Как работают технологии LED, LCD, OLED и Mini-LED?

С развитием технологий отображения информации появились различные типы дисплеев, такие как светодиодные, ЖК-дисплеи, OLED-дисплеи и мини-светодиоды. Знаете ли вы их принципы? Сегодня Doitvision познакомит вас с ними подробнее.

Что такое светодиод?

Светодиод — это полупроводниковый электронный компонент. Он способен преобразовывать электрическую энергию в световую. Светодиоды широко используются в современном обществе и могут быть разделены на три основных типа:

• Освещение: Светодиодные лампы заменяют традиционные лампы накаливания, например, в бытовых светильниках и автомобильных фарах.
• Дисплей: Используется в экранах терминальных электронных устройств, таких как смартфоны, планшеты, компьютеры, телевизоры, мониторы.
• Общение: В первую очередь служат источниками света для волоконно-оптических систем связи с низкой и средней скоростью передачи данных (<1 Гбит/с) на короткие и средние расстояния (<10 км), причем наиболее распространенным применением являются инфракрасные светодиоды.

Поскольку технология Mini-LED в основном используется в дисплеях, мы сосредоточимся на технологии дисплеев.

Механизм отображения экрана:

Светодиодные экраны работают за счёт сочетания света, излучаемого светодиодными шариками, и цветных фильтров. Основным компонентом светодиодного источника света является светодиодный кристалл. Светодиодный шарик имеет два электрода: анод и катод. Более сильный ток, протекающий через электроды, обеспечивает более высокую яркость. Управляя яркостью и состоянием включения/выключения шариков, можно создавать различные узоры и текст.

Однако один светодиод может излучать только один цвет. Для достижения полноцветного отображения требуются дополнительные зелёные и синие светодиоды на каждый пиксель. Несколько RGB-светодиодов (красный, зелёный, синий) вместе образуют цветной дисплей.

Концепции, связанные с мини-светодиодами

В настоящее время не существует официального стандартизированного определения термина «мини-светодиод». Они немного различаются у разных производителей, но в основном основаны на размере кристалла. Согласно общим техническим характеристикам коммерческих мини-светодиодов, мини-светодиод относится к светодиодам с размером кристалла примерно от 50 до 200 микрометров (мкм).

По размеру кристалла и шагу пикселя они занимают промежуточное положение между мелкошаговыми светодиодами и микро-светодиодами. Они также считаются развитием технологии мелкошаговых светодиодов и переходным этапом к микро-светодиодам.

С точки зрения производительности дисплеев, Mini-LED представляет собой новый продукт в области дисплейных технологий. Они обеспечивают лучшее качество изображения, чем ЖК-дисплеи, более низкую стоимость и более длительный срок службы, чем OLED, представляя собой усовершенствованную версию традиционной технологии ЖК-дисплеев.

Мини-светодиодная технология

Современные технологии отображения информации можно условно разделить на ЖК-дисплеи и OLED. Технология мини-светодиодов, в свою очередь, подразделяется на два направления:

• Улучшение подсветки ЖК-дисплея

• Прямой дисплей

Поэтому сначала мы внедрим технологии LCD и OLED.

Технология мини-светодиодов и ЖК-дисплеев

1) Принцип ЖК-технологии

Экран дисплея состоит из множества пикселей, каждый из которых содержит ЖК-структуру. Структуру пикселей ЖК-дисплея можно разбить на следующие слои/модули:

• Слой подсветки: ЖК-панели сами по себе не излучают свет и требуют внешнего источника света — «модуля подсветки» (BLU). Изначально в подсветке использовались люминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL), но после 2008 года её перевели на светодиодную.
• Поляризационный слой: Свет, проходящий через вертикальный поляризационный фильтр, пропускает только вертикально ориентированные световые волны. Когда этот свет встречает горизонтальный поляризационный фильтр, он не проходит, поскольку в нём нет горизонтально ориентированных компонентов. Таким образом, два перпендикулярных поляризатора полностью блокируют свет.
• Слой жидкого кристалла (ЖК): Этот слой находится между электродами, подключенными к положительным и отрицательным цепям.
• Без напряжения: Свет, проходящий через первый поляризатор, поворачивается молекулами ЖК на 90 градусов. Он выравнивается горизонтально и проходит через второй поляризатор.
• С напряжением: Молекулы ЖК выстраиваются в соответствии с приложенным напряжением, управляя степенью вращения света. Это изменяет количество света, проходящего через второй поляризатор, тем самым управляя яркостью пикселя.
• Слой цветного фильтра: Свет, выходящий из слоя ЖК, монохромный (оттенки серого). Добавлен массив цветных фильтров (CFA), состоящий из красного (R), зелёного (G) и синего (B) субпиксельных фильтров. Управляя яркостью света, проходящего через каждый R, G и B субпиксель, он может смешивать различные цвета.

Мини-светодиод в подсветке ЖК-дисплеев Области применения

Применение мини-светодиодов в подсветке ЖК-дисплеев предполагает замену традиционных светодиодов с торцевой подсветкой или более крупных светодиодов с прямой подсветкой плотными массивами мини-светодиодов. Благодаря значительному уменьшению диаметра мини-светодиодов (около 50–200 мкм) в подсветку ЖК-дисплея можно встроить гораздо больше таких светодиодов.

• Более высокая общая яркость экрана.
• Более равномерное распределение яркости.

Возможность разделить подсветку на множество независимо управляемых зон локального затемнения (ЗЛТ).

При отображении чёрного сегмента изображения соответствующая зона Mini-LED может быть полностью отключена. Это позволяет ЖК-дисплеям достигать гораздо более глубокого чёрного цвета и значительно более высокой контрастности. Увеличенное количество и точность LDZ значительно улучшают локальную контрастность и динамический диапазон. Таким образом, ЖК-дисплеи достигают качества изображения, приближающегося к OLED.

В ходе эволюции ЖК-дисплеев были внедрены такие достижения, как использование ЖК-смесей со сверхнизкой вязкостью и ЖК-материалов с синей фазой, для сокращения времени отклика. Технология Mini-LED дополняет эти достижения, улучшая структуру подсветки и значительно повышая контрастность.

Технология Mini-LED и OLED

Поскольку первые светодиодные лампы имели большой размер, количество ламп, которые можно было установить на единицу площади экрана, было небольшим, что приводило к низкой чёткости изображения. Поэтому производители начали исследования в области микросветодиодов, и первым направлением исследований стали OLED.

2) Принцип технологии OLED

OLED — это технология самоизлучающих дисплеев. Её структура существенно отличается от ЖК-дисплеев отсутствием жидкокристаллического слоя, слоя цветного фильтра (в некоторых типах) и отдельного слоя подсветки. Вместо этого между катодом и анодом расположены органические светоизлучающие материалы.

Принцип отображения: 

При подаче напряжения электроны из катода инжектируются, а «дырки» (носители положительного заряда) из анода – в органические слои. Эти электроны и дырки встречаются в излучающем слое, рекомбинируют и высвобождают энергию в виде фотонов. Различные органические материалы излучают определённые цвета (R, G, B).

Поскольку каждый пиксель OLED излучает собственный свет, отдельная подсветка не требуется. Отдельные пиксели можно полностью отключить, чтобы получить идеальный чёрный цвет, что теоретически обеспечивает OLED бесконечную статическую контрастность. Яркость и цвет каждого пикселя можно регулировать независимо.

Недостатки: 

Органические материалы имеют ограниченный срок службы и подвержены деградации (старению). Материалы R, G и B деградируют с разной скоростью. Если пиксель отображает статическое яркое изображение в течение длительного времени, материал этого субпикселя деградирует быстрее, что приводит к необратимой потере яркости в этой области. Это проявляется в виде видимого остаточного изображения или неравномерности цвета, обычно называемого «выгоранием».

3) Принцип прямого отображения на мини-светодиодах

Чтобы уменьшить выгорание OLED-дисплеев, производители светодиодов разработали такие технологии, как W-OLED, использующие белый OLED + цветные фильтры, и QD-OLED, использующие синий OLED + преобразователи на квантовых точках. Однако эти технологии по-прежнему основаны на органических материалах и подвержены ограничениям по сроку службы и старению.

Окончательное решение требует перехода на неорганические материалы, что приведет к появлению технологий светодиодных дисплеев следующего поколения: Mini-LED и Micro-LED Direct Emission.

Этот метод предполагает изготовление неорганических светодиодов чрезвычайно маленького размера, а затем их перенос и прикрепление к подложке дисплея.

Эта технология наследует все преимущества OLED, такие как:

• самоизлучающий
•  идеальные черные
• высокий контраст
•  широкие углы обзора
• быстрого реагирования

При этом исключается выгорание, обеспечивается потенциально более длительный срок службы и более высокая яркость. Хотя светодиоды можно производить в микромасштабах (микро-светодиоды <50 мкм), сложность заключается в точной передаче и соединении миллионов или миллиардов этих микроскопических светодиодов в схему управления. Этот процесс известен как технология массопереноса. Высокая стоимость и сложность массопереноса в настоящее время препятствуют масштабному коммерциализации микро-светодиодов.

Дисплеи на базе мини-светодиодов сталкиваются с трудностями из-за большего размера кристалла (50–200 мкм) и ограничений, связанных с корпусированием. Наименьший достижимый шаг пикселя в настоящее время составляет около 0.5 мм. Для создания экрана с разрешением 4K и таким шагом потребуется диагональ более 85 дюймов. Кроме того, для 24K требуется огромное количество светодиодов — около 4 миллионов.

Обзор состояния применения технологии мини-светодиодов

Micro-LED представляет собой вершину потенциала технологий отображения, но проблемы массового производства препятствуют коммерческому производству. Mini-LED — это практичная переходная технология.

Для прямой визуализации минимальный шаг мини-светодиодов ограничен 0.5 мм, поэтому они не подходят для экранов бытовой электроники, такой как телефоны, ноутбуки и телевизоры. Хотя они потенциально подходят для больших уличных коммерческих дисплеев, высокая стоимость производства также препятствует их широкому распространению.

Таким образом, технология Mini-LED в настоящее время находит своё основное и наиболее успешное применение в улучшении подсветки ЖК-панелей. Это позволяет использовать опытные линии производства ЖК-дисплеев, обеспечивает значительное повышение качества изображения при более низкой стоимости по сравнению с OLED или прямыми Mini-LED.

Что касается прямого отображения, то он в основном используется для больших наружных рекламных экранов. Согласно прогнозам TrendForce, подсветка на базе мини-светодиодов является доминирующей тенденцией в настоящее время, и ожидается, что её объём рынка будет расти со среднегодовым темпом роста 164% в период с 2020 по 2025 год.

По мере развития светодиодных технологий компания Doitvision разработала растущий ассортимент светодиодных экранов с малым шагом пикселей, таких как наши светодиодные дисплеи COB, для коммерческих рекламных применений.

Рекомендации Doitvision по установке светодиодных настенных светильников COB

Светодиодные COB-дисплеи Doitvision — отличный выбор для видеостен высокого разрешения. Мы предлагаем шаг пикселя от P0.7 до P1.8, поддерживающие разрешения 2K, 4K и 8K.

Превосходное визуальное качество

Наш COB-дисплей обеспечивает более высокую плотность пикселей — от 0.62 мм до 1.87 мм. Это позволяет зрителям находиться ближе к дисплею, не замечая отдельных пикселей.

Исключительная шкала серого и контрастность

Благодаря впечатляющему коэффициенту цветовой контрастности до 10,000 1:XNUMX эти дисплеи обеспечивают яркое и реалистичное изображение. Использование технологии чёрного покрытия обеспечивает антибликовую поверхность и превосходную однородность чёрного цвета даже в условиях слабого освещения.

Соотношение сторон 16:9 для универсальной совместимости

Соотношение сторон 16:9 является стандартом для современных устройств, таких как телевизоры, компьютерные мониторы, мобильные устройства и цифровые видеокамеры. Этот формат поддерживает разрешения 1080p (2K), 2160p (4K) и 4320p (8K).

Энергоэффективная технология Flip Chip

В сочетании с конструкцией общей катодной цепи это может улучшить характеристики дисплея и снизить потребление энергии до 40%.

Точная калибровка цвета

Технология калибровки цвета обеспечивает стабильную цветопередачу всех светодиодных модулей. Она устраняет такие проблемы, как муар, и поддерживает равномерную цветовую температуру и сбалансированные оттенки белого.

Конструкция с прямым настенным монтажом и полным фронтальным обслуживанием

Это полностью фронтальная конструкция со светодиодными модулями на магнитах. Рама панели крепится непосредственно к стене или фанере с помощью шурупов. В комплект входят рамные планки для точного позиционирования и лёгкого монтажа.

Технические характеристики

• Варианты шага пикселя: 0.62 мм, 0.78 мм, 0.93 мм, 1.25 мм, 1.5 мм, 1.87 мм
• Пакет светодиодов: COB для всех моделей
• Коэффициент контрастности: до 10,000 1:XNUMX для ярких изображений
• Соотношение сторон: 16:9, совместимо с разрешениями 2K, 4K и 8K
• Техническое обслуживание: 100% фронтальное обслуживание с магнитными модулями
• Экономия энергии: до 40% благодаря технологии Flip Chip
• Монтаж: непосредственный монтаж на стену с помощью входящих в комплект рамных прутков.

Вывод:

Мы познакомили вас с различными принципами разработки дисплеев. Мы являемся профессиональным производителем светодиодных дисплеев, и если вам нужны HD-дисплеи для коммерческого использования, свяжитесь с нами.