Технологии производства светодиодных LED экранов: Micro-LED vs. Mini-LED
Изначально стояла задача разобраться, что из себя представляет Micro LED, а также Mini LED в области светодиодных экранов для внутреннего исполнения. Потому что на этом рынке происходит путаница из-за применения слов «micro, mini, nano» для экранов, созданных с использованием разных технологий. Заказчики в свою очередь бездумно повторяют эти пресловутые «микро», «мини» и «нано» в гонке за самым «крутым» экраном, не понимая, что эти приставки не более чем маркетинговый ход.
Прогресс на то и прогресс, чтобы идти семимильными шагами. Экран должен быть ярче, цвета насыщенней, меньше потреблять, меньше греться и так далее — ученые и инженеры трудятся над улучшением сильных технических особенностей — в каждой технической детали.
А где прогресс, там и маркетинг, который использует всевозможные маркетинговые инструменты для рекламы того, в чем маркетологи не смыслят. Важна узнаваемость на рынке, продажи, а технологии — это дело второе.
Светодиодные экраны
Их разделяют на внутренние и внешние экраны. Для стационарной установки и арендной. Всё новые технологии позволяют усовершенствовать технические особенности светодиодных экранов в части питания, креплений, новых плат, а также шага и размера самого светодиода или по-другому — пикселя.
Шаг пикселя или питч — расстояние в миллиметрах между двумя соседними центрами светодиодов. Каждый год случается эдакий технологический мини-прорыв, когда та или иная компания представляет рекордно меньший шаг пикселя. Сокращая расстояние — уменьшают и размеры самого светодиода.
Технологии производства светодиодов
DIP — The Direct In-line Package. Данную технологию используют для внешних экранов, где для каждого цвета используют отдельный светодиод. Шаг пикселя больше или равен 6 мм.
SMD — Surface Mounted Device. Данный вид технологии »3 в 1» — условно технология производства светодиодных экранов. Применяется для внутренних экранов и для внешних, — светодиод, в корпусе которого уже установлено три RGB светодиода с определенным шагом.
DIP технология разделения цвета на три разных корпуса позволяет получать высокую насыщенность цвета и обеспечивает простоту монтажа. С другой стороны, в SMD 3 in 1 общие цвета, за счет использования RGB в одном корпусе, получаются более равномерными. Это стандартная технология, используемая в высококачественных светодиодных экранах. Технологию поверхностного монтажа также применяют и для наружных экранов.
COB — Chip-On-Board. Данную технологию применяют для внутренних экранов, путем выращивания светодиода, также состоящего из светодиодов трех цветов, расположенных непосредственно на плате.
SMD 3 in 1
Практически все экраны для внутренней установки используют технологию поверхностного монтажа. Для создания светодиодных экранов требуется, чтобы каждый светодиод, он же пиксель, мог излучать красный, синий, зеленый цвета — поэтому в каждом маленьком LED находится 3xLED, соответственно и технология называется SMD 3in1.
Простая и отработанная технология. Сначала выращивают кристаллы на сапфировых подложках, далее создают светодиоды. После — производители светодиодных стен приобретают светодиоды и посредством технологии SMD создают светодиодные модули, из которых собирают видеостены.
Процесс отработанный, прост как в монтаже, так и в обслуживании — то есть не работающий светодиод убирается и припаивается новый. Есть нюансы, что не все светодиоды светят одинаково, поэтому при покупке экрана приобретаются светодиоды той же партии. Также есть различия по металлу, используемому в проводниках — если золото, то качество выше, собственно, как и стоимость самих светодиодов и готового экрана. При вводе в эксплуатацию разницы никакой, лишь через период времени можно увидеть отличия.
Так как светодиоды припаяны к плате — то при качественной уборке помещений, при протирании экрана тряпкой, маленькие светодиоды отрываются от своих посадочных мест. И через некоторое время — картинка становится не такой приятной глазу. Однако это уже проблемы эксплуатации — можно ведь и ограничить круг лиц, имеющих доступ к экрану.
Проблемы начались после того, как компании перешли границу расстояний между светодиодами меньше 1 мм. Так как помимо расстояния уменьшается и светодиод, то во-первых — увеличилась сложность пайки, во-вторых — сами светодиоды стали плохо держаться на своих посадочных местах.
Поэтому придумали собирать каждый SMD 3in1 светодиод в группу по 4 светодиода и дальше припаивать группами.
IMD 4 in 1
IMD — Integrated Mounted Device. Технология поверхностного монтажа IMD 4in1 представляет не один светодиод SMD 3in1, а 4 таких светодиода в одной группе. После, за счет увеличенной площадки, группы припаиваются на основное посадочное место. Сейчас на рынке в основном представлены группы 4in1, однако в скором времени ожидается появление 9in1 и 16in1.
При этом шаги пикселей стали меньше, сами светодиоды также стали меньше, а простота монтажа осталась. На сегодняшний день существуют прототипы экранов с шагом 0,5 мм и 0,6 мм, выполненных по этой технологии. Они были представлены на выставке ISE2020.
Также для защиты светодиодов при таких шагах пикселей используют технологии GOB и AOB для заливки как светодиодов полностью, так и только «ножек».
COB — Chip-on-board
На картинке слева приведен пример: слева — светодиодный экран по технологии COB, где каждый пиксель не имеет корпуса, справа — по технологии IMD4in1.
Альтернативная технология создания кристаллов и светодиодов — выращивание их непосредственно на самой плате. Технология известна давно, но широкое распространение стала получать недавно — для монтажа светодиодов на плате с очень маленькими шагами пикселей.
Чип состоит также их трех светодиодов RGB. По технологии, кристалл может быть перевернут, пайка не требуется, так как кристалл выращен на плате. Соответственно, в будущем производители планируют совсем отказаться от пайки для маленького шага пикселя, убрав существующие недостатки SMD технологии.
После выращивания светодиодов — производители светодиодных экранов, применяющие данную технологию — заливают модули или кабинеты со светодиодами специальным оптически прозрачным компаундом или гелем для защиты светодиодов.
Экран становится гладким, похожим на экран ЖК-панелей. Из сразу вытекающих плюсов — появляется защита светодиодного полотна от механических повреждений, например, при уборке. Ясное дело — что компаунд не обеспечивает защиту от механических воздействий.
По сравнению с обычной технологией SMD поверхностного монтажа, COB позволяет увеличить плотность размещения светодиодов на одной и той же площади. Как следствие — достигается еще большая однородность пикселизации для пользователя.
Каждый этап развития технологий пытается устранить недостатки предыдущих. Например, COB технология разработана, чтобы, с одной стороны, защитить светодиоды от повреждений, особенно когда речь идет об очень маленьких светодиодах, упростить способ компоновки сверх-маленьких светодиодов на плате, дополнительно уменьшить тепловыделение и энергопотребление, но первостепенно — это возможность применения маленьких пикселей без проблем пайки.
По сравнению с технологией DIP и SMD, светодиодные экраны по технологии COB имеют существенные преимущества.
- Меньшая глубина. За счет возможности применения платы меньшей толщины производители могут уменьшить толщину общего конструктива. Соответственно, уменьшится и общий вес экрана. Выигрыш в толщине конструктива, возможность не усиливать некоторые виды стен, а также конечная стоимость.
- Увеличенный угол обзора. Экран на основе SMD технологии создается путем установки трех светодиодов внутри корпуса, таким образом размещая RGB светодиоды в небольшой выемке. Плюс, добавляются сложности при замене светодиодов, при их новой установке, а также неровности маски и другие факторы. В итоге угол обзора уменьшается и становится неодинаковым.
DIP имеет угол обзора 100–110 градусов;
SMD — 120–140 градусов;
COB — больше 170 градусов.
*Хотя на практике производители, применяющие COB, не заявляют больше 160 градусов.
С другой стороны, технология SMD достигла также больших углов просмотра. - Возможность изгиба. Изогнутая форма печатной платы не повреждает светодиодные чипы COB, в то время как при использовании SMD технологии и изгибе печатной платы имеются существенные ограничения по углу изгиба.
- Лучшие тепловые характеристики, меньшая потребляемая мощность при тех же показателях яркости, повышенная контрастность и минимальное время отклика.
- Увеличена защита самих светодиодов за счет заливки корпуса специальным составом, что влияет на срок службы светодиодов. Однако с другой стороны, нет возможности ремонтопригодности в ближайшем обозримом будущем.
Micro-LED & COB
Если дословно — то микро светодиод. Выражение, которое применяется там, где размеры светодиодов меньше миллиметра. Говоря про светодиодную сферу — это технология Chip-on-Board. Получается, что это классный маркетинговый ход — классно ведь звучит, микро светодиод.
Теперь факты — кто и что называет микро-светодиодами. Технологию IMD 4in1 и COB — разные компании-производители называют Micro-LED.
Например, из тех компаний, которые мне известны, Leyard Planar на выставке ISE 2020 представил прекрасный экран с шагом 0,6 мм по технологии SMD 4in1. Эту технологию они называют microLED.
Компания Sony уже c 2012 года представляет экраны на основе COB технологии, которую называют CLEDIS — Crystal LED Integrated Structure или коротко Crystal LED. Самый большой экран с шагом 1,25 мм и размерами 19,2×5,4 метра и разрешением 16К (15360×4320) остается лидером на сегодняшний день. Sony называет технологию Crystal LED — microLED.
Samsung уже несколько лет подряд представляет топовый экран The Wall с шагом 0,84 мм, построенный на базе COB технологии (flip-chip RGB LED), также называется microLED.
Компания Unilumin на той же выставке представила кусок экрана с шагом 0,5 мм по технологии IMD4in1. Правда, их называют не микро-ледами, вместо этого появляется приставка «нано».
Компания Konka выпустила светодиодное полотно по технологии microLED с максимальной диагональю 236».
В отличие от вышеперечисленных компаний, китайский производитель Absen в прошлом году, на выставке InfoComm China 2019, применяя технологию 4in1, назвал ее mini-LED (вернемся к этой технологии позже). Шаг пикселя составлял 0,9 мм. Стратегически классное решение, субъективно, — потому что это разделяет технологию 4in1 и COB. Но это лишь не прижившийся маркетинг. Представители компании открыто заявляли, что это рекламный ход.
Micro-LED & OLED
Эмиссия или «самоизлучение» — единственное, что объединяет эти технологии. Похожи! Однако полностью различны в технологии производства. 
Micro LED — технология создания светодиодных полотен, а значит, построения видеостен без ограничения диагонали и возможностью собирать нестандартные формы экрана. Лидером всегда была компания Sony со своим экраном с размерами 63×17 футов, что в пересчете получается 783». За ним идет Samsung с представленным на сегодня 292», а также заявленным 583» экраном. В то время, как OLED технология на сегодняшний день имеет максимальную диагональ 88».
С другой стороны, технология micro LED не достигла тех возможностей, которые может показать OLED. Например, подойдя достаточно близко к видеостене человек может различить отдельные пикселя, из-за недостаточно близкого/маленького расстояния между отдельными светодиодами. Отчего экран не будет выглядеть таким же равномерным, как это достигается с технологией OLED.
Стоит отметить, что Samsung для захвата рынка ТВ сосредоточила силы на разработке 75» экрана на основе micro LED, правда нет никакой информации о технических составляющих. О продаже речи также нет.
Другими словами, пиксели OLED и micro LED имеют разный размер для разных диагоналей экранов. Возможно, в будущем технология micro LED позволит компоновать пиксели ближе друг к другу, создавая конкуренцию OLED. На сегодняшний день, 75» OLED экран будет иметь разрешение гораздо выше, чем экран той же диагонали по технологии micro LED.
Вероятно, забегая сильно вперед, можно предположить, что, когда Samsung начнет применять «Micro Quantum Dot LED» — технологию с квантовыми точками вместо обычных светодиодов, технологии создания видеостен произведут переворот по части плотности размещения пикселей.
Mini-LED & QLED
На самом деле, существует технология mini LED. И это не IMD 4in1, это уменьшенные светодиоды для обеспечения подсветки LCD панелей.
Присутствует утверждение, что это некая переходная технология между LCD и Micro LED — однако мне сложно судить, ведь технологии создания совершенно различные.
Для того чтобы ответить на вопрос «зачем» — необходимо понимать разницу, что технология OLED и QLED имеют различие в части того, что OLED расшифровывается как органический светоизлучающий диод, который не требует светодиодной подсветки, как это реализовано в технологии LCD и QLED панелей. QLED, хоть и применяет квантовый светодиод или по-другому наночастицы, называемые квантовыми точками, — требует подсветки.
Компания TCL в конце 2019 года начала продажу первых телевизоров QLED с мини-светодиодной подсветкой. Это значит, что для LED подсветки используются крошечные светодиоды, которых можно разместить не сотни, а десятки тысяч. Получаем контроль над большим количеством точек. Соответственно, для достижения черного цвета часть светодиодов отключается, и глубокий черный цвет реализуется посредством простой технологии, стоимость которой, при постоянном развитии технологии, должна быть гораздо ниже, чем OLED панели.
Результат
Подводя итоги, получаем, что светодиодные экраны, в которых используют, так называемую технологию micro LED — не является или не всегда является таковой. Технология micro LED применима именно к размеру светодиода, а не к шагу пикселя (pixel pitch). То есть другими словами — технология изготовления светодиодного экрана с шагом пикселя 0,9 мм, но с используемым светодиодом физического размера меньше 50μm — будет называться micro LED.
Производители крайне редко указывают размеры самого светодиода — потому достаточно сложно определить, относятся ли используемые светодиоды к технологии microLED или нет.
