят живи, реалистични изображения. Използването на технология за черно покритие осигурява неотразяваща повърхност и изключителна еднородност на черното дори при условия на слаба светлина.

Съотношение на страните 16:9 за универсална съвместимост

Със съотношение на страните 16:9, това е стандартът за съвременни устройства като телевизори, компютърни монитори, мобилни устройства и цифрови видеокамери. Този формат поддържа резолюции 1080p (2K), 2160p (4K) и 4320p (8K).

Енергийно ефективна технология Flip Chip

В комбинация с дизайн на схема с общ катод, това може да подобри производителността на дисплея, като същевременно намали консумацията на енергия с до 40%.

Прецизна калибрация на цветовете

Технологията за калибриране на цветовете осигурява постоянен цветен изход във всички LED модули. Тя може да елиминира проблеми като моаре и да поддържа равномерна цветна температура и балансирани бели тонове.

Директен стенен монтаж с пълна поддръжка отпред

Това е дизайн със 100% възможност за обслужване отпред и магнитни LED модули. Рамката на панела може да се монтира директно върху стени или шперплат с помощта на винтове, с включени рамкови пръти за прецизно позициониране и лесен монтаж.

Технически спецификации

• Опции за разстояние между пикселите: 0.62 мм, 0.78 мм, 0.93 мм, 1.25 мм, 1.5 мм, 1.87 мм
• LED пакет: COB за всички модели
• Контрастно съотношение: До 10,000 1:XNUMX за ярки визуализации
• Съотношение на страните: 16:9, съвместимо с резолюции 2K, 4K и 8K
• Поддръжка: 100% обслужване отпред с магнитни модули
• Спестяване на енергия: До 40% с технологията flip chip
• Монтаж: Директен стенен монтаж с включени рамкови греди

Заключение:

Представихме ви различните принципи за разработване на дисплеи. Като професионален производител на LED дисплеи, ако имате нужда от HD LED дисплеи за търговски цели, не се колебайте да се свържете с нас.