miniLED，microLED和OLED顯示器的現(xiàn)狀

顯示技術(shù)廣泛應(yīng)用于智能手機、平板電腦、桌面顯示器、電視、數(shù)據(jù)投影儀和增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實設(shè)備。液晶顯示器(LCD)和有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器是當(dāng)前兩種主要的平板顯示技術(shù)。而最新出現(xiàn)的mini-LEDs (mLEDs) 與 micro-LEDs (μLEDs)，可顯著提高LCD的動態(tài)范圍或用作陽光下可讀的發(fā)光顯示器。

1、“液晶顯示器(LCD)、有機發(fā)光二極管(OLED)還是micro-LEDs(μLED)誰贏了?”

液晶顯示器(LCD)于1960年代末和1970年代初發(fā)明。自2000年代以來，LCD逐漸取代了笨重的陰極射線管(CRT)，并已成為主導(dǎo)技術(shù)。然而，液晶顯示器是非透射的，需要背光單元(BLU)，這不僅增加了面板厚度，而且限制了其靈活性和形狀因素。

同時，經(jīng)過30年設(shè)備開發(fā)以及對先進制造技術(shù)的巨額投資，有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器發(fā)展迅速，使可折疊智能手機和可卷曲電視成為可能。在過去的幾年中，發(fā)光OLED顯示器獲得了發(fā)展動力，并且由于其出眾的空前暗態(tài)，薄外形和自由形狀，在電視和智能手機中與LCD展開了激烈競爭。但是，某些關(guān)鍵問題，例如老化和壽命，仍需要改進。

最近，micro-LEDs(μLED)和mini-LEDs (mLED)已經(jīng)成為下一代顯示器。micro-LEDs(μLED)對于透明顯示器和高亮度顯示器特別有吸引力，而mini-LEDs (mLED)既可以用作高動態(tài)范圍(HDR)LCD的局部可調(diào)光背光，也可以用作發(fā)光顯示器。mLED和μLED均提供超高亮度和長壽命。這些功能對于諸如智能手機，公共信息顯示器和車輛顯示器之類的日光可讀顯示器是非常需要的。

為了比較不同的顯示器，以下是重要的性能指標(biāo):(1)HDR和高環(huán)境對比度，(2)虛擬現(xiàn)實的高分辨率或高分辨率密度，以最小化屏幕門效應(yīng)，(3)寬色域(4)寬視角和不明顯的角色偏(5)抑制圖像模糊的快速運動圖像響應(yīng)時間(MPRT)(6)低功耗，這對于電池供電的移動顯示器尤為重要，(7)薄型、自由形式和輕質(zhì)系統(tǒng)，以及(8)低成本。

圖1. a. RGB芯片mLED /μLED/ OLED發(fā)光顯示器。b. 顏色轉(zhuǎn)換mLED /μLED/ OLED發(fā)光顯示器。c. miniLED-背光LCD。CF：濾色片;CC：色彩轉(zhuǎn)換;TFT：薄膜晶體管;DBEF：雙增亮膜;BEF：增亮膜;BLU：背光單元。

圖1展示了三種常用的設(shè)備配置：紅，綠，藍(lán)(RGB)芯片發(fā)光顯示器26,27(圖1a)，顏色轉(zhuǎn)換(CC)發(fā)光顯示器25(圖1b)和mLED-背光LCD( 圖1c)。在發(fā)光顯示器(圖1a，b)中，mLED /μLED/ OLED芯片用作子像素。在不發(fā)光的LCD中(圖1c)，mLED背光燈被分成一個區(qū)域結(jié)構(gòu)。每個區(qū)域包含幾個mLED芯片以控制面板亮度，并且每個區(qū)域都可以有選擇地打開和關(guān)閉。液晶面板由M和N像素組成，每個RGB子像素由薄膜晶體(TFT)管獨立尋址，調(diào)節(jié)背光的亮度透射率。這三種類型的全色圖像生成方式不同。

2、功耗

mLED /μLED/ OLED顯示器的功耗主要取決于驅(qū)動電路設(shè)計、LED量子效率和光學(xué)系統(tǒng)效率。有幾種方法可以提高mLED /μLED/ OLED顯示器的功率效率。對于較低的Pwire，我們可以將面板分割成更多的單元并采用低電阻率導(dǎo)線材料。

1. PTFT管驅(qū)動晶體管的減少

PTFT可以通過優(yōu)化TD參數(shù)。更高Cox更高WT/LT幫助降低VDS_min和PTFT管。其中，

WT和LT是電路設(shè)計參數(shù)，但應(yīng)在合理的范圍內(nèi)進行調(diào)整。μT和Cox是薄膜晶體管工藝參數(shù)。薄膜晶體管柵極處的氧化層被設(shè)計得足夠薄，以達到高Cox和良好的絕緣性。高的μT可以從互補金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管獲得。

因此，業(yè)界領(lǐng)袖開始用互補金屬氧化物半導(dǎo)體驅(qū)動集成電路取代薄膜晶體管。然而，粉末冶金顯示器的分辨率和尺寸是有限的。因此，為了獲得高分辨率和大尺寸的顯示器，需要平鋪多個永磁塊。

平鋪設(shè)計的主要挑戰(zhàn)是接縫的可見性和均勻性，這分別需要小發(fā)射孔徑和制造后校準(zhǔn)。在AM(amplitude modulation)方案中，每個像素有一個單元電路，通常需要補償設(shè)計。該方案對空間要求很高，對高ppi顯示器尤其不友好。

高度集成的集成電路緩解了這一問題，并提供了更精確的電流控制。此外，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的脈寬調(diào)制驅(qū)動電路。2015年，Lumiode報道了一種將硅薄膜晶體管集成到AM μLED微顯示器上的無轉(zhuǎn)移方法。

2017年，X-Celeprint通過微轉(zhuǎn)移印刷展示了具有像素化微尺度IC的AMμLED顯示器。2018年，JDC在硅底板上推出了2000ppi的μLED。在2019年，LETI建議以晶圓級制造基本像素單元并將其轉(zhuǎn)移到接收基板上。

集成電路驅(qū)動器的主要缺點是它們的成本比薄膜晶體管高。隨著采用集成電路數(shù)量的增加，面板成本也隨之增加。因此，在低分辨率彩色顯示器中使用集成電路比在高分辨率發(fā)射顯示器中使用更具成本效益。

2. 通過高EQEchip/VF操作降低PLED

從Eq中，研究人員發(fā)現(xiàn)ηLED與EQEchip/VF成正比，表明較高的EQEchip/VF操作偏好。

3、對比度和ACR

發(fā)射顯示器的CR(Contrast ratio)本質(zhì)上很高。在非輻射型LCD中，其CR(Contrast ratio)受到去極化效應(yīng)的限制，主要受所用LC材料，表面取向和CFs的影響。在實際應(yīng)用中，除了顯示的內(nèi)容之外，還可以感知反射的環(huán)境光(來自外表面或來自內(nèi)部電極)。

4、響應(yīng)時間和MPRT

mLED /μLED/ OLED芯片的響應(yīng)時間比LC快幾個數(shù)量級。但是不能斷定mLED /μLED/ OLED發(fā)光顯示器比LCD提供更流暢的視覺體驗。

5、HDR

HDR是指旨在忠實再現(xiàn)自然場景的顯示標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，多種HDR格式共存，例如基本HDR10，出色的杜比視覺，廣播友好的Hybrid Log Gamma(HLG)和正在崛起的Advanced HDR。HDR顯示器可能支持一種或多種HDR格式，但硬件規(guī)格比所采用的格式對最終性能更為重要。

6、未來應(yīng)用場景

1、可穿戴顯示器

可穿戴電子產(chǎn)品，如虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實耳機和智能腕帶，被認(rèn)為是下一代信息平臺?？纱┐黠@示器的常見要求是低功耗、輕重量和高分辨率密度。具體來說，虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實近眼顯示器需要一個快速MPRT來減少運動圖像模糊，而智能腕帶更喜歡靈活性。

2、車輛顯示器

用于汽車和航天器的典型車輛顯示器包括中央儀表板和平視顯示器(HUD)單元。對于這些應(yīng)用，可靠性和陽光可讀性對于駕駛員安全至關(guān)重要。較寬的工作溫度是車輛顯示器的另一項要求。無機LED具有最寬的溫度范圍。OLED顯示器在寒冷的環(huán)境中工作良好，如果加熱會很快老化。液晶顯示器在寒冷天氣下反應(yīng)緩慢，上限取決于清潔溫度(Tc)。

隨著技術(shù)的逐漸成熟，OLED將在智能手機市場中繼續(xù)增長，而mLED背光LCD將滲透到平板電腦，游戲顯示器，計算機和電視中。隨著mLED /μLED發(fā)光顯示器的成本降低，它們可能逐漸走向中心。