Comment fonctionnent les technologies LED, LCD, OLED et Mini-LED ?

Avec le développement des technologies d'affichage, différents types d'écrans sont apparus, tels que les LED, les LCD, les OLED et les mini-LED. Connaissez-vous leurs principes ? Aujourd'hui, Doitvision vous les présente en détail.

Qu'est-ce que la LED?

La LED est un composant électronique semi-conducteur capable de convertir l'énergie électrique en énergie lumineuse. Les LED sont largement utilisées dans la société moderne et peuvent être classées en trois grandes catégories :

• Eclairage: Les lampes LED remplacent les ampoules à incandescence traditionnelles, telles que les lampes domestiques et les lampes automobiles.
• Afficher: Utilisé dans les écrans des appareils électroniques terminaux, tels que les smartphones, les tablettes, les ordinateurs, les téléviseurs, les moniteurs.
• La communication: Ils servent principalement de sources lumineuses pour les systèmes de communication par fibre optique à débit de données faible à moyen (< 1 Gb/s) et à courte et moyenne distance (< 10 km), les LED infrarouges étant l'application la plus courante.

La technologie Mini-LED étant principalement utilisée dans les applications d’affichage, nous nous concentrons sur la technologie d’affichage.

Mécanisme d'affichage de l'écran :

Les écrans LED fonctionnent en combinant l'émission lumineuse des perles LED avec des filtres colorés. Le composant principal de l'émission lumineuse LED est la puce LED. Une perle LED possède deux électrodes : une anode et une cathode. Un courant plus élevé traversant les électrodes augmente la luminosité. Le contrôle de la luminosité et de l'état marche/arrêt des perles permet de produire divers motifs et textes.

Cependant, une seule perle LED ne peut émettre qu'une seule couleur. Pour obtenir un affichage couleur complet, des perles LED vertes et bleues supplémentaires sont nécessaires pour chaque pixel. L'association de plusieurs perles RVB (rouge, vert, bleu) permet d'afficher des couleurs.

Concepts liés aux mini-LED

Il n'existe actuellement aucune définition officielle et normalisée des mini-LED. Leur définition varie légèrement selon les fabricants, mais elle est principalement basée sur la taille de la puce. Selon les spécifications techniques générales des écrans mini-LED commerciaux, les mini-LED désignent les LED dont la taille de puce est comprise entre 50 et 200 micromètres (μm).

Elles se situent entre les LED à pas fin et les micro-LED en termes de taille de puce et de pas de pixel. Elles sont également considérées comme une extension de la technologie LED à pas fin et une étape de transition vers les micro-LED.

En termes de performances d'affichage, les Mini-LED représentent une nouvelle technologie d'affichage. Elles offrent une meilleure qualité visuelle que les écrans LCD, un coût inférieur et une durée de vie supérieure à celle des écrans OLED, ainsi qu'une version améliorée de la technologie d'affichage LCD traditionnelle.

Technologie mini-LED

Les technologies d'affichage actuelles se répartissent généralement en LCD et OLED. La technologie mini-LED se divise en deux domaines :

• Amélioration du rétroéclairage LCD

• Affichage direct

Nous allons donc d’abord présenter les technologies LCD et OLED.

Technologie Mini-LED et LCD

1) Principe de la technologie LCD

Un écran d'affichage est composé de nombreux pixels, chacun contenant une structure LCD. La structure des pixels d'un écran LCD peut être décomposée en couches/modules suivants :

• Couche de rétroéclairage : Les écrans LCD n'émettent pas de lumière et nécessitent une source lumineuse externe, le « rétroéclairage » (BLU). Initialement équipés de lampes fluorescentes à cathode froide (CCFL), les rétroéclairages ont été remplacés par des LED après 2008.
• Couche polarisante : La lumière traversant un filtre polarisant vertical ne laisse passer que les ondes lumineuses orientées verticalement. Lorsque cette lumière rencontre un filtre polarisant horizontal, aucune lumière ne passe à travers, car il n'y a pas de composantes orientées horizontalement. Ainsi, deux polariseurs perpendiculaires bloquent complètement la lumière.
• Couche de cristaux liquides (LC) : Cette couche se trouve entre les électrodes connectées aux circuits positifs et négatifs.
• Sans tension : La lumière traversant le premier polariseur est tournée de 90 degrés par les molécules LC. Elle s'aligne horizontalement et traverse le second polariseur.
• Avec tension : Les molécules LC s'alignent en fonction de la tension appliquée, contrôlant ainsi la rotation de la lumière. La quantité de lumière traversant le second polariseur varie, contrôlant ainsi la luminosité du pixel.
• Couche de filtre de couleur : La lumière sortant de la couche LC est monochrome (nuances de gris). Un ensemble de filtres colorés (CFA) est ajouté, composé de filtres de sous-pixels rouge (R), vert (V) et bleu (B). En contrôlant la luminosité de la lumière traversant chaque sous-pixel R, V et B, il est possible de mélanger différentes couleurs.

Mini-LED dans le rétroéclairage LCD Application

L'application Mini-LED pour le rétroéclairage LCD consiste à remplacer les LED traditionnelles à éclairage latéral ou à éclairage direct de plus grande taille par des matrices denses de perles Mini-LED. Grâce à leur taille nettement plus petite (diamètre d'environ 50 à 200 μm), la couche de rétroéclairage LCD peut en intégrer un plus grand nombre.

• Luminosité globale de l'écran plus élevée.
• Répartition de la luminosité plus uniforme.

La possibilité de diviser le rétroéclairage en de nombreuses zones de gradation locale (LDZ) contrôlables indépendamment.

Lors de l'affichage d'un segment d'image noir, la zone Mini-LED correspondante peut être complètement désactivée. Cela permet aux écrans LCD d'obtenir des noirs beaucoup plus profonds et des taux de contraste nettement plus élevés. Le nombre et la précision accrus des zones Mini-LED améliorent considérablement le contraste local et la plage dynamique. Ainsi, les écrans LCD atteignent une qualité d'affichage proche de celle des écrans OLED.

Au cours de l'évolution des écrans LCD, des avancées telles que les mélanges LC à très faible viscosité et les matériaux LC à phase bleue ont été intégrés pour améliorer les temps de réponse. La technologie Mini-LED complète cette évolution en améliorant la structure du rétroéclairage pour un contraste considérablement amélioré.

Technologie Mini-LED et OLED

Les premières lampes LED étant de grande taille, le nombre de lampes pouvant être installées par unité de surface comme matériaux d'affichage était faible, ce qui entraînait une mauvaise clarté. Les fabricants ont donc commencé à étudier les micro-LED, la première orientation étant l'OLED.

2) Principe de la technologie OLED

L'OLED est une technologie d'affichage auto-émissif. Sa structure diffère sensiblement de celle de l'écran LCD par la suppression de la couche LC, de la couche de filtre couleur pour certains modèles et de la couche de rétroéclairage séparée. À la place, des matériaux organiques électroluminescents sont intercalés entre une cathode et une anode.

Principe d'affichage : 

Lorsqu'une tension est appliquée, des électrons sont injectés depuis la cathode et des trous (porteurs de charge positive) depuis l'anode dans les couches organiques. Ces électrons et trous se rencontrent dans la couche émissive, se recombinent et libèrent de l'énergie sous forme de photons. Différents matériaux organiques émettent des couleurs spécifiques (R, V, B).

Chaque pixel OLED émettant sa propre lumière, il n'est pas nécessaire de le rétroéclairage séparément. Chaque pixel peut être complètement éteint pour afficher un noir parfait, ce qui, théoriquement, confère à l'OLED un rapport de contraste statique infini. La luminosité et la couleur de chaque pixel sont réglables indépendamment.

Désavantages: 

Les matériaux organiques ont une durée de vie limitée et sont sujets à la dégradation (vieillissement). Les matériaux R, V et B se dégradent à des rythmes différents. Si un pixel affiche une image lumineuse statique pendant des périodes prolongées, le matériau du sous-pixel concerné se dégrade plus rapidement, entraînant une perte de luminosité permanente dans cette zone. Cela se manifeste par une rémanence d'image visible ou une couleur inégale, communément appelée « burn-in ».

3) Principe d'affichage direct Mini-LED

Pour limiter le burn-in des OLED, les fabricants de LED ont développé des technologies comme le W-OLED, qui utilise des OLED blanches et des filtres couleur, et le QD-OLED, qui utilise des OLED bleues et des convertisseurs à points quantiques. Cependant, ces technologies reposent encore essentiellement sur des matériaux organiques et sont confrontées à des limitations inhérentes en termes de vieillissement et de durée de vie.

La solution ultime nécessite de passer à des matériaux inorganiques, ce qui conduit aux technologies d'affichage LED de nouvelle génération : Mini-LED et Micro-LED à émission directe.

Il s’agit de fabriquer des diodes LED inorganiques extrêmement petites, puis de les transférer et de les coller sur un substrat d’affichage.

Cette technologie hérite de tous les avantages de l'OLED, tels que :

• auto-émissif
•  noirs parfaits
• contraste élevé
•  grands angles de vision
• réponse rapide

Tout en éliminant le burn-in et en offrant une durée de vie potentiellement plus longue et une luminosité accrue. Si les LED peuvent être fabriquées à l'échelle microscopique (micro-LED < 50 μm), le défi réside dans le transfert et l'interconnexion précis de millions, voire de milliards de ces LED microscopiques sur le circuit de commande. Il s'agit d'un procédé appelé technologie de transfert de masse. Le coût élevé et la complexité du transfert de masse empêchent actuellement la commercialisation à grande échelle des micro-LED.

L'affichage direct Mini-LED présente des défis en raison de la taille plus importante de sa puce (50-200 μm) et des limitations de son packaging. Le pas de pixel le plus petit possible est actuellement d'environ 0.5 mm. Pour créer un écran 4K avec ce pas, il faut une taille supérieure à 85 pouces. De plus, le nombre considérable de LED nécessaires pour la 24K est d'environ 4 millions.

Résumé de l'état d'avancement de la demande de technologie Mini-LED

La micro-LED représente le summum du potentiel technologique en matière d'affichage, mais les obstacles au transfert de masse empêchent la production commerciale de masse. La mini-LED est une technologie de transition pratique.

Pour les applications d'affichage direct, le pas minimal des Mini-LED est de 0.5 mm. Par conséquent, elles ne conviennent pas aux écrans d'appareils électroniques grand public tels que les téléphones, les ordinateurs portables et les téléviseurs. Bien qu'elles soient potentiellement adaptées aux grands écrans commerciaux extérieurs, leur coût de fabrication élevé a également freiné leur adoption généralisée.

Par conséquent, la Mini-LED trouve actuellement son application principale et la plus réussie dans l'amélioration du rétroéclairage des écrans LCD. Ce procédé s'appuie sur des lignes de production LCD matures et offre des améliorations significatives de la qualité d'image à un coût inférieur à celui de l'OLED ou de la Mini-LED directe.

En affichage direct, il est principalement utilisé pour les grands écrans publicitaires extérieurs. Selon TrendForce, le rétroéclairage Mini-LED est la principale tendance d'application actuelle, avec une croissance annuelle composée (TCAC) de 164 % prévue entre 2020 et 2025.

À mesure que la technologie LED mûrit, Doitvision a développé une gamme croissante d'écrans LED à pas fin, tels que nos écrans LED COB, pour les applications publicitaires commerciales.

Recommandations pour les appliques murales LED COB Doitvision

Les écrans LED COB de Doitvision sont un excellent choix pour les murs d'images haute résolution. Nous proposons des pas de pixel de P0.7 à P1.8, compatibles avec les résolutions 2K, 4K et 8K.

Qualité visuelle supérieure

De 0.62 mm à 1.87 mm, notre écran COB offre une densité de pixels plus élevée. Il permet aux utilisateurs de se rapprocher de l'écran sans remarquer les pixels individuels.

Niveaux de gris et contraste exceptionnels

Avec un rapport de contraste des couleurs remarquable allant jusqu'à 10,000 1:XNUMX, ces écrans offrent des images éclatantes et réalistes. Le revêtement noir garantit une surface antireflet et une uniformité des noirs exceptionnelle, même en basse lumière.

Format d'image 16:9 pour une compatibilité universelle

Avec un format d'image 16:9, il est la norme pour les appareils modernes tels que les téléviseurs, les écrans d'ordinateur, les appareils mobiles et les caméscopes numériques. Ce format prend en charge les résolutions 1080p (2K), 2160p (4K) et 4320p (8K).

Technologie Flip Chip écoénergétique

Associé à une conception de circuit de cathode commune, il peut améliorer les performances d'affichage tout en réduisant la consommation d'énergie jusqu'à 40 %.

Calibrage précis des couleurs

La technologie d'étalonnage des couleurs assure un rendu des couleurs homogène sur tous les modules LED. Elle permet d'éliminer les problèmes tels que le moiré et de maintenir une température de couleur uniforme et des tons blancs équilibrés.

Conception à montage mural direct avec entretien frontal complet

Ce panneau est entièrement réglable par l'avant et équipé de modules LED magnétiques. Le cadre du panneau peut être fixé directement sur un mur ou du contreplaqué à l'aide de vis. Les barres de cadre fournies assurent un positionnement précis et une installation facile.

Spécifications techniques

• Options de pas de pixel : 0.62 mm, 0.78 mm, 0.93 mm, 1.25 mm, 1.5 mm, 1.87 mm
• Pack LED : COB pour tous les modèles
• Rapport de contraste : jusqu'à 10,000 1:XNUMX pour des visuels éclatants
• Format d'image : 16:9, compatible avec les résolutions 2K, 4K et 8K
• Maintenance : 100% service avant avec modules magnétiques
• Économies d'énergie : jusqu'à 40 % grâce à la technologie flip chip
• Installation : Montage mural direct avec barres de cadre incluses

Conclusion:

Nous avons présenté les différents principes et développements d'affichage. En tant que fabricant professionnel d'écrans LED, si vous avez besoin d'écrans LED HD à des fins commerciales, n'hésitez pas à nous contacter.