Hvordan fungerer LED-, LCD-, OLED- og Mini-LED-teknologi?

Med udviklingen af displayteknologi findes der forskellige typer, såsom LED, LCD, OLED og Mini-LED-teknologi. Kender du deres principper? I dag vil Doitvision introducere dig til disse detaljer.

Hvad er LED?

LED er en elektronisk halvlederkomponent. Den kan omdanne elektrisk energi til lysenergi. LED'er anvendes i vid udstrækning i det moderne samfund og kan groft sagt opdeles i tre typer:

• Belysning: LED-lamper erstatter traditionelle glødepærer, såsom husholdningslamper og billamper.
• Skærm: Anvendes i skærme på elektroniske terminaler, såsom smartphones, tablets, computere, tv'er og skærme.
• Kommunikation: Fungerer primært som lyskilder til fiberoptiske kommunikationssystemer med lav til mellemstor datahastighed (<1 Gb/s) og korte til mellemstore afstande (<10 km), hvor infrarøde LED'er er den mest almindelige anvendelse.

Da Mini-LED-teknologi primært bruges i displayapplikationer, fokuserer vi på displayteknologi.

Skærmvisningsmekanisme:

LED-skærme fungerer ved at kombinere lysudsendelse fra LED-perler med farvefiltre. Kernekomponenten i LED-lysudsendelse er LED-chippen. En LED-perle har to elektroder, inklusive en anode og en katode. Højere strøm gennem elektroderne resulterer i højere lysstyrke. Ved at kontrollere perlernes lysstyrke og tænd/sluk-tilstand kan der produceres forskellige mønstre og tekst.

En enkelt LED-perle kan dog kun udsende én farve. For at opnå fuld farvevisning skal der bruges yderligere grønne og blå LED-perler for hvert pixelpunkt. Flere RGB-perler (rød, grøn, blå) danner tilsammen et display, der kan vise farver.

Koncepter relateret til Mini-LED

Der er i øjeblikket ingen officiel standardiseret definition for Mini-LED. De varierer en smule mellem producenter, men er primært baseret på chipstørrelse. Ifølge de generelle tekniske specifikationer for kommercielle Mini-LED-skærme refererer Mini-LED til LED'er med en chipstørrelse på mellem cirka 50 og 200 mikrometer (μm).

De placerer sig mellem fine-pitch LED'er og Micro-LED'er med hensyn til chipstørrelse og pixelafstand. Det betragtes også som en udvidelse af fine-pitch LED-teknologien og et overgangskridt mod Micro-LED.

Med hensyn til skærmydelse repræsenterer Mini-LED et nyt skærmteknologiprodukt. De kan tilbyde bedre visuel kvalitet end LCD, lavere omkostninger og længere levetid end OLED, og er en opgraderet version af traditionel LCD-skærmteknologi.

Mini-LED-teknologi

Nuværende mainstream-displayteknologier er bredt klassificeret som LCD og OLED. Mini-LED-teknologien forgrener sig i sig selv i to retninger:

• Forbedring af LCD-baggrundsbelysning

• Direkte visning

Derfor vil vi først introducere LCD- og OLED-teknologier.

Mini-LED- og LCD-teknologi

1) LCD-teknologiprincip

En skærm består af adskillige pixels, der hver indeholder en LCD-struktur. Pixelstrukturen i et LCD-skærmbillede kan opdeles i følgende lag/moduler:

• Baggrundsbelysningslag: LCD-paneler udsender ikke selv lys og kræver en ekstern lyskilde, "baggrundsbelysningsenheden" (BLU). Baggrundsbelysning, der oprindeligt brugte koldkatodelysstofrør (CCFL), blev overgået til LED-baserede baggrundsbelysninger efter 2008.
• Polariseringslag: Lys, der passerer gennem et vertikalt polarisationsfilter, tillader kun vertikalt orienterede lysbølger at passere. Når dette lys møder et horisontalt polarisationsfilter, passerer der intet lys igennem, fordi der ikke er nogen horisontalt orienterede komponenter. Således blokerer to vinkelrette polarisatorer lyset fuldstændigt.
• Flydende krystal (LC) lag: Dette lag sidder mellem elektroder forbundet til positive og negative kredsløb.
• Uden spænding: Lys, der passerer gennem den første polarisator, roteres 90 grader af LC-molekylerne. Det justeres vandret og passerer gennem den anden polarisator.
• Med spænding: LC-molekylerne justeres baseret på den påførte spændingsstyrke og styrer mængden af lysrotation. De varierer mængden af lys, der passerer gennem den anden polarisator, og styrer derved pixelens lysstyrke.
• Farvefilterlag: Lys, der kommer ud fra LC-laget, er monokromt (grå nuancer). Der tilføjes et farvefilter (CFA), der består af røde (R), grønne (G) og blå (B) underpixelfiltre. Ved at kontrollere lysstyrken af det lys, der passerer gennem hver R-, G- og B-underpixel, kan den blande forskellige farver.

Mini-LED i LCD-baggrundsbelysning Anvendelse

Mini-LED i LCD-baggrundsbelysning involverer udskiftning af traditionelle kantbelyste eller større direkte belyste LED'er med tætte opstillinger af Mini-LED-perler. Da Mini-LED-perler er betydeligt mindre, såsom en diameter på ~50μm-200μm, kan mange flere indlejres i LCD'ens baggrundsbelysningslag.

• Højere samlet skærmlysstyrke.
• Mere ensartet lysstyrkefordeling.

Muligheden for at opdele baggrundsbelysningen i mange flere uafhængigt styrbare lokale dæmpningszoner (LDZ'er).

Når et sort billedsegment vises, kan den tilsvarende Mini-LED-zone slukkes helt. Det giver LCD-skærme mulighed for at opnå meget dybere sorte nuancer og betydeligt højere kontrastforhold. Det øgede antal og præcisionen af LDZ'er forbedrer den lokale kontrast og det dynamiske område betydeligt. Derfor opnår LCD-skærme en skærmkvalitet, der nærmer sig OLED's.

Under udviklingen af LCD-skærme er der blevet indarbejdet fremskridt som LC-blandinger med ultralav viskositet og LC-materialer med blå fase for at forbedre responstiderne. Mini-LED supplerer dette ved at forbedre baggrundsbelysningens struktur for dramatisk at forbedre kontrasten.

Mini-LED og OLED-teknologi

Fordi tidlige LED-lamper var store i størrelse, var antallet af lamper, der kunne installeres pr. arealenhed som skærmmaterialer, lille, hvilket resulterede i dårlig klarhed. Derfor begyndte producenterne at undersøge mikro-LED'er, hvor den første forskningsretning var OLED.

2) OLED-teknologiprincippet

OLED er en selvemitterende displayteknologi. Dens struktur adskiller sig markant fra LCD ved at eliminere LC-laget, farvefilterlaget i nogle typer og det separate baggrundsbelysningslag. I stedet er organiske lysudstrålende materialer klemt inde mellem en katode og en anode.

Visningsprincip: 

Når der påføres spænding, injiceres elektroner fra katoden og "huller" (positive ladningsbærere) fra anoden ind i de organiske lag. Disse elektroner og huller mødes i det emitterende lag, rekombineres og frigiver energi i form af fotoner. Forskellige organiske materialer udsender specifikke farver (R, G, B).

Fordi hver OLED-pixel udsender sit eget lys, er der ikke behov for separat baggrundsbelysning. Individuelle pixels kan slukkes helt for at vise perfekt sort, hvilket teoretisk set giver OLED'en et uendeligt statisk kontrastforhold. Hver pixels lysstyrke og farve kan styres uafhængigt.

Ulemper: 

De organiske materialer har begrænset levetid og er modtagelige for nedbrydning (ældning). R-, G- og B-materialerne nedbrydes med forskellige hastigheder. Hvis en pixel viser et statisk lyst billede i længere perioder, nedbrydes det specifikke subpixelmateriale hurtigere, hvilket fører til permanent lysstyrketab i det pågældende område. Dette manifesterer sig som synlig billedfastholdelse eller ujævn farve, almindeligvis kendt som "burn-in".

3) Princip for direkte mini-LED-visning

For at mindske OLED-indbrænding har LED-producenter udviklet teknologier som W-OLED ved hjælp af hvide OLED + farvefiltre og QD-OLED ved hjælp af blå OLED + kvantepunktkonvertere. Disse er dog stadig fundamentalt afhængige af organiske materialer og står over for iboende begrænsninger i forhold til ældning og levetid.

Den ultimative løsning kræver et skift til uorganiske materialer, hvilket fører til næste generations LED-displayteknologier: Mini-LED og Micro-LED Direct Emission.

Dette involverer at lave uorganiske LED-dioder ekstremt små og derefter overføre og binde dem til et displaysubstrat.

Denne teknologi arver alle fordelene ved OLED, såsom:

• selvudsendende
•  perfekte sorte
• høj kontrast
•  brede betragtningsvinkler
• hurtig respons

samtidig med at det eliminerer indbrænding og potentielt tilbyder længere levetid og højere lysstyrke. Selvom LED'er kan fremstilles i mikroskala (Micro-LED <50 μm), ligger udfordringen i præcist at overføre og forbinde millioner eller milliarder af disse mikroskopiske LED'er til styrekredsløbet. Det er en proces kendt som masseoverføringsteknologi. De høje omkostninger og kompleksiteten ved masseoverføring forhindrer i øjeblikket Micro-LED i storskala kommercialisering.

Mini-LED-displays står over for udfordringer på grund af deres større chipstørrelse (50-200 μm) og pakningsbegrænsninger. Den mindst opnåelige pixelafstand er i øjeblikket omkring 0.5 mm. Hvis man opretter en skærm med 4K-opløsning med denne afstand, skal der bruges en skærmstørrelse på >85 tommer. Derudover kræver det enorme antal LED'er ~24 millioner til 4K.

Oversigt over status for applikationer inden for Mini-LED-teknologi

Micro-LED repræsenterer toppen af displayteknologiens potentiale, men hindringer for masseoverførsel forhindrer kommerciel masseproduktion. Mini-LED er en praktisk overgangsteknologi.

Til direkte displayapplikationer har Mini-LED en minimumafstand på 0.5 mm. Derfor er den uegnet til forbrugerelektronikskærme såsom telefoner, bærbare computere og tv'er. Selvom den potentielt er egnet til store udendørs kommercielle displays, har dens høje produktionsomkostninger også hindret en udbredt anvendelse.

Derfor finder Mini-LED i øjeblikket sin primære og mest succesfulde anvendelse i forbedringen af baggrundsbelysningen på LCD-paneler. Dette udnytter modne LCD-produktionslinjer og tilbyder betydelige forbedringer af billedkvaliteten til en lavere pris i forhold til OLED eller direkte Mini-LED.

Inden for direkte display bruges den primært til store udendørs kommercielle reklameskærme. Ifølge TrendForce-forudsigelser er Mini-LED-baggrundsbelysning den dominerende nuværende anvendelsestrend, og markedsstørrelsen forventes at vokse med en årlig vækstrate (CAGR) på 164 % fra 2020 til 2025.

I takt med at LED-teknologien modnes, har Doitvision udviklet et voksende udvalg af fine-pitch LED-skærme, såsom vores COB LED-displays, til kommercielle reklameapplikationer.

Anbefalinger til Doitvision COB LED-væglamper

Doitvisions COB LED-skærme er et fremragende valg til videovægge med høj opløsning. Vi tilbyder pixelafstande fra P0.7 til P1.8, der understøtter 2K, 4K og 8K.

Overlegen visuel kvalitet

Fra 0.62 mm til 1.87 mm opnår vores COB-skærm en højere pixeltæthed. Det giver brugerne mulighed for at stå tættere på skærmen uden at bemærke individuelle pixels.

Enestående gråtoner og kontrast

Med et bemærkelsesværdigt farvekontrastforhold på op til 10,000:1 leverer disse skærme levende og naturtro billeder. Brugen af sort belægningsteknologi giver en ikke-reflekterende overflade og enestående sort ensartethed, selv under svagt lys.

16:9 billedformat for universel kompatibilitet

Med et billedformat på 16:9 er det standarden for moderne enheder som tv'er, computerskærme, mobile enheder og digitale videokameraer. Dette format understøtter opløsninger på 1080p (2K), 2160p (4K) og 4320p (8K).

Energieffektiv Flip Chip-teknologi

Kombineret med et fælles katodekredsløbsdesign kan det forbedre skærmens ydeevne og samtidig reducere energiforbruget med op til 40 %.

Præcisionsfarvekalibrering

Farvekalibreringsteknologi giver ensartet farveoutput på tværs af alle LED-moduler. Den kan eliminere problemer som moiré-mønstre og opretholde ensartet farvetemperatur og afbalancerede hvidtoner.

Direkte vægmonteret design med fuld frontvedligeholdelse

Det er et 100% frontmonteret design med magnetiske LED-moduler. Panelrammen kan monteres direkte på vægge eller krydsfiner ved hjælp af skruer, og medfølgende rammestænger sikrer præcis positionering og nem installation.

Tekniske specifikationer

• Pixelafstandsmuligheder: 0.62 mm, 0.78 mm, 0.93 mm, 1.25 mm, 1.5 mm, 1.87 mm
• LED-pakke: COB til alle modeller
• Kontrastforhold: Op til 10,000:1 for levende billeder
• Billedformat: 16:9, kompatibel med 2K-, 4K- og 8K-opløsninger
• Vedligeholdelse: 100% frontservice med magnetiske moduler
• Energibesparelser: Op til 40% med flip-chip-teknologi
• Installation: Direkte vægmontering med medfølgende rammestænger

konklusion:

Vi har introduceret forskellige skærmudviklingsprincipper. Som professionel producent af LED-skærme er du velkommen til at kontakte os, hvis du har brug for HD LED-skærme til kommerciel brug.