AM MiniLED背光实现高对比度 LCD背光创新对抗OLED进攻

在2018年消费电子展(Consumer Electronics Show, CES)展会中，已出现MicroLED电视显示器的实体展示，为目前当红的OLED显示器带来不小的威胁。 然而，MicroLED若要正式量产还有重重技术难关必须突破。 在那之前，晶粒尺寸较小的MiniLED显示器将成为率先上市的产品，该显示技术也将应用于LCD的背光之中，为LCD屏幕增添性能。

近年来，由于有机发光二极管(OLED)具备高色彩对比与显色度，俨然已成为液晶屏幕(Liquid Crystal Display, LCD)的首要竞争对手。 声势后来居上的MicroLED显示技术，同样有拥有自发光的显示优势，有望成为次世代的主流显示技术。 尽管目前巨量转移(Mass Transfer)与坏点修补等关键技术依然未达量产水平，然而在2018年的CES，已能见到国际大厂的MicroLED显示器实体展示。

在MicroLED显示器真正量产上市之前，也已有厂商积极将该技术应用于LCD背光，并以主动式(Active Matrix, AM)架构为LCD面板带来接近OLED的高对比度、高显色性能表现。 该应用更是在MicroLED显示器量产之前，相关供应厂商的产能出海口。

韩厂大举投资MicroLED显示器

在2018年CES中，三星电子(Samsung Electronics)展示了146英吋拼接型以自发光(Self-Emitting)为特色的MicroLED电视「The Wall」，成为展会中的一大亮点(图1)。


图1 在2018年CES中，三星电子展示了146英寸拼接型MicroLED电视「The Wall」，成为展会中的一大亮点。 图片来源：Samsung
三星电子视觉显示事业部总裁Jonghee Han表示，The Wall为全球首款拼接式MicroLED电视，透过该技术能使MicroLED显示技术转换成任何尺寸，并提供优秀的亮度、色域表现。

无边框的拼接式设计，让The Wall在未来进入消费市场时，能够让消费者决定电视尺寸。 也能够满足各种不同的应用环境，为不同的展示空间拼接出最符合需求的显示器尺寸。

另一方面，三星的LED背光模块供货商Lumens，也在2018年的CES展会中展出0.57英吋的抬头显示器(Head Up Display, HUD)以及超过100英吋的大型广告牌(Signage)。 据悉，该抬头显示器所使用的是8微米(µm)大小的晶粒，该大型广告牌则是以300µm×100µm的晶粒组成。

事实上，以目前业界的标准而言，晶粒尺寸必须要在100微米以下才能被称之为MicroLED显示器。 然而由于转移数量与良率要再突破皆有其技术挑战，因此厂商将对晶粒尺寸的要求放宽至150微米，抢先让MiniLED显示器问世。 尽管如此，Lumens所展示的大型广告牌每个月依然只能有20~30片的产量。

MiniLED背光提高对比度

自2016年索尼(Sony)展出大尺寸MicroLED显示屏幕之后，在2018年的CES上可以看到韩厂对于MicroLED显示技术的投入。 尽管Micro-LED前景看好，然而产能与价格若要达到消费电子市场的严格要求，恐怕还需要一些时间。 在MicroLED/MiniLED显示技术真正进入消费市场之前，将该光电技术用于LCD的背光应用，变成为MicroLED显示器成真之前的过度产品之一。

尽管面对OLED显示器自发光、高对比度度的特性来势汹汹，然而由于该技术寿命短、屏幕烙印、不耐湿热环境以及其产能问题，短时间内技术成熟且价格便宜的LCD显示器依然将为市场大宗。

聚积科技微发光二极管事业部经理黄炳凯分享(图2)，目前LCD背光技术以测光式LED为大宗，配合导光板(Light Guide Plate)使线光源打成面光源。 在将MiniLED导入LCD背光之后，直下式的背光技术使得区域控制(Local Dimming)范围与粒子都能比以往更小，调光区更加细致精准，能进一步提升LCD屏幕的高动态范围成像(High Dynamic Range, HDR )的表现。


图2 聚积科技微发光二极管事业部经理黄炳凯分享，在将MiniLED导入LCD背光之后，直下式的背光技术使得区域控制(Local Dimming)范围与粒子都能比以往更小。
被动式架构添效能

目前，业界已有许多厂商表示正在发展MiniLED背光技术。 在2018年CES展会中，群创便展示了全球第一个AM MiniLED背光的车用面板。

对此，群创光电执行副总暨技术开发中心负责人丁景隆表示，该产品在技术上的最特点在于其主动式架构，意指采用TFT所形成的主动式矩阵电路来驱动MiniLED，如此才可以真正发挥其性能优势，同时具有合理的成本。

近来LCD业界为了进一步提升画质，尤其是针对常被OLED阵营攻击的对比表现上，开始广为采用Local Dimming背光源技术以达成HDR功能，以大幅改进对比值到与OLED相同等级。 而为了做出Local Dimming背光源，采直下式背光是最合理的架构，但其厚度和LED彼此排列的间距需成正比，所以为了达成产品的超薄要求，必须大幅缩小LED间距，也就是必须大幅增加LED颗数至数百颗甚至数千颗。

然而，除了前述超薄HDR直下式背光以外，若要在画面锐利度上真正与OLED分庭抗礼，必须做到顶级的HDR才行，也就是Local Dimming背光源的调光分区数(Local Dimming Zones) 必须要数百区甚至数千区才足够，也就是在MiniLED的基本概念上还要加上「以每颗LED作为一分区」的大胆想法。 但是若以传统的LED背光源驱动电路架构，这样的想法会因组件使用过多，而牺牲成本及轻薄设计。 有鉴于此，群创提出使用主动式矩阵TFT电路来驱动的AM MiniLED架构，以解决上述课题。

AM miniLED可以做到精准的电流调控，亮态画面可以拉高到平常的数倍亮度，而暗态画面则趋近于零亮度。 在对比可高达1,000,000:1的情况下，让用户可以更清晰、明亮的获得讯息，同时兼顾在阳光下可视性以及夜晚阅读的舒适性。 此外，为了提供客户更多的设计自由度，群创更以AM ＭiniLED搭配软性基板(Flexible Substrate)，作为异型/曲面LCD所需背光源的解决方案。

综上所述，群创发表的AM MiniLED on Flex最新技术，本着画质(HDR Peaking、对比、色彩饱和度)、能耗以及外观设计(异型/曲面)上的优异表现，成为在Micro LED显示器问世之前与OLED竞争的中期战略角色。

高亮度满足车用需求

由于OLED显示器在车载应用上，无法符合耐高温等严苛的可靠度要求，OLED采用的发光材料，有着先天上的寿命问题。 群创表示，今后将全力发展软性基板的AM ＭiniLED背光源，来搭配异型/曲面LCD，以满足车用客户的设计需求。

群创AM miniLED在车载应用上，既可达到OLED相同等级的对比度，又可在画面锐利度跟OLED分庭抗礼，且不会有OLED在车载应用上无法符合耐高温等可靠度、寿命及烙印等问题。 此外，藉由精准的电流调控，亮态亮度可以拉高数倍。

群创表示，将以车载市场做为AM ＭiniLED商品化应用的重要目标，今后更将进一步发展软性基板的AM ＭiniLED背光源，以搭配异型/曲面LCD，以满足车用客户在设计和外观上的需求。

AM MicroLED显示器为终极目标

由于被动式(Passive Matrix, PM)驱动架构较为简单且成熟，因此目前仍然为市场大宗。 然而由于AM架构亮度较高、无屏幕闪烁问题、可以使LED恒亮等各项优势，AM MicroLED显示器为业界的终极目标。

黄炳凯表示，即便AM驱动架构相对于PM驱动架构而言有众多优势，然而AM驱动架构的电流控制相对困难，若要提高精准度，电路的复杂性与成本也将随之提高。 以目前能达到的精准度而言，用以LCD背光的LED驱动已足够，然而若要应用于MicroLED显示器则必须达到更高的技术要求。

另一方面，即使AM驱动架构能使用于玻璃基板、软性基板之上，未来在电视屏幕、手机等各尺寸应用上都能有发挥空间，也能做到可挠式面板。 但是在大型广告牌中所使用的印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)，目前依然必须采用PM驱动架构。 黄炳凯表示，目前聚积科技主力业务便是积极开发LED的PM架构矩阵驱动IC，并且看好使用PCB板的大型MicroLED显示器将首先落实，期待率先实现大型MicroLED显示器量产。