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《硬派提步思Tips》開啟新世代影像畫質革命的關鍵,Mini LED和Micro LED特色解析

文.圖/Lucky 2021-05-31 16:26:13
相信玩家在這一、兩年內,或多或少都有聽到「Mini LED」和「Micro LED」這兩個名詞,尤其是近期新一代的iPad Pro 12.9吋的版本採用了Mini LED背光面板,更是讓Mini LED這個科技界的新寵兒成為了大眾最為關注與好奇的焦點。

所以Mini LED究竟是什麼?它有什麼特色?名字聽起來更厲害的Micro LED又是什麼?與一般的LED又有什麼區別呢?關於以上種種疑問,小編都將在本篇中一一介紹。



Mini LED和Micro LED是啥東東?
所謂的Mini LED、Micro LED在本質上都是縮小版的LED,主要差別在尺寸的不同,Mini LED的尺寸是傳統LED的1/10~1/40,約是100~300微米;而Micro LED則是進一步下探到100微米以下的尺寸。

三星在自家記者會展示了傳統LED和Mini LED的尺寸差異,兩者在尺寸差距達40倍,高度則更是差到100倍。


但不要小看LED、Mini LED、Micro LED只是尺寸的差異喔!這可是直接對面板的應用與製作上產生了巨大的分歧,甚至是耗費了廠商和科學家20多年的時間才找到解決方案,讓Mini LED和Micro LED能夠逐步推向市場。

新的iPad Pro 12.9用上了Mini LED背光,算是正式代表Mini LED走入平價化量產階段。


由於傳統LED體積太大,使得它無法直接用來製作成面板,現今的顯示器應用上,只適合做成背光模組,用來替LCD液晶面板提供光源,而且也因為體積龐大的關係,使得背光模組無法放入太多LED燈泡,否則整體面板的厚度會過於厚重,故現今多數使用LED背光的顯示器產品大多只會將光源放置面板的一側,再透過導光板將光線導引到整片面板上,這種背光模組稱為「側光式背光」。

「測光式背光」因為將背光全都集中於一側,而產生對比度不佳、亮度不均、黑色畫面下漏光的等問題。


而Mini LED受惠於體積大幅縮小的關係,厚度可以獲得一定程度的改善,只可惜尺寸還沒有小到能夠獨當一面作為面板的獨立像素使用,所以依然只能製成背光模組,但因為縮小體積後能夠塞入更多燈珠關係,LED燈將能平均的鋪在整片螢幕之中,此種背光模組稱之為「直下式背光」。

「直下式背光」是在所有背光撲滿在整塊螢幕之下,並且能分區控制,因此能形成更好的對比並減少漏光的問題。


「側光式背光」和「直下式背光」的差別在於,側光式背光因為實際可控的光源只集中在面板的一側,使得螢幕無法準確的控制整個畫面的明暗變化,造成畫面有嚴重的漏光和對比度不佳的問題,以目前的螢幕來說,IPS面板的原生對比度僅能達到1000:1,而VA面板則約3000:1。

圖中上圖為直下式背光,下圖則為側光式背光,可以看到兩者在畫面亮暗控制的區域有著極大的差別,進而造成畫面觀感上差異。

▲用影片看兩種背光的形式能夠明顯感受到差異。

而「直下式背光」則是把螢幕分隔成數個區塊個別控制,因此能夠實現全局分區控光,而且劃分的區域越多,畫面的明亮控制就越精準,色彩也會更鮮明,像是最新採用Mini LED背光的iPad Pro就將12.9吋螢幕劃分成2500個區塊,即便螢幕材質也是液晶面板,對比卻直接達了1,000,000:1,讓側光式背光產品完全看不到車尾燈!

iPad Pro 12.9吋的Mini LED的數量達大10,000顆,並以每4顆一組的形式進行分區,是目前市面上背光分區密度最高的產品。


不過Mini LED再厲害,充其量只是將螢幕的亮度分區變得更多,從而改善螢幕的背光,但是如果想要每個像素都能有獨立的背光,就Mini LED的體積上來說還是太大了,於是廠商便繼續朝縮小的方向邁進,最終創造了Micro LED。

與傳統LED和Mini LED因為尺寸太大而只能用為背光模組不同,Micro LED的尺寸已經小到可以直接用來做成「純‧LED面板」,意即整片面板的每個像素還都是由分別發著紅、藍、綠光的Micro LED燈珠所構成。

Micro LED的尺寸比Mini LED還要在更小,如果傳統LED和Mini LED體積差40倍,那傳統LED與Micro LED的差距則能達到100倍以上。


加上LED燈自發光的特性,面板上每個像素點的光線與色彩都能夠被獨立控制,因此整片面板將不用像LCD液晶螢幕那樣需要液晶層、濾光片、背光模組等結構,使面板整體結構變得更為簡單,厚度也就跟著大幅度降低。此外,Micro LED還能夠製作成曲面螢幕、可撓式,表示是可以彎曲的式螢幕、摺疊螢幕等使用柔性面板的產品上。

台灣面板廠「友達AUO」曾展示過能可彎曲的柔性Micro LED面板。


看到這,會不會覺得Micro LED的種種特性有種OLED既視感呢?其實OLED在發光原理上是和LED相同的,只是使用的發光材料不同,甚至就某些層面上,OLED只能算是進入到Micro LED的過渡品。

圖中為LCD、OLED、Micro LED面板的結構原理,其中OLED和Micro LED在整體結構和用途上都十分相似,因此能夠達到的用途也幾乎相同,兩者最主要的差異在於發光材質的不同。


之所以會這麼說的原因在於OLED因為使用有機材質做為發光材料的關係,造成它先天性上有許多無法解決的缺點,有機材料最大的問題就是壽命相當的短,使得OLED只要不間斷的連續發光,短則幾個月,長則一兩年,面板的色彩就會出現嚴重衰退,如果又加上長時間保持在同樣畫面下,還會因為每個像素的色衰不均,出現大家所熟知的「烙印」問題。

至於Micro LED則和傳統LED一樣使用金屬無機發光材料,因此理論的發光的壽命可以長達10年以上,以消費性電子產品推陳出新的速度,可能到下一世代的面板類型出現,使用Micro LED的螢幕產品都還依然是頭好壯壯呢!

然而即便Micro LED上打傳統LED、下踢OLED,但想要像Mini LED一樣能夠量產並用於消費級產品卻還有一段距離,主要的原因在於Micro LED在生產上需要使用到一種名為「巨量轉移」的全新技術。這項技術的目的是要將Micro LED從製造基板上取下,再一個個把它們固定在面板的指定像素點位置上,整體概念就好像把貼紙撕下貼在文件表格內規定的框線一樣。

「巨量轉移」技術簡化後的過程如圖中所示,需要將Micro LED需要從製造機板上取下後,再將其封裝到面板上,如何高效率且不損換Micro LED的情況下進行轉移是目前生產上最大的困境。


只是撕一張「貼紙」或許很簡單,但如果今天要以最快的速度撕下上百萬、千萬的貼紙,而且每張貼紙都要精準地落在格線內,且不能有任何破損時,那可就相當令人頭疼的一件事了。

而這就是目前Micro LED在生產上的最大的困境,畢竟光是一片4K面板就需要轉移近2千5百萬個Micro LED燈珠(3840x2160x3),更別說下一世代的8K解析度面板的燈珠數量會是4K解析度的4倍,直逼「一億」大關的轉移數量究竟該如何實現,可真的是讓無數廠商和工程師們傷透腦筋。

一個完整像素是由紅、藍、綠子像素組成的,因此要生產一塊面板實際需要的燈泡數量將會是面板解析度的3倍,而光是一片4K面板,就總共需要進2千500萬個燈泡。


現階段已經有廠商表示在巨量轉移技術上取得突破,包含面板界的巨頭''三星''在內,也開始少量推出Micro LED的產品進入市場,主要是鎖定愛嘗鮮的金字塔頂層客戶,至於一般消費市場則號稱最快將會在2022年進入量產,不過一開始應該只會鎖定高階市場,所以價格恐怕是不會太親民,畢竟在投資大量金錢和時間進行開發後,總得先彌補過去的損失才行啊!

三星有開賣110吋的Micro LED電視,其售價換算台幣後高達440萬,真的不是一般市井小民所能負擔的啊!



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