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显示大潮的异类玩家 Micro LED开启LED新纪元

导读: 从2016年下半年开始,Micro LED的概念就风声水起,在前不久结束的CES2018上,三星146英寸的模块化Micro LED电视又出尽风头,与传统的LCD电视相比,无论是亮度、对比度还是色彩饱和度,都有了可观的改进。

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从2016年下半年开始,Micro LED的概念就风声水起,在前不久结束的CES2018上,三星146英寸的模块化Micro LED电视又出尽风头,与传统的LCD电视相比,无论是亮度、对比度还是色彩饱和度,都有了可观的改进。而苹果公司更是早在2014年就花大价钱收购了Micro LED研发公司LuxVue,进行技术储备、提升专利和研发能力。尽管目前并没有任何消费电子产品采用该技术,但苹果仍然希望能够从中找到突破口,一举一动也是非常引人瞩目。

那么Micro LED到底是什么?在未来,Micro LED究竟会不会取代OLED/LCD成为主流的显示技术呢?

Micro-LED到底是什么?

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Micro LED又被称为μLED或者微型LED,和LCD或者OLED有点相似。是由堪萨斯州立大学洪兴教授和德州理工大学Jingyu Lin教授在2000年首先发明的。Micro LED和OLED一样,都是由发光二极管构成,是一种电视技术,与内容在屏幕上的显示效果有关。

Micro LED指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列,如LED显示屏每一个像素可定址、单独驱动点亮,可看成是户外LED显示屏的微缩版,将像素点距离从毫米级降低至微米级。

和OLED一样,Micro LED也是由发光二极管构成。每个红色、绿色和蓝色子像素会自己发光,不像LCD屏幕需要专用背光。因此,Micro LED显示器能够提供和OLED一样的对比度和颜色表现,在生产上也可以保持轻薄。不同的地方在于LED材料的构成。OLED中的O代表的意思是有机的(Organic),是指在像素堆栈的发光部分中使用了有机材料。但Micro LED则不一样,这种技术是在发光部分中使用了无机的氮化镓(GaN)材料。

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MicroLED如何运行?

在解释Micro LED的运行原理之前,我们首先有必要看看现在已经出现的电视是怎样的,这样才能准确理解为什么它是一门进步很大的技术。

现在最主流的电视技术是LED,实际上就是安装一块LCD面板,但是将LED背光放在面板后。所有大型制造商都使用LED技术,你现在观看的电视极有可能就是LED电视。因为LCD屏幕无法自己发光,白色LED背光让光线穿过一层又一层,这些层由彩色过滤器和偏振器组成,然后就可以用光描绘图像,让我们看见。

在过去几年里,背光技术不断进步,但是要想显示很深的黑色仍然是一件难事,因为背光不精准。如果在暗元素的旁边有亮元素,对比度就会受到影响。怎么解决呢?用OLED解决,它由可以单独发光的像素组成。也就是说单个像素可以完全关闭,显示完美的黑色,而且色彩也更炫丽,可视角度更广。但是OLED屏幕由于没有LCD屏幕那样明亮,而且是用有机化合物制造的,寿命必然会比LCD短。

看似异军突起的Micro LED则将两种面板技术的优点融合在一起,将弱点抛弃。从名字看,Micro LED用到了大量微型LED,这些LED分解为红、蓝、绿三种子像素(大多商用OLED只使用白光),构成画面的各个独立像素元素。

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同时由于采用无机材料,Micro LED也不会出现OLED屏幕上寿命短的问题。Micro LED还减少了对偏振和封装层的需求,可以使面板变得更薄。结构为为多量微型LED阵列组成。所以,除了能达到高亮度、超高解析度与色彩饱和,每个画素都能独立驱动,还有省电、反应速度快等优点。在功耗方面,比LCD低90%,比OLED低50%。

Micro LED优点

——比OLED更薄

与传统LCD相比,OLED显示器的一大优势在于它们更薄。不过,在这方面比OELD更具优势的是Micro LED。

Micro LED与OLED类似,但它们使用的是氮化镓无机材料(与传统彩色LED类似)。事实上,它们跟普通彩色LED十分接近,只是体积缩小了很多而已。由于子像素具备发光性(它们可以像OLED一样自行发光),所以它们不需要背光源或液晶层。但Micro LED同样不需要偏振器,而且顶部只有一层薄玻璃层。它们比OLED更薄,而且比普通LCD要薄很多。

——更高效

Micro LED显示器中的超小型LED在将电转化为光子方面更为高效。基本上,它们能够比传统LCD或OLED显示器产生更多的“每瓦亮度”。Micro LED目前仍然是一种尚未完全商业化的新产品,但有业内人士估计,Micro LED只需OLED的一半能耗即可产生相同的亮度。其他业内人士则认为Micro LED的能效将更高。

这对任何设备而言都是好消息,因为显示器是当今最大的续航杀手之一。不仅如此,这对VR一体机这样的设备更是利好。借助Micro LED,VR一体机可以更轻薄,同时拥有更持久的续航能力。

——更高分辨率

LCD和OLED显示器在最大分辨率上差别不大。索尼Z5 Premium将完整的4K分辨率压缩到5.5英寸的显示屏上,每英寸像素达到惊人的806。尽管尚未出现在正式产品中,但谷歌和LG已经开发出一款面积为4.3英寸,像素达18万的VR显示器。换言之,每英寸高达1443像素。

目前还没有商用的Micro LED产品发布,但可以从微观的角度来探讨单个红色、绿色和蓝色LED。小于100微米的LED。它在分辨率上拥有比传统LCD或OLED多出数倍的潜力。第一批Micro LED显示器应该无法达到如此高分辨率,但这项技术显然能够达到这一标准,甚至更多。

——更耐“烧屏”

你或许曾听说过OELD屏幕“烧屏”。基本上,当显示器长时间在相同位置长显示相同图像时,它将开始留下自己的“残影”,所以你总是能看到它。这种情况发生在各种屏幕上,比如汽车仪表板上的LCD屏,可能存在褪色却不会消失的界面元素。

Micro LED显示器中的LED在抵御能力方面远高于OLED中的有机化合物或传统LCD中的液晶层。“烧屏”将不会成为大多数Micro LED产品的问题。

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——超快速切换时间,十分适合VR

最优秀的LCD可以在数毫秒(千分之一秒)内完全切换颜色。OLED显示器的切换速度则以微秒(百万分之一秒)为单位。这就是为什么它们用于VR头显的原因之一。LCD显示器的切换速度不够快,无法取得良好的VR体验。

Micro LED的切换速度听起来更像是微芯片,而不是说显示器,其计量单位是在纳秒(十亿分之一秒)。能够在超小尺寸下实现超高分辨率,同时具备超快的切换速度,Micro LED成为了VR和AR头显的完美选择。

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——卓越的色调,对比度和亮度

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需要再次说明的是,目前还没有消费类产品可供测试,但Micro LED应该能够以近乎无限对比度来产生更亮的显示器(因为黑色像素完全消失),使其成为HDR的绝佳选择。更高的最大亮度将能进一步提高Micro LED在阳光下的可读性,这对AR而言十分适合。

据称Micro LED具有更广泛的颜色范围,亦即意味着更宽的色域,而且我们可以更精确地控制Micro LED以获得更好的色彩精确度。

Micro LED缺点

如果说Micro LED存在什么缺点,那一定是成本。这种LED以近乎硅芯片的方式进行生产,然后再转移到充满针栅的底板。这就像将计算机芯片的一部分转移到另一个计算机芯片上。这是一次又一次地分批完成,而每一步都可能出现错误。所以在真正扩大产能之前,Micro LED的价格将十分昂贵。

Micro LED应用领域

Micro LED有其得天独厚的优势,其工作电压低、效率高、亮度高、光学结构简单,工作范围广等,已经很大概率上被确认为理想的下一代显示技术,其应用领域非常广阔,包括大/中尺寸的户外/室内大屏幕、桌面电脑/笔记本电脑显示器、移动产品如手机/数码相机/便携式投影机屏幕和手表/手环等可穿戴产品。

Micro LED市场规模

应用领域的广阔决定了市场规模的庞大。但是Micro LED由于量化转移技术目前生产成本过高,这也是目前无法量产的最大原因。如果Micro LED能突破量产技术难关,大幅减少成本,将以其独特的高解析度、低损耗和高清晰度势必要开创LED的新纪元。

但是很重要的一点是,从LCD/OLED到Micro LED的转型并不会像当年等离子屏与液晶屏的拼杀一样困难。原因在于它们都使用FTF背板,有很大一部分资源是可以共用的,因此厂商转型难度较小。若以全面取代现有液晶显示器的零组件的规模来推估,包括背光模块、液晶、偏光板等,Micro LED未来的潜在市场规模约可达300—400亿美元。

关于未来

无论是OLED,还是量子点、Micro LED,可以看到自发光必然是显示的趋势。尽管Micro LED是一项很酷的新技术,但它的成熟度和造价相比OLED仍有相当大的距离。关于未来,我们引用台湾新创公司錼创创始人李允立的一句话。

“Micro LED成功关键有二:一是苹果、三星这些品牌厂的需求;二是晶片搬动技术,一次搬运数百万颗超小LED晶片,有门槛要克服。”

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