TFT-LCD技術(shù)發(fā)展趨勢淺析

北京京東方顯示技術(shù)有限公司 儲小亮

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、科技的飛速進(jìn)步促使著人工智能及大數(shù)據(jù)的迅速崛起，人類逐步邁入到人工智能時代，人工智能極大影響并改變著人們的生活。作為物聯(lián)網(wǎng)終端信息入口的顯示裝置也開始向智能化方向發(fā)展，智能顯示由此產(chǎn)生。智能顯示不僅在性能方面大幅度提高，還能對人類情感狀態(tài)進(jìn)行感知，從而依據(jù)人的需求對呈現(xiàn)的信息自動切換，真正的實現(xiàn)“人機(jī)互動”。隨著顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，TFT-LCD液晶顯示技術(shù)取得了重大關(guān)鍵技術(shù)的突破，已進(jìn)入快速成長時期。本文將具體介紹TFT-LCD當(dāng)前所面臨的大環(huán)境、分析及挑戰(zhàn)，TFT-LCD特征及技術(shù)發(fā)展趨勢，以為相關(guān)單位提供一些借鑒。

智能顯示已經(jīng)成為人工智能時代下的終端載體，能夠?qū)θ祟惖那楦袪顟B(tài)感知，依據(jù)人的需求或意愿自動對呈現(xiàn)的信息切換，包括分辨率、色域、色深等。這是智能顯示作為智能化先進(jìn)的地方。智能顯示的出現(xiàn)且不斷提升的創(chuàng)造力，幫助人類掙脫時間與空間的限制，將社會生產(chǎn)效率進(jìn)一步提升，并增強(qiáng)了人們對生活的體驗。將圖像、算法及光電傳感等技術(shù)集成到一起，從而將極致化的顯示終端特性呈現(xiàn)出來。從技術(shù)層面分析，可深度集成硬件、軟件算法、傳感，進(jìn)而連接虛擬與現(xiàn)實世界，實現(xiàn)了人與顯示的深度交互。

1.TFT-LCD所處環(huán)境及面臨的挑戰(zhàn)

當(dāng)前主流的顯示技術(shù)陣營為TFT-LCD、AMPLED，還有以三星為代表的QLED顯示技術(shù)，以及憑借micro-LED等多種新興技術(shù)。這些新興技術(shù)以超快響應(yīng)、高亮度、高效率等諸多優(yōu)勢吸引著人們的目光。其中，AMPLED因FMM技術(shù)發(fā)展遲緩，使得PPIOLED產(chǎn)品更新及發(fā)展速度較慢，同時雖然基于柔性顯示產(chǎn)品封裝需求產(chǎn)生的Dam & Fill封裝技術(shù)及Vitex System公司的Barix技術(shù)逐漸受到人們關(guān)注，但因材料性能及設(shè)備精度方面的雙重限制，該技術(shù)批量應(yīng)用仍任重而道遠(yuǎn)。QLED、micro-LED等多種新興技術(shù)也存在很多技術(shù)難關(guān)。比如，QLED技術(shù)因受熱量及水分影響較大而導(dǎo)致無法實現(xiàn)與自發(fā)光OLED相同的蒸鍍方式，只能采用噴墨打印方式進(jìn)而導(dǎo)致元器件使用壽命大打折扣、可靠性及效率也會降低。Micro-LED技術(shù)首先因微轉(zhuǎn)移技術(shù)難度較大；其次因需額外增加襯底轉(zhuǎn)移導(dǎo)致成本大幅度增加，進(jìn)而面臨較大的成本危機(jī)。

由此可見，當(dāng)前TFT-LCD在顯示技術(shù)行業(yè)中，因工藝成熟、材料體系完整、產(chǎn)品性能優(yōu)越，在大尺寸、觸控集成、超高分辨率等技術(shù)方面占有絕對優(yōu)勢地位，下面將對具體特征及發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。

2.TFT-LCD特征及技術(shù)發(fā)展趨勢

可將TFT-LCD特征歸納為以下幾點：（1）實現(xiàn)與人的互動，這是作為人機(jī)交互端口所體現(xiàn)出的主要特征，未來需要眾多傳感器及顯示裝置捕捉與集成人的思想及行為，這樣才能保證互動更加的及時、高效。（2）從顯示功能上來說，憑借可再現(xiàn)現(xiàn)實世界自然、真實的特性來將人們的核心視覺需求滿足。（3）人類所熟悉的GPU、CPU的存儲空間將因需求的增加而越來越小，最終將面臨同一個終端載體對于所有器件來說作為終端硬件載體，能夠極致化整合硬件方案系統(tǒng)。（4）可實現(xiàn)資源利用最大化，因為是一個極致的系統(tǒng)性方案，包括能源及空間資源。對于空間資源利用來說，將有限空間的資源全部釋放出來，從而達(dá)到極致化平面越來越薄。能源部分則是按照現(xiàn)有顯示的能耗要求，極致化利用能源，這是未來的顯示需要做到的，以保證有限資源持續(xù)滿足人們需求。綜上，TFT-LCD技術(shù)需從低功耗、高畫質(zhì)以及功能集成等幾方面對性能優(yōu)化與提升。

2.1 低功耗

在Panel設(shè)計上，加入白色子像素將面板透光率增加，同時也能實現(xiàn)產(chǎn)品功耗降低，可將開口率增加50%。通過島狀的像素排布方式，并且最終通過相關(guān)算法將高分辨率的顯示效果呈現(xiàn)出來。同時，利用MIP技術(shù)，原理是嵌入內(nèi)存設(shè)計在像素單元中，從而將驅(qū)動IC因頻繁對輸入信號切換導(dǎo)致的功耗損傷降低，再通過與反射式像素設(shè)計結(jié)合，將低功耗最終實現(xiàn)。在Panel工藝技術(shù)方面，氧化物技術(shù)的應(yīng)用使得顯示器件功耗大幅度降低。比如2012年，夏普各大面板廠都在大力應(yīng)用氧化物技術(shù)，從智能手機(jī)到大尺寸TV都用氧化物技術(shù)，能夠?qū)㈤_口率增加，降低關(guān)態(tài)電流值，甚至能夠?qū)?Hz超低頻技術(shù)需求滿足。低能耗方面另一需要優(yōu)化的是背光源，背光LED發(fā)出的光透過顯示面板向各個方向發(fā)散。通過合理設(shè)計背光源結(jié)構(gòu)，挑選適合的膜材搭配，減少LED數(shù)量，提高LED的利用效率，可以大幅降低LED背光的功耗。

2.2 高畫質(zhì)

2.2.1 高分辨率

顯示分辨率（屏幕分辨率）是屏幕圖像的精密度，是指顯示器所能顯示的像素有多少。由于屏幕上的點、線和面都是由像素組成的，顯示器可顯示的像素越多，畫面就越精細(xì)，同樣的屏幕區(qū)域內(nèi)能顯示的信息也越多，所以分辨率是個非常重要的性能指標(biāo)。

人腦接收外界信息，85%是通過視覺方式獲取信息，由此需要有大量數(shù)據(jù)提供支持在屏幕輸出端，從而將高色域、高對比度、超快響應(yīng)等對產(chǎn)品的應(yīng)用需求滿足，其中高分辨率是核心主導(dǎo)。從VR、AR在2016年開始應(yīng)用，直接將實際使用距離拉近到10cm以內(nèi)，包括HTC Vivo在內(nèi)的大部分使用距離為7～8cm，實現(xiàn)1700～1800分辨率水平才能達(dá)到視網(wǎng)膜的水平；PPI水平則要達(dá)到8萬多，對于頭戴產(chǎn)品實現(xiàn)視網(wǎng)膜水平來說，需要廠商能夠?qū)⒊逷PI問題解決。此外，近視眼人群也成為PPI解決方案較為棘手的難題。TFT-LCD因超高PPI顯示優(yōu)勢，可以將VR系統(tǒng)下視網(wǎng)膜級別實現(xiàn)，整個畫面更加的真實、流暢，產(chǎn)品視場角甚至可以達(dá)到120°，用戶“沉浸感”得以實現(xiàn)。但是隨著技術(shù)進(jìn)步及人類需求的增大，2D顯示效果將難以滿足用戶需求，裸眼3D將成為未來顯示技術(shù)的重要發(fā)展趨勢之一，業(yè)內(nèi)對光場式裸眼3D方案日趨關(guān)注，在虛擬顯示、3D顯示需求不斷增大下，未來分辨率持續(xù)提升成為技術(shù)發(fā)展主流趨勢。

2.2.2 高色域

QD技術(shù)創(chuàng)新機(jī)會及挑戰(zhàn)并存在顯示領(lǐng)域，QD高色域?qū)崿F(xiàn)方案已成為產(chǎn)品規(guī)格實現(xiàn)的技術(shù)標(biāo)配，將整個顏色再現(xiàn)能力是核心。將QD作為顯示器背光源，通過高純度背光光譜提升到色域覆蓋范圍，從而使畫質(zhì)得到改善。下一代會將QD技術(shù)集成到面板內(nèi)，期間TFT-LCD現(xiàn)有工藝將與面板設(shè)計結(jié)合，共同將現(xiàn)實的低功耗技術(shù)難題解決。比起AMOLED，TFT-LCD顯示產(chǎn)品具有被動性特征，對畫質(zhì)提升有顯著作用，將量子點放置到彩膜內(nèi)，這也是未來3年內(nèi)顯示技術(shù)主要發(fā)展趨勢之一。同時QD用于主動發(fā)光也必將是第三代QD技術(shù)發(fā)展成果。

2.2.3 HDR

拿電腦顯示器舉個例子。傳統(tǒng)顯示器所能展現(xiàn)的亮度范圍極為有限，與人眼所能感知的范圍相差甚遠(yuǎn)。其原因是傳統(tǒng)顯示器在畫面明亮處的亮度提不上去，暗處暗不下來。這導(dǎo)致了人眼最終所感知到的畫面層次感較差，大量細(xì)節(jié)丟失。

HDR超畫質(zhì)顯示技術(shù)能完美的解決此問題。HDR相對于目前市面上主流的SDR 1080P顯示技術(shù)，具有更高的像素帶載、更寬的色域范圍。同一幅畫面能夠顯示更多的顏色信息，更多圖像的細(xì)節(jié)紋路。同時加上更加先進(jìn)的電光轉(zhuǎn)換技術(shù)，全方位提升了圖畫的明暗對比度，讓一幅畫面全方位展現(xiàn)出最真實的樣子。

HDR每個曝光時間與最佳細(xì)節(jié)圖像相對應(yīng)，共同將HDR圖像形成，從而將真實環(huán)境中視覺效果反映出來。當(dāng)前，背光方案的優(yōu)化是HDR核心技術(shù)創(chuàng)新方向，需要向直下式背光方向發(fā)展，這是高光效HDR效果得以實現(xiàn)的前提，此時，精細(xì)化背光分區(qū)設(shè)計及工藝制造都將面臨挑戰(zhàn)。

2.3 功能集成

顯示器未來需要集成的功能將不斷增多，這是作為物聯(lián)網(wǎng)終端信息出入口的必然。為將用戶空間占用最小化需求滿足，增加屏幕尺寸的同時，不斷壓縮了整機(jī)厚度，需要有更多的模組端向兩個方向進(jìn)行集成，即系統(tǒng)驅(qū)動板與顯示屏內(nèi)，這樣才能將結(jié)構(gòu)簡化實現(xiàn)。

集成電路是一種微型電子器件或部件。它是經(jīng)過氧化、光刻、擴(kuò)散、外延、蒸鋁等半導(dǎo)體制造工藝，把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的半導(dǎo)體、電阻、電容等元件及它們之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上，然后焊接封裝在一個管殼內(nèi)的電子器件。其封裝外殼有圓殼式、扁平式或雙列直插式等多種形式。集成電路技術(shù)包括芯片制造技術(shù)與設(shè)計技術(shù)，主要體現(xiàn)在加工設(shè)備，加工工藝，封裝測試，批量生產(chǎn)及設(shè)計創(chuàng)新的能力上。

除了電視，智能手機(jī)也有類似趨勢，已經(jīng)實現(xiàn)了顯示面板端集成過渡，對于Touch功能來說。模組方面，還包含有天線、攝像頭等諸多功能模塊。手機(jī)端最常用的身份識別方式就是指紋識別，組裝在智能手機(jī)模組中的仍以獨立指紋識別模塊為主。全面屏技術(shù)將成為未來發(fā)展趨勢，手機(jī)上方攝像頭都將朝向顯示面板端集成。屏下指紋識別是目前主流的方案，感測通過超聲波實現(xiàn)。

3.結(jié)束語

總之，基于智能顯示特征及所處的發(fā)展環(huán)境，需要將以下幾個技術(shù)難題攻克，一方面是實現(xiàn)精細(xì)化制造，進(jìn)一步將TFT-LCD技術(shù)分辨率提高；另一方面是優(yōu)化驅(qū)動方案，與新的傳感技術(shù)結(jié)合，對高分辨率產(chǎn)品加大研發(fā)，匹配高效驅(qū)動方案，將顯示產(chǎn)品智能化水平提高。還有實現(xiàn)精細(xì)光控，對精準(zhǔn)指向的背光源方案開發(fā)，使得光學(xué)信息傳達(dá)更快速，將光源利用率提升。最后，對新興材料加快研發(fā)與應(yīng)用，為顯示技術(shù)進(jìn)步與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，高度融合顯示與傳感技術(shù)。