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高保真MiniLED和MicroLED显示器论文研究

MicroLED.cn 技术文章 2021-02-25 13:21:28 17111 0 | 文章出自:proquest MiniLED

一、导言

一个世纪以来,显示技术取得了巨大的进步。 在20世纪20年代,笨重的阴极射线管(CRT)显示器打开了显示市场。 自2000年代以来,高图像质量和高可靠性的非发射液晶显示器(LCD)成为主流[1-6]。 后来,新的功能,如更薄和灵活的轮廓是可取的。 在过去的十年中,发射有机发光二极管(OLED)显示器迅速发展,特别是在移动设备和电视中,由于厚度小、自由形式因子和特殊的黑暗状态[7-13]的优点而脱颖而出]。 然而,一些关键问题,如烧伤和寿命仍有待改进[14-16]。 最近,新兴的微LED(μLED)[17-20]和微型LED(MLED)[19,21]技术由于具有响应时间快、动态范围大、功耗低、寿命长、自由形式因子等优点而受到越来越多的关注。 μLED和mLED都可以用作发射显示器,其中每个LED芯片作为亚像素。 同时,mLED也可以在LCD的背光单元中进行二维阵列,以实现局部调光功能。 

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第一个研究是运动模糊,它是由运动图像响应时间[22,23]提出的。 运动模糊是在显示中的快速移动物体上观察到的图像持久性。 如图1-1所示,当图1-1(a)中的对象在屏幕上高速移动时,观众可能会注意到一个模糊的配置文件,如图1-1(B)所示。 图像持久性来自慢像素响应时间和图像更新延迟;前者反映每个像素的切换速度,后者由发射模式决定。 在mLED/μLED发射显示器中,LED响应时间可以忽略不计,因此可以通过增加帧速率或采用低负载比同时发射模式来减轻运动模糊。 在mLED-LCD中,由于三倍的原因,上述两种方法的应用受到限制:1)高分辨率和大尺寸的面板需要相对较长的数据输入时间,因此不首选高帧率。 2)高占空比有助于保持高亮度,防止LED在低效率区域工作。 3)慢液晶(LC)响应时间可以使发射模式创新的努力白费。 为了减轻高分辨率、大尺寸和高亮度mLEDLCD中的运动模糊,我们在第二章中提出并验证了一种图像校正的分段渐进发射模式,并在第三章和第四章中报告了新的亚毫秒LC材料。

高保真MiniLED和MicroLED显示器论文研究  第1张

图1-1运动模糊的图解。 (a)所显示物体的原始轮廓。 (b)当物体以高速显示移动时,可感知模糊轮廓。 高动态范围显示需要高峰值亮度,不妥协的黑色状态和高对比度[24-26]。 我们的第二项研究是对比率。 虽然发射显示器本质上表现>1000,000:1对比度,对于液晶显示器,它限制在1000:1~5000:1.迷你2LED背光单元可以通过局部调光来提高LCD的对比度[21,27-30]。 背光被分割成区域结构;每个区域包含几个mLED芯片来控制面板亮度,每个区域可以独立打开和关闭。 然而,局部调光LCD容易受到光晕效应的影响。 例如,图1-2(A)显示了目标图像内容,但本地调光LCD上显示的图像可以像图1-2(B)。 在明亮的物体周围,我们可以看到严重的光泄漏-所谓的光晕。 光晕效应可以通过增加LCD对比度来缓解,在每个区域使用更多的局部调光区和围光。 然而,这些解决方案也导致面板成本增加。 为了了解忠实图像再现需要多少个局部调光区和哪些光廓线,在第五章中,我们建立了一个模拟和优化mLED-LCD系统的模型。 我们证明,在mLED-LCD上,光晕效应和裁剪效应可以被抑制到一个不明显的水平,图像质量可以像发射显示器一样高。

高保真MiniLED和MicroLED显示器论文研究  第2张

第三个研究是在电力效率方面。 高功率效率是在高动态范围显示中实现高亮度的前提,防止电池时间短和热管理问题。 微型LED/微型μLED发射显示器具有较高的光学效率和较长的寿命。然而,无机mLED/μLED的外部量子效率对芯片尺寸和电流密度[20,31,32]非常敏感。 如果操作不当,大部分能量将被非辐射复合所消耗,功率效率可能相当低。 为了解决这一问题,在第六章中,我们建立了一个考虑LED物理和光学系统结构的模型,以模拟和优化mLED/μLED显示器的功率效率。 该模型与实验测量结果吻合较好。然而,我们关心实际的应用场景。 与OLED显示器类似,mLED/μLED发射显示器容易受到环境反射的影响,这降低了感知的环境对比度(ACR)[33]。 我们第四项研究的重点-ACR由三个因素决定:环境照度、显示峰值亮度和面板的发光反射率。 增加显示亮度有助于增强ACR,这可以通过第6章中讨论的方法来实现。 此外,在第七章中,我们研究了发光反射率随光学结构的变化。 考虑到功率效率和发光反射率,我们定义了一个矩阵图,系统地优化了mLED/μLED发射显示器的结构,并建议系统配置以提供最高的ACR。



                              论文目录

第1章介绍 ..........................................................................................1

第二章运动模糊抑制 ........................................................................5

2.1介绍 ................................................................................................5

2.2图像持久性时间 ............................................................................6

2.2.1持续进步的排放  ........................................................................6

2.2.2同时发射 .......................................................................................9

2.2.3分段累进发射  ............................................................................10

2.3子帧图像内容修正方法  .................................................................11

2.3.1操作原则 .........................................................................................11

2.3.2主观实验验证 ............................................................................13

2.4结论  .....................................................................................................17

第三章亚毫秒响应蓝相液晶..........18

3.1介绍 ........................................................................................................18

3.2材料特性 .................................................................................................19

3.2.1 Gray-to-gray响应时间 ..................................................................22

3.2.2波长和频率的影响 ..........................................................................23

3.2.3对高介电常数BPLCs充电问题 ................................................25

3.3设备性能 .................................................................................................27

3.3.1突出电极低驱动电压  ..........................................................28

3.3.2伸出PSBP-08在电极的性能  .................................................29

3.4结论  .........................................................................................................31

第四章亚微秒级向列液晶  ..................................32

4.1介绍 ..........................................................................................................32

4.2材料特性 .................................................................................................33

4.2.1双折射准备 ...........................................................................................34

4.2.2粘弹性系数 ..........................................................................................36

4.2.3耐光性  ..................................................................................................37

4.3 - 2π在homogeneous-aligned细胞相位调制  ...............................38

4.3.1电压依赖的相变(V -Φ)曲线 ......................................................38

4.3.2响应时间  ...............................................................................................39

4.3.3全彩phase-only SLM设备新的驱动方法  ................................42

4.4调幅90°MTN细胞 ................................................................45

4.1.1电压依赖的透光率(V-T)曲线 ........................................................45

10/24/11响应时间  ..........................................................................................45

4.5结论  ..............................................................................................................46

第五章高对比度  ...............................................................................47

5.1介绍 ...................................................................................................................47

5.2设备建模 ...........................................................................................................50

5.2.1 mini-LED背光液晶显示系统的建模  .....................................................50

5.2.2显示性能评价指标  .................

5.2.3知觉限制 .......................................................................................................52

5.3优化策略  .................................................................................................54

5.3.1当地暗区数量和LC对比度  ...............................................54

5.3.2 LED光扩张和当地的监禁  ..................................................55

5.4结论  ....................................................................................................................60

第六章高功率效率 ............................................................................61

6.1介绍 ...................................................................................................................61

6.2功率效率模型  ................................................................................................63

6.2.1单色LED功效  .........................................................................63

6.2.2全彩设备功效  ............................................................................64

6.2.3 RGB-chip发射显示 ...................................................................................65

6.2.4颜色转换发射显示器 ........................................................................67

6.2.5 Mini-LED背光液晶显示器 ......................................................................70

6.3增强策略 .................................................................................................72

6.3.1适当的系统配置  ...................................................................................72

再小的孔径比 .................................................................................................74

6.3.3脉冲宽度调制 ...........................................................................................75

6.4结论  ....................................................................................................................77

第七章环境对比度高  ............................................................78

7.1介绍 ...................................................................................................................78

7.2光反射率 ....................................................................................................79

7.3优化策略 ....................................................................................................83

7.4结论  ....................................................................................................................86

第八章结论  ...................................................................................................87

附录:学生出版物 .................................................................................91

参考文献96


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高保真MiniLED和MicroLED显示器论文研究  第3张High-fidelity Mini-LED and Micro-LED Displays.pdf



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