我们先来看看显示技术的分类。其实在行业中,出于不同的目的,显示技术分类的标准并不相同,常常容易造成一些概念上的混乱。例如,常常有人问:LTPS和OLED显示屏谁更好?这就是没有理解显示技术分类的标准。
大概总结起来,显示技术分类的标准有:①像素本身是否发光;②驱动背板技术;③显示的形态;
首先看按照像素本身是否发光的区分,这里我暂用“显示技术”来表示,也许未必贴切。
LCD显示器的像素所发出的光,其实是液晶盒背面的背光所发出,可以把背光看成一个面光源,没有办法做到像素级别的开关控制。而像素可以看做是由TFT开关和液晶盒一起构成的光的开关,通过控制液晶的偏转来控制每个像素的透光率。
E-Paper的光源一般为自然光,E-Paper本身有多种类型,但相同的是像素可以通过开关来控制对自然光的反射率,从而实现不同灰度的显示。
再来看看按照驱动背板技术的分类,驱动像素开关分为被动驱动和主动驱动,目前的主流是主动驱动阵列背板,其特征是每一个子像素都有至少一个薄膜晶体管来单独控制。
按照驱动TFT的有源层所采用的材质来可以区分不同的背板技术,分为晶体硅、有机半导体、非晶硅、低温多晶硅和IGZO。而目前比较火的LTPO是综合利用了LTPS和IGZO来制作驱动电路的技术,这在之前的文章中也有过介绍。
按照显示形态分类,如下图所示目前的显示屏大致可以分为刚性屏和柔性屏。对于柔性屏来说,又可以分为可弯曲、可折叠和可卷绕这样的类型。
上面说了三种不同区分的方法,这三种方法其实是从三个维度来说明显示器的特点,如果总结一下可以写成下面这样的表格形式。
而对于实际的显示屏,如果按照不同功能模组来区分,可以总结成如下的表格。从下到上依次是基底、背板技术、显示技术和触控技术。在平板显示工厂中,不同的模组对应着不同的生产部门。
目前刚性屏一般采用的是玻璃基板,我们常常听到的平板工厂几代线就是按照基板的尺寸来确定的。下图为玻璃基板尺寸的演化,可以看到从1代线到10.5代线,玻璃基板的尺寸已经相当大了。高世代线并不意味着显示技术更先进。但工程上的难度一般会大大增加。
而柔性基底一般是在玻璃上涂布PI膜后,在进行接下来的背板和显示工序,最后通过LLO将PI膜从玻璃上剥离下来。如下为柔性OLED屏的结构,红色框中的就是PI膜。
柔性屏有不同的形态,一般是根据“柔”的程度来划分的,分为可弯曲、可折叠和可卷曲屏三类。如下给出了不同划分的屏的示意图。
驱动技术的分类按照不同TFT总结于下表中,不同的技术有不同优点和缺点,但是要想驱动OLED显示,目前主流的是LTPS和IGZO。对于近眼显示等小尺寸高PPI的应用,是采用晶体硅来驱动OLED。
如下为a-Si TFT的结构,目前a-Si技术主要应用于LCD屏的制造,a-Si技术成熟度高,价格低廉,采用半曝光技术的话只需要四道Mask,因此依然有广阔的市场。特别是Mini LED背光技术的开发,给a-Si技术带来了新的机会。
如下为LTPS TFT的结构图,低温多晶硅是采用准分子激光退火工艺,将非晶硅转化为多晶硅,从而提高TFT的驱动能力。目前小尺寸OLED和高阶LCD一般会采用LTPS技术。
如下为IGZO TFT的结构图,IGZO的电子迁移速率要大于非晶硅薄膜,可以用于OLED的驱动。并且IGZO采用PVD可以实现大面积成膜,因此成本较低。目前大尺寸的AMOLED屏都是采用IGZO TFT技术。基于IGZO技术的LCD屏,也具有更好的显示品质。
如下为LTPO TFT的结构图,这个图和实际量产品可能有所差异,不过说明一下原理还是绰绰有余。LTPS是结合了LTPS技术和IGZO技术的一种混合技术,即利用了LTPS TFT的优秀驱动能力,又利用了IGZO TFT的低关态漏流,因此可以实现低刷新显示和更加省电的特性。
在LCD工厂中,生产制造相关部门大概可以按照下图这样组合,Array主要生产驱动背板,CF生产彩膜基板,TP生产触控屏。而Cell是将Array背板和CF背板组合,并在其中加入液晶分子。模组是将显示器的其它部件装上,例如背光和FPC等等。
而在AMOLED工厂,生产制造相关部门大概可以按照下图这样组合,与LCD厂不同的是需要专门的OLED部门,这个部门主要的工作就是实现OLED器件的制造和完成最后的封装。
液晶显示技术的原理可以用下图来说明,可以看出,在不同的电压下,液晶分子的偏转不同,从而可以控制透过的光强。
根据液晶偏转的方式,液晶显示中也分成不同的模式,如下图所示有TN,VA和IPS等。而FFS大致可以看做IPS的一个分支。
目前的MiniLED技术其实是液晶显示的一个分支技术,主要是将背光变成了可以分区控制的Mini LED,这样可以通过对MiniLED发光强度的调制,来实现一些高动态对比度的画面。
和MiniLED相似的还有一个被称为双液晶盒(dual cell)技术,这个技术是通过额外增加一个解析度较低的液晶盒来实现调光,但这个技术可能会让液晶屏的总体亮度降低,而且由于背光不能被分区调制,因此功耗可能会增加。
OLED显示技术目前主要有三个方向,大尺寸的OLED屏采用的是串联白光加CF的方式,用IGZO TFT驱动。而小尺寸一般是LTPS驱动,采用FMM蒸镀来实现彩色化。近眼显示一般是硅基驱动,主流是采用白光加CF的方式。
目前,OLED技术中所采用的去偏光技术,可以见如下的示意图,是通过在TFE后再沉积彩膜,这样就可以在没有偏光片的情况下实现高的对比度。这个技术在之前的文章说过多次,感兴趣的可以去看看。
目前Micro LED技术进展如火如荼,是显示技术的一个焦点。Micro LED是采用更小尺寸的LED作为像素发光,这种技术被称为终极显示技术,在之前的文章中也写过不少,这里就不多介绍了。
如果把显示器按照尺寸大小划分的话,下图三个圈代表了三个不同的尺寸。不同尺寸所采用的显示技术都有所差异,可以见下图的区分,也不再详细说明。
好了,今天就这汤了,如果不好喝,请一碗敬朝霞,一碗敬月光。
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原文始发于微信公众号(显示工程师):显示技术概说——吃着火锅唱着歌
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