好顯有你》一文看懂最新技術 Micro LED、Mini LED、Micro OLED 差異

作者 | 發布日期 2021 年 07 月 12 日 9:00 | 分類 螢幕、電視 , 電視 , 面板 Telegram share ! follow us in feedly


液晶顯示技術不斷進步,從最常聽到的 LCD、LED、OLED,到現在業界最熱門的顯示技術 Micro LED、Mini LED、Micro OLED,你是否曾想過要搞懂,卻又看得一頭霧水?對此,我們將簡單介紹這些新一代顯示技術的特色,以及跟舊有技術的差別,讓讀者能夠快速搞懂。

LCD、LED、OLED 差在哪?

LCD 是「液晶顯示螢幕」(liquid-crystal display),目前市場大都使用「薄膜電晶體液晶顯示器」(TFT-LCD)技術,由兩片玻璃基板中間夾著一層液晶,上層玻璃基板是彩色濾光片、下層玻璃則鑲嵌著電晶體,當電流通過電晶體所產生的電場變化,使得液晶分子原本的旋轉排列發生扭轉,進而改變光線通過的旋轉幅度,並以不同比例照射在彩色濾光片上,進而產生不同的顏色。

▲ LCD 面板最常使用 TFT-LCD 技術。(Source:科技新報製圖)

目前 LCD 技術已經相當成熟,用於一般電腦和電視螢幕,且成本低廉,成為消費產品的基礎技術。

▲ 一般液晶顯示器的顯像原理。(Source:科技新報製圖)

了解 LCD 後,接著來介紹 LED 和 OLED。

LED 叫做「發光二極體」(light-emitting diode),利用電能轉為光能,在半導體內正負極 2 個端子施加電壓,當電流通過後,電子與電洞相結合,剩餘能量便以可見光的形式釋放,依照使用材料的不同,光子能量會產生不同波長的光。直顯式的 LED 常用於戶外電視牆或者紅綠燈,LED 晶片則是目前電視、螢幕背光源與照明的主流產品。

▲ LED 技術是利用電能轉為光能。(Source:科技新報製圖)

而 LED 跟 OLED 的驅動概念相當相近,不過使用的材料完全不同。OLED 叫做「有機發光二極體」(Organic Light-Emitting Diode),基本結構是在銦錫氧化物(ITO)玻璃上製作一層有機材料發光層,並在發光層上再覆蓋一層低功函數的金屬電極。透過外界電壓的驅動下,正極電洞與陰極電子便會在發光層中結合,產生能量並發出光,因材料特性不同而產生 R、G 和 B 三原色,來構成基本色彩。

▲ OLED 技術。(Source:科技新報製圖)

OLED 與 LCD 最大的差異在於自體發光,LCD 需要 LED 背板和濾光片,而 OLED 能夠自體發光。

OLED 雖然呈現的畫面鮮豔、功耗低、可以彎曲,但有機材料會氧化所以壽命相對較短,也會出現色烙問題,加上成本高、技術含量高,目前大都適用於小螢幕,好比手機螢幕。

Mini LED、Micro LED 傻傻分不清楚

懂了 LCD、LED 和 OLED 的基本差異後,再來看高階顯示技術 Mini LED、Micro LED 和 Micro OLED。

Mini LED 和 Micro LED 最直觀的差異就是 LED 晶體的顆粒大小,但從概念來看卻又有一點差異。Mini LED 正式名稱為「次毫米發光二極體」,Micro LED 是指「微發光二極體」,兩者晶體尺寸基本上以 100 微米為界,約 0.1 毫米。

▲ Micro LED 技術不再需要濾光片和液晶層。(Source:科技新報製圖)

Mini LED 被視為是 Micro LED 的過渡期,是傳統 LED 背光基礎上的改良版本,作為 LCD 面板的背光源使用;Micro LED 則是新一代的顯示技術,將 LED 背光源微縮化、矩陣化,致力於單獨驅動無機自發光(自發光)、讓產品壽命更長,甚至性能更勝 OLED,被業界視為下世代的顯示技術。

目前,Mini LED 技術主要用於「多區背光顯示器」以及「大型 RGB 小間距顯示器」。Mini LED 技術中的「多區背光調控」功能可達成分區調光,好比強化畫面的高對比度和高解析度,達到 HDR 效果,效果與 OLED 顯示器相近;另一個技術是使用 Mini LED 晶粒,打造出顯示畫素間距低於 Pitch  1.0 mm 的大尺寸螢幕,除了提升 LED 顯示螢幕的解析度,還能創造新的顯示螢幕主流規格。

至於 Micro LED 則會帶來技術新突破,用途不僅限於背光源,因為 Micro LED 的晶粒到了肉眼難以分辨的等級,可以直接將 R、G、B 三原色的晶粒拼成一個像素點,變成「一個像素」的概念,不再需要濾光片和液晶層,也正因為這樣的技術特點與過往 LCD 顯示螢幕的發光結構完全不同,將為 LCD 產業帶來全新革命。

▲ 巨量轉移要將晶粒完整放到電路矩陣上,實際做起來非常困難。(Source:科技新報製圖)

除了可望為 LCD 產業開創全新局面,未來 Micro LED 的應用範疇廣闊,包括 AR / VR 設備、車用螢幕、高解析度穿戴產品等。不過,Micro LED 技術卻存在許多困難需要解決,從前期的磊晶技術瓶頸、巨量轉移(Mass Transfer)良率、封裝測試問題,到後續的檢測、維修都是很大的挑戰,影響 Micro LED 能否量產。

OLED 下一代技術,Micro OLED 技術大革新

Micro OLED 在今年蔚為話題,因為蘋果找上台積電合作開發 Micro OLED 面板。Micro OLED 最大特色是不像傳統電視、高階手機的 LCD 或 OLED 將螢幕建立在玻璃基板上,而是直接搭載在晶圓。

Micro OLED 採用單晶矽晶圓為背板,具有讓顯示器更輕薄短小、耗電量更少、自發光、發光效率高等優點,特別適用於 AR、VR 等顯示穿戴式設備。

據悉,蘋果正在開發中的 Micro OLED 尺寸不到 1 吋(2.54 公分),將用於蘋果最新的擴增實境(AR)產品。不過,Micro OLED 計畫目前在試產階段,還要好幾年才能到量產階段。

目前,日本 Sony、三星、中國京東方都在開發 Micro OLED 顯示技術,計畫量產,並用於未來的可穿戴式裝置和 AR 裝置中。

本文與Micro LEDforum 2021次世代顯示技術論壇合作

由集邦科技LEDinside主辦的Micro LEDforum 2021將於9月8日登場,在這場年度研討會中將全面探討Micro與Mini LED各供應鏈上的成本結構分析、機會與挑戰、重點應用市場趨勢,與面對OLED 來勢洶洶的競爭壓力下的未來展望。

(首圖來源:科技新報)