TFT-LCD技术发展趋势浅析

北京京东方显示技术有限公司 储小亮

经济的快速发展、科技的飞速进步促使着人工智能及大数据的迅速崛起，人类逐步迈入到人工智能时代，人工智能极大影响并改变着人们的生活。作为物联网终端信息入口的显示装置也开始向智能化方向发展，智能显示由此产生。智能显示不仅在性能方面大幅度提高，还能对人类情感状态进行感知，从而依据人的需求对呈现的信息自动切换，真正的实现“人机互动”。随着显示技术的不断发展，TFT-LCD液晶显示技术取得了重大关键技术的突破，已进入快速成长时期。本文将具体介绍TFT-LCD当前所面临的大环境、分析及挑战，TFT-LCD特征及技术发展趋势，以为相关单位提供一些借鉴。

智能显示已经成为人工智能时代下的终端载体，能够对人类的情感状态感知，依据人的需求或意愿自动对呈现的信息切换，包括分辨率、色域、色深等。这是智能显示作为智能化先进的地方。智能显示的出现且不断提升的创造力，帮助人类挣脱时间与空间的限制，将社会生产效率进一步提升，并增强了人们对生活的体验。将图像、算法及光电传感等技术集成到一起，从而将极致化的显示终端特性呈现出来。从技术层面分析，可深度集成硬件、软件算法、传感，进而连接虚拟与现实世界，实现了人与显示的深度交互。

1.TFT-LCD所处环境及面临的挑战

当前主流的显示技术阵营为TFT-LCD、AMPLED，还有以三星为代表的QLED显示技术，以及凭借micro-LED等多种新兴技术。这些新兴技术以超快响应、高亮度、高效率等诸多优势吸引着人们的目光。其中，AMPLED因FMM技术发展迟缓，使得PPIOLED产品更新及发展速度较慢，同时虽然基于柔性显示产品封装需求产生的Dam & Fill封装技术及Vitex System公司的Barix技术逐渐受到人们关注，但因材料性能及设备精度方面的双重限制，该技术批量应用仍任重而道远。QLED、micro-LED等多种新兴技术也存在很多技术难关。比如，QLED技术因受热量及水分影响较大而导致无法实现与自发光OLED相同的蒸镀方式，只能采用喷墨打印方式进而导致元器件使用寿命大打折扣、可靠性及效率也会降低。Micro-LED技术首先因微转移技术难度较大；其次因需额外增加衬底转移导致成本大幅度增加，进而面临较大的成本危机。

由此可见，当前TFT-LCD在显示技术行业中，因工艺成熟、材料体系完整、产品性能优越，在大尺寸、触控集成、超高分辨率等技术方面占有绝对优势地位，下面将对具体特征及发展趋势进行分析。

2.TFT-LCD特征及技术发展趋势

可将TFT-LCD特征归纳为以下几点：（1）实现与人的互动，这是作为人机交互端口所体现出的主要特征，未来需要众多传感器及显示装置捕捉与集成人的思想及行为，这样才能保证互动更加的及时、高效。（2）从显示功能上来说，凭借可再现现实世界自然、真实的特性来将人们的核心视觉需求满足。（3）人类所熟悉的GPU、CPU的存储空间将因需求的增加而越来越小，最终将面临同一个终端载体对于所有器件来说作为终端硬件载体，能够极致化整合硬件方案系统。（4）可实现资源利用最大化，因为是一个极致的系统性方案，包括能源及空间资源。对于空间资源利用来说，将有限空间的资源全部释放出来，从而达到极致化平面越来越薄。能源部分则是按照现有显示的能耗要求，极致化利用能源，这是未来的显示需要做到的，以保证有限资源持续满足人们需求。综上，TFT-LCD技术需从低功耗、高画质以及功能集成等几方面对性能优化与提升。

2.1 低功耗

在Panel设计上，加入白色子像素将面板透光率增加，同时也能实现产品功耗降低，可将开口率增加50%。通过岛状的像素排布方式，并且最终通过相关算法将高分辨率的显示效果呈现出来。同时，利用MIP技术，原理是嵌入内存设计在像素单元中，从而将驱动IC因频繁对输入信号切换导致的功耗损伤降低，再通过与反射式像素设计结合，将低功耗最终实现。在Panel工艺技术方面，氧化物技术的应用使得显示器件功耗大幅度降低。比如2012年，夏普各大面板厂都在大力应用氧化物技术，从智能手机到大尺寸TV都用氧化物技术，能够将开口率增加，降低关态电流值，甚至能够将1Hz超低频技术需求满足。低能耗方面另一需要优化的是背光源，背光LED发出的光透过显示面板向各个方向发散。通过合理设计背光源结构，挑选适合的膜材搭配，减少LED数量，提高LED的利用效率，可以大幅降低LED背光的功耗。

2.2 高画质

2.2.1 高分辨率

显示分辨率（屏幕分辨率）是屏幕图像的精密度，是指显示器所能显示的像素有多少。由于屏幕上的点、线和面都是由像素组成的，显示器可显示的像素越多，画面就越精细，同样的屏幕区域内能显示的信息也越多，所以分辨率是个非常重要的性能指标。

人脑接收外界信息，85%是通过视觉方式获取信息，由此需要有大量数据提供支持在屏幕输出端，从而将高色域、高对比度、超快响应等对产品的应用需求满足，其中高分辨率是核心主导。从VR、AR在2016年开始应用，直接将实际使用距离拉近到10cm以内，包括HTC Vivo在内的大部分使用距离为7～8cm，实现1700～1800分辨率水平才能达到视网膜的水平；PPI水平则要达到8万多，对于头戴产品实现视网膜水平来说，需要厂商能够将超高PPI问题解决。此外，近视眼人群也成为PPI解决方案较为棘手的难题。TFT-LCD因超高PPI显示优势，可以将VR系统下视网膜级别实现，整个画面更加的真实、流畅，产品视场角甚至可以达到120°，用户“沉浸感”得以实现。但是随着技术进步及人类需求的增大，2D显示效果将难以满足用户需求，裸眼3D将成为未来显示技术的重要发展趋势之一，业内对光场式裸眼3D方案日趋关注，在虚拟显示、3D显示需求不断增大下，未来分辨率持续提升成为技术发展主流趋势。

2.2.2 高色域

QD技术创新机会及挑战并存在显示领域，QD高色域实现方案已成为产品规格实现的技术标配，将整个颜色再现能力是核心。将QD作为显示器背光源，通过高纯度背光光谱提升到色域覆盖范围，从而使画质得到改善。下一代会将QD技术集成到面板内，期间TFT-LCD现有工艺将与面板设计结合，共同将现实的低功耗技术难题解决。比起AMOLED，TFT-LCD显示产品具有被动性特征，对画质提升有显著作用，将量子点放置到彩膜内，这也是未来3年内显示技术主要发展趋势之一。同时QD用于主动发光也必将是第三代QD技术发展成果。

2.2.3 HDR

拿电脑显示器举个例子。传统显示器所能展现的亮度范围极为有限，与人眼所能感知的范围相差甚远。其原因是传统显示器在画面明亮处的亮度提不上去，暗处暗不下来。这导致了人眼最终所感知到的画面层次感较差，大量细节丢失。

HDR超画质显示技术能完美的解决此问题。HDR相对于目前市面上主流的SDR 1080P显示技术，具有更高的像素带载、更宽的色域范围。同一幅画面能够显示更多的颜色信息，更多图像的细节纹路。同时加上更加先进的电光转换技术，全方位提升了图画的明暗对比度，让一幅画面全方位展现出最真实的样子。

HDR每个曝光时间与最佳细节图像相对应，共同将HDR图像形成，从而将真实环境中视觉效果反映出来。当前，背光方案的优化是HDR核心技术创新方向，需要向直下式背光方向发展，这是高光效HDR效果得以实现的前提，此时，精细化背光分区设计及工艺制造都将面临挑战。

2.3 功能集成

显示器未来需要集成的功能将不断增多，这是作为物联网终端信息出入口的必然。为将用户空间占用最小化需求满足，增加屏幕尺寸的同时，不断压缩了整机厚度，需要有更多的模组端向两个方向进行集成，即系统驱动板与显示屏内，这样才能将结构简化实现。

集成电路是一种微型电子器件或部件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术，主要体现在加工设备，加工工艺，封装测试，批量生产及设计创新的能力上。

除了电视，智能手机也有类似趋势，已经实现了显示面板端集成过渡，对于Touch功能来说。模组方面，还包含有天线、摄像头等诸多功能模块。手机端最常用的身份识别方式就是指纹识别，组装在智能手机模组中的仍以独立指纹识别模块为主。全面屏技术将成为未来发展趋势，手机上方摄像头都将朝向显示面板端集成。屏下指纹识别是目前主流的方案，感测通过超声波实现。

3.结束语

总之，基于智能显示特征及所处的发展环境，需要将以下几个技术难题攻克，一方面是实现精细化制造，进一步将TFT-LCD技术分辨率提高；另一方面是优化驱动方案，与新的传感技术结合，对高分辨率产品加大研发，匹配高效驱动方案，将显示产品智能化水平提高。还有实现精细光控，对精准指向的背光源方案开发，使得光学信息传达更快速，将光源利用率提升。最后，对新兴材料加快研发与应用，为显示技术进步与应用奠定基础，高度融合显示与传感技术。