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        顯示技術(shù)的TFT-LCD與OLED的相關(guān)分析

        2021-11-05 07:47:48深圳市誼鼎坊科技有限公司王云萍
        電子世界 2021年17期
        關(guān)鍵詞:背板含氟有源

        深圳市誼鼎坊科技有限公司 王云萍

        傳統(tǒng)的TFT-LCD技術(shù)已經(jīng)不能完全人們的需求,OLED技術(shù)開始出現(xiàn)并因其良好優(yōu)勢逐漸取代傳統(tǒng)的TFT-LCD技術(shù)。不僅科研院所開始進(jìn)行OLED技術(shù)的研究,而且材料廠商、設(shè)備廠商和面板廠商也不斷加強(qiáng)對OLED技術(shù)的探索。本文主要針對OLED和TFTLCD技術(shù)進(jìn)行探討,包括技術(shù)原理對比、優(yōu)勢對比、背板技術(shù)對比等,通過對比發(fā)現(xiàn)當(dāng)前存在問題以及未來發(fā)展趨勢。

        1 TFT-LCD與OLED技術(shù)的區(qū)別

        1.1 TFT-LCD

        TFT-LCD應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,研究者也開展了以半導(dǎo)體及TFT器件的多方向研究。常見的核心有源層材料包括金屬氧化物、非晶硅、低溫多晶硅以及復(fù)合金屬氧化物等,隨著研究的不斷發(fā)展和深入,部分研究者提出將碳納米管作為TFT的有源層材料。常見的TFT機(jī)構(gòu)包括雙柵結(jié)構(gòu)、底柵結(jié)構(gòu)、頂柵結(jié)構(gòu)。液晶材料以及核心材色譜也是TFT中的關(guān)鍵部分,一般用于彩膜基板材料,這也需要高分子技術(shù)的支持。為保障TFT的性能,偏光片有機(jī)薄膜材料能夠達(dá)到微米級別。TFT中背光源廣泛LED背光。

        1.2 OLED

        OLED和TFT-LCD顯示屏幕相比更加輕薄,可視角度更大,具有更好的節(jié)能效果。OLED包括PMOLED和AMOLED,其中PMOLED由陽極和陰極構(gòu)成矩陣狀,陣列中像素的點(diǎn)亮依靠掃描方式實(shí)現(xiàn),在短脈沖模式下實(shí)現(xiàn)每個(gè)像素的操作,達(dá)到瞬間高亮度發(fā)光。PMOLED具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢;同時(shí)其也具有一定的缺點(diǎn),包括驅(qū)動電壓較高、高分辨與大尺寸面板適用性較差等問題。AMOLED作為有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管,在未來高性能、高階產(chǎn)品中具有更好應(yīng)用性能。

        OLED和LCD相比不需要背光源就能夠發(fā)光,兩者之間具有不同的成像顯示機(jī)理。因OLED具備更簡單的結(jié)構(gòu),因此其和LCD相比更加輕薄,即使沒有背光源支持也能夠發(fā)光,OLED不存在視角問題,亮度更高、更加清晰,能耗和LCD相比更低,響應(yīng)速度更快,在抗震方面也具有更好的性能。

        2 TFT-LCD用液晶材料

        2.1 材料特點(diǎn)

        液晶顯示器的性能由液晶參數(shù)直接決定,而液晶參數(shù)也直接和材料相關(guān)。業(yè)液晶顯示器種類具備多樣性,因此不同的也將顯示器也具有不同的液晶材料要求,目前沒有一種普適性的液晶混合物。TFT-LCD用液晶材料和傳統(tǒng)液晶材料雖然同樣利用TN型電光效應(yīng),但仍然具有一定差異。TFT-LCD要求具備更寬的工作溫度范圍、更穩(wěn)定的物化性能,另外還需要具備一些特殊性能:

        (1)低粘度

        為保障TFT-LCD能夠快速響應(yīng),要求其20℃下的粘度上限是60mPa·s。

        (2)高電壓保持率(V.H.R)

        為實(shí)現(xiàn)TFT-LCD材料的高電壓保持率(V.H.R),需要保證其采用的液晶材料具備大于1012Ω·cm的高電阻率。

        (3)較低的閾值電壓(Vth)

        較低的閾值電壓(Vth)在TFT-LCD中應(yīng)用的主要目的是實(shí)現(xiàn)低電壓驅(qū)動,以實(shí)現(xiàn)功耗降低。

        (4)相匹配的光學(xué)各向異性(△n)

        TFT-LCD技術(shù)中要求具備匹配的相匹配的光學(xué)各向異性(△n),目的是消除LCD中可能出現(xiàn)的彩虹效應(yīng),保證LCD具備廣角視角,具有較大的對比度。TFT-LCD中△n值的最佳范圍應(yīng)該在0.08~0.1左右。

        2.2 常用分子結(jié)構(gòu)

        TFT-LCD在長期探索中得到了一些最常用的單體液晶分子材料,常見結(jié)構(gòu)如圖1所示:

        圖1 TFT-LCD配方中常用的單體液晶分子結(jié)構(gòu)

        其中R為烷基鏈或直鏈烷基;A是單鍵,包括-CO、-CH2CH2-、-C≡C-等,X為取代集團(tuán),包括Cl、F、CF3、OCHF2等。

        對于上述常見的幾種典型分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,能夠發(fā)現(xiàn)TFTLCD配方中常用的單體液晶分子結(jié)構(gòu)具備一定的典型特征,能夠?yàn)榉肿雍铣商峁┮欢ǖ闹笇?dǎo):

        (1)氰基的取代一般利用極性基團(tuán)進(jìn)行,常見基團(tuán)包括含氟基團(tuán),氟原子也能夠進(jìn)行氰基取代。

        (2)為有效調(diào)節(jié)液晶分子的介電各向異性、液晶相變區(qū)間,需要在液晶分子中引入新的取代基,主要通過在橋鍵和側(cè)鏈中引入氟原子實(shí)現(xiàn)。

        (3)在液晶分子發(fā)展中,基于雙環(huán)己烷骨架和環(huán)己烷的液晶分子不斷發(fā)展和應(yīng)用。

        (4)氟原子具備高電負(fù)性、小原子半徑的特征,因此保證其具有較強(qiáng)的吸電子效應(yīng),另外碳氟鍵鍵能和其他化學(xué)鍵相比具有較大的鍵能,因此保證此類材料具備穩(wěn)定的光化學(xué)性能、熱性能以及化學(xué)性能,還具備較高的電荷保持率和電阻率。

        (5)在液晶分子設(shè)計(jì)中可以通過調(diào)節(jié)F原子位置和個(gè)數(shù)的差異來改變液晶性能,包括液晶正負(fù)性以及液晶極性等。

        (6)含氰液晶材料和含氟液晶材料相比,Δn變化更大。

        (7)含氟液晶材料具有更小的旋轉(zhuǎn)粘度、較高的穩(wěn)定性、適當(dāng)?shù)摩、可調(diào)節(jié)的極性等有點(diǎn),因此含氟液晶材料在TFT-LCD液晶材料中具備很好的應(yīng)用性能。

        2.3 應(yīng)用于TFT-LCD的三類高極性液晶材料

        (1)Δε較大的正性液晶

        目前常見的(雙)環(huán)己基苯類含氟液晶材料中一般采用CF3、OCF3、F和OCHF2作為分子的末端取代基團(tuán),在這些分子的基礎(chǔ)上若再引入一個(gè)或多個(gè)氟原子,會增加液晶分子長軸方向的分子極性,和原有的液晶材料相比得到更高極性的液晶材料。

        (2)Δn小、Δε大的正性液晶

        目前常見的環(huán)己基聯(lián)苯類含氟液晶材料中同樣一般采用CF3、OCF3、F和OCHF2作為末端取代基,在這些分子的基礎(chǔ)上若再引入一個(gè)或多個(gè)氟原子,一樣會增加分子極性以得到更高極性的液晶材料。

        (3)Δε大的負(fù)性液晶

        負(fù)性液晶材料同樣對極性具有一定要求,為保證負(fù)性液晶材料的適用性,一般在分子側(cè)向引入一個(gè)或多個(gè)氟原子,在側(cè)向引入的氟原子能夠通過吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)增加分子縱向極性,最終液晶材料的Δε負(fù)值將提高。

        3 OLED材料

        之后經(jīng)過幾十年發(fā)展之后,OLED技術(shù)逐漸得到重視,并且技術(shù)也不斷革新。21世紀(jì)之前的車載顯示器中主要采用OLED顯示器,并且市場也相對低迷,在21世紀(jì)之后由于OLED在手機(jī)屏幕貼合方面具有典型優(yōu)勢,因此OLED開始得到重視,并在世界頂尖手機(jī)公司中應(yīng)用,在智能手機(jī)和頂尖科技公司的推動下OLED技術(shù)迅速發(fā)展,OLED技術(shù)革新,市場和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)張。以Sony、Philips、IBM為代表的著名電子廠商開始關(guān)注OLED技術(shù)發(fā)展,并十分重視該技術(shù)的潛在市場,不僅投入了大量的研究人員進(jìn)行OLED研究,還就OLED研究給予了大量的資金支持。自2001年以來,各大電子廠商研究推出了不同厚度、不同尺寸的OLED電視、設(shè)備,在電子設(shè)備中的廣泛應(yīng)用進(jìn)一步推動了OLED應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)張。之后再各種大型顯示設(shè)備、顯示器、手機(jī)等電子設(shè)備中得到了廣泛、優(yōu)質(zhì)應(yīng)用。

        4 TFT-LCD和OLED的背板技術(shù)融合

        TFT-LCD再目前發(fā)展中大尺寸產(chǎn)品采用較多,一般選用非晶硅作為背板有源層,以氧化銦鎵鋅α-IGZO為代表的非晶金屬氧化物也開始逐漸作為有源層。氧化銦鎵鋅α-IGZO等非晶金屬氧化物有源層的廣泛應(yīng)用主要是基于其超低漏電、低溫制造、較高遷移率、較高光電響應(yīng)等優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)的,氧化銦鎵鋅α-IGZO也被研究者認(rèn)為其將是未來最具優(yōu)勢的有源層材料。目前氧化銦鎵鋅α-IGZO等非晶金屬氧化物已經(jīng)量產(chǎn),廣泛應(yīng)用到產(chǎn)品中,但其環(huán)境穩(wěn)定性較差的問題一直未得到有效解決。

        OLED在中小尺寸產(chǎn)品中具有很好的應(yīng)用性,目前主要采用低溫多晶硅作為OLED的背板材料,但OLED材料應(yīng)用中面臨著屏內(nèi)攝像技術(shù)、屏內(nèi)指紋、低功耗等新的需求,面對這些需求低溫多晶硅已經(jīng)不能完全滿足,亟待創(chuàng)新。

        基于前面的問題人們不斷進(jìn)行大量研究,以期解決前面提出的問題,有研究者將金屬氧化物薄膜晶體管(MO TFT)和低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPS TFT)融合在一起,得到新型LTPO TFT材料,此種新型材料充分結(jié)合了非晶氧化物高光響應(yīng)特性、低漏電流特性和低溫多晶硅的高遷移率特性,充分滿足了液晶面板的各種新需求,該技術(shù)也被認(rèn)為是背板技術(shù)未來重要的發(fā)展方向之一。

        5 未來發(fā)展展望

        在未來發(fā)展中面對屏內(nèi)攝像和屏內(nèi)指紋的發(fā)展,LTPO TFT背板技術(shù)將充分發(fā)揮LTPS TFT和MO TFT的高光響應(yīng)特性、低漏電流特性、高遷移率特性,推動背板技術(shù)不斷發(fā)展金屬。更多新技術(shù)的發(fā)展和融合,推動了顯示技術(shù)更高性能、更便捷、更人性化,推動了顯示需求不斷增加、顯示產(chǎn)業(yè)不斷擴(kuò)大,推動了顯示無處不在、顯示讓世界互聯(lián)。

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