三大顯示器發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢(shì)

顯示技術(shù)已經(jīng)在我們的日常生活中無處不在；其廣泛應(yīng)用涵蓋智能手機(jī)、平板電腦、桌面顯示器、電視、數(shù)據(jù)投影儀和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。當(dāng)前，液晶顯示器（LCD）和有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示器是兩種主要的平板顯示技術(shù)。最近出現(xiàn)了mini-LEDs （mLEDs） and micro-LEDs （μLEDs），可顯著提高LCD的動(dòng)態(tài)范圍或用作陽光下可讀的發(fā)光顯示器。然而，傳質(zhì)收率和缺陷修復(fù)等挑戰(zhàn)依然存在，這無疑會(huì)影響成本?！耙壕э@示器（LCD）、有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）還是micro-LEDs（μLED）誰贏了？”已經(jīng)成為激烈爭(zhēng)論的話題。

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(shí)，經(jīng)過30年設(shè)備開發(fā)以及對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的巨額投資，有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示器發(fā)展迅速，使可折疊智能手機(jī)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(dòng)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(jī)中與LCD展開了激烈競(jìng)爭(zhēng)。但是，某些關(guān)鍵問題，例如老化和壽命，仍需要改進(jìn)。最近，micro-LEDs（μLED）和mini-LEDs （mLED）已經(jīng)成為下一代顯示器。micro-LEDs（μLED）對(duì)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(dòng)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(zhǎng)壽命。這些功能對(duì)于諸如智能手機(jī)，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(duì)比度，（2）虛擬現(xiàn)實(shí)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(yùn)動(dòng)圖像響應(yīng)時(shí)間（MPRT）（6）低功耗，這對(duì)于電池供電的移動(dòng)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(gè)區(qū)域結(jié)構(gòu)。每個(gè)區(qū)域包含幾個(gè)mLED芯片以控制面板亮度，并且每個(gè)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(gè)RGB子像素由薄膜晶體（TFT）管獨(dú)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。

功耗

mLED /μLED/ OLED顯示器的功耗主要取決于驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、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(duì)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(dòng)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(jì)參數(shù)，但應(yīng)在合理的范圍內(nèi)進(jìn)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(jì)得足夠薄，以達(dá)到高Cox和良好的絕緣性。高的μT可以從互補(bǔ)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(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)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(gè)永磁塊。平鋪設(shè)計(jì)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(gè)像素有一個(gè)單元電路，通常需要補(bǔ)償設(shè)計(jì)。該方案對(duì)空間要求很高，對(duì)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(dòng)電路。2015年，Lumiode報(bào)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(jí)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(dòng)器的主要缺點(diǎn)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。

對(duì)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(shí)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）。

響應(yīng)時(shí)間和MPRT

mLED /μLED/ OLED芯片的響應(yīng)時(shí)間比LC快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

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(yàn)。

HDR

HDR是指旨在忠實(shí)再現(xiàn)自然場(chǎng)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(duì)最終性能更為重要。

未來應(yīng)用場(chǎng)景

1、可穿戴顯示器

可穿戴電子產(chǎn)品，如虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)耳機(jī)和智能腕帶，被認(rèn)為是下一代信息平臺(tái)?？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(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)近眼顯示器需要一個(gè)快速M(fèi)PRT來減少運(yùn)動(dòng)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(duì)于這些應(yīng)用，可靠性和陽光可讀性對(duì)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(xiàng)要求。無機(jī)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(huì)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）。

在未來的幾年中，隨著技術(shù)的逐漸成熟，OLED將在智能手機(jī)市場(chǎng)中繼續(xù)增長(zhǎng)，而mLED背光LCD將滲透到平板電腦，游戲顯示器，計(jì)算機(jī)和電視中。在不久的將來，隨著mLED /μLED發(fā)光顯示器的成本變得可以接受，它們可能會(huì)逐漸走向中心舞臺(tái)。