Hoe werkt LED-, LCD-, OLED- en mini-LED-technologie?

Met de ontwikkeling van displaytechnologie zijn er verschillende soorten ontstaan, zoals LED, LCD, OLED en Mini-LED. Kent u de principes ervan? Vandaag legt Doitvision u deze details uit.

Wat is led?

LED is een elektronische halfgeleidercomponent. Het kan elektrische energie omzetten in lichtenergie. LED's worden veel gebruikt in de moderne samenleving en kunnen grofweg worden onderverdeeld in drie typen:

• Verlichting: LED-lampen vervangen de traditionele gloeilampen, zoals lampen in huis en auto's.
• Display: Gebruikt in schermen van elektronische eindapparatuur, zoals smartphones, tablets, computers, tv's en monitoren.
• Communicatie: Ze dienen voornamelijk als lichtbron voor glasvezelcommunicatiesystemen met een lage tot gemiddelde gegevenssnelheid (<1 Gb/s) en een korte tot gemiddelde afstand (<10 km), waarbij infrarood-LED's de meest voorkomende toepassing vormen.

Omdat de Mini-LED-technologie voornamelijk in displaytoepassingen wordt gebruikt, richten wij ons op displaytechnologie.

Schermweergavemechanisme:

LED-schermen werken door de lichtemissie van LED-kralen te combineren met kleurfilters. De kerncomponent van LED-lichtemissie is de LED-chip. Een LED-kraal heeft twee elektroden, waaronder een anode en een kathode. Een hogere stroomsterkte door de elektroden resulteert in een hogere helderheid. Door de helderheid en de aan/uit-stand van de kralen te regelen, kunnen verschillende patronen en tekst worden weergegeven.

Eén enkele LED-bead kan echter maar één kleur uitstralen. Om een volledige kleurenweergave te bereiken, zijn er extra groene en blauwe LED-beads per pixelpunt nodig. Meerdere RGB-beads (rood, groen, blauw) vormen samen een display dat kleuren kan weergeven.

Begrippen gerelateerd aan mini-LED

Er is momenteel geen officiële gestandaardiseerde definitie voor mini-LED's. Ze variëren enigszins per fabrikant, maar zijn voornamelijk gebaseerd op de chipgrootte. Volgens de algemene technische specificaties voor commerciële mini-LED-displays verwijst mini-LED naar leds met een chipgrootte variërend van ongeveer 50 tot 200 micrometer (μm).

Qua chipgrootte en pixelgrootte bevinden ze zich tussen fine-pitch LED's en micro-LED's. Ze worden ook beschouwd als een uitbreiding van de fine-pitch LED-technologie en een overgangsstap naar micro-LED's.

Qua displayprestaties vertegenwoordigt Mini-LED een nieuwe displaytechnologie. Ze bieden een betere beeldkwaliteit dan LCD, zijn goedkoper en hebben een langere levensduur dan OLED, en vormen een verbeterde versie van traditionele LCD-displaytechnologie.

Mini-LED-technologie

De huidige mainstream displaytechnologieën worden grofweg ingedeeld in LCD en OLED. De mini-LED-technologie zelf vertakt zich in twee richtingen:

• Verbetering van LCD-achtergrondverlichting

• Directe weergave

Daarom introduceren we eerst de LCD- en OLED-technologieën.

Mini-LED- en LCD-technologie

1) LCD-technologieprincipe

Een beeldscherm bestaat uit talloze pixels, elk met een LCD-structuur. De pixelstructuur van een LCD kan worden onderverdeeld in de volgende lagen/modules:

• Achtergrondverlichtingslaag: LCD-schermen zenden zelf geen licht uit en hebben een externe lichtbron nodig, de 'backlight unit' (BLU). Aanvankelijk maakten ze gebruik van Cold Cathode Fluorescent Lamps (CCFL), maar na 2008 werd de overstap gemaakt naar LED-achtergrondverlichting.
• Polarisatorlaag: Licht dat door een verticaal polarisatiefilter gaat, laat alleen verticaal georiënteerde lichtgolven door. Wanneer dit licht een horizontaal polarisatiefilter tegenkomt, gaat er geen licht doorheen omdat er geen horizontaal georiënteerde componenten zijn. Twee loodrecht op elkaar staande polarisatoren blokkeren het licht dus volledig.
• Vloeibaar kristal (LC)-laag: Deze laag bevindt zich tussen de elektroden die met de positieve en negatieve circuits zijn verbonden.
• Zonder spanning: Licht dat door de eerste polarisator gaat, wordt door de LC-moleculen 90 graden gedraaid. Het richt zich horizontaal uit en passeert de tweede polarisator.
• Met spanning: De LC-moleculen richten zich op basis van de toegepaste spanning en regelen zo de hoeveelheid lichtrotatie. Ze variëren de hoeveelheid licht die door de tweede polarisator gaat, en regelen zo de helderheid van de pixel.
• Kleurfilterlaag: Het licht dat uit de LC-laag komt, is monochroom (grijstinten). Er wordt een kleurenfilterarray (CFA) toegevoegd, bestaande uit rode (R), groene (G) en blauwe (B) subpixelfilters. Door de helderheid van het licht dat door elke R-, G- en B-subpixel gaat te regelen, kunnen verschillende kleuren worden gemengd.

Mini-LED in LCD-achtergrondverlichting Toepassing

De Mini-LED in LCD-achtergrondverlichtingstoepassingen omvat het vervangen van de traditionele edge-lit of grotere direct-lit LED's door dichte arrays van Mini-LED-kralen. Omdat Mini-LED-kralen aanzienlijk kleiner zijn, met een diameter van ~50 μm-200 μm, kunnen er veel meer in de achtergrondverlichtingslaag van het LCD-scherm worden geïntegreerd.

• Hogere algehele helderheid van het scherm.
• Uniformere helderheidsverdeling.

De mogelijkheid om de achtergrondverlichting te verdelen in veel meer onafhankelijk regelbare Local Dimming Zones (LDZ's).

Bij het weergeven van een zwart beeldsegment kan de bijbehorende mini-LED-zone volledig worden uitgeschakeld. Hierdoor kunnen LCD's veel diepere zwarttinten en aanzienlijk hogere contrastverhoudingen bereiken. Het grotere aantal en de grotere precisie van LDZ's verbeteren het lokale contrast en het dynamische bereik aanzienlijk. Hierdoor bereiken LCD's een weergavekwaliteit die die van OLED benadert.

Tijdens de ontwikkeling van LCD-schermen zijn ontwikkelingen zoals LC-mengsels met ultralage viscositeit en LC-materialen met blauwe fase toegepast om de responstijden te verbeteren. Mini-LED vult dit aan door de achtergrondverlichtingsstructuur te verbeteren en zo het contrast aanzienlijk te verbeteren.

Mini-LED- en OLED-technologie

Omdat de eerste ledlampen groot waren, was het aantal lampen dat per oppervlakte-eenheid als schermmateriaal kon worden geïnstalleerd, klein, wat resulteerde in een slechte helderheid. Daarom begonnen fabrikanten onderzoek te doen naar micro-leds, met als eerste onderzoeksrichting OLED.

2) OLED-technologieprincipe

OLED is een zelfemitterende displaytechnologie. De structuur verschilt aanzienlijk van LCD doordat de LC-laag, de kleurenfilterlaag (in sommige typen) en de aparte achtergrondverlichtingslaag ontbreken. In plaats daarvan worden organische lichtgevende materialen tussen een kathode en anode geplaatst.

Weergaveprincipe: 

Wanneer er spanning wordt aangelegd, worden elektronen vanuit de kathode en "gaten" (positieve ladingsdragers) vanuit de anode in de organische lagen geïnjecteerd. Deze elektronen en gaten ontmoeten elkaar in de emitterende laag, recombineren en geven energie af in de vorm van fotonen. Verschillende organische materialen zenden specifieke kleuren uit (R, G, B).

Omdat elke OLED-pixel zijn eigen licht uitstraalt, is er geen aparte achtergrondverlichting nodig. Individuele pixels kunnen volledig worden uitgeschakeld om perfect zwart weer te geven, wat theoretisch een oneindige statische contrastverhouding voor OLED oplevert. De helderheid en kleur van elke pixel kunnen onafhankelijk worden geregeld.

Nadelen: 

De organische materialen hebben een beperkte levensduur en zijn gevoelig voor degradatie (veroudering). De R-, G- en B-materialen degraderen in verschillende mate. Als een pixel gedurende langere tijd een statisch helder beeld weergeeft, degradeert dat specifieke subpixelmateriaal sneller, wat leidt tot permanent helderheidsverlies in dat gebied. Dit manifesteert zich als zichtbare beeldretentie of ongelijkmatige kleur, beter bekend als 'inbranden'.

3) Mini-LED Direct Display Principe

Om inbranden van OLED's te beperken, hebben LED-fabrikanten technologieën ontwikkeld zoals W-OLED met witte OLED + kleurfilters en QD-OLED met blauwe OLED + quantumdotconverters. Deze technologieën zijn echter nog steeds fundamenteel afhankelijk van organische materialen en hebben te maken met inherente beperkingen qua veroudering en levensduur.

De ultieme oplossing vereist de overstap naar anorganische materialen, wat leidt tot de volgende generatie LED-displaytechnologieën: Mini-LED en Micro-LED Direct Emission.

Hierbij worden anorganische LED-diodes extreem klein gemaakt, waarna ze op een displaysubstraat worden overgebracht en vastgelijmd.

Deze technologie erft alle voordelen van OLED, zoals:

• zelf-emissief
•  perfecte zwarttinten
• hoog contrast
•  brede kijkhoeken
• snelle responstijd

Terwijl inbranden wordt geëlimineerd en een potentieel langere levensduur en hogere helderheid worden geboden. Hoewel leds op microschaal kunnen worden geproduceerd (micro-led <50 μm), ligt de uitdaging in het nauwkeurig overbrengen en verbinden van miljoenen of miljarden van deze microscopische leds met de besturingsschakeling. Dit proces staat bekend als massatransfertechnologie. De hoge kosten en complexiteit van massatransfer staan momenteel een grootschalige commercialisering van micro-leds in de weg.

Mini-LED direct display kent uitdagingen vanwege de grotere chipgrootte (50-200 μm) en de beperkingen van de behuizing. De kleinst haalbare pixelgrootte is momenteel ongeveer 0.5 mm. Voor een 4K-scherm met deze pixelgrootte is een schermformaat van meer dan 85 inch nodig. Bovendien vereist het enorme aantal LED's, zo'n 24 miljoen voor 4K, een enorm aantal.

Samenvatting van de toepassingsstatus van de mini-LED-technologie

Micro-LED vertegenwoordigt het toppunt van potentieel voor displaytechnologie, maar massaoverdrachtsproblemen staan commerciële massaproductie in de weg. Mini-LED is een praktische overgangstechnologie.

Voor directe displaytoepassingen is de minimale pitch van 0.5 mm van Mini-LED's beperkt, waardoor ze niet geschikt zijn voor schermen van consumentenelektronica, zoals telefoons, laptops en tv's. Hoewel ze mogelijk geschikt zijn voor grote commerciële displays voor buiten, hebben de hoge productiekosten de brede acceptatie ervan belemmerd.

Mini-LED vindt daarom momenteel zijn primaire en meest succesvolle toepassing in de verbetering van de achtergrondverlichting van LCD-panelen. Dit maakt gebruik van volwassen LCD-productielijnen en biedt aanzienlijke verbeteringen in de beeldkwaliteit tegen lagere kosten dan OLED of directe Mini-LED.

In het directe displaysegment wordt het voornamelijk gebruikt voor grote commerciële buitenreclameschermen. Volgens voorspellingen van TrendForce is mini-LED-achtergrondverlichting de dominante toepassingstrend, met een verwachte marktgroei van 164% tussen 2020 en 2025.

Naarmate de LED-technologie zich verder ontwikkelt, heeft Doitvision een groeiend assortiment LED-schermen met een fijne pitch ontwikkeld, zoals onze COB LED-schermen, voor commerciële reclametoepassingen.

Doitvision COB LED-wandaanbevelingen

De COB LED-schermen van Doitvision zijn een uitstekende keuze voor videowalls met hoge resolutie. We bieden pixelafstanden van P0.7 tot P1.8, met ondersteuning voor 2K, 4K en 8K.

Superieure visuele kwaliteit

Van 0.62 mm tot 1.87 mm bereikt ons COB-scherm een hogere pixeldichtheid. Hierdoor kunnen kijkers dichter bij het scherm staan zonder de afzonderlijke pixels op te merken.

Uitzonderlijke grijstinten en contrast

Met een opmerkelijke kleurcontrastverhouding tot wel 10,000:1 leveren deze displays levendige, levensechte beelden. De toepassing van zwarte coatingtechnologie zorgt voor een niet-reflecterend oppervlak en een superieure zwartuniformiteit, zelfs bij weinig licht.

Beeldverhouding van 16:9 voor universele compatibiliteit

Met een beeldverhouding van 16:9 is dit de standaard voor moderne apparaten zoals tv's, computermonitoren, mobiele apparaten en digitale videocamera's. Dit formaat ondersteunt resoluties van 1080p (2K), 2160p (4K) en 4320p (8K).

Energiezuinige Flip Chip-technologie

In combinatie met een gemeenschappelijk kathodecircuitontwerp kan dit de weergaveprestaties verbeteren en tegelijkertijd het energieverbruik met maximaal 40% verlagen.

Precieze kleurkalibratie

Kleurkalibratietechnologie zorgt voor een consistente kleurweergave over alle LED-modules. Het kan problemen zoals moirépatronen elimineren en een uniforme kleurtemperatuur en gebalanceerde wittinten behouden.

Direct aan de muur gemonteerd ontwerp met volledig onderhoud aan de voorkant

Het is een 100% front-serviceable ontwerp met magnetische LED-modules. Het paneelframe kan direct met schroeven aan de muur of multiplex worden bevestigd, met meegeleverde framestangen voor nauwkeurige positionering en eenvoudige installatie.

Technische specificaties

• Pixel Pitch-opties: 0.62 mm, 0.78 mm, 0.93 mm, 1.25 mm, 1.5 mm, 1.87 mm
• LED-pakket: COB voor alle modellen
• Contrastverhouding: tot 10,000:1 voor levendige beelden
• Beeldverhouding: 16:9, compatibel met resoluties van 2K, 4K en 8K
• Onderhoud: 100% frontservice met magnetische modules
• Energiebesparing: tot 40% met flipchiptechnologie
• Installatie: Directe wandmontage met meegeleverde framestangen

Conclusie:

We hebben de verschillende displayontwikkelingen en -principes geïntroduceerd. Als professionele fabrikant van LED-displays kunt u gerust contact met ons opnemen als u HD LED-displays voor commerciële doeleinden nodig heeft.