MiniLED背光技術(shù)火熱 正式量產(chǎn)面臨技術(shù)問題

在2018年消費(fèi)電子展（Consumer Electronics Show， CES）展會中，已出現(xiàn)MicroLED電視顯示器的實(shí)體展示，為目前當(dāng)紅的OLED顯示器帶來不小的威脅。 然而，MicroLED若要正式量產(chǎn)還有重重技術(shù)難關(guān)必須突破。 在那之前，晶粒尺寸較小的MiniLED顯示器將成為率先上市的產(chǎn)品，該顯示技術(shù)也將應(yīng)用于LCD的背光之中，為LCD屏幕增添性能。

近年來，由于有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）具備高色彩對比與顯色度，儼然已成為液晶屏幕（Liquid Crystal Display， LCD）的首要競爭對手。 聲勢后來居上的MicroLED顯示技術(shù)，同樣有擁有自發(fā)光的顯示優(yōu)勢，有望成為次世代的主流顯示技術(shù)。 盡管目前巨量轉(zhuǎn)移（Mass Transfer）與壞點(diǎn)修補(bǔ)等關(guān)鍵技術(shù)依然未達(dá)量產(chǎn)水平，然而在2018年的CES，已能見到國際大廠的MicroLED顯示器實(shí)體展示。

在MicroLED顯示器真正量產(chǎn)上市之前，也已有廠商積極將該技術(shù)應(yīng)用于LCD背光，并以主動式（Active Matrix， AM）架構(gòu)為LCD面板帶來接近OLED的高對比度、高顯色性能表現(xiàn)。 該應(yīng)用更是在MicroLED顯示器量產(chǎn)之前，相關(guān)供應(yīng)廠商的產(chǎn)能出?？?。

韓廠大舉投資MicroLED顯示器

在2018年CES中，三星電子（Samsung Electronics）展示了146英吋拼接型以自發(fā)光（Self-Emitting）為特色的MicroLED電視「The Wall」，成為展會中的一大亮點(diǎn)（圖1）。

圖1 在2018年CES中，三星電子展示了146英寸拼接型MicroLED電視「The Wall」，成為展會中的一大亮點(diǎn)。 圖片來源：Samsung

三星電子視覺顯示事業(yè)部總裁Jonghee Han表示，The Wall為全球首款拼接式MicroLED電視，透過該技術(shù)能使MicroLED顯示技術(shù)轉(zhuǎn)換成任何尺寸，并提供優(yōu)秀的亮度、色域表現(xiàn)。

無邊框的拼接式設(shè)計(jì)，讓The Wall在未來進(jìn)入消費(fèi)市場時，能夠讓消費(fèi)者決定電視尺寸。 也能夠滿足各種不同的應(yīng)用環(huán)境，為不同的展示空間拼接出最符合需求的顯示器尺寸。

另一方面，三星的LED背光模塊供貨商Lumens，也在2018年的CES展會中展出0.57英吋的抬頭顯示器（Head Up Display， HUD）以及超過100英吋的大型廣告牌（Signage）。 據(jù)悉，該抬頭顯示器所使用的是8微米（μm）大小的晶粒，該大型廣告牌則是以300μm×100μm的晶粒組成。

事實(shí)上，以目前業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)而言，晶粒尺寸必須要在100微米以下才能被稱之為MicroLED顯示器。 然而由于轉(zhuǎn)移數(shù)量與良率要再突破皆有其技術(shù)挑戰(zhàn)，因此廠商將對晶粒尺寸的要求放寬至150微米，搶先讓MiniLED顯示器問世。 盡管如此，Lumens所展示的大型廣告牌每個月依然只能有20~30片的產(chǎn)量。

MiniLED背光提高對比度

自2016年索尼（Sony）展出大尺寸MicroLED顯示屏幕之后，在2018年的CES上可以看到韓廠對于MicroLED顯示技術(shù)的投入。 盡管Micro-LED前景看好，然而產(chǎn)能與價格若要達(dá)到消費(fèi)電子市場的嚴(yán)格要求，恐怕還需要一些時間。 在MicroLED/MiniLED顯示技術(shù)真正進(jìn)入消費(fèi)市場之前，將該光電技術(shù)用于LCD的背光應(yīng)用，變成為MicroLED顯示器成真之前的過度產(chǎn)品之一。

盡管面對OLED顯示器自發(fā)光、高對比度度的特性來勢洶洶，然而由于該技術(shù)壽命短、屏幕烙印、不耐濕熱環(huán)境以及其產(chǎn)能問題，短時間內(nèi)技術(shù)成熟且價格便宜的LCD顯示器依然將為市場大宗。

聚積科技微發(fā)光二極管事業(yè)部經(jīng)理黃炳凱分享（圖2），目前LCD背光技術(shù)以測光式LED為大宗，配合導(dǎo)光板（Light Guide Plate）使線光源打成面光源。 在將MiniLED導(dǎo)入LCD背光之后，直下式的背光技術(shù)使得區(qū)域控制（Local Dimming）范圍與粒子都能比以往更小，調(diào)光區(qū)更加細(xì)致精準(zhǔn)，能進(jìn)一步提升LCD屏幕的高動態(tài)范圍成像（High Dynamic Range， HDR ）的表現(xiàn)。

圖2 聚積科技微發(fā)光二極管事業(yè)部經(jīng)理黃炳凱分享，在將MiniLED導(dǎo)入LCD背光之后，直下式的背光技術(shù)使得區(qū)域控制（Local Dimming）范圍與粒子都能比以往更小。

被動式架構(gòu)添效能

目前，業(yè)界已有許多廠商表示正在發(fā)展MiniLED背光技術(shù)。 在2018年CES展會中，群創(chuàng)便展示了全球第一個AM MiniLED背光的車用面板。

對此，群創(chuàng)光電執(zhí)行副總暨技術(shù)開發(fā)中心負(fù)責(zé)人丁景隆表示，該產(chǎn)品在技術(shù)上的最特點(diǎn)在于其主動式架構(gòu)，意指采用TFT所形成的主動式矩陣電路來驅(qū)動MiniLED，如此才可以真正發(fā)揮其性能優(yōu)勢，同時具有合理的成本。

近來LCD業(yè)界為了進(jìn)一步提升畫質(zhì)，尤其是針對常被OLED陣營攻擊的對比表現(xiàn)上，開始廣為采用Local Dimming背光源技術(shù)以達(dá)成HDR功能，以大幅改進(jìn)對比值到與OLED相同等級。 而為了做出Local Dimming背光源，采直下式背光是最合理的架構(gòu)，但其厚度和LED彼此排列的間距需成正比，所以為了達(dá)成產(chǎn)品的超薄要求，必須大幅縮小LED間距，也就是必須大幅增加LED顆數(shù)至數(shù)百顆甚至數(shù)千顆。

然而，除了前述超薄HDR直下式背光以外，若要在畫面銳利度上真正與OLED分庭抗禮，必須做到頂級的HDR才行，也就是Local Dimming背光源的調(diào)光分區(qū)數(shù)（Local Dimming Zones） 必須要數(shù)百區(qū)甚至數(shù)千區(qū)才足夠，也就是在MiniLED的基本概念上還要加上「以每顆LED作為一分區(qū)」的大膽想法。 但是若以傳統(tǒng)的LED背光源驅(qū)動電路架構(gòu)，這樣的想法會因組件使用過多，而犧牲成本及輕薄設(shè)計(jì)。 有鑒于此，群創(chuàng)提出使用主動式矩陣TFT電路來驅(qū)動的AM MiniLED架構(gòu)，以解決上述課題。

AM miniLED可以做到精準(zhǔn)的電流調(diào)控，亮態(tài)畫面可以拉高到平常的數(shù)倍亮度，而暗態(tài)畫面則趨近于零亮度。 在對比可高達(dá)1，000，000:1的情況下，讓用戶可以更清晰、明亮的獲得訊息，同時兼顧在陽光下可視性以及夜晚閱讀的舒適性。 此外，為了提供客戶更多的設(shè)計(jì)自由度，群創(chuàng)更以AM ＭiniLED搭配軟性基板（Flexible Substrate），作為異型/曲面LCD所需背光源的解決方案。

綜上所述，群創(chuàng)發(fā)表的AM MiniLED on Flex最新技術(shù)，本著畫質(zhì)（HDR Peaking、對比、色彩飽和度）、能耗以及外觀設(shè)計(jì)（異型/曲面）上的優(yōu)異表現(xiàn)，成為在Micro LED顯示器問世之前與OLED競爭的中期戰(zhàn)略角色。

高亮度滿足車用需求

由于OLED顯示器在車載應(yīng)用上，無法符合耐高溫等嚴(yán)苛的可靠度要求，OLED采用的發(fā)光材料，有著先天上的壽命問題。 群創(chuàng)表示，今后將全力發(fā)展軟性基板的AM ＭiniLED背光源，來搭配異型/曲面LCD，以滿足車用客戶的設(shè)計(jì)需求。

群創(chuàng)AM miniLED在車載應(yīng)用上，既可達(dá)到OLED相同等級的對比度，又可在畫面銳利度跟OLED分庭抗禮，且不會有OLED在車載應(yīng)用上無法符合耐高溫等可靠度、壽命及烙印等問題。 此外，藉由精準(zhǔn)的電流調(diào)控，亮態(tài)亮度可以拉高數(shù)倍。

群創(chuàng)表示，將以車載市場做為AM ＭiniLED商品化應(yīng)用的重要目標(biāo)，今后更將進(jìn)一步發(fā)展軟性基板的AM ＭiniLED背光源，以搭配異型/曲面LCD，以滿足車用客戶在設(shè)計(jì)和外觀上的需求。

AM MicroLED顯示器為終極目標(biāo)

由于被動式（Passive Matrix， PM）驅(qū)動架構(gòu)較為簡單且成熟，因此目前仍然為市場大宗。 然而由于AM架構(gòu)亮度較高、無屏幕閃爍問題、可以使LED恒亮等各項(xiàng)優(yōu)勢，AM MicroLED顯示器為業(yè)界的終極目標(biāo)。

黃炳凱表示，即便AM驅(qū)動架構(gòu)相對于PM驅(qū)動架構(gòu)而言有眾多優(yōu)勢，然而AM驅(qū)動架構(gòu)的電流控制相對困難，若要提高精準(zhǔn)度，電路的復(fù)雜性與成本也將隨之提高。 以目前能達(dá)到的精準(zhǔn)度而言，用以LCD背光的LED驅(qū)動已足夠，然而若要應(yīng)用于MicroLED顯示器則必須達(dá)到更高的技術(shù)要求。

另一方面，即使AM驅(qū)動架構(gòu)能使用于玻璃基板、軟性基板之上，未來在電視屏幕、手機(jī)等各尺寸應(yīng)用上都能有發(fā)揮空間，也能做到可撓式面板。 但是在大型廣告牌中所使用的印刷電路板（Printed Circuit Board， PCB），目前依然必須采用PM驅(qū)動架構(gòu)。 黃炳凱表示，目前聚積科技主力業(yè)務(wù)便是積極開發(fā)LED的PM架構(gòu)矩陣驅(qū)動IC，并且看好使用PCB板的大型MicroLED顯示器將首先落實(shí)，期待率先實(shí)現(xiàn)大型MicroLED顯示器量產(chǎn)。