引言

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顯示技術(shù)已經(jīng)在我們的日常生活中無處不在；其廣泛應(yīng)用涵蓋智能手機(jī)、平板電腦、桌面顯示器、電視、數(shù)據(jù)投影儀和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。液晶顯示器發(fā)明于20世紀(jì)60年代末和70年代初。自21世紀(jì)以來，液晶顯示器逐漸取代笨重的陰極射線管，成為主導(dǎo)技術(shù)。然而，液晶顯示器是不透光的，需要背光單元(BLU)，這不僅增加了面板厚度，還限制了其靈活性和形狀因素。

微型發(fā)光二極管(μ發(fā)光二極管）和微型發(fā)光二極管已經(jīng)成為下一代顯示器；前者對(duì)于透明顯示器特別有吸引力和高亮度顯示器，而后者可以作為高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)液晶顯示器的局部可調(diào)光背光或者作為發(fā)射顯示器。mLEDs和μled都提供超高亮度和長壽命。這些功能非常適合日光可讀顯示器，如智能手機(jī)、公共信息顯示器和車輛顯示器。然而，仍然存在的最大挑戰(zhàn)是質(zhì)量轉(zhuǎn)移產(chǎn)量和缺陷修復(fù)。

在本文中，我們根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)比較了多發(fā)光二極管、有機(jī)電致發(fā)光二極管和μ發(fā)光二極管的性能。特別是，我們深入評(píng)估了每個(gè)顯示器的功耗和ACR，并系統(tǒng)地比較了動(dòng)態(tài)范圍、MPRT以及對(duì)柔性和透明顯示器的適應(yīng)性。分析了最大功率發(fā)光二極管、μ發(fā)光二極管和有機(jī)發(fā)光二極管顯示的優(yōu)缺點(diǎn)，并討論了它們的未來前景。

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實(shí)驗(yàn)

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在圖1a中，采用RGB LED芯片。每個(gè)發(fā)光二極管都將向上和向下發(fā)光。為了利用向下的光，反射電極通常沉積在每個(gè)發(fā)光二極管芯片的底部。

在圖1b中，每個(gè)藍(lán)色LED芯片在圖案化CC層(量子點(diǎn)或熒光粉)中泵浦一個(gè)子像素。上面配有一個(gè)吸收濾色器陣列，用于吸收未轉(zhuǎn)換的藍(lán)光，并抑制環(huán)境激勵(lì)。該濾波器還增強(qiáng)了ACR，因此不需要陰極保護(hù)。在一些設(shè)計(jì)中，插入分布式布拉格反射器(DBR)以選擇性地回收未轉(zhuǎn)換的藍(lán)光或者提高紅/綠輸出效率。在圖1中，藍(lán)色芯片泵一個(gè)黃色CC層以產(chǎn)生白色背光。

圖1?顯示系統(tǒng)配置

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結(jié)果和討論

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接熱軋制指旨在忠實(shí)再現(xiàn)自然場景的顯示標(biāo)準(zhǔn)。HDR顯示器可能支持一種或多種HDR格式，但硬件規(guī)格比所采用的格式對(duì)最終性能更為重要。HDR顯示硬件的必要性，即高峰值亮度、優(yōu)異的暗態(tài)、高比特深度和寬色域。

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亮度：

人眼具有非常寬的動(dòng)態(tài)范圍，從絕對(duì)鏡面高光到極端黑暗狀態(tài)。相比之下，標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍顯示器僅提供100 cd/m2的峰值米露頻率。作為一個(gè)制造商友好的目標(biāo)，超高清高級(jí)版將HDR亮度范圍定義為液晶顯示器0.05~ 1000 cd/m2，有機(jī)發(fā)光二極管顯示器0.0005~ 540 cd/m2。所有最大發(fā)光二極管/微發(fā)光二極管/有機(jī)發(fā)光二極管顯示技術(shù)都可以滿足該標(biāo)準(zhǔn)。作為一個(gè)選擇，杜比視覺掌握在4000 CD/m2的峰值亮度。局部調(diào)光技術(shù)可以部分解決低光學(xué)效率引起的熱問題。另一方面，有機(jī)發(fā)光二極管存在效率下降的問題和快速老化，亮度較高，因此更適合頻繁更新的設(shè)備。因此，mLED/μLED發(fā)射顯示器展示了HDR對(duì)高亮度和高效率的最佳品質(zhì)偏好。

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位深度：

隨著亮度范圍的擴(kuò)大，每種顏色8位不再足以提供平滑的顏色變化。雖然在當(dāng)前的HDR顯示系統(tǒng)中應(yīng)用了10位，但是根據(jù)Barten模型和感知量化器(PQ)曲線，非常希望每種顏色12位，以避免條帶假象。從技術(shù)上講，如果抖動(dòng)處理2位，硬件上至少需要10位。在傳統(tǒng)的液晶顯示器中，位深度受到大電壓擺幅和緩慢的灰度到灰度響應(yīng)時(shí)間的限制。不幸的是，局部調(diào)光液晶顯示器中的雙調(diào)制單元等效地分擔(dān)了負(fù)擔(dān)，從而實(shí)現(xiàn)了12位PQ曲線。在發(fā)射型顯示器中，實(shí)現(xiàn)10位或12位需要PAM中的超精確電流控制和PWM中的超短脈沖生成，從而導(dǎo)致高電子成本。

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色彩表現(xiàn)：

鮮艷的顏色是HDR顯示器的另一個(gè)重要要求。有各種標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)估顯示面板的色彩表現(xiàn)。顯示器的色域覆蓋范圍主要由RGB發(fā)射光譜的中心波長和半峰全寬(FWHM)決定。無機(jī)發(fā)光二極管/μ發(fā)光二極管固有地具有相對(duì)窄的FWHM，所以色域主要取決于發(fā)射波長。無機(jī)發(fā)光二極管/μ發(fā)光二極管還具有依賴于角度的顏色偏移，這是由發(fā)光二極管材料差異以及紅色和綠色/藍(lán)色發(fā)光二極管的角度光譜不匹配造成的。這個(gè)問題可以通過增加一個(gè)黑色矩陣來吸收側(cè)面發(fā)射，從而降低光提取效率來解決。對(duì)于CC型mLED/μLED發(fā)射型顯示器，色域由藍(lán)色LED芯片以及綠色和紅色量子點(diǎn)共同決定。量子點(diǎn)的窄FWHM和高中心波長可調(diào)諧性可以理論上實(shí)現(xiàn)> 97%的Rec。

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新穎場景中的應(yīng)用：

可穿戴電子產(chǎn)品，如VR/AR耳機(jī)和智能腕帶，被認(rèn)為是下一代信息平臺(tái)。對(duì)耐磨顯示器的一般要求是低功率、輕重量和高分辨率。具體來說，虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)近眼顯示器需要快速M(fèi)PRT來減少運(yùn)動(dòng)圖像模糊，而智能腕帶更喜歡靈活性。

汽車和航天器的典型車輛顯示器包括中央儀表盤和平視顯示器。對(duì)于這些應(yīng)用，可靠性和陽光可讀性對(duì)駕駛員安全至關(guān)重要。寬工作溫度是對(duì)車輛顯示器的額外要求。無機(jī)發(fā)光二極管具有最寬的溫度范圍。有機(jī)發(fā)光二極管顯示器在寒冷的環(huán)境中運(yùn)行良好，如果加熱會(huì)很快老化。液晶顯示器在寒冷天氣下響應(yīng)緩慢，上限取決于清潔溫度(Tc)。在中央集群中，傳統(tǒng)的液晶顯示器是主流。隨著mLED BLU的加入，更高的對(duì)比度、更低的功耗、更少的發(fā)熱和自由形狀因子是很有希望實(shí)現(xiàn)的特性。微型發(fā)光二極管發(fā)射顯示器可以進(jìn)一步提高HDR性能和功率效率。

總結(jié)

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我們討論了發(fā)光mLED/μLED/有機(jī)發(fā)光二極管顯示器和mLED背光液晶顯示器的未來前景。所有這些技術(shù)都支持快速M(fèi)PRT、高ppi、高對(duì)比度、高位深度、出色的暗態(tài)、寬色域、寬視角、寬工作溫度范圍和靈活的外形。在實(shí)現(xiàn)HDR的過程中，所有mLED/μLED/有機(jī)發(fā)光二極管顯示器都可以獲得高峰值亮度，除了mLED-LCD需要小心的熱管理，而有機(jī)發(fā)光二極管顯示器需要在壽命和亮度之間進(jìn)行權(quán)衡。對(duì)于透明顯示器，所有發(fā)射型mLED/μLED/有機(jī)發(fā)光二極管類型都工作良好。我們特別評(píng)估了每項(xiàng)技術(shù)的能效和ACR。其中，大尺寸液晶顯示器的功率效率與圓偏振疊層RGB芯片有機(jī)發(fā)光二極管顯示器相當(dāng)。通過去除陰極保護(hù)，CC型和無陰極保護(hù)的RGB芯片型mLED/ μLED發(fā)射顯示器的效率提高了3 ~ 4倍。此外，有機(jī)發(fā)光二極管顯示器和液晶顯示器在成本和技術(shù)成熟度方面具有優(yōu)勢。我們相信在未來的幾年里，有機(jī)發(fā)光二極管和液晶顯示器技術(shù)將會(huì)積極地伴隨主流液晶顯示器。


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