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?
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.
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.
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.
——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.
——卓越的色调, 对比度和亮度
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. '
