前段時間的SID Display Week 2025已經(jīng)落下帷幕,每屆SID新的名詞都會使不太了解顯示行業(yè)的人員云里霧里 AMOLED,QLED,MiniLED,MciroLED,WOLED,QD-OLED,IPS,TN,VA a-Si:H,LTPS,LTPO等名詞使人眼花繚亂 這篇文章將為讀者講解,敘述如下內(nèi)容: 主流顯示的框架分類,基本原理以及名詞解釋 AMOLED-制程基本概述 第一部分: 主流顯示的分類,基本原理以及名詞解釋 平板顯示行業(yè)(FPD,Flat Panel Display)屬于光電行業(yè)的一個重要分支,使用電變成光,與之相反的是太陽能行業(yè)(Solar Cell),使用光變成電 主流顯示技術(shù)主要有3種,LCD, OLED, MicroLED,常見的名詞由此展開 在此之前,需要了解一點前提:光的三基色:RGB,紅綠藍(lán) 通過這樣的邏輯,我們知道了彩色化的手段:通過紅綠藍(lán)三基色混合 LCD顯示原理: Liquid Cristal Display, 液晶顯示 ·背光板(Backlight)發(fā)出的白光通過偏振片/液晶層 ·經(jīng)過紅綠藍(lán)濾光片得到RGB ·通過液晶層上施加的電壓控制混合亮度 ·像素共享一個白光面板 可以知道LCD主要由背光板/TFT Array/液晶層/濾光片等組成 了解LCD顯示面板的原理就能找到缺點,得到改進(jìn)的方向: 背光板改進(jìn):像素共享整個背光板,一打開就全亮,造成功耗增加 分區(qū)背光: MiniLED,使用分區(qū)的小LED燈珠作為光源,把背光板切割成多個區(qū)域,單獨控制每個區(qū)域 量子點發(fā)光: QLED,采用藍(lán)光照射紅色/綠色量子點得到紅色/綠色,與原有的藍(lán)色混合得到白光 量子點: 在不同粒徑的納米材料(通常2-10nm)經(jīng)過光照射,發(fā)出不同的光 量子點技術(shù)在2023年獲得諾貝爾化學(xué)獎: TFT Array: 薄膜晶體管陣列,主動矩陣必備,溝道材料的改進(jìn),載流子移動率以及漏電率 TFT作為像素的開關(guān),與MOSFET非常相似 半導(dǎo)體溝道材料的演變:載流子移動率增大有利于高分辨率/高刷新率顯示 a-Si:H:amorphous Silicon 非晶硅 LTPS:Low Temperature Poly-Silicon: 低溫多晶Si(采用308nm XeCl準(zhǔn)分子激光照射,ELA) Oxide:氧化物半導(dǎo)體,a-IGZO, indium gallium zinc oxide 氧化銦鎵鋅 LTPS 多晶硅圖像 液晶層:不同的液晶材料對外部電場的響應(yīng)不同,得到了不同的顯示性能 ·TN:Twisted Numatic ·IPS:In-Plane Switching ·VA:Vertical Alignment 所以: MiniLED, QLED屬于LCD范疇對背光的改進(jìn) IPS/TN/VA是液晶層的材料響應(yīng) a-Si:H,LTPS, Oxide是液晶背板的TFT(薄膜晶體管)溝道材料 AMOLED顯示原理:Active Matrix Organic Light Emitting Diode 主動有機發(fā)光二極管,有主動(AM)就有被動(PM),PMOLED不采用TFT驅(qū)動背板,該項技術(shù)非主流顯示,不再贅述 ·RGB對應(yīng)的有機發(fā)光材料通過TFT上下電極施加電壓 ·紅綠藍(lán)對應(yīng)的子像素發(fā)出對應(yīng)的RGB的光 ·混合產(chǎn)生色彩,無需背板,無電流為黑色,對比度高 AMOLED的原理更加簡單,屬于電激發(fā)光(EL) AMOLED優(yōu)點: 自發(fā)光,廣視角,廣色域,響應(yīng)時間快,有機材料做曲面屏,對比度高等優(yōu)勢 AMOLED在中小尺寸的消費級產(chǎn)品中,市占率已經(jīng)超過50% AMOLED由背板BP(Backplane)/OLED發(fā)光層/薄膜封裝(TFE)等組成 背板(Backplane,BP)改進(jìn): a-Si:H的TFT,雖然很多企業(yè)嘗試使用a-Si:H驅(qū)動OLED,但是都失敗了, LTPS/Oxide TFT是目前的解決方案 對于AMOLED,背板工藝說明一下非常流行的LTPO技術(shù)解決思路: AMOLED運行原理: 1. 水平分時掃描線(Scan Line)開啟Address TFT 2. 垂直分源(Data Line)同步輸入數(shù)據(jù) 3.對于需要點亮的RGB子像素,存儲電容充電,同時開啟Drive TFT 4.掃描線往下掃描,存儲電容在這一幀畫面內(nèi)維持亮度,維持的時間與刷新率有關(guān),所以高刷顯示器充電要快 對于運行過程知道,Address TFT與Drive TFT的要求是不一樣的: Address TFT重點要求低漏電,防止存儲電容的電荷泄露,導(dǎo)致在一幀的其他時間無法維持亮度,畫面品質(zhì)變差 Drive TFT重點要求快速點亮OLED,載流子流動率要高 從電流電壓曲線圖上可以看到: LTPS TFT載子移動率高,Oxide(a-IGZO) TFT漏電流很低,優(yōu)勢互補 所以: LTPS TFT + IGZO TFT = LTPO By Apple-2018 Year 蘋果公司2018年優(yōu)先開發(fā)了LTPO技術(shù),現(xiàn)在成為高端顯示器的必備制程 發(fā)光方案改進(jìn),彩色化方案: 由于AMOLED自發(fā)光,沒有背光,但是有一個明顯的缺點: RGB子像素的有機發(fā)光材料壽命不同,特別是藍(lán)光材料(藍(lán)光光子能量最高),這會導(dǎo)致燒屏問題,導(dǎo)致顯示缺陷 于是,產(chǎn)業(yè)界開始解決這個問題: 1. WOLED: White OLED 使用高質(zhì)量的白色OLED,通過CF(Color Filter)過濾,得到RGB,彩色濾光片在LCD制程中是非常成熟的,這樣WOLED的老化速度基本可以保持一致,從而避免不同材料壽命不同問題 2.色彩轉(zhuǎn)換:Blue OLED + Color Conversion 使用Blue OLED,通過量子點薄膜轉(zhuǎn)換成紅/綠,加上原來的藍(lán)色,得到RGB三基色 3. OLED像素排列:像素的大小/排列減緩 4. Tandem多層堆疊方案:這個方案可以提高亮度,減少功耗,提高壽命 通過對OELD發(fā)光層的改造,增加CGL層串聯(lián)多個OLED發(fā)光,增加像素點壽命 所以: WOLED以及QD-OLED是OLED范疇 由于材料壽命不同的問題,使用不同的彩色化方式解決 LTPS/LTPO是OLED背板的TFT類型 MicroLED顯示原理: 無機材料的壽命普遍比較長,商場里面的大屏幕,如果近距離觀看,你會發(fā)現(xiàn)整個屏幕是由RGB三基色組成的LED燈珠組成的: MicroLED即采用RGB無機LED燈珠發(fā)光,只是LED燈珠尺寸很小很小(小于100微米),得到高PPI(像素密度),滿足消費級近距離的需要,比如手機,Pad,穿戴設(shè)備,VR/AR MicroLED的制作,與半導(dǎo)體IC制程較為相似,采用外延/沉積/刻蝕等做出LED的結(jié)構(gòu),這些制程在IC行業(yè)都是非常成熟的 驅(qū)動電路還是可以使用LTPS TFT或者Oxide TFT 這些都不是難點,難點在于背板與LED燈珠的結(jié)合的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)(Mass Transfer)成本問題 MicroLED顯示基本全是優(yōu)點,除了一個致命的缺點:貴 論述完三種主流的顯示類型LCD/OLED/MicroLED以及相關(guān)的名詞原理, 以AMOLED制程先做一個簡單介紹: 第二部分: AMOLED制程說明概述 AMOLED目前在中小尺寸消費市場強勢: AMOLED的顯示主要組成部分: 柔性AMOLED主要制程單元: 單詞解釋: BP:Backplane TFT背板
TSP:Touch Screen Panel觸摸 EAC:Even After Cutting LLO:Laser Lift-Off:激光剝離 Module:模組 AMOLED整體的結(jié)構(gòu)如下: 重點說明特種氣體的應(yīng)用: 薄膜沉積:Thin Film PECVD:等離子體增強化學(xué)氣相沉積,SiH4/N2O/NH3,沉積a-Si/SiNx/SiOx薄膜,NF3遠(yuǎn)程Plasma,用于腔室清洗 ALD:原子層沉積,可以采用TMA(三甲基鋁)與H2O沉積Al2O3薄膜,形成TFE薄膜封裝(Thin Film Encapsulation) 薄膜改性: ELA:準(zhǔn)分子激光退火,308nm XeCl準(zhǔn)分子激光照射a-Si相變成Poly-Si多晶Si IMP:離子注入,使用BF3,PH3/H2提供的磷原子與硼原子做注入原子,Xe做電子中和,防止電荷在基板積累 選擇Xe的原因: Xe是最容易電離的惰性氣體: 薄膜刻蝕:Dry Etch 干法刻蝕
BCl3/Cl2/Ar: Ti/Al/Ti的TFT源漏電極,以及TSP的金屬電極 BCL3與Cl2在Ti/Al/Ti中刻蝕的作用: BCl3: 用于還原表面氧化層的TiO2/Al2O3,BCl3離子通過物理轟擊增加各向異性,側(cè)壁鈍化,刻蝕坡面更佳,BCl3是刻蝕啟動以及刻蝕側(cè)壁優(yōu)化作用 Cl2: 用于刻蝕金屬,生成揮發(fā)性產(chǎn)物,是主要刻蝕氣體 刻蝕金屬Al,不可以用含F(xiàn)原子:從AlF3/AlCl3的熔點可以看出 刻蝕產(chǎn)物AlF3在制程溫度下是固體,沉積在基板,不可取 刻蝕產(chǎn)物AlCl3在制程溫度下是氣體,通過真空泵/PipingLine到Scrubber 激光剝離:LLO:Laser Lift-Off 使用激光加熱基底,柔性產(chǎn)品從基板上脫離(308nm XeCl準(zhǔn)分子激光) 概述一下LTPS的工藝,LTPS TFT有多種結(jié)構(gòu),頂柵結(jié)構(gòu)是主流: LTPS的工藝流程非常多樣,不同廠家的材料以及流程各不相同: 其中的一種: |
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