显示技术的TFT-LCD与OLED的相关分析

深圳市谊鼎坊科技有限公司 王云萍

传统的TFT-LCD技术已经不能完全人们的需求，OLED技术开始出现并因其良好优势逐渐取代传统的TFT-LCD技术。不仅科研院所开始进行OLED技术的研究，而且材料厂商、设备厂商和面板厂商也不断加强对OLED技术的探索。本文主要针对OLED和TFTLCD技术进行探讨，包括技术原理对比、优势对比、背板技术对比等，通过对比发现当前存在问题以及未来发展趋势。

1 TFT-LCD与OLED技术的区别

1.1 TFT-LCD

TFT-LCD应用领域广泛，研究者也开展了以半导体及TFT器件的多方向研究。常见的核心有源层材料包括金属氧化物、非晶硅、低温多晶硅以及复合金属氧化物等，随着研究的不断发展和深入，部分研究者提出将碳纳米管作为TFT的有源层材料。常见的TFT机构包括双栅结构、底栅结构、顶栅结构。液晶材料以及核心材色谱也是TFT中的关键部分，一般用于彩膜基板材料，这也需要高分子技术的支持。为保障TFT的性能，偏光片有机薄膜材料能够达到微米级别。TFT中背光源广泛LED背光。

1.2 OLED

OLED和TFT-LCD显示屏幕相比更加轻薄，可视角度更大，具有更好的节能效果。OLED包括PMOLED和AMOLED，其中PMOLED由阳极和阴极构成矩阵状，阵列中像素的点亮依靠扫描方式实现，在短脉冲模式下实现每个像素的操作，达到瞬间高亮度发光。PMOLED具有成本低、结构简单的优势；同时其也具有一定的缺点，包括驱动电压较高、高分辨与大尺寸面板适用性较差等问题。AMOLED作为有源矩阵有机发光二极管，在未来高性能、高阶产品中具有更好应用性能。

OLED和LCD相比不需要背光源就能够发光，两者之间具有不同的成像显示机理。因OLED具备更简单的结构，因此其和LCD相比更加轻薄，即使没有背光源支持也能够发光，OLED不存在视角问题，亮度更高、更加清晰，能耗和LCD相比更低，响应速度更快，在抗震方面也具有更好的性能。

2 TFT-LCD用液晶材料

2.1 材料特点

液晶显示器的性能由液晶参数直接决定，而液晶参数也直接和材料相关。业液晶显示器种类具备多样性，因此不同的也将显示器也具有不同的液晶材料要求，目前没有一种普适性的液晶混合物。TFT-LCD用液晶材料和传统液晶材料虽然同样利用TN型电光效应，但仍然具有一定差异。TFT-LCD要求具备更宽的工作温度范围、更稳定的物化性能，另外还需要具备一些特殊性能：

（1）低粘度

为保障TFT-LCD能够快速响应，要求其20℃下的粘度上限是60mPa·s。

（2）高电压保持率（V.H.R）

为实现TFT-LCD材料的高电压保持率（V.H.R），需要保证其采用的液晶材料具备大于1012Ω·cm的高电阻率。

（3）较低的阈值电压（Vth）

较低的阈值电压（Vth）在TFT-LCD中应用的主要目的是实现低电压驱动，以实现功耗降低。

（4）相匹配的光学各向异性（△n）

TFT-LCD技术中要求具备匹配的相匹配的光学各向异性（△n），目的是消除LCD中可能出现的彩虹效应，保证LCD具备广角视角，具有较大的对比度。TFT-LCD中△n值的最佳范围应该在0.08～0.1左右。

2.2 常用分子结构

TFT-LCD在长期探索中得到了一些最常用的单体液晶分子材料，常见结构如图1所示：

图1 TFT-LCD配方中常用的单体液晶分子结构

其中R为烷基链或直链烷基；A是单键，包括-CO、-CH2CH2-、-C≡C-等，X为取代集团，包括Cl、F、CF3、OCHF2等。

对于上述常见的几种典型分子结构进行分析，能够发现TFTLCD配方中常用的单体液晶分子结构具备一定的典型特征，能够为分子合成提供一定的指导：

（1）氰基的取代一般利用极性基团进行，常见基团包括含氟基团，氟原子也能够进行氰基取代。

（2）为有效调节液晶分子的介电各向异性、液晶相变区间，需要在液晶分子中引入新的取代基，主要通过在桥键和侧链中引入氟原子实现。

（3）在液晶分子发展中，基于双环己烷骨架和环己烷的液晶分子不断发展和应用。

（4）氟原子具备高电负性、小原子半径的特征，因此保证其具有较强的吸电子效应，另外碳氟键键能和其他化学键相比具有较大的键能，因此保证此类材料具备稳定的光化学性能、热性能以及化学性能，还具备较高的电荷保持率和电阻率。

（5）在液晶分子设计中可以通过调节F原子位置和个数的差异来改变液晶性能，包括液晶正负性以及液晶极性等。

（6）含氰液晶材料和含氟液晶材料相比，Δn变化更大。

（7）含氟液晶材料具有更小的旋转粘度、较高的稳定性、适当的Δn、可调节的极性等有点，因此含氟液晶材料在TFT-LCD液晶材料中具备很好的应用性能。

2.3 应用于TFT-LCD的三类高极性液晶材料

（1）Δε较大的正性液晶

目前常见的（双）环己基苯类含氟液晶材料中一般采用CF3、OCF3、F和OCHF2作为分子的末端取代基团，在这些分子的基础上若再引入一个或多个氟原子，会增加液晶分子长轴方向的分子极性，和原有的液晶材料相比得到更高极性的液晶材料。

（2）Δn小、Δε大的正性液晶

目前常见的环己基联苯类含氟液晶材料中同样一般采用CF3、OCF3、F和OCHF2作为末端取代基，在这些分子的基础上若再引入一个或多个氟原子，一样会增加分子极性以得到更高极性的液晶材料。

（3）Δε大的负性液晶

负性液晶材料同样对极性具有一定要求，为保证负性液晶材料的适用性，一般在分子侧向引入一个或多个氟原子，在侧向引入的氟原子能够通过吸电子诱导效应增加分子纵向极性，最终液晶材料的Δε负值将提高。

3 OLED材料

之后经过几十年发展之后，OLED技术逐渐得到重视，并且技术也不断革新。21世纪之前的车载显示器中主要采用OLED显示器，并且市场也相对低迷，在21世纪之后由于OLED在手机屏幕贴合方面具有典型优势，因此OLED开始得到重视，并在世界顶尖手机公司中应用，在智能手机和顶尖科技公司的推动下OLED技术迅速发展，OLED技术革新，市场和应用领域不断扩张。以Sony、Philips、IBM为代表的著名电子厂商开始关注OLED技术发展，并十分重视该技术的潜在市场，不仅投入了大量的研究人员进行OLED研究，还就OLED研究给予了大量的资金支持。自2001年以来，各大电子厂商研究推出了不同厚度、不同尺寸的OLED电视、设备，在电子设备中的广泛应用进一步推动了OLED应用领域扩张。之后再各种大型显示设备、显示器、手机等电子设备中得到了广泛、优质应用。

4 TFT-LCD和OLED的背板技术融合

TFT-LCD再目前发展中大尺寸产品采用较多，一般选用非晶硅作为背板有源层，以氧化铟镓锌α-IGZO为代表的非晶金属氧化物也开始逐渐作为有源层。氧化铟镓锌α-IGZO等非晶金属氧化物有源层的广泛应用主要是基于其超低漏电、低温制造、较高迁移率、较高光电响应等优势实现的，氧化铟镓锌α-IGZO也被研究者认为其将是未来最具优势的有源层材料。目前氧化铟镓锌α-IGZO等非晶金属氧化物已经量产，广泛应用到产品中，但其环境稳定性较差的问题一直未得到有效解决。

OLED在中小尺寸产品中具有很好的应用性，目前主要采用低温多晶硅作为OLED的背板材料，但OLED材料应用中面临着屏内摄像技术、屏内指纹、低功耗等新的需求，面对这些需求低温多晶硅已经不能完全满足，亟待创新。

基于前面的问题人们不断进行大量研究，以期解决前面提出的问题，有研究者将金属氧化物薄膜晶体管（MO TFT）和低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS TFT）融合在一起，得到新型LTPO TFT材料，此种新型材料充分结合了非晶氧化物高光响应特性、低漏电流特性和低温多晶硅的高迁移率特性，充分满足了液晶面板的各种新需求，该技术也被认为是背板技术未来重要的发展方向之一。

5 未来发展展望

在未来发展中面对屏内摄像和屏内指纹的发展，LTPO TFT背板技术将充分发挥LTPS TFT和MO TFT的高光响应特性、低漏电流特性、高迁移率特性，推动背板技术不断发展金属。更多新技术的发展和融合，推动了显示技术更高性能、更便捷、更人性化，推动了显示需求不断增加、显示产业不断扩大，推动了显示无处不在、显示让世界互联。