從歷史上看，LED的芯片尺寸一直都很大。第一個(gè)LED顯示屏使用了獨(dú)立的紅色，綠色和藍(lán)色LED芯片。每個(gè)LED芯片都封裝在具有電氣連接和光學(xué)元件的獨(dú)立外殼中。這個(gè)LED的尺寸大小意味著像素間距不會(huì)太?。?0mm左右是一個(gè)典型值），2000年我們?cè)鴪?bào)道過(guò)Lighthouse實(shí)現(xiàn)10mm到5mm像素間距突破的消息。

如果像素間距很大而觀看距離又很近，那么所顯示的圖像質(zhì)量會(huì)很差。業(yè)內(nèi)有這樣一個(gè)經(jīng)驗(yàn)，為了保證合適的觀看效果，每毫米的像素間距至少需要1米的觀看距離。不過(guò)，我覺(jué)得每毫米的像素間距對(duì)應(yīng)1.5米觀看距離會(huì)更理想。如果你想現(xiàn)在制作一款像素間距為20毫米的LED顯示屏，那么你就需要在20米距離外觀看它。這意味著，使用這種技術(shù)的大多數(shù)顯示器都需要安裝在室外或非常大的空間內(nèi)，用于遠(yuǎn)距離觀看。

三色 LED最初看起來(lái)和普通的單個(gè)LED一樣

為了改善這一點(diǎn)，LED器件封裝商開(kāi)始采用三個(gè)獨(dú)立的LED芯片，并將它們像單個(gè)LED一樣封裝在一起，不過(guò)這種封裝可以產(chǎn)生不同的混色光。這種架構(gòu)是所有小間距LED的基礎(chǔ)，這些LED在公共場(chǎng)所使用得越來(lái)越普遍，即使從相對(duì)近的距離觀看，效果也還好。最初，它們看起來(lái)像帶有透鏡的獨(dú)立LCD，但隨后這種設(shè)計(jì)就被能夠?qū)崿F(xiàn)LED表貼在PCB上的SMD架構(gòu)所取代。

設(shè)計(jì)人員可以繼續(xù)使LED封裝越來(lái)越小，以進(jìn)一步縮小成品顯示器的像素間距。目前，基于這種新架構(gòu)LED的顯示器的像素間距大約只有0.9毫米。

億光（Everlight）于2016年在Electronica上展示的SMD顯示芯片。圖片：Meko

由于需要散熱，基于這種尺寸LED的顯示器設(shè)計(jì)變得棘手，它的亮度比大多數(shù)的LED顯示器低得多。不過(guò)也有特殊情況，比如像Silicon Core（美國(guó)硅芯片技術(shù)公司）這樣的供應(yīng)商就通過(guò)不同架構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方法的使用，在同樣的LED尺寸下，就比其他供應(yīng)商做得更好，從而能夠從眾多的LED供應(yīng)商中脫穎而出。

索尼2016年通過(guò)在CinemaCon（美國(guó)電影產(chǎn)業(yè)大會(huì)）和Infocomm（美國(guó)國(guó)際視聽(tīng)展）上展示其CrystalLED技術(shù)，真正在這個(gè)市場(chǎng)中引起軒然大波。這項(xiàng)技術(shù)改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用極小的LED芯片并在其周圍設(shè)計(jì)極大的黑色區(qū)域。這比傳統(tǒng)方法可以實(shí)現(xiàn)更好的黑色水平（Black Level）。索尼將LED芯片直接安裝在電路板上，這種技術(shù)被稱為“板上芯片”（CoB，Chip on Board）技術(shù)。其他公司也一直在嘗試開(kāi)發(fā)相同概念的產(chǎn)品，不過(guò)效果參差不齊。雖然索尼已經(jīng)做得很好– 但是成本原因，這種芯片和方案還不能獲得更高的商業(yè)價(jià)值。

2016Infocomm上拍攝的索尼Crystal LED特寫(xiě)畫(huà)面：LED和黑色區(qū)域。圖片：Meco

然而，索尼在這款顯示器的設(shè)計(jì)上所做的只是為了展示LED顯示器到底有多優(yōu)秀。由于LED是自發(fā)光而且沒(méi)有速度問(wèn)題，因此視角問(wèn)題幾乎可以不考慮，而色域和壽命更是具有吸引力。所以，這是一項(xiàng)值得進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)。此外，LED是將電子轉(zhuǎn)換為光子的最有效方式之一，從保護(hù)環(huán)境的角度看也很有優(yōu)勢(shì)。

其實(shí)，索尼在2012年基于電視產(chǎn)品已經(jīng)展示了相同的概念，當(dāng)時(shí)它在CES上展示了一款55英寸全高清電視。這款產(chǎn)品看起來(lái)非常吸引人，有傳聞?wù)f它是在幾個(gè)月的時(shí)間里手工完成的！也就是說(shuō)，這款電視所使用的600多萬(wàn)顆LED是完全通過(guò)人工單獨(dú)轉(zhuǎn)移的。不過(guò)，索尼制作這款產(chǎn)品只是作為技術(shù)展示，迄今為止尚未將它商品化。

因此，就我們關(guān)心的問(wèn)題而言，索尼使用的LED實(shí)際上是micro-LED，對(duì)于許多人來(lái)說(shuō)，尺寸小于100微米的LED即為micro-LED。同樣在研究開(kāi)發(fā)LED顯示器的三星顯示器公司，顯然更愿意使用自己的理解來(lái)定義micro-LED。三星對(duì)外宣稱“The Wall”為micro-LED顯示器，盡管這些LED芯片的實(shí)際尺寸約為0.4mm x 0.125mm。

三星在CES上展示的圖像：左側(cè)是連續(xù)LED芯片的顯微圖像，右側(cè)是146英寸“The Wall”電視。圖片：Meko

三星“The Wall”顯示器用的LED芯片比索尼Crystal LED大得多。圖片：Meco

三星說(shuō)其今年在CES上展示的“The Wall”顯示器使用了micro-LED芯片，它在新聞發(fā)布會(huì)上還展示了該“micro-LED”芯片的顯微圖像，根據(jù)對(duì)角線和分辨率計(jì)算，其像素間距為0.82毫米。根據(jù)拍攝到的圖像計(jì)算，圖中的LED尺寸為410微米×124微米。它們與索尼的CystalLED所用LED像素區(qū)別很大。索尼在引述時(shí)，談到其像素面積小于0.003mm2，這意味著LED芯片的每一邊（假設(shè)該LED芯片是正方形）為54微米，這符合我們對(duì)micro-LED的定義。另一方面，三星的“The Wall”顯示器所用LED的面積約為0.051mm2，這是索尼的17倍。

盡管Mini-LED很可能直接用于小間距顯示器，但目前正在討論的應(yīng)用主要還是LCD顯示器的直下式背光。究其原因，首先LCD制造商急需要增加其相對(duì)于OLED面板，在高對(duì)比度顯示器領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，比如電視和車載應(yīng)用。在汽車行業(yè)，使用大量mini-LED來(lái)提升黑色水平，可以很好地解決汽車制造商目前面臨的兩個(gè)問(wèn)題。

高的黑色水平意味著面板可以消失在背景中，當(dāng)顯示器通電時(shí)，常見(jiàn)的顯示器矩形輪廓會(huì)變得不明顯，這在傳統(tǒng)背光情況下只可能發(fā)生在黑暗環(huán)境中。汽車設(shè)計(jì)師不喜歡矩形顯示器的輪廓。這也意味著您可以接受使用并排的兩個(gè)顯示屏來(lái)取代單個(gè)的超寬顯示屏，這可以降低成本。

OLED面板能夠?qū)崿F(xiàn)很高的黑色水平，但是將OLED面板用于車載產(chǎn)品仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。奧迪已經(jīng)在其新款e-tron SUV中安裝了OLED顯示屏來(lái)取代后視鏡，但在調(diào)整后的短時(shí)間內(nèi)，該顯示屏不能顯示動(dòng)態(tài)的圖像。另一方面，在儀表板顯示器或中央顯示器中，通常存在許多需要靜態(tài)顯示的內(nèi)容，這會(huì)加重OLED面板的圖像殘留（Image Sticking）問(wèn)題。

在電視應(yīng)用中，OLED面板具有非常吸引人的黑色水平，但它很難在高亮度工作條件下顯示同時(shí)具有高亮度和高飽和度的畫(huà)面。用于電視的大型OLED面板也只能從LG Display獲得，這讓一些電視機(jī)制造商失去議價(jià)權(quán)（對(duì)于三星同樣如此）。在CES展會(huì)上，三星在其自己的創(chuàng)新室里展示了一臺(tái)采用最新版VA LCD技術(shù)的電視（改善了視角特性），這款產(chǎn)品設(shè)計(jì)使用了具有千個(gè)分區(qū)的直下式背光。它與LG 的OLED顯示器并排展示，背光幾乎沒(méi)有光暈，峰值亮度和色彩量也確實(shí)令人印象深刻。

現(xiàn)在看，這兩種應(yīng)用都需要非常大量的mini-LED。鑒于LED是從晶圓切割的半導(dǎo)體，這意味著為了將成本保持在可接受的程度，LED芯片必須非常小。如果LED芯片太大，你根本無(wú)法在晶圓層面限制生產(chǎn)成本。據(jù)我所知，大多數(shù)LED芯片都是用4英寸晶圓制造的。根據(jù)粗略計(jì)算，如果芯片面積設(shè)計(jì)為0.5 平方毫米，4英寸的晶圓可以制造出20,000到30,000顆mini-LED。然而，如果芯片面積降到0.2平方毫米，這意味著同樣的晶圓可以制造出六到七倍數(shù)量的mini-LED。

所以，在我看來(lái)，雖然有些人認(rèn)為是0.5平方毫米是mini-LED的合理尺寸，但是我還是覺(jué)得這個(gè)尺寸太大了。對(duì)于目前正在開(kāi)發(fā)的這些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這種尺寸的mini-LED還是太貴了。IHS Markit已經(jīng)說(shuō)過(guò)，按照目前的價(jià)格，mini-LED液晶顯示器太貴了。

在此基礎(chǔ)上，我將micro-LED的尺寸定義為每邊“小于100微米”，而mini-LED的最大邊長(zhǎng)為100微米到200微米。

在調(diào)研撰寫(xiě)這篇文章時(shí)，我剛好在今年夏天Yole Développement公司Eric Virey分析師的演講報(bào)告中看到一些非常好的圖片（如下圖）。在那篇專業(yè)的博客內(nèi)容中，LED Inside使用200微米作為mini-LED的上限尺寸，而下限尺寸為50微米。Yole強(qiáng)調(diào)的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別是，雖然mini-LED可以封裝為SMD或CoB器件，但micro-LED是嚴(yán)格使用CoB架構(gòu)的，micro-LED的芯片直接連接到電路板上。

Yole關(guān)于micro-LED技術(shù)的發(fā)展介紹圖示

另一種定義方案是使用面積而不是邊長(zhǎng)作為特征參數(shù)。使用這種方式，這意味著我們對(duì)micro-LED的定義是面積小于0.01mm2，而mini-LED是從0.01平方毫米到0.04平方毫米。