引言

?

顯示技術已經在我們的日常生活中無處不在；其廣泛應用涵蓋智能手機、平板電腦、桌面顯示器、電視、數據投影儀和增強現實/虛擬現實設備。液晶顯示器發明于20世紀60年代末和70年代初。自21世紀以來，液晶顯示器逐漸取代笨重的陰極射線管，成為主導技術。然而，液晶顯示器是不透光的，需要背光單元(BLU)，這不僅增加了面板厚度，還限制了其靈活性和形狀因素。

微型發光二極管(μ發光二極管）和微型發光二極管已經成為下一代顯示器；前者對于透明顯示器特別有吸引力和高亮度顯示器，而后者可以作為高動態范圍(HDR)液晶顯示器的局部可調光背光或者作為發射顯示器。mLEDs和μled都提供超高亮度和長壽命。這些功能非常適合日光可讀顯示器，如智能手機、公共信息顯示器和車輛顯示器。然而，仍然存在的最大挑戰是質量轉移產量和缺陷修復。

在本文中，我們根據上述標準比較了多發光二極管、有機電致發光二極管和μ發光二極管的性能。特別是，我們深入評估了每個顯示器的功耗和ACR，并系統地比較了動態范圍、MPRT以及對柔性和透明顯示器的適應性。分析了最大功率發光二極管、μ發光二極管和有機發光二極管顯示的優缺點，并討論了它們的未來前景。

?

實驗

?

在圖1a中，采用RGB LED芯片。每個發光二極管都將向上和向下發光。為了利用向下的光，反射電極通常沉積在每個發光二極管芯片的底部。

在圖1b中，每個藍色LED芯片在圖案化CC層(量子點或熒光粉)中泵浦一個子像素。上面配有一個吸收濾色器陣列，用于吸收未轉換的藍光，并抑制環境激勵。該濾波器還增強了ACR，因此不需要陰極保護。在一些設計中，插入分布式布拉格反射器(DBR)以選擇性地回收未轉換的藍光或者提高紅/綠輸出效率。在圖1中，藍色芯片泵一個黃色CC層以產生白色背光。

圖1?顯示系統配置

?

結果和討論

?

接熱軋制指旨在忠實再現自然場景的顯示標準。HDR顯示器可能支持一種或多種HDR格式，但硬件規格比所采用的格式對最終性能更為重要。HDR顯示硬件的必要性，即高峰值亮度、優異的暗態、高比特深度和寬色域。

?

亮度：

人眼具有非常寬的動態范圍，從絕對鏡面高光到極端黑暗狀態。相比之下，標準動態范圍顯示器僅提供100 cd/m2的峰值米露頻率。作為一個制造商友好的目標，超高清高級版將HDR亮度范圍定義為液晶顯示器0.05~ 1000 cd/m2，有機發光二極管顯示器0.0005~ 540 cd/m2。所有最大發光二極管/微發光二極管/有機發光二極管顯示技術都可以滿足該標準。作為一個選擇，杜比視覺掌握在4000 CD/m2的峰值亮度。局部調光技術可以部分解決低光學效率引起的熱問題。另一方面，有機發光二極管存在效率下降的問題和快速老化，亮度較高，因此更適合頻繁更新的設備。因此，mLED/μLED發射顯示器展示了HDR對高亮度和高效率的最佳品質偏好。

?

位深度：

隨著亮度范圍的擴大，每種顏色8位不再足以提供平滑的顏色變化。雖然在當前的HDR顯示系統中應用了10位，但是根據Barten模型和感知量化器(PQ)曲線，非常希望每種顏色12位，以避免條帶假象。從技術上講，如果抖動處理2位，硬件上至少需要10位。在傳統的液晶顯示器中，位深度受到大電壓擺幅和緩慢的灰度到灰度響應時間的限制。不幸的是，局部調光液晶顯示器中的雙調制單元等效地分擔了負擔，從而實現了12位PQ曲線。在發射型顯示器中，實現10位或12位需要PAM中的超精確電流控制和PWM中的超短脈沖生成，從而導致高電子成本。

?

色彩表現：

鮮艷的顏色是HDR顯示器的另一個重要要求。有各種標準來評估顯示面板的色彩表現。顯示器的色域覆蓋范圍主要由RGB發射光譜的中心波長和半峰全寬(FWHM)決定。無機發光二極管/μ發光二極管固有地具有相對窄的FWHM，所以色域主要取決于發射波長。無機發光二極管/μ發光二極管還具有依賴于角度的顏色偏移，這是由發光二極管材料差異以及紅色和綠色/藍色發光二極管的角度光譜不匹配造成的。這個問題可以通過增加一個黑色矩陣來吸收側面發射，從而降低光提取效率來解決。對于CC型mLED/μLED發射型顯示器，色域由藍色LED芯片以及綠色和紅色量子點共同決定。量子點的窄FWHM和高中心波長可調諧性可以理論上實現> 97%的Rec。

?

新穎場景中的應用：

可穿戴電子產品，如VR/AR耳機和智能腕帶，被認為是下一代信息平臺。對耐磨顯示器的一般要求是低功率、輕重量和高分辨率。具體來說，虛擬現實/增強現實近眼顯示器需要快速MPRT來減少運動圖像模糊，而智能腕帶更喜歡靈活性。

汽車和航天器的典型車輛顯示器包括中央儀表盤和平視顯示器。對于這些應用，可靠性和陽光可讀性對駕駛員安全至關重要。寬工作溫度是對車輛顯示器的額外要求。無機發光二極管具有最寬的溫度范圍。有機發光二極管顯示器在寒冷的環境中運行良好，如果加熱會很快老化。液晶顯示器在寒冷天氣下響應緩慢，上限取決于清潔溫度(Tc)。在中央集群中，傳統的液晶顯示器是主流。隨著mLED BLU的加入，更高的對比度、更低的功耗、更少的發熱和自由形狀因子是很有希望實現的特性。微型發光二極管發射顯示器可以進一步提高HDR性能和功率效率。

總結

?

我們討論了發光mLED/μLED/有機發光二極管顯示器和mLED背光液晶顯示器的未來前景。所有這些技術都支持快速MPRT、高ppi、高對比度、高位深度、出色的暗態、寬色域、寬視角、寬工作溫度范圍和靈活的外形。在實現HDR的過程中，所有mLED/μLED/有機發光二極管顯示器都可以獲得高峰值亮度，除了mLED-LCD需要小心的熱管理，而有機發光二極管顯示器需要在壽命和亮度之間進行權衡。對于透明顯示器，所有發射型mLED/μLED/有機發光二極管類型都工作良好。我們特別評估了每項技術的能效和ACR。其中，大尺寸液晶顯示器的功率效率與圓偏振疊層RGB芯片有機發光二極管顯示器相當。通過去除陰極保護，CC型和無陰極保護的RGB芯片型mLED/ μLED發射顯示器的效率提高了3 ~ 4倍。此外，有機發光二極管顯示器和液晶顯示器在成本和技術成熟度方面具有優勢。我們相信在未來的幾年里，有機發光二極管和液晶顯示器技術將會積極地伴隨主流液晶顯示器。


編輯：ymf