Come funzionano le tecnologie LED, LCD, OLED e Mini-LED?

Con lo sviluppo della tecnologia dei display, ne sono emerse diverse tipologie, come LED, LCD, OLED e Mini-LED. Conosci i loro principi? Oggi, Doitvision te ne spiegherà i dettagli.

Cos'è il LED?

Il LED è un componente elettronico semiconduttore. Può convertire l'energia elettrica in energia luminosa. I LED sono ampiamente utilizzati nella società moderna e possono essere suddivisi in tre tipologie:

• Illuminazione: Le lampade a LED sostituiscono le tradizionali lampadine a incandescenza, come quelle utilizzate nelle luci domestiche e nelle luci delle automobili.
• Mostra: Utilizzato negli schermi dei dispositivi elettronici terminali, come smartphone, tablet, computer, TV, monitor.
• Comunicazione: Servono principalmente come sorgenti luminose per sistemi di comunicazione in fibra ottica a bassa e media velocità di trasmissione dati (<1 Gb/s) e a breve e media distanza (<10 km); i LED a infrarossi rappresentano l'applicazione più comune.

Poiché la tecnologia Mini-LED viene utilizzata principalmente nelle applicazioni di visualizzazione, ci concentriamo sulla tecnologia di visualizzazione.

Meccanismo di visualizzazione dello schermo:

Gli schermi LED funzionano combinando l'emissione luminosa delle sfere LED con filtri colorati. Il componente principale dell'emissione luminosa LED è il chip LED. Una sfera LED è dotata di due elettrodi, un anodo e un catodo. Un flusso di corrente più elevato attraverso gli elettrodi si traduce in una maggiore luminosità. Controllando la luminosità e lo stato di accensione/spegnimento delle sfere, è possibile produrre vari motivi e testi.

Tuttavia, una singola perla LED può emettere un solo colore. Per ottenere una visualizzazione a colori, sono necessarie ulteriori perle LED verdi e blu per ogni punto pixel. Più perle RGB (rosso, verde, blu) insieme formano un display in grado di visualizzare i colori.

Concetti correlati al mini-LED

Attualmente non esiste una definizione standardizzata ufficiale per Mini-LED. Variano leggermente tra i produttori, ma si basano principalmente sulle dimensioni del chip. Secondo le specifiche tecniche generali per i display Mini-LED commerciali, Mini-LED si riferisce a LED con dimensioni del chip comprese tra circa 50 e 200 micrometri (μm).

Si posizionano tra i LED a passo fine e i Micro-LED in termini di dimensioni del chip e pixel pitch. Sono anche considerati un'estensione della tecnologia LED a passo fine e un passo di transizione verso i Micro-LED.

In termini di prestazioni di visualizzazione, i Mini-LED rappresentano una nuova tecnologia di visualizzazione. Offrono una qualità visiva migliore rispetto agli LCD, costi inferiori e una durata maggiore rispetto agli OLED, rappresentando una versione aggiornata della tradizionale tecnologia di visualizzazione LCD.

Tecnologia Mini LED

Le attuali tecnologie di visualizzazione più diffuse sono generalmente classificate in LCD e OLED. La tecnologia Mini-LED si sviluppa in due direzioni:

• Miglioramento della retroilluminazione LCD

• Visualizzazione diretta

Per questo motivo, introdurremo prima le tecnologie LCD e OLED.

Tecnologia Mini-LED e LCD

1) Principio della tecnologia LCD

Uno schermo è costituito da numerosi pixel, ognuno dei quali contiene una struttura LCD. La struttura dei pixel di un LCD può essere suddivisa nei seguenti strati/moduli:

• Livello di retroilluminazione: I pannelli LCD non emettono luce autonomamente e richiedono una fonte luminosa esterna, la "backlight unit" (BLU). Inizialmente basata su lampade fluorescenti a catodo freddo (CCFL), la retroilluminazione è passata a quella a LED dopo il 2008.
• Strato polarizzatore: La luce che attraversa un filtro polarizzatore verticale consente il passaggio solo di onde luminose orientate verticalmente. Quando questa luce incontra un filtro polarizzatore orizzontale, non passa alcuna luce perché non ci sono componenti orientate orizzontalmente. Pertanto, due polarizzatori perpendicolari bloccano completamente la luce.
• Strato di cristalli liquidi (LC): Questo strato si trova tra gli elettrodi collegati ai circuiti positivo e negativo.
• Senza tensione: La luce che attraversa il primo polarizzatore viene ruotata di 90 gradi dalle molecole LC, allineandosi orizzontalmente e attraversando il secondo polarizzatore.
• Con tensione: Le molecole LC si allineano in base all'intensità della tensione applicata, controllando la quantità di rotazione della luce. Varia la quantità di luce che passa attraverso il secondo polarizzatore, controllando così la luminosità del pixel.
• Livello filtro colore: La luce che emerge dallo strato LC è monocromatica (sfumature di grigio). Viene aggiunto un array di filtri colorati (CFA), composto da subpixel rossi (R), verdi (G) e blu (B). Controllando la luminosità della luce che attraversa ciascun subpixel R, G e B, è possibile miscelare vari colori.

Mini-LED nella retroilluminazione LCD Applicazione

L'impiego dei Mini-LED nella retroilluminazione LCD prevede la sostituzione dei tradizionali LED edge-lit o di quelli a luce diretta di maggiori dimensioni con dense schiere di perle Mini-LED. Grazie alle dimensioni significativamente più ridotte delle perle Mini-LED, con un diametro di circa 50-200 μm, è possibile incorporarne molte di più nello strato di retroilluminazione dell'LCD.

• Maggiore luminosità complessiva dello schermo.
• Distribuzione della luminosità più uniforme.

La possibilità di suddividere la retroilluminazione in molte più zone di oscuramento locale (LDZ) controllabili in modo indipendente.

Quando si visualizza un segmento di immagine nero, la zona Mini-LED corrispondente può essere completamente disattivata. Ciò consente agli LCD di ottenere neri molto più profondi e rapporti di contrasto significativamente più elevati. Il numero e la precisione maggiori delle LDZ migliorano notevolmente il contrasto locale e la gamma dinamica. Pertanto, consente agli LCD di raggiungere una qualità di visualizzazione prossima a quella degli OLED.

Durante l'evoluzione degli LCD, sono stati introdotti progressi come miscele LC a bassissima viscosità e materiali LC in fase blu per migliorare i tempi di risposta. I mini-LED completano questo processo migliorando la struttura della retroilluminazione per un contrasto notevolmente migliorato.

Tecnologia Mini-LED e OLED

Poiché le prime lampade a LED erano di grandi dimensioni, il numero di lampade installabili per unità di superficie come materiali per la visualizzazione su schermo era limitato, con conseguente scarsa nitidezza. Pertanto, i produttori hanno iniziato a studiare i micro-LED, con la prima direzione di ricerca rivolta agli OLED.

2) Principio della tecnologia OLED

L'OLED è una tecnologia di visualizzazione autoemissiva. La sua struttura differisce significativamente da quella degli LCD, poiché elimina lo strato LC, lo strato di filtro colore in alcuni modelli e lo strato di retroilluminazione separato. Al suo posto, materiali organici emettitori di luce sono inseriti tra un catodo e un anodo.

Principio di visualizzazione: 

Quando viene applicata una tensione, gli elettroni vengono iniettati dal catodo e le "lacune" (portatori di carica positiva) dall'anodo negli strati organici. Questi elettroni e lacune si incontrano all'interno dello strato emissivo, si ricombinano e rilasciano energia sotto forma di fotoni. Diversi materiali organici emettono colori specifici (R, G, B).

Poiché ogni pixel OLED emette luce propria, non è necessaria una retroilluminazione separata. I singoli pixel possono essere completamente spenti per visualizzare un nero perfetto, garantendo teoricamente all'OLED un rapporto di contrasto statico infinito. La luminosità e il colore di ogni pixel possono essere controllati in modo indipendente.

Svantaggi: 

I materiali organici hanno una durata limitata e sono soggetti a degradazione (invecchiamento). I materiali R, G e B si degradano a velocità diverse. Se un pixel visualizza un'immagine statica e luminosa per periodi prolungati, il materiale specifico del subpixel si degrada più rapidamente, causando una perdita permanente di luminosità in quell'area. Questo si manifesta come una persistenza visibile dell'immagine o un colore non uniforme, comunemente noto come "burn-in".

3) Principio di visualizzazione diretta Mini-LED

Per mitigare il burn-in degli OLED, i produttori di LED hanno sviluppato tecnologie come W-OLED, che utilizza OLED bianco + filtri colorati, e QD-OLED, che utilizza OLED blu + convertitori a punti quantici. Tuttavia, queste tecnologie si basano ancora fondamentalmente su materiali organici e presentano limitazioni intrinseche in termini di invecchiamento e durata.

La soluzione definitiva richiede il passaggio a materiali inorganici, che porteranno alle tecnologie di visualizzazione LED di nuova generazione: Mini-LED e Micro-LED a emissione diretta.

Ciò comporta la realizzazione di diodi LED inorganici estremamente piccoli e il loro successivo trasferimento e incollaggio su un substrato di visualizzazione.

Questa tecnologia eredita tutti i vantaggi dell'OLED, quali:

• autoemissivo
•  neri perfetti
• alto contrasto
•  ampi angoli di visione
• risposta rapida

eliminando il burn-in e offrendo una durata potenzialmente maggiore e una luminosità più elevata. Sebbene i LED possano essere prodotti in microscala (Micro-LED <50 μm), la sfida consiste nel trasferire e interconnettere con precisione milioni o miliardi di questi LED microscopici ai circuiti di controllo. Si tratta di un processo noto come tecnologia di trasferimento di massa. L'elevato costo e la complessità del trasferimento di massa impediscono attualmente la commercializzazione su larga scala dei Micro-LED.

I display diretti Mini-LED presentano delle sfide dovute alle dimensioni maggiori del chip (50-200 μm) e alle limitazioni di packaging. Il pixel pitch più piccolo ottenibile è attualmente di circa 0.5 mm. Per creare uno schermo con risoluzione 4K con questo pixel pitch, è necessario uno schermo di dimensioni superiori a 85 pollici. Inoltre, l'enorme numero di LED necessari per il 24K è di circa 4 milioni.

Riepilogo dello stato di applicazione della tecnologia Mini-LED

I micro-LED rappresentano l'apice del potenziale della tecnologia dei display, ma gli ostacoli al trasferimento di massa ne impediscono la produzione commerciale in serie. I mini-LED rappresentano una tecnologia di transizione pratica.

Per le applicazioni di visualizzazione diretta, il limite minimo di pitch dei Mini-LED è di 0.5 mm. Pertanto, non sono adatti per schermi di elettronica di consumo come telefoni, laptop e TV. Sebbene potenzialmente adatti per grandi display commerciali da esterno, i loro elevati costi di produzione ne hanno ostacolato l'adozione su larga scala.

Di conseguenza, il Mini-LED trova attualmente la sua applicazione principale e di maggior successo nel miglioramento della retroilluminazione dei pannelli LCD. Questo sfrutta le linee di produzione LCD più mature e offre significativi miglioramenti della qualità dell'immagine a un costo inferiore rispetto agli OLED o ai Mini-LED diretti.

Nella visualizzazione diretta, viene utilizzata principalmente per grandi schermi pubblicitari commerciali esterni. Secondo le previsioni di TrendForce, la retroilluminazione Mini-LED è l'attuale tendenza applicativa dominante, con una crescita prevista del suo mercato a un CAGR del 164% dal 2020 al 2025.

Con il progredire della tecnologia LED, Doitvision ha sviluppato una gamma sempre più ampia di schermi LED a passo fine, come i nostri display LED COB, per applicazioni pubblicitarie commerciali.

Raccomandazioni per le pareti LED COB Doitvision

I display COB LED di Doitvision sono una scelta eccellente per videowall ad alta risoluzione. Offriamo pixel pitch da P0.7 a P1.8, con supporto per risoluzioni 2K, 4K e 8K.

Qualità visiva superiore

Da 0.62 mm a 1.87 mm, il nostro display COB raggiunge una maggiore densità di pixel. Permette agli spettatori di avvicinarsi allo schermo senza notare i singoli pixel.

Scala di grigi e contrasto eccezionali

Con un rapporto di contrasto cromatico eccezionale, fino a 10,000:1, questi display offrono immagini vivide e realistiche. L'adozione della tecnologia di rivestimento nero garantisce una superficie antiriflesso e un'uniformità del nero impeccabile anche in condizioni di scarsa illuminazione.

Rapporto d'aspetto 16:9 per compatibilità universale

Con un rapporto d'aspetto di 16:9, è lo standard per dispositivi moderni come TV, monitor per computer, dispositivi mobili e videocamere digitali. Questo formato supporta le risoluzioni 1080p (2K), 2160p (4K) e 4320p (8K).

Tecnologia Flip Chip a risparmio energetico

In combinazione con un circuito a catodo comune, è possibile migliorare le prestazioni del display riducendo al contempo il consumo energetico fino al 40%.

Calibrazione del colore di precisione

La tecnologia di calibrazione del colore garantisce una resa cromatica uniforme su tutti i moduli LED. È in grado di eliminare problemi come l'effetto moiré e di mantenere una temperatura colore uniforme e tonalità di bianco bilanciate.

Design con montaggio diretto a parete con manutenzione frontale completa

Si tratta di un design completamente riparabile frontalmente con moduli LED magnetici. Il telaio del pannello può essere montato direttamente su pareti o compensato utilizzando viti, con barre di supporto incluse per un posizionamento preciso e una facile installazione.

Specifiche tecniche

• Opzioni pixel pitch: 0.62 mm, 0.78 mm, 0.93 mm, 1.25 mm, 1.5 mm, 1.87 mm
• Pacchetto LED: COB per tutti i modelli
• Rapporto di contrasto: fino a 10,000:1 per immagini vivide
• Proporzioni: 16:9, compatibile con risoluzioni 2K, 4K e 8K
• Manutenzione: servizio frontale al 100% con moduli magnetici
• Risparmio energetico: fino al 40% con la tecnologia flip chip
• Installazione: montaggio diretto a parete con barre di telaio incluse

Conclusione:

Abbiamo presentato i diversi principi e sviluppi dei display. In qualità di produttore professionale di display a LED, se avete bisogno di display LED HD per uso commerciale, non esitate a contattarci.