曾召 楊國洪 徐劍 蘭靜 孔令歆

（彩虹顯示器件股份有限公司 咸陽 712000）

0 引言

顯示技術(shù)迅猛發(fā)展，時至今日，顯示技術(shù)已覆蓋了從小尺寸至大尺寸范圍內(nèi)的所有顯示器應(yīng)用范圍，成為新一代信息技術(shù)的先導(dǎo)性支柱產(chǎn)業(yè)，是我國信息化、智能化時代戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的方向之一。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能、可穿戴設(shè)備等信息技術(shù)的快速進(jìn)步，對于作為信息窗口的顯示器件提出了柔性、輕薄、省電、可折疊卷曲、超大尺寸等要求，從而出現(xiàn)了現(xiàn)代顯示技術(shù)［1］，如液晶顯示（liquid crystal display，LCD） 、有機(jī)發(fā)光二極管（organiclightemitting diode，OLED） 的傳統(tǒng)顯示技術(shù)，也有Mini-LED、Micro-LED的新型顯示技術(shù)，目前及未來數(shù)年內(nèi)，顯示技術(shù)最核心的發(fā)展依然集中在面板技術(shù)上，曲面屏、全面屏、折疊屏、透明屏等新概念層出不窮，無論哪種顯示屏，都依附于LCD、OLED、Mini-LED等顯示技術(shù)。

1 傳統(tǒng)顯示技術(shù)

1.1 TFT-LCD

TFT-LCD稱為薄膜晶體管液晶顯示器，是指由TFT來獨(dú)立控制顯示器上的單個液晶像素點(diǎn)，不僅提高了反應(yīng)速度，還可精確控制色階。此項技術(shù)目前中大尺寸采用較多，且選用a-Si-TFT作為背板有源層，IGZO-TFT因其具有更高的電子遷移率和更快的響應(yīng)速度，也開始逐漸作為有源層被采用。

液晶顯示的優(yōu)勢是不同的TFT技術(shù)、背光技術(shù)可以與LCD自由組合，TFT技術(shù)目前有非晶硅TFT、單晶硅TFT、多晶硅TFT及氧化物TFT等，背光技術(shù)有LED、量子點(diǎn)等，使顯示的色域更寬，顏色更鮮艷；LCD也具有不同視角顯示的多種模式，所以模塊化自由組合的LCD顯示技術(shù)在顯示行業(yè)中仍然占據(jù)著霸主地位［2］。

1.2 OLED

OLED（有機(jī)發(fā)光二極管），是繼CRT、LCD之后的第三代顯示技術(shù)，該技術(shù)具有將電能轉(zhuǎn)化為光能的自發(fā)光本質(zhì)。在電壓驅(qū)動下，載流子（空穴或電子）分別從正負(fù)極注入并傳輸?shù)接袡C(jī)層復(fù)合形成激子，激子釋放出能量，能量傳遞給有機(jī)放光材料，使其躍遷到激發(fā)態(tài)，受激有機(jī)分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)形成輻射躍遷產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。

隨著OLED技術(shù)的不斷改進(jìn)，OLED發(fā)光特性從熒光發(fā)射、磷光發(fā)射逐漸過渡到TADF（熱激發(fā)延遲熒光）發(fā)射；OLED顯示的控制主要通過LTPS （低溫多晶硅）TFT 來實(shí)現(xiàn)，但為了解決目前OLED應(yīng)用中低功耗和屏幕內(nèi)指紋、攝像等技術(shù)問題，一種新型的LTPO-TFT材料被研發(fā)出來，其為低溫多晶硅TFT和金屬氧化物TFT的融合，該技術(shù)被認(rèn)為是背板技術(shù)未來重要的發(fā)展方向之一［3］。

OLED的技術(shù)難點(diǎn)主要有：①量產(chǎn)技術(shù)普遍不足，成本偏高，目前OLED正處于由技術(shù)研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化過渡初期，生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)還未成熟導(dǎo)致良率低，且有關(guān)廠商的生產(chǎn)批量較小，無法發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)；②色彩純度不足，純色發(fā)光元件壽命較短，OLED有機(jī)發(fā)光材料一直存在壽命問題，三原色對應(yīng)三種不同的發(fā)光材料，這三種發(fā)光材料的亮度衰減周期不同，顯示器在使用過程中會發(fā)生色彩的變化；③大尺寸顯示屏開發(fā)技術(shù)仍需加強(qiáng)，目前眾多廠商選擇TFT-LCD面板的LTPS-TFT作為OLED基板，良率僅有40%左右，此外目前的蒸鍍機(jī)臺供應(yīng)無法滿足大屏幕要求。

2 新型顯示技術(shù)

2.1 Mini-LED

隨著OLED第三代顯示技術(shù)的快速發(fā)展，Micro-LED以其更高的可靠性和量子效率成為新一代顯示技術(shù)的代表，但其技術(shù)難度也更高，因此市場選擇了折中的Mini-LED顯示技術(shù)，Mini-LED是指尺寸在100 μm量級的LED芯片，尺寸介于小間距LED與Micro-LED之間，是小間距LED進(jìn)一步精細(xì)化的結(jié)果。其中小間距LED是指相鄰燈珠點(diǎn)間距在2.5 mm以下的LED 背光源或顯示產(chǎn)品。目前Mini-LED顯示大有破壁OLED的趨勢，Mini-LED可分為直顯和背顯兩種技術(shù)路徑，即Mini-LED既可作為背光源應(yīng)用于大尺寸顯示屏、智能手機(jī)、車用面板以及電競型筆記本等產(chǎn)品，也可以RGB三色LED芯片實(shí)現(xiàn)自發(fā)光顯示。

2.1.1 Mini-LED直顯技術(shù)

Mini-LED直顯沒有背光模組，而是直接控制顯示面板上的燈珠實(shí)現(xiàn)顯示，克服了背光顯示重疊光暈、顯示光度不均、反應(yīng)速度不快的缺點(diǎn)，具有更加細(xì)膩的顯示效果。

Mini-LED直顯技術(shù)目前存在的主要技術(shù)難點(diǎn)為轉(zhuǎn)移LED芯片產(chǎn)生的低良率、高成本、低量子效率等問題，因此，對于處在前沿顯示技術(shù)行列的Mini-LED直顯技術(shù)來說，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)和對應(yīng)的固晶技術(shù)是決定良率高低的關(guān)鍵［5］。

2.1.2 Mini-LED背顯技術(shù)

Mini-LED不僅可以作為直顯，還可以作為LCD顯示器的背光源來改善顯示器的對比度，即根據(jù)顯示畫面上不同區(qū)域的亮或暗，來單獨(dú)控制密密麻麻的小燈泡的開或關(guān)，想讓哪里亮就可以哪里亮，以達(dá)到畫面亮的地方更亮，暗（黑）的地方更暗（黑），解決了普通背光不夠亮和不夠暗（黑）的問題，解決普通LCD背光顯示對比度和運(yùn)動模糊的問題，促進(jìn)了LCD顯示技術(shù)邁進(jìn)了更高的臺階。

目前為了保證開發(fā)的效率和靈活性，Mini-LED采用印刷電路板作為其背板，但電路板的尺寸穩(wěn)定性較差，因此，具有良好熱穩(wěn)定性的玻璃基板將會成為Mini-LED背顯的背板，同時玻璃的表面平整度更好，與焊接盤的對接精度更高，在大尺寸Mini-LED背光模塊的生產(chǎn)過程中結(jié)合TFT技術(shù)，會大幅度降低生產(chǎn)成本［5］。

2.2 Micro-LED

Micro-LED的英文全名是Micro Light Emitting Diode，中文稱作微發(fā)光二極體，也可以寫為μ-LED，一般指使用尺寸為1～60 μm的LED發(fā)光單元組成顯示陣列的技術(shù)，其大小相當(dāng)于人頭發(fā)絲的1/10，具有無需背光、光電轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)時間在ns級等特點(diǎn)，是將LED進(jìn)行薄膜化、微小化和陣列化，使其體積達(dá)到大小只有主流LED的1%，像素點(diǎn)距離達(dá)到由毫米達(dá)到微米的一項技術(shù)。

Micro-LED不需要專門的背光組件，耗電量只有LCD的十分之一，色彩飽和度接近OLED。同時Micro-LED技術(shù)使用的無機(jī)氮化鎵材料，可以降低對極化和封裝層的要求，能讓顯示面板更薄，Micro-LED顯示作為新一代的顯示技術(shù)在未來將成為顯示領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對象，表1為各種顯示技術(shù)的性能對比［6］。

表1 各種顯示技術(shù)的性能對比

2.2.1 Micro-LED顯示原理Micro-LED可以看作是薄膜化、微小化和陣列化的LED芯片，在電壓驅(qū)動下，芯片內(nèi)部PN結(jié)中的P區(qū)空穴移向N區(qū)，N區(qū)的電子同時移向P區(qū)，最終空穴與電子結(jié)合釋放能量產(chǎn)生光子，即完成了光電轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化效率更高［7］。

2.2.2 Micro-LED顯示技術(shù)優(yōu)勢

Micro-LED的微觀尺寸較小，更適合高分辨率顯示需求，還具有較高的亮度和寬的半功率視角，與表面黑化、高動態(tài)范圍控制技術(shù)結(jié)合會表現(xiàn)出更高品質(zhì)的顯示畫面；同時由于其屬于無機(jī)半導(dǎo)體自發(fā)光顯示，功耗低，穩(wěn)定性高且光電轉(zhuǎn)換效率高，因此其能量利用效率更高，壽命更長。

目前，制約Micro-LED的技術(shù)瓶頸一是巨量轉(zhuǎn)移，即如何將Micro-LED芯片批量轉(zhuǎn)移至TFT電路基板上，并按照微米級周期組裝構(gòu)成高密度級二維陣列結(jié)構(gòu)；二是Micro-LED的三基色像素光源問題；三是現(xiàn)超高密度封裝問題。相信隨著研究技術(shù)的不斷發(fā)展，這些技術(shù)瓶頸將會一步步攻克，Micro-LED顯示就會逐漸成為新一代顯示技術(shù)的代表。

3 基板玻璃的發(fā)展

無論是哪種顯示技術(shù)，都需要TFT進(jìn)行驅(qū)動，而基板玻璃由于其高強(qiáng)度、耐化學(xué)侵蝕、高熱穩(wěn)定性、高平整度等優(yōu)點(diǎn)成為了TFT背板的最優(yōu)材料，成為了顯示產(chǎn)業(yè)鏈的頂端，但是基板玻璃行業(yè)由于其復(fù)雜的制造工藝導(dǎo)致技術(shù)門檻很高，全球只有美國、德國、日本和我國掌握了全套的核心技術(shù)，世界90%以上的市場被美國康寧、日本旭硝子和電氣硝子占據(jù)。中國大陸的基板玻璃產(chǎn)業(yè)也在快速發(fā)展，目前彩虹股份已經(jīng)完成了高世代液晶面板（以G8.5代為代表）用玻璃基板的產(chǎn)業(yè)化并成功復(fù)制了多條產(chǎn)線。

用于TFT的基板玻璃，由于玻璃表面要經(jīng)過涂覆、曝光、蝕刻、濺射、化學(xué)氣相沉積等制程，最終在玻璃的表面形成TFT，這就要求基板玻璃具有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，而堿金屬會使半導(dǎo)體薄膜性能劣化，因此玻璃中不能含有堿金屬氧化物，隨著不同的顯示技術(shù)發(fā)展，TFT基板玻璃也隨之共同進(jìn)步，康寧、旭硝子等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)開發(fā)了可卷曲的柔性玻璃，適應(yīng)LTPS的低熱收縮玻璃等新的基板玻璃產(chǎn)品。

新型顯示技術(shù)用基板玻璃性能要求與傳統(tǒng)顯示用基板玻璃性能基本一致，目前用于TFTLCD的基板玻璃已經(jīng)滿足高導(dǎo)熱、高電阻、高硬度，若要滿足更高分辨率的顯示要求，則需要繼續(xù)提高基板玻璃的熱穩(wěn)定性，生產(chǎn)工藝溫度會提高，對應(yīng)的裝備材料要求會更高，而料方使用的原材料要求幾乎不變。表2為四種顯示技術(shù)用基板玻璃性能對比。

表2 四種顯示技術(shù)用基板玻璃性能對比

4 展望

隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，基板玻璃也將迅猛發(fā)展，在電子設(shè)備越來越輕薄、顯示屏幕越來越大的趨勢下，大尺寸、超薄及柔性基板玻璃是時代發(fā)展的必然要求。我國近幾年來在產(chǎn)品、檢測標(biāo)準(zhǔn)體系搭建、國家級研究中心平臺建設(shè)及政策方面大力支持基板玻璃的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，彩虹作為國內(nèi)G8.5基板玻璃產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)之一，也在快速布局其產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向，相信未來中國一定可以在高端基板玻璃產(chǎn)業(yè)中占據(jù)一席之地。