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显示概念:LCD、LED、QD-LCD、QLED、OLED、MiniLED、MicroLED

来源:LCD液晶模块厂   发布时间:2019-09-06   点击量:139

LCD(各种液晶屏):背光源发光+液晶显色,背光源现在都用LED灯

QD-LCD(量子点电视):一般液晶电视LCD的屏幕是LED背光源发出蓝光,通过荧光粉,形成红绿蓝三色最后合称白光,然后打到液晶上,最后显色。QD-LCD是用量子点代替荧光粉,这样LED发出的蓝光打到量子点膜上面后,会出来色域和亮度更好的红、绿光,最后跟蓝光一起打到液晶上显色,最后QD-LCD显示屏显示效果更好。

Mini-LED(即将商用):对现有的LCD显示技术的背光提升技术,用更小的LED灯做背光源。所以可以更精细的控制画面。现在侧光式背光设计只需要数10颗高亮度LED,用miniLED需要数万个小LED。

LED:通电后自发光和显色,发光物质是GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体。

MicroLED:MicroLED是非常微小的发光二极管,LED单元小于100微米。每个发光二极管都包含红色,绿色和蓝色子像素。MicroLED技术使用无机材料来达到发光效果。LED只能做成体育场商场外面的大屏幕,要是做成电视显然精细度不行,MicroLED就是把LED做到足够小,小到可以做成电视、手表等屏幕。
今年1月初,三星电子在2018消费电子产品展(CES)前夕推出了世界上首款146英寸的模块化“The Wall”电视,该款电视采用MicroLED屏,据说8月份开卖。

OLED(商用):通电后自发光和显色,发光和显色物质为有机分子聚合物。

QLED(概念期):通电后自发光和显色,发光物质是量子点,量子点是一种无机半导体纳米晶体,通常由锌、镉、硒和硫原子组合而成。


1、LCD 液晶显示器是Liquid Crystal Display 的简称,LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体,两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线,透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向,将光线折射出来产生画面。
LCD为液晶显示屏,本身不发光,需要背光源。其由TFT基板与CF(彩膜)基板贴合而成,内充液晶。通过TFT基板提供电场来控制液晶旋转的角度,从而起到控制液晶穿透率的作用。彩膜上印刷有RGB三种颜色色块,背光源的光线透过透明的TFT基板,透过液晶分子,然后透过CF基板。受各个色块下液晶分子的穿透率不同的影响,色块发出不同亮暗的红绿蓝三色,可混合成显示所需的颜色。

2、LED是什么意思?

LED = Light Emitting Diode,发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光
LED应用可分为两大类:一是LED显示屏;二是LED单管应用,包括背光源LED,红外线LED等。LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动,具有:耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。 

3、OLED为有机发光二极管,属于自发光器件,不需要背光源,它自身即发光又显色,可替代LCD;构造为在TFT基板上蒸镀在通电下可以自发光的RGB三色有机膜层。通过TFT基板控制电流大小,即可控制RGB有机膜层的发光亮暗,从而混合出显示所需的颜色。

4、Mini-LED在平板显示领域应指次毫米发光二极管(Mini LED)。Mini LED技术是把显示屏侧边背光源几十颗的LED灯珠,变成了直下背光源数千颗、数万颗,甚至更多的灯珠。据测算,一台55英寸电视的背光单元(BLU)需要约40000个mini LED,一台智能手机面板约需要9000个。

Mini-LED技术只是一种对现有的LCD显示技术的背光提升技术,它大幅可以提升显示面板的色彩效果,以及对比度,但同时显示面板成本也会随之大幅提高。目前市面上还没有mini-LED的量产产品,据网上消息,2018年可能会有量产产品推出。

5、量子点是一种无机半导体纳米晶体,通常由锌、镉、硒和硫原子组合而成,其结构由内到外分为核、壳、配体三层。当受到光或电的刺激时,量子点会发光,光的颜色由量子点的组成材料和大小形状决定。在理想状态下,通过控制量子点材料直径的连续变化,可以得到接近自然光的连续光谱效果。

所谓QD-LCD,即是量子点薄膜应用于传统液晶屏幕中,以量子点技术来取代蓝光LED光学封装材料中的黄色萤光粉,来增幅色域和亮度。蓝光LED 背光源发出的光经过量子点膜转变成红色和绿色,实现全彩显示。QD-LCD技术是对LCD 显示技术的一种改进,本质仍旧是背光源下的LCD显示技术。3M和Nanosys联合开发的量子点膜已经应用于LCD显示领域,并可以实现全彩显示。
量子点膜最大的优势是可靠性高,可以兼容LCD 传统的背光结构,只要用蓝色的LED 替代掉LCD 中的白光源就可以完成显示面板的改造。QD-LCD 技术最大的优势是可以充分利用TFT-LCD 的产线进行生产,可以降低生产的成本。

6、简单来说,Micro-LED相当于户外LED广告牌的缩微版,即将一个个LED灯通过半导体技术集成到半导体芯片上,形成高密度微小尺寸的LED阵列,每一个MicroLED 就是一个像素,可单独驱动点亮,像素点距离在微米量级。

由于Micro LED 是一种自发光技术,其优点包括低功耗、高亮度、超高解析度与色彩饱和度、反应速度快、超省电、寿命较长、效率较高等,其功率消耗量约为LCD的10%、OLED的50%。而且从结构上讲,Micro-LED比TFT-LCD,以及OLED要简单很多。

在生产技术上,其Micro LED Display综合TFT-LCD和LED两大技术特点,在材料、制程、设备的发展较为成熟,但也有几个关键生产步骤有待突破。

由于Micro-LED技术产品规格远高于目前的TFT-LCD或OLED,目前以苹果为代表的巨头正在大力研发该技术及产品。

7、QLED:基于量子点和LED技术演进出来的技术

基于电致发光特性的量子点发光二极管显示技术,利用量子点在电驱动下的自发光作为显示基础,将量子点材料本身作为二极管的发光材料,实现图像显示。其结构与OLED技术非常相似,主要区别在于QLED的发光中心由量子点物质构成。QLED技术具有对比强烈、节能、视角广、色彩饱和度高等优点,产品更加轻薄,是一种十分有发展前景的显示技术。受限于相关材料和工艺研发,目前QLED仍处于实验室研究阶段。

OLED工艺基础及未来的发展方向

ITO面板[Array制造工艺]→ITO面板(形成有机膜)→OLED模块封装测试→OLED成品因OLED构造简单,所以生产流程不似TFT-LCD制造工艺复杂,生产过程为有机材料、ITO面板(Array制造工艺)、ITO面板(形成有机模)、 OLED模块封装测试。
在Array制造工艺上,ITO面板清洁程度为OLED品质的关键因素的一,至此面板的清洗方式也成为各家厂商的商业机密,而 OLED分子结构会影响成膜的完整性,若成膜不平整,将造成发光不均匀,适当的有机材料的选择,理所当然成为厂商研究发展与未来竞争利基所在。

另外,在薄膜形成过程中化合物生成反应将产生副产品的杂质,会影响发光效率与产品寿命,因此制造工艺中适度的纯化是必要的。再者OLED器件的材料易受水气与氧气的影响,而使得器件劣化影响使用寿命,因此镀膜后的封装过程中需隔除空气中水分,封装技术的成败直接影响器件的成败,封装技术可说是在整个制造工艺中相当重 要的一环,目前尚未出现最佳的封装方式,虽然OLED生产流程较为简单,但在各个制造工艺阶段仍然面临不同的困难有待克服,因此OLED目前并无标准量产 技术,厂商在制造工艺上仍有颇大的发展空间。

OLED也有复杂的身世

说起OLED,我们不得不提起EL这个名词,EL是指电激发光,是最常见的发光方式之一。OLED则是属于“有机EL”,相对的还有“无机 EL”,像在日本就更习惯称OLED为“有机EL”,从分类上讲也没有什么问题。有机EL也有不同的类型,最为常见的除了小分子的OLED以外,还有高分 子的PLED这一发光技术。

EL(Electro-Luminescence 电激发光)显示器是指施加电流在可发光物质上以达到发光效果的显示器, 其发光原理和发光二极体(LED)的发光原理相似。

其中,OLED(Organic Light Emitting Diode有机发光二极管)与PLED(Polymer Light Emitting Diode高分子发光二级管)有着相似的化学结构与发光效率,区别是两者的分子量的差距,其中OLED是小分子材料,容易彩色化、采用蒸镀法的全自动生产 方式已经成熟,制程控制较容易且稳定、材料的合成与纯化、精制较为容易等。但缺点则是设备较为昂贵、对于水分的耐受性不佳、蒸镀率低,以及容易造成材料的浪费等。

而PLED则是高分子材料,与OLED相比高分子的PLED采用了更简单的印刷工艺,而不是蒸镀多层有机膜材,同时也更为耐热耐冷。不过由于PLED每个颜色的衰减常数不同,必须进行补偿,因此较难朝向彩色化发展,因此我们很难能见到彩色的PLED屏幕。

一、氧化铟锡(ITO)基板前处理

1、ITO表面平整度:ITO目前已广泛应用在商业化的显示器面板制造,其具有高透射率、低电阻率及高功函数等优点。一般而言,利用射频溅镀法(RF sputtering)所制造的ITO,易受工艺控制因素不良而导致表面不平整,进而产生表面的尖端物质或突起物。另外高温锻烧及再结晶的过程亦会产生表面约10 ~ 30nm的突起层。这些不平整层的细粒之间所形成的路径会提供空穴直接射向阴极的机会,而这些错综复杂的路径会使漏电流增加。一般有三个方法可以解决这表面层的影响?U一是增加空穴注入层及空穴传输层的厚度以降低漏电流,此方法多用于PLED及空穴层较厚的OLED(~200nm)。二是将ITO玻璃再处理,使表面光滑。三是使用其它镀膜方法使表面平整度更好。 

2、ITO功函数的增加:当空穴由ITO注入HIL时,过大的位能差会产生萧基能障,使得空穴不易注入,因此如何降低ITO / HIL接口的位能差则成为ITO前处理的重点。一般我们使用O2-Plasma方式增加ITO中氧原子的饱和度,以达到增加功函数之目的。ITO经O2-Plasma处理后功函数可由原先之4.8eV提升至5.2eV,与HIL的功函数已非常接近。
加入辅助电极,由于OLED为电流驱动组件,当外部线路过长或过细时,于外部电路将会造成严重之电压梯度,使真正落于OLED组件之电压下降,导致面板发光强度减少。由于ITO电阻过大(10 ohm / square),易造成不必要之外部功率消耗,增加一辅助电极以降低电压梯度成了增加发光效率、减少驱动电压的快捷方式。铬(Cr:Chromium)金属是最常被用作辅助电极的材料,它具有对环境因子稳定性佳及对蚀刻液有较大的选择性等优点。然而它的电阻值在膜层为100nm时为2 ohm / square,在某些应用时仍属过大,因此在相同厚度时拥有较低电阻值的铝(Al:Aluminum)金属(0.2 ohm / square)则成为辅助电极另一较佳选择。但是,铝金属的高活性也使其有信赖性方面之问题因此,多叠层之辅助金属则被提出,如:Cr / Al / Cr或Mo / Al / Mo,然而此类工艺增加复杂度及成本,故辅助电极材料的选择成为OLED工艺中的重点之一。

二、阴极工艺

在高解析的OLED面板中,将细微的阴极与阴极之间隔离,一般所用的方法为蘑菇构型法(Mushroom structure approach),此工艺类似印刷技术的负光阻显影技术。在负光阻显影过程中,许多工艺上的变异因子会影响阴极的品质及良率。例如,体电阻、介电常数、高分辨率、高Tg、低临界维度(CD)的损失以及与ITO或其它有机层适当的黏着接口等。

三、封装

1、吸水材料:一般OLED的生命周期易受周围水气与氧气所影响而降低。水气来源主要分为两种:一是经由外在环境渗透进入组件内,另一种是在OLED工艺中被每一层物质所吸收的水气。为了减少水气进入组件或排除由工艺中所吸附的水气,一般最常使用的物质为吸水材(Desiccant)。Desiccant可以利用化学吸附或物理吸附的方式捕捉自由移动的水分子,以达到去除组件内水气的目的。

2、工艺及设备开发:封装工艺之流程如图四所示,为了将Desiccant置于盖板及顺利将盖板与基板黏合,需在真空环境或将腔体充入不活泼气体下进行,例如氮气。值得注意的是,如何让盖板与基板这两部分工艺衔接更有效率、减少封装工艺成本以及减少封装时间以达最佳量产速率,已俨然成为封装工艺及设备技术发展的3大主要目标。

提升OLED生产效率的努力

使玻璃底板上的有机材料形成均匀薄膜层的工艺,是生产oled电视的关键要素。目前,真空热蒸镀(vte)是应用最为广泛的一种技术。采用该技术的工艺流程必须在真空室中进行,要求紧邻玻璃底板放置一块遮光板,用以确定底板上沉积材料的图样。然而,真空热蒸镀技术在生产大屏幕oled电视方面存在一些缺陷。比如,遮光板极易受工艺流程中的高温环境影响而发生偏移,导致很难在大尺寸底板上保持均匀的沉积率。

喷墨印刷技术可以通过液态有机材料的均匀沉积形成薄膜层。因此,这种技术在理论上能够更好地解决大显示屏的尺寸问题。爱普生采用了与喷墨打印机相同的按需喷墨工艺,可以精确地按所需量将有机材料沉积在适当位置。由于喷墨系统对材料的利用率非常高,所以制造商可以降低生产成本。此外,当应用于oled电视生产流程时,由于无需使用遮光板,其工艺步骤将少于真空热蒸镀技术,因此喷墨技术将有望大幅提高产量。

OLED显示技术是集多领域、多学科的综合性技术,涵盖了半导体、有机化学、无机化学、薄膜电子、真空物理、光学等,涉及的关键技术主要有TFT技术、彩色化技术、有机成膜技术、器件封装技术等,而每一种关键技术又有多种不同的技术路线之分,且每种技术路线各有优劣,这既是OLED技术的难点所在,也是OLED技术的魅力所在,同时也是OLED业者谈不完、论不清又很想议的热点话题。

四大技术路线各异

AMOLED对TFT技术的要求比LCD要高,造成这种差异的原因在于AMOLED属于电流驱动型器件。
TFT技术,从名称来看,早已在LCD行业成熟应用了很多年,且已发展到10代线,但正如同样是发动机,飞机发动机不等同于汽车发动机一样,AMOLED对TFT技术的要求比LCD要高,二者并不完全相同。造成这种差异的本质原因在于AMOLED属于电流驱动型器件,且要求TFT工作在线性放大状态,而LCD属于电压驱动型器件,TFT只需工作在开关状态。

因此,在LCD行业应用最为广泛的a-SiTFT技术,虽然有均匀性好、工艺简单、技术成熟、成本较低的优点,但由于其载流子迁移率低,驱动OLED能力不足,且有阈值电压漂移的问题,用于OLED存在器件性能稳定性差的致命缺点,因而被业界一致认为不适用于AMOLED;LTPSTFT具有载流子迁移率高且阈值电压稳定的优点,近年已成功用于中小尺寸LCD;IGZO是MOTFT(金属氧化物TFT)中的一种,TFT特性介于a-Si和LTPS之间,LGD公司的55英寸AMOLED就是采用的IGZO;OTFT(有机TFT)是用于柔性显示具有优势的TFT技术,用有机材料(如并五苯)代替硅作为半导体材料,但目前该技术还处于基础研究阶段。

OLED彩色化技术主要有RGB-SBS(RGB像素并置法,Side-By-Side)、W+CF(彩色滤光片法,也叫‘白光+滤色膜’法)及CCM(color conversion method,色转换法)三种。

其中RGB-SBS是采用红绿蓝三基色有机发光材料并置于基板上,RGB像素独立发光,这种方法是目前最成熟且量产应用最多的技术,发光效率高,但由于三色发光效率及寿命不同而存在色彩可能失真的问题;W+CF技术沿用了LCD全彩化的原理,使用彩色滤光片滤出三基色,但是利用了发白光的OLED发光,这种方法可以改善RGB-SBS的两个问题,但由于彩色滤光片对光的衰减,开发高效率且稳定的白光OLED是先决条件;CCM技术将发蓝光的OLED通过改变颜色的介质(CCMs),形成红光和绿光的像素,和蓝光像素一起形成三基色,这种方法的优点与彩色滤光片法相同,但效率很低,色纯度也较差,目前尚无量产案例。

有机成膜技术是OLED特有的核心技术,由于OLED器件中有机薄膜的厚度非常薄,一般相当于头发直径的百分之一左右,电子注入层的厚度甚至不到20埃(1埃=0.1nm),而且子像素薄膜极其精细,长宽约数十微米,因此要非常均匀地制作多层如此薄且不能有针孔的精细有机薄膜,是行业面临的共性技术难题之一。

有机成膜技术可分为真空蒸镀、激光转印和湿法制备三类,其中真空蒸镀以FMM(Fine-Metal-MASK,精细金属掩膜板)技术为主,是在真空环境下将有机材料放在坩锅中加热使之蒸发并在覆盖有掩膜板(MASK)的玻璃基板上沉积成膜的技术,是目前最为成熟,也是目前量产的小尺寸AMOLED产品基本上都采用的有机成膜技术,但FMM技术存在MASK与玻璃基板的对位精度要求高、MASK因重力及热膨胀容易变形、材料利用率低等问题;激光转印技术则是为了解决FMM技术所存在的不足而发展起来的,但目前还存在热损伤、工艺稳定性和产率等主要问题,尚未量产使用,其中LITI(Laser Induced Thermal Image)技术为SMD所拥有、LIPS(Laser Induced Pattern wise Sublimation)技术为索尼所拥有,RIST(Radiation-induced sublimation transfer)技术为柯达所拥有,这些技术在原理上非常相似,都是预先将有机材料通过真空蒸镀、旋涂或丝网涂敷等方式沉积在一种称之为供体的薄膜上,然后将供体薄膜覆盖在玻璃基板(称之为受体)上并用激光束对供体的成像模板进行照射,结果供体上被激光照射部分的有机材料就被转印到玻璃基板上,最后将使用过的供体剥离,这样在玻璃基板上就得到了高分辨率的有机材料条纹。三者的不同之处在于所使用的供体材料不同及供体与受体是否紧密接触。

湿法制备技术是最具诱惑力的有机成膜技术,具有适于大面积成膜、材料利用率高、生产成本低、生产效率高等优势,尤其R2R(卷对卷印刷)技术是未来生产柔性OLED最理想的技术,但包括喷嘴印刷(Nozzle Printing)和喷墨印刷(InkJet Printing)技术在内,目前湿法制备技术在墨水材料、印刷设备及工艺控制等方面均有待改善,技术还不成熟。

器件封装技术是OLED有别于其他显示技术的又一关键技术。由于有机材料在有水汽和氧存在的条件下,都会发生不可逆的光氧化反应,水、氧对铝或镁银等电极材料也有很强的侵蚀作用,因此OLED器件封装对水、氧渗透率有非常高的要求。OLED器件传统的封装技术是‘UV+玻璃盖板’方式,该技术首先在玻璃盖板上粘贴用于吸收水汽的干燥剂,然后在每个显示屏周边涂敷UV粘合剂,最后将玻璃盖板与沉积有机薄膜后的玻璃基板对位贴合并用紫外线固化UV胶,该技术虽然具有技术成熟、设备成本低等优点,但也存在水氧易渗透、不适于顶部发光器件、柔性显示器件、大尺寸器件等缺点;为了应用到顶部发光AMOLED并提高封装气密性,同时使OLED器件薄型化,近年来研发了薄膜封装技术(Thin Film Encapsulation,TFE)、激光烧结玻璃粉封装技术(Frit)及‘环氧树脂+吸气填充剂’(Dam-Filler)的新型封装技术。

大尺寸、高性能是方向

特种显示产品是OLED独特的魅力,也是第三代显示技术的特征,将人们的生活带入神奇的科幻世界。

具体地说,OLED产品将向三个大方向发展:一是大众化显示产品,二是特种显示产品,三是照明产品。大众化显示产品,也就是我们日常生活中常见的显示屏类型,比如手机、平板电脑、电脑显示器、电视机所用的传统显示屏,相对柔性显示屏,也可以称之为‘刚性显示屏’。特种显示产品,是OLED独特的魅力,也是第三代显示技术的特征,将人们的日常生活带入神奇的科幻世界,发展方向有三个:一是柔性显示屏,如纸张一样轻薄、可卷曲折叠,OLED目前仅能做到曲面显示;二是透明显示屏、双面显示屏,其中透明显示屏在观看屏幕显示图像的同时可以透过屏幕观察外部环境,双面显示屏可以同时在屏幕正反两面显示不同的图像;三是利用OLED耐冲击、抗震动的固体器件特点和-40~85℃工作温度范围的特点,开发用于航空、航天、军用显示屏产品。照明产品是OLED另一重大应用领域,由于具有面光源、高效、环保、安全的特点,尤其结合可以制作柔性面板的特点,OLED照明的前景将胜过LED照明,但OLED照明产品还需解决高效率、长寿命、低成本三个问题。

总之,从OLED各项关键技术目前还存在的种种不足,我们可以看到OLED的技术发展趋势就是要解决目前产业化所面临的技术问题和突破与产品发展相适应的技术瓶颈,归纳起来,有以下几方面:一是改善生产工艺,提高制程良率,降低成本;二是突破低温多晶硅、金属氧化物等TFT技术及有机成膜技术的现有瓶颈,实现高解析度和大尺寸显示屏的产业化;三是结合新型高效有机材料,改进器件结构,提高发光效率,降低功耗;四是改进封装技术,改善器件的寿命和稳定性;五是研究柔性显示技术及OLED照明技术,实现终极产品及其应用。

在中小尺寸领域,重点研究LTPS TFT、真空蒸镀FMM或激光转印有机成膜技术和Frit封装技术;在大尺寸领域重点研究金属氧化物TFT(IGZO)和‘白光+滤色膜’技术;在柔性显示领域,比较理想的是突破有机TFT、卷对卷印刷成膜技术和薄膜封装技术。


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