Công nghệ LED, LCD, OLED và Mini-LED hoạt động như thế nào?

Với sự phát triển của công nghệ màn hình, có rất nhiều loại công nghệ khác nhau, chẳng hạn như công nghệ LED, LCD, OLED và Mini-LED. Bạn đã biết nguyên lý hoạt động của chúng chưa? Hôm nay, Doitvision sẽ giới thiệu cho bạn những thông tin chi tiết về chúng.

LED là gì?

LED là một linh kiện điện tử bán dẫn. Nó có thể chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng. LED được sử dụng rộng rãi trong xã hội hiện đại và có thể được phân loại thành ba loại:

• Ánh sáng: Đèn LED thay thế bóng đèn sợi đốt truyền thống như đèn gia dụng, đèn ô tô.
• Hiển thị: Được sử dụng trên màn hình của các thiết bị điện tử đầu cuối như điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính, TV, màn hình.
• Truyền thông: Chủ yếu đóng vai trò là nguồn sáng cho hệ thống truyền thông cáp quang tốc độ dữ liệu thấp đến trung bình (<1 Gb/giây), khoảng cách ngắn đến trung bình (<10 km), trong đó đèn LED hồng ngoại là ứng dụng phổ biến nhất.

Vì công nghệ Mini-LED chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng hiển thị nên chúng tôi tập trung vào công nghệ hiển thị.

Cơ chế hiển thị màn hình:

Màn hình LED hoạt động bằng cách kết hợp phát xạ ánh sáng từ các hạt LED với bộ lọc màu. Thành phần cốt lõi của phát xạ ánh sáng LED là chip LED. Một hạt LED có hai điện cực, bao gồm cực dương và cực âm. Dòng điện cao hơn chạy qua các điện cực dẫn đến độ sáng cao hơn. Bằng cách kiểm soát độ sáng và trạng thái bật/tắt của các hạt, nó có thể tạo ra nhiều họa tiết và văn bản khác nhau.

Tuy nhiên, một hạt LED đơn chỉ có thể phát ra một màu. Để đạt được khả năng hiển thị đầy đủ màu sắc, cần thêm các hạt LED xanh lá cây và xanh dương cho mỗi điểm ảnh. Nhiều hạt RGB (Đỏ, Xanh lá cây, Xanh lam) kết hợp với nhau tạo thành một màn hình có khả năng hiển thị màu sắc.

Các khái niệm liên quan đến Mini-LED

Hiện tại chưa có định nghĩa chuẩn hóa chính thức nào cho Mini-LED. Chúng có đôi chút khác biệt giữa các nhà sản xuất, nhưng chủ yếu dựa trên kích thước chip. Theo thông số kỹ thuật chung của màn hình Mini-LED thương mại, Mini-LED dùng để chỉ các đèn LED có kích thước chip từ khoảng 50 đến 200 micromet (μm).

Chúng nằm giữa công nghệ LED bước sóng nhỏ và Micro-LED về kích thước chip và khoảng cách điểm ảnh. Nó cũng được coi là sự mở rộng của công nghệ LED bước sóng nhỏ và là bước chuyển tiếp hướng tới Micro-LED.

Về hiệu suất hiển thị, Mini-LED đại diện cho một sản phẩm công nghệ hiển thị mới. Chúng có thể mang lại chất lượng hình ảnh tốt hơn LCD, chi phí thấp hơn và tuổi thọ cao hơn OLED, đồng thời là phiên bản nâng cấp của công nghệ hiển thị LCD truyền thống.

Công nghệ LED mini

Các công nghệ màn hình chính thống hiện nay được phân loại thành LCD và OLED. Bản thân công nghệ Mini-LED lại chia thành hai hướng:

• Cải tiến đèn nền LCD

• Hiển thị trực tiếp

Do đó, chúng tôi sẽ giới thiệu công nghệ LCD và OLED trước.

Công nghệ Mini-LED & LCD

1) Nguyên lý công nghệ LCD

Màn hình hiển thị bao gồm nhiều điểm ảnh, mỗi điểm ảnh chứa một cấu trúc LCD. Cấu trúc điểm ảnh của LCD có thể được chia thành các lớp/mô-đun sau:

• Lớp đèn nền: Màn hình LCD không tự phát sáng mà cần nguồn sáng bên ngoài, gọi là "bộ đèn nền" (BLU). Ban đầu sử dụng đèn huỳnh quang catốt lạnh (CCFL), đèn nền đã chuyển sang đèn nền LED sau năm 2008.
• Lớp phân cực: Ánh sáng đi qua bộ lọc phân cực thẳng đứng chỉ cho phép các sóng ánh sáng định hướng thẳng đứng đi qua. Khi ánh sáng này gặp bộ lọc phân cực ngang, không có ánh sáng nào đi qua vì không có thành phần định hướng ngang nào. Do đó, hai bộ phân cực vuông góc sẽ chặn hoàn toàn ánh sáng.
• Lớp tinh thể lỏng (LC): Lớp này nằm giữa các điện cực được kết nối với mạch dương và mạch âm.
• Không có điện áp: Ánh sáng đi qua bộ phân cực thứ nhất bị các phân tử LC xoay 90 độ. Nó được sắp xếp theo chiều ngang và đi qua bộ phân cực thứ hai.
• Với điện áp: Các phân tử LC sắp xếp dựa trên cường độ điện áp được áp dụng, kiểm soát lượng ánh sáng xoay. Nó thay đổi lượng ánh sáng đi qua bộ phân cực thứ hai, do đó kiểm soát độ sáng của điểm ảnh.
• Lớp lọc màu: Ánh sáng phát ra từ lớp LC là ánh sáng đơn sắc (các sắc thái xám). Một mảng lọc màu (CFA) được thêm vào, bao gồm các bộ lọc phụ điểm ảnh đỏ (R), lục (G) và lam (B). Bằng cách kiểm soát độ sáng của ánh sáng đi qua từng điểm ảnh phụ R, G và B, nó có thể pha trộn nhiều màu sắc khác nhau.

Đèn nền Mini-LED trong LCD Ứng dụng

Ứng dụng đèn nền Mini-LED trong LCD liên quan đến việc thay thế các đèn LED chiếu sáng cạnh hoặc chiếu sáng trực tiếp lớn truyền thống bằng các mảng hạt Mini-LED dày đặc. Với kích thước hạt Mini-LED nhỏ hơn đáng kể, chẳng hạn như đường kính ~50μm-200μm, số lượng hạt Mini-LED có thể được nhúng vào lớp đèn nền của LCD.

• Độ sáng màn hình tổng thể cao hơn.
• Phân bố độ sáng đồng đều hơn.

Khả năng chia đèn nền thành nhiều Vùng làm mờ cục bộ (LDZ) có thể điều khiển độc lập hơn.

Khi hiển thị một phân đoạn hình ảnh màu đen, vùng Mini-LED tương ứng có thể được tắt hoàn toàn. Điều này cho phép màn hình LCD đạt được màu đen sâu hơn nhiều và tỷ lệ tương phản cao hơn đáng kể. Số lượng và độ chính xác của các LDZ tăng lên giúp cải thiện đáng kể độ tương phản cục bộ và dải động. Do đó, màn hình LCD đạt được chất lượng hiển thị gần bằng OLED.

Trong quá trình phát triển LCD, những tiến bộ như hỗn hợp LC độ nhớt cực thấp và vật liệu LC pha xanh đã được tích hợp để cải thiện thời gian phản hồi. Mini-LED bổ sung điều này bằng cách cải tiến cấu trúc đèn nền để cải thiện đáng kể độ tương phản.

Công nghệ Mini-LED & OLED

Do đèn LED ban đầu có kích thước lớn, số lượng đèn có thể lắp đặt trên một đơn vị diện tích làm vật liệu hiển thị màn hình còn ít, dẫn đến độ nét kém. Do đó, các nhà sản xuất bắt đầu nghiên cứu micro-LED, với hướng nghiên cứu đầu tiên là OLED.

2) Nguyên lý công nghệ OLED

OLED là công nghệ màn hình tự phát sáng. Cấu trúc của nó khác biệt đáng kể so với LCD ở chỗ loại bỏ lớp LC, lớp lọc màu ở một số loại và lớp đèn nền riêng biệt. Thay vào đó, vật liệu phát sáng hữu cơ được kẹp giữa cực âm và cực dương.

Nguyên lý hiển thị: 

Khi có điện áp, các electron được đưa từ catốt và các “lỗ trống” (các hạt mang điện dương) từ anot vào các lớp hữu cơ. Các electron và lỗ trống này gặp nhau bên trong lớp phát xạ, tái hợp và giải phóng năng lượng dưới dạng photon. Các vật liệu hữu cơ khác nhau phát ra các màu sắc cụ thể (R, G, B).

Vì mỗi điểm ảnh OLED tự phát sáng, nên không cần đèn nền riêng. Mỗi điểm ảnh có thể được tắt hoàn toàn để hiển thị màu đen hoàn hảo, về mặt lý thuyết mang lại tỷ lệ tương phản tĩnh vô hạn cho OLED. Độ sáng và màu sắc của từng điểm ảnh có thể được điều khiển độc lập.

Nhược điểm: 

Vật liệu hữu cơ có tuổi thọ hạn chế và dễ bị thoái hóa (lão hóa). Vật liệu R, G và B thoái hóa ở các tốc độ khác nhau. Nếu một điểm ảnh hiển thị hình ảnh sáng tĩnh trong thời gian dài, vật liệu của điểm ảnh phụ đó sẽ thoái hóa nhanh hơn, dẫn đến mất độ sáng vĩnh viễn ở khu vực đó. Điều này biểu hiện bằng hiện tượng lưu ảnh hoặc màu sắc không đồng đều, thường được gọi là "cháy hình".

3) Nguyên lý hiển thị trực tiếp Mini-LED

Để giảm thiểu hiện tượng lưu ảnh trên màn hình OLED, các nhà sản xuất LED đã phát triển các công nghệ như W-OLED sử dụng OLED trắng + bộ lọc màu và QD-OLED sử dụng OLED xanh + bộ chuyển đổi chấm lượng tử. Tuy nhiên, các công nghệ này về cơ bản vẫn dựa vào vật liệu hữu cơ và gặp phải những hạn chế cố hữu về lão hóa và tuổi thọ.

Giải pháp tối ưu đòi hỏi phải chuyển sang vật liệu vô cơ, dẫn đến công nghệ màn hình LED thế hệ tiếp theo: Mini-LED & Micro-LED Direct Emission.

Công nghệ này bao gồm việc chế tạo các điốt LED vô cơ cực nhỏ, sau đó chuyển và liên kết chúng lên một tấm nền hiển thị.

Công nghệ này kế thừa tất cả những ưu điểm của OLED như:

• tự phát xạ
•  màu đen hoàn hảo
• độ tương phản cao
•  góc nhìn rộng
• phản ứng nhanh

đồng thời loại bỏ hiện tượng burn-in, đồng thời mang lại tuổi thọ cao hơn và độ sáng cao hơn. Mặc dù đèn LED có thể được sản xuất ở quy mô micro (Micro-LED <50μm), thách thức nằm ở việc truyền tải và kết nối chính xác hàng triệu hoặc hàng tỷ đèn LED siêu nhỏ này vào mạch điều khiển. Đây là một quy trình được gọi là Công nghệ Truyền khối. Chi phí cao và độ phức tạp của công nghệ truyền khối hiện đang cản trở việc thương mại hóa Micro-LED trên quy mô lớn.

Màn hình hiển thị trực tiếp Mini-LED gặp phải những thách thức do kích thước chip lớn hơn (50-200μm) và những hạn chế về bao bì. Khoảng cách điểm ảnh nhỏ nhất hiện tại có thể đạt được là khoảng 0.5mm. Nếu tạo ra màn hình độ phân giải 4K với khoảng cách điểm ảnh này, cần màn hình có kích thước lớn hơn 85 inch. Hơn nữa, số lượng đèn LED khổng lồ cần khoảng 24 triệu cho 4K.

Tóm tắt tình hình ứng dụng công nghệ Mini-LED

Micro-LED đại diện cho đỉnh cao của tiềm năng công nghệ hiển thị, nhưng những rào cản về truyền khối đang cản trở việc sản xuất hàng loạt thương mại. Mini-LED là một công nghệ chuyển tiếp thiết thực.

Đối với các ứng dụng hiển thị trực tiếp, giới hạn khoảng cách tối thiểu 0.5mm của Mini-LED khiến nó không phù hợp với màn hình điện tử tiêu dùng như điện thoại, máy tính xách tay và TV. Mặc dù có khả năng phù hợp với màn hình thương mại ngoài trời cỡ lớn, nhưng chi phí sản xuất cao cũng cản trở việc áp dụng rộng rãi.

Do đó, Mini-LED hiện đang được ứng dụng chủ yếu và thành công nhất trong việc cải thiện đèn nền của tấm nền LCD. Điều này tận dụng các dây chuyền sản xuất LCD hiện đại, mang lại những cải tiến đáng kể về chất lượng hình ảnh với chi phí thấp hơn so với OLED hoặc Mini-LED trực tiếp.

Trong lĩnh vực hiển thị trực tiếp, công nghệ này chủ yếu được sử dụng cho các màn hình quảng cáo thương mại ngoài trời cỡ lớn. Theo dự đoán của TrendForce, đèn nền Mini-LED là xu hướng ứng dụng chủ đạo hiện nay, với quy mô thị trường dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR là 164% từ năm 2020 đến năm 2025.

Khi công nghệ LED ngày càng phát triển, Doitvision đã phát triển nhiều loại màn hình LED bước sóng nhỏ, chẳng hạn như màn hình LED COB, dành cho các ứng dụng quảng cáo thương mại.

Khuyến nghị về đèn LED COB gắn tường của Doitvision

Màn hình LED COB của Doitvision là lựa chọn tuyệt vời cho các bức tường video độ phân giải cao. Chúng tôi cung cấp mật độ điểm ảnh từ P0.7 đến P1.8, hỗ trợ độ phân giải 2K, 4K và 8K.

Chất lượng hình ảnh vượt trội

Từ 0.62mm đến 1.87mm, màn hình COB của chúng tôi đạt được mật độ điểm ảnh cao hơn. Điều này cho phép người xem đứng gần màn hình hơn mà không nhận thấy từng điểm ảnh riêng lẻ.

Độ xám và độ tương phản đặc biệt

Với tỷ lệ tương phản màu sắc ấn tượng lên đến 10,000:1, màn hình này mang đến hình ảnh sống động, chân thực. Việc áp dụng công nghệ phủ đen mang lại bề mặt không phản chiếu và độ đồng đều màu đen tuyệt đối ngay cả trong điều kiện thiếu sáng.

Tỷ lệ khung hình 16:9 cho khả năng tương thích phổ quát

Với tỷ lệ khung hình 16:9, đây là chuẩn mực cho các thiết bị hiện đại như TV, màn hình máy tính, thiết bị di động và máy quay video kỹ thuật số. Định dạng này hỗ trợ độ phân giải 1080p (2K), 2160p (4K) và 4320p (8K).

Công nghệ Flip Chip tiết kiệm năng lượng

Kết hợp với thiết kế mạch catốt chung, nó có thể nâng cao hiệu suất hiển thị đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng tới 40%.

Hiệu chuẩn màu chính xác

Công nghệ hiệu chuẩn màu mang lại màu sắc đồng nhất trên tất cả các mô-đun LED. Nó có thể loại bỏ các vấn đề như họa tiết moiré và duy trì nhiệt độ màu đồng đều cùng tông màu trắng cân bằng.

Thiết kế gắn tường trực tiếp với chức năng bảo trì toàn bộ mặt trước

Thiết kế 100% mặt trước với các mô-đun LED từ tính. Khung tấm có thể được lắp trực tiếp lên tường hoặc ván ép bằng vít, với các thanh khung đi kèm giúp định vị chính xác và lắp đặt dễ dàng.

Thông sô ky thuật

• Tùy chọn khoảng cách điểm ảnh: 0.62mm, 0.78mm, 0.93mm, 1.25mm, 1.5mm, 1.87mm
• Gói đèn LED: COB cho tất cả các mẫu
• Tỷ lệ tương phản: Lên đến 10,000:1 cho hình ảnh sống động
• Tỷ lệ khung hình: 16:9, tương thích với độ phân giải 2K, 4K và 8K
• Bảo trì: Dịch vụ trực tiếp 100% với các mô-đun từ tính
• Tiết kiệm năng lượng: Lên đến 40% với công nghệ chip lật
• Lắp đặt: Lắp trực tiếp vào tường bằng thanh khung đi kèm

Kết luận:

Chúng tôi đã giới thiệu các nguyên lý và phương pháp phát triển màn hình khác nhau. Là nhà sản xuất màn hình LED chuyên nghiệp, nếu bạn cần màn hình LED HD cho mục đích thương mại, vui lòng liên hệ với chúng tôi.