TFT-LCD技術發展趨勢淺析

北京京東方顯示技術有限公司 儲小亮

經濟的快速發展、科技的飛速進步促使著人工智能及大數據的迅速崛起，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。作為物聯網終端信息入口的顯示裝置也開始向智能化方向發展，智能顯示由此產生。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進行感知，從而依據人的需求對呈現的信息自動切換，真正的實現“人機互動”。隨著顯示技術的不斷發展，TFT-LCD液晶顯示技術取得了重大關鍵技術的突破，已進入快速成長時期。本文將具體介紹TFT-LCD當前所面臨的大環境、分析及挑戰，TFT-LCD特征及技術發展趨勢，以為相關單位提供一些借鑒。

智能顯示已經成為人工智能時代下的終端載體，能夠對人類的情感狀態感知，依據人的需求或意愿自動對呈現的信息切換，包括分辨率、色域、色深等。這是智能顯示作為智能化先進的地方。智能顯示的出現且不斷提升的創造力，幫助人類掙脫時間與空間的限制，將社會生產效率進一步提升，并增強了人們對生活的體驗。將圖像、算法及光電傳感等技術集成到一起，從而將極致化的顯示終端特性呈現出來。從技術層面分析，可深度集成硬件、軟件算法、傳感，進而連接虛擬與現實世界，實現了人與顯示的深度交互。

1.TFT-LCD所處環境及面臨的挑戰

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

由此可見，當前TFT-LCD在顯示技術行業中，因工藝成熟、材料體系完整、產品性能優越，在大尺寸、觸控集成、超高分辨率等技術方面占有絕對優勢地位，下面將對具體特征及發展趨勢進行分析。

2.TFT-LCD特征及技術發展趨勢

可將TFT-LCD特征歸納為以下幾點：（1）實現與人的互動，這是作為人機交互端口所體現出的主要特征，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，憑借可再現現實世界自然、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。（4）可實現資源利用最大化，因為是一個極致的系統性方案，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，從而達到極致化平面越來越薄。能源部分則是按照現有顯示的能耗要求，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滿足人們需求。綜上，TFT-LCD技術需從低功耗、高畫質以及功能集成等幾方面對性能優化與提升。

2.1 低功耗

在Panel設計上，加入白色子像素將面板透光率增加，同時也能實現產品功耗降低，可將開口率增加50%。通過島狀的像素排布方式，并且最終通過相關算法將高分辨率的顯示效果呈現出來。同時，利用MIP技術，原理是嵌入內存設計在像素單元中，從而將驅動IC因頻繁對輸入信號切換導致的功耗損傷降低，再通過與反射式像素設計結合，將低功耗最終實現。在Panel工藝技術方面，氧化物技術的應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用氧化物技術，從智能手機到大尺寸TV都用氧化物技術，能夠將開口率增加，降低關態電流值，甚至能夠將1Hz超低頻技術需求滿足。低能耗方面另一需要優化的是背光源，背光LED發出的光透過顯示面板向各個方向發散。通過合理設計背光源結構，挑選適合的膜材搭配，減少LED數量，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

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，同樣的屏幕區域內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。

人腦接收外界信息，85%是通過視覺方式獲取信息，由此需要有大量數據提供支持在屏幕輸出端，從而將高色域、高對比度、超快響應等對產品的應用需求滿足，其中高分辨率是核心主導。從VR、AR在2016年開始應用，直接將實際使用距離拉近到10cm以內，包括HTC Vivo在內的大部分使用距離為7～8cm，實現1700～1800分辨率水平才能達到視網膜的水平；PPI水平則要達到8萬多，對于頭戴產品實現視網膜水平來說，需要廠商能夠將超高PPI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顯示優勢，可以將VR系統下視網膜級別實現，整個畫面更加的真實、流暢，產品視場角甚至可以達到120°，用戶“沉浸感”得以實現。但是隨著技術進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的重要發展趨勢之一，業內對光場式裸眼3D方案日趨關注，在虛擬顯示、3D顯示需求不斷增大下，未來分辨率持續提升成為技術發展主流趨勢。

2.2.2 高色域

QD技術創新機會及挑戰并存在顯示領域，QD高色域實現方案已成為產品規格實現的技術標配，將整個顏色再現能力是核心。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，從而使畫質得到改善。下一代會將QD技術集成到面板內，期間TFT-LCD現有工藝將與面板設計結合，共同將現實的低功耗技術難題解決。比起AMOLED，TFT-LCD顯示產品具有被動性特征，對畫質提升有顯著作用，將量子點放置到彩膜內，這也是未來3年內顯示技術主要發展趨勢之一。同時QD用于主動發光也必將是第三代QD技術發展成果。

2.2.3 HDR

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

HDR超畫質顯示技術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，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，更多圖像的細節紋路。同時加上更加先進的電光轉換技術，全方位提升了圖畫的明暗對比度，讓一幅畫面全方位展現出最真實的樣子。

HDR每個曝光時間與最佳細節圖像相對應，共同將HDR圖像形成，從而將真實環境中視覺效果反映出來。當前，背光方案的優化是HDR核心技術創新方向，需要向直下式背光方向發展，這是高光效HDR效果得以實現的前提，此時，精細化背光分區設計及工藝制造都將面臨挑戰。

2.3 功能集成

顯示器未來需要集成的功能將不斷增多，這是作為物聯網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，不斷壓縮了整機厚度，需要有更多的模組端向兩個方向進行集成，即系統驅動板與顯示屏內，這樣才能將結構簡化實現。

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

除了電視，智能手機也有類似趨勢，已經實現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。手機端最常用的身份識別方式就是指紋識別，組裝在智能手機模組中的仍以獨立指紋識別模塊為主。全面屏技術將成為未來發展趨勢，手機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。

3.結束語

總之，基于智能顯示特征及所處的發展環境，需要將以下幾個技術難題攻克，一方面是實現精細化制造，進一步將TFT-LCD技術分辨率提高；另一方面是優化驅動方案，與新的傳感技術結合，對高分辨率產品加大研發，匹配高效驅動方案，將顯示產品智能化水平提高。還有實現精細光控，對精準指向的背光源方案開發，使得光學信息傳達更快速，將光源利用率提升。最后，對新興材料加快研發與應用，為顯示技術進步與應用奠定基礎，高度融合顯示與傳感技術。