显示技术的TFT-LCD与OLED剖析

杨金玲

（南京中电熊猫平板显示科技有限公司，江苏 南京 210033）

0 引言

近年来，随着基础学科的不断发展，催生了半导体材料、发光材料、光学功能薄膜材料以及电子器件的不断更新迭代，进而对显示技术的发展有了非常大的提升和突破，加之人们对显示器的需求逐渐提升，如外观造型（轻、薄、柔性）、视觉效果（高分辨率、高对比度、宽视角、快速响应、高色彩饱和度、柔性、透明）、节能减排（低功耗）、可靠性优异（高温高湿环境）等，故平板显示技术已经从TFT-LCD技术慢慢转向OLED技术发展。当前，各大面板厂和材料厂商、设备厂商、科研院所正在对OLED技术已展开相应的探索和研发，其中本文针对TFTLCD和OLED的原理技术区别，OLED的优势以及发展前景，给出了分析。

1 TFT-LCD与OLED技术的区别

1.1 TFT-LCD

TFT-LCD显示，整个显示模组包括TFT背板、液晶、彩膜基板、偏光片和背光源，前四者合在一起可以称之为面板。其中背光源提供光的来源；TFT分布于玻璃基板上、阵列排布，属于LCD当中的关键部件，具体功能便是对各个像素的色彩以及具体亮度进行电学控制，所以LCD也被称之TFT-LCD；液晶分子可以视为光阀，通过不同电压调控它的偏转角度得到不同的光，结合彩膜基板上的红绿蓝色阻以及上下偏光片的产生的不同偏振光作用，最终发射出不同亮度和色度的光[1-3]。TFT-LCD需要背光源支持，故而属于被动发光显示。TFT-LCD涉及的材料领域和研究方向非常广泛，例如，TFT器件涉及半导体领域，核心材料可以是非晶硅、低温多晶硅、也可以是金属氧化物、复合金属氧化物等，TFT的结构可以是顶栅、也可以是底栅型；彩膜基板中的核心材色阻以及液晶材料则涉及有机高分子领域；偏光片一般包含5层左右几十微米的有机薄膜材料；而目前广泛采用的背光源为LED背光。

1.2 OLED

OLED为有机发光二极管，在19世纪80年代得到了相应的发展。与传统的LCD显示方式有所不同，OLED技术并不需要背光源便可以显示。OLED显示包含了TFT背板和发光器件，通过TFT调控的电流通过之后，有机发光器件材料便会有光发出。具体来说，是由TFT控制的导电阳极、再加上一层阴极，中间夹了叠层的空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层结构作为发光器件。OLED的显示屏幕非常轻薄，且有着更大的可视角度，可以对电能产生节约效果。在OLED当中涵盖了AMOLED以及PMOLED，其中PMOLED属于无源驱动的显示技术，可以对该技术制造出来的显示面板进行表示[4-5]，PMOLED单纯地以阴极、阳极构成矩阵状，以扫描方式点亮阵列中的像素，每个像素都是操作在短脉冲模式下，为瞬间高亮度发光。其优点是结构简单和成本低；缺点是驱动电压高、不适合应用在大尺寸与高分辨率面板。而AMOLED属于有源矩阵有机发光二极管，相比较而言，AMOLED更能迎合未来高阶产品的发展趋势。

OLED本身便能发光，而LCD需要对背光源进行应用，两者有着不一样的成像机理。在对比分析之后便可以发现OLED的结构较为简单，故而更加轻薄，可以在没有背光源的环境下主动发光，无任何视角问题，清晰度、亮度非常高，不会消耗过多的能耗，并且有着非常快的响应速度，抗震能力非常强。这些优势特征并不能在LCD面板当中实现[6-7]。

2 OLED结构以及发光原理

OLED显示器件，是在有机材料的基础之上逐步发展的电流型半导体发光器件，最具代表的结构便是ITO玻璃当中，对几十纳米厚的有机发光材料进行制作，并将其当作发光层。在发光层上方，存在低功函数金属电极，在有电压施加给电极之后，发光层便会有相应的电辐射产生。具体来说，在外加电压的驱动下，空穴和电子分别从正极和负极注入到有机材料中，空穴与电子在有机层中相遇、复合，释放出能量，将能量传递给有机发光物质的分子，使其从基态跃迁到激发态。激发态很不稳定，受激分子从激发态回到基态，辐射跃迁而产生发光现象。OLED出现的色彩与器件内部存在的荧光特性有机材料有着直接的影响关系，如果对客发光体的添加量比较少，并添加较大含量的主发光体，可以将发光效率提升，且发出的色彩可以对整个可见光区域进行涵盖。OLED材料对有机物质进行了应用，其中的优势特征为：被有机材料吸收的光子，频率很多会在可见光频谱外，所以在工作当中，OLED显示屏可以对高效率的光产生。

对其原理进行详细分析，发光机理以及整个过程，需要从阴极以及阳极在电子和空穴当中分别注入电子和空穴，在被注入之后，会在有机层内传输，并复合于发光过程当中，这样便会对发光层分子产生激发作用，进而有单态激子出现，在衰减单态激子辐射时，便会有光发出。OLED对于全彩的获取，一共有三种形式：其一，为借助白色发光层，对滤色片添加，这也是对色彩进行获取最方便、简捷的一种方法；其二，借助有机发光材料红色、绿色和蓝色，所以有三层发光层；其三，对蓝色有机发光材料进行应用，在通过颜色转换材料，便可以对全彩进行获取。

3 OLED技术的发展现状和前景

OLED展示出来的优势特征非常显著，从最初发展到当前的广泛应用以及大量的技术开发，取得的成就非常突出。目前，有大量的单位以及企业对于OLED的生产以及研发进行了开展，例如：三星、索尼、LG在该领域的投入量都非常大。OLED对于小屏幕的应用，已经有着非常大的使用量，如：智能手机OLED屏的应用已经开始普及，很多测量仪器公司也对OLED屏的手持仪器进行了研发[8-9]。

在之前的发展当中，因为技术问题，制作大尺寸的OLED面板，需要消耗的成本非常高，这对大屏幕显示的发展以及广泛应用产生了较大的制约，例如：索尼推出的第1款11英寸OLED电视机售价为1800美元。

AMOLED电视与其他电视相比，有着非常理想的节能性，并且更加轻便，但由于在成型方面有着较大的困难，因此早期能够制造和研发的企业非常少。早期AMOLED都由三星公司制作，我国的企业还不能对其开展大规模生产。但是近几年来，随着相应的研究的陆续开展，我国的AMOLED的研发和投产取得了很大的进展，特别在近几年的发展当中，已经有越来越多的公司开始投入到了生产线的建设以及AMOLED的技术研发中，所以我国对于OLED的研发和产业化已经成为了第二大国。

AMOLED在结构以及显示画质方面，都明显高于TFT- LCD，例如：对两者显示效能层面进行分析，AMOLED展示出来的反应速度更快，并且有着更高的对比度和更广的视角。此外，AMOLED的特征还包括自发光，并不需要对背光板进行应用，所以能够做的更加轻薄。不对背光板进行使用的AMOLED，能够对更多的成本进行节约。AMOLED产品具有的魅力非常强，已经成为了手机市场当中非常热门的一项产品。但是，对于高分辨率、大尺寸的发展趋势，OLED还存在一些技术上需要挑战的地方，比如；TFT背板的制程工艺性、器件稳定性，有机材料的寿命问题、有机发光材料的蒸镀或者打印技术的设备精度，大尺寸背板的电流均一性等都是亟待解决的问题。但是随着各项材料技术、设备能力技术、驱动电路技术的逐渐发展，OLED的制造成本会逐渐下降、显示效果将更加优异，所以今后的发展前景非常广阔[10]。

4 结论

总之，OLED为显示产业前沿阵地的一项技术，尽管还有很多问题需要继续研发和探究，但作为TFT-LCD之后的全新平板显示技术，优势和性能更加突出，可以在显示产业当中起到非常大的推进作用，也对我国规模化的提升有非常大的帮助效果，但同时对产业配套提出的要求也更高。所以相应的研究以及分析工作要继续开展，以便使平板显示工程的发展速度更加迅速。