山东新业控股集团

新业·行研 |光电显示技术初步了解

发表时间:2021-08-18 10:01作者:小新
01
光电显示技术发展概况

光电显示技术即把经过电子设备所输出的电信号转化为可视的图像,在当前的很多技术领域都有着很广泛的应用。

光电显示技术是几个学科之间的交叉综合,主流技术路线有阴极射线管(CRT)、液晶(LCD)、等离子显示(PDP)、有机发光二极管(OLED)等。

数据来源:方正证券

其中CRT时代以黑白/彩色电视为主要产品,LCG以液晶电视和手机为代表产品,OLED以智能手机和平板为代表。

第一阶段:CRT(Cathode Ray Tube)显示技术
1897年,CRT技术诞生。该技术是通过电子束激发屏幕内表面的荧光粉,将电信号转换成光信号,从而实现图像显示。在20世纪50年代开始,CRT技术开始产业化,被应用于早期黑白电视和电脑显示器上显示图像,后又产生彩色CRT。CRT造价低,但是体积大、重量大。
CRT工作原理图

资料来源:CSDN,国元证券

第二阶段:PDP(Plasma Display Panel)、LCD(Liquid Crystal Display)显示

1964年,PDP和LCD技术相继出现,推动显示技术进入平板显示时代。

1993年日本富士通公司推出21英寸彩色PDP电视机,随后,三菱、松下、三星都开始投入等离子电视生产。

1995年TFT-LCD开始商业化生产。

2002年LCD面板取代CRT,在电脑和电视上应用。

随着LCD性能指标的提高以及成本的逐步下降,PC电脑逐渐转向LCD显示技术,在电视领域则出现LCD和PDP两个技术竞争的格局。

PDP是利用惰性气体在一定电压作用下产生气体放电(形成等离子体)而直接发射可见光或者发射真空紫外线(VUV),转而激发光致荧光粉而间接发射可见光的一种自发光型半导体显示技术。

具有亮度高、对比度高、色彩饱和度高、面板尺寸大以及视角宽等优点,但由于长时间显示静止画面后易产生残影、驱动电压高、耗电较大、成本较高、易制热,核心技术被少数几家厂商垄断,PDP最终退出历史舞台,LCD成为主流的显示技术。

CRT、PDP、LCD对比

资料来源:ofweek,电子发烧友网,国元证券研究所
第三阶段:OLED(Organic Light Emitting Diode)逐渐商业化,多种技术共同发展
1979年科学家邓青云发现了OLED,2005年之后,OLED开始走向成熟阶段,逐渐实现商业化。
其中,2008年诺基亚推出第一台应用AMOLED显示面板的手机,2010 年三星电子在其高端手机中使用 AMOLED显示面板,2017 年苹果公司推出使用 AMOLED 显示面板的智能手机iPhoneX。
2011年年三星开始研究QLED技术,2015年TCL推出全球首款量子点QLED电视;但目前QLED尚未实现真正的商用。
Mini-LED技术在传统LED背光基础上进行了改良,具有异形切割特性;Micro-LED技术将像素点距离从毫米级降低到微米级,2018年三星展示了首款146英寸Micro-LED显示屏产品。目前Micro-LED技术尚不成熟,暂时无法进行规模化生产。
上世纪 60 年代,全球首台可见光激光器——红宝石激光器由休斯实验室的 Maiman 研制成功,由此打开了激光应用的广阔市场。由于采用了投影方式,亮度和对比度不如液晶显示,且功耗较大、成本较高,渗透率不高。
电泳显示器(E-ink),又称电子墨水显示器,无辐射,显示文字清晰、锐利,可呈现出“纸质”的感觉。但电泳显示器无法显示彩色,且响应速度慢,无法显示动态图像,用途单一,目前主要用于电子阅读器领域。
目前LCD、OLED已实现商业化,LCD量产技术已经十分成熟,工艺制造相对简单,是目前市场上大尺寸显示面板主流技术。OLED具有自发光特性,不需要背光元,具有更快的响应速度、更广的视角、更高的色彩饱和度,是未来具有发展潜力的显示技术之一,目前主要应用于中小尺寸产品当中。
LCD、OLED及其他新型显示技术对比

资料来源:ofweek,电子发烧友网,国元证券研究所
光电显示技术将不断朝着更大、更轻、更方便的方向进行发展,主要发展方向和趋势是平板化、大屏化和定制化。
02
主流显示技术


液晶显示LCD

液晶显示技术(LCD)是利用电场改变液晶分子排列状态而调制外界背光源的一种非自发光型显示技术。

根据液晶驱动方式划分,液晶显示技术(LCD)可分为被动矩阵式和主动矩阵式,其中被动矩阵式主要包括 TN-LCD、STN-LCD 和CSTN-LCD 等,主动矩阵式主要是采用 TFT(薄膜晶体管)技术形成 TFT-LCD。

TFT-LCD 在亮度、视角以及响应速度等性能上均较大幅度的优于被动矩阵式 LCD,成为液晶显示(LCD)的主流显示技术。

TFT-LCD 构造主要是在两片平行的玻璃基板当中形成液晶盒,下玻璃基板上设置 TFT(薄膜晶体管),上玻璃基板上设置彩色滤光片,通过 TFT 阵列的信号与电压改变控制液晶分子的转动方向,从而达到控制每个像素点偏振光出射量而达到显示目的。

TFT-LCD 的优点,包括分辨率高、亮度高、色彩饱和度高、耗能低、面板尺寸灵活等;TFT-LCD 的缺点,包括视角较小,亮度与对比度随着视角的增加而减小,响应速度较慢等。

综上,鉴于前述相关优点以及生产技术成熟稳定,TFT-LCD 广泛应用于电视、智能手机、平板/笔记本电脑等消费类终端电子产品以及车载、工控、医疗等专业显示领域。

有机发光二极管半导体显示技术(OLED)

有机发光二极管显示技术(OLED)是在电场驱动下通过电子和空穴注入和复合而发光并实现显示的一种自发光型显示技术。

有机发光二极管显示技术(OLED)的优势,包括亮度高、对比度高;色彩饱和度高;面板尺寸灵活、厚度薄;视角宽;响应速度快;耗能低;可实现柔性显示等。

根据驱动方式划分,有机发光二极管显示技术(OLED)可以分为被动矩阵式(PMOLED)以及主动矩阵式(AMOLED)两种类型。

其中,PMOLED 以阴极、阳极构成矩阵状,通过扫描方式点亮阵列中的像素,每个像素在短脉冲模式下瞬间高亮度发光。PMOLED 结构简单、制造成本较低,但驱动电压较高、耗能大,不适合动态影像显示以及较大尺寸、高分辨率应用,应用范围受限。

AMOLED 通过薄膜晶体管(TFT)阵列作为开关控制每个像素点的发光情况,每个像素相互独立并可以连续控制驱动发光。相较于 PMOLED,AMOLED 在光电性能指标上具有明显优势,成为有机发光二极管显示技术(OLED)的主流技术。

Mini-LED 、 Micro-LED 、小间距LED显示

Mini-LED 和 Micro-LED 属于 LED(发光二极管)显示技术,主要通过无机金属半导体而非有机发光材料实现发光。Mini-LED 与 Micro-LED 系将传统的无机 LED 阵列微小化,是继 LED 户内外显示屏的技术升级。(1mm=1000um)

A.Micro-LED

Micro-LED 显示是将晶粒尺寸缩小至10微米(即0.01mm),点间距在0.1mm以下,并将晶粒作为像素点被连接到 TFT 驱动基板上,每个像素可被独立控制、点亮,从而实现对每个像素发光亮度的精确控制,进而实现图像显示。

Micro-LED 属于自发光显示技术,无需背光模组,具有发光效率高、功耗低的优势,同时具备高分辨率、高亮度、高对比度等优势。

作为一种前沿显示技术,Micro-LED 目前尚处于研发阶段,标志性的事件是知名品牌厂商苹果 2014 年通过收购 Micro-LED 初创企业 Luxvue 率先开展技术储备。

虽然 Micro-LED 具有一定的优势,但产业化技术仍待突破,现有技术工艺和生产成本难以满足产品商业化的需求。

在技术工艺方面,Micro-LED 仍存在较多技术难点和瓶颈亟待解决,包括巨量转移技术、驱动芯片、背板改良以及检测技术方面等。其中,高速、高良率的巨量转移技术是目前桎梏 Micro-LED 发展的主要技术难点。

巨量转移技术主要分类为拾取放置技术、微印章转移技术、流体组装技术、激光转印技术、滚轮转印技术等多种,不同厂商研究开发的转移技术会有所不同,主要原因是不同应用产品所适合的转移技术有所不同。

巨量转移涉及到衬底剥离、转移、键合等,工艺精度要求高,设备需要定制,目前尚未出现可以实现批量的设备。根据估算,4K显示面板需要转移 2,400 多万颗 LED 芯片,8K 显示则需要转移上亿颗LED芯片,但现有转移设备的速率距离真正的巨量转移尚有较大距离。

在生产成本方面,受制于技术工艺成熟度以及配套产业链等因素的影响,Micro-LED 生产成本较高,导致市场价格高企而短期内难以实现规模化商用。

目前在售的 Micro-LED 屏幕有索尼、三星、利亚德等品牌,其中索尼 CrystalLED系统售价高达 100 万美金以上,利亚德推出的 135 英寸 4K 的 Micro-LED 电视定价也高达 17 万人民币。

综上,Micro-LED 目前尚处于研发阶段,难以满足产品商业化的需求,但随着研发的不断推进,有可能在未来成为半导体显示领域的重要组成部分。

B.Mini-LED

Mini-LED 是晶粒尺寸介于50-200微米之间,点间距在0.1-1mm之间构成的 LED 器件,传统 LED 向Micro-LED 发展的过渡阶段。由于 Micro-LED 巨量转移技术等因素尚未达到规模化量产水平,技术门槛相对较低的 Mini-LED 显示得到了较快的发展。

Mini-LED 主要包括两个应用方向,一是 Mini-LED 显示,二是 Mini-LED 背光。

其中, Mini-LED 显示拥有与 Micro-LED 相近的性能,但在实现高PPI(Pixels Per Inch,即像素密度)方面存在较大的难度,因此多应用于大尺寸显示,如户外广告、指挥中心大屏、墙幕显示及超大尺寸电视等。

Mini-LED 作为背光源使用,主要是指将 Mini-LED 和 LCD(液晶)显示相结合,从而实现“Mini-LED 背光+LCD”的显示产品。

相较于传统 LED 背光 LCD,Mini-LED 背光除了具有高色域、宽视角、低功耗、超薄和节能等特点之外,还具有区域调光技术——通过精细分区,实现对整体画面的动态调光,从而大幅提高显示的动态对比度。

相较于 AMOLED 半导体显示技术,一是采用 Mini-LED 作为背光源的 LCD仍属于非自发光显示技术,即在 LCD 面板上增加 Mini-LED 作为控光区,导致其在厚度与重量以及在可弯曲、可卷曲、可折叠等形态可塑性方面缺乏优势;

二是由于 Mini-LED 尺寸小,集成度高,背光制作工艺复杂,同时对检测系统的准确性、可靠性、稳定性要求也高,导致其成本较高,同时为实现更高的显示对比度需要采用更精细的分区 LED 调光,导致其成本进一步增加。

目前,“Mini-LED 背光+LCD”在产品性能、产业链和工艺技术上具有量产可行性,但 Mini-LED 作为背光显示技术,是传统 LCD 显示技术的升级过渡,一定程度上面临采用自发光技术的 AMOLED 以及 Micro-LED 面板的竞争。

C.小间距 LED 显示

小间距 LED 显示屏诞生于2011年,一般是指点间距在2.5mm以下的 LED 显示屏。未来更小间距的产品(如<P1.5)更具成长动能。

在全球市场,按小间距 LED 像素间距划分(分为<P1.1、P1.2-P1.6、P1.7-P2.0、P2.1-P2.5四个区间),随着下游市场对显示效果要求的提升以及更小间距 LED 产品成本的下降,未来更小间距的产品(如<P1.5)更具成长动能。


作者/王培鑫


免责声明:本公众号发布的信息,除署名外,均来源于互联网等公开渠道,版权归原著作权人或机构所有。我们尊重版权保护,如有问题请联系我们,谢谢!



新业·行研 |碳交易来了


新业·行研 |新能源汽车销量创历史新高, 锂电产业链皆迎来利好


新业·锐见 |揭开实控人的面纱(二)


新业·锐见 |小微企业产业园基金设计思路


新业·锐见 |新能源汽车电池两大路线之争孰优孰劣?




扫码关注我们
持之以恒
专心致志
山东新业控股集团
0531-87916883
联系邮箱 sinyegroup@sinye.club
联系地址
山东省济南市槐荫区善能大厦1510室