一文了解QLED、Micro-LED及印刷OLED显示技术

光电与显示 · 2020-05-26

已上头条

视被称为二十世纪最伟大的发明之一,我们的生活也因为电视而发生了深刻的改变。通过电视屏,人们足不出户,便可知天下事。随着科技的发展,如今人们接受信息的渠道不只拘泥于电视屏幕,各种大尺寸显示屏逐渐进入到人们的视野中,例如商场中播放广告的屏幕、电影院的大荧幕、室内运动场馆的显示屏等。

01

粒子大小决定颜色

光的魔法师“量子点(Quantum Dot)”

图丨量子点粒子的结构

量子点(Quantum Dot)是指直径只有几纳米的超微半导体粒子。一纳米是十亿分之一米,可见量子点粒子非常小。为了帮助理解,举个例子:如果地球的大小是 1,那么量子点的大小 0.000000001 等于一个足球。量子点是无机物材料,由直径为 2~10 的内核(Core)和外壳(Shell)组成,最终由高分子涂层包裹而成。

量子点技术要追溯到上世纪 70 年代。为解决能源危机而研究太阳能电池的过程中,贝尔实验室的 Louis Brus 博士和前苏联的 Alexei Ekimov 博士第一次发现了量子点。量子点可以发出各种高纯度光,具有优秀的化学性质,在显示屏、太阳能电池、生物传感器、量子计算机等应用领域拥有广阔的发展前景。量子点显示屏是指将量子点作为光致物质或发光物质来使用,以此提高显示屏的性能,或者将量子点作为显示屏来使用。

图丨颜色因量子点粒子大小而发生变化

量子点的独特之处在于,虽然粒子是同一种物质,但是在照射光线或供给电流的时候,根据粒子的大小会表现出不同的颜色。粒子小则看到蓝色(Blue)的短波光,粒子大则看到红色(Red)的长波光,因此可以通过粒子的大小来呈现不同的颜色。

图丨不同发光方式的量子点分类

目前人们正在研究将量子点的发光特点更好地应用到显示屏的方法。量子点在显示屏的应用大致有两种方式。一种是先吸收光,然后再发射光的光致发光(PL Photoluminescence)方式,另一种是在电流的作用下自己发光的电致发光(EL Electroluminescence)方式。

根据上面的分类,现在的量子点显示屏大致可以分为四种。其中,有些技术已实现商用化,而有些技术还需要进一步的研究。

·量子点膜方式

量子点膜方式已经实现商用化,在 LCD 添加量子点膜,可以提高画质。如图所示,将含有量子点粒子的膜插入背光模组(BLU)上面,穿过这个膜的光通过液晶和彩色滤光片表现所需颜色。

·量子点彩色滤光片方式

量子点膜方式是采用在 LCD 背光模组上面加膜的结构。彩色滤光片方式是在 LCD 的彩色滤光片(Color Filer)上面加上量子点材料表现颜色。与量子点膜方式相比,量子点的发光位置离人眼更近,所以具有纯度更高的色彩表现力。

·量子点与 OLED 相结合的方式

目前学术界正在讨论量子点与 OLED 技术相结合的方式。这项技术将 OLED 的蓝色作为背光源,光穿过由量子点组成的红色和绿色滤光片表现所需颜色。如上所述,量子点粒子中的蓝色粒子最小,很难控制,因此在尽可能保持高纯度蓝色的同时,用红色和绿色来发挥量子点的优势。

·将量子点作为自发光材料来使用的方式

最后是将量子点作为自发光材料来使用的方式。不同于上述三种技术,这种方式是由量子点材料组成的 RGB 子像素在电流作用下自己发光。发光结构与普通 OLEO 相似,区别是发光物质由有机物变成了无机物量子点。

02

越小越华丽

“微型 LED”

“微型 LED(Micro LED)显示”技术是将超小型 LED 作为像素来制作显示面板。微型 LED 显示屏与 OLED 类似,也是 RGB 子像素自己发光,因此可视角度大,发光效率高,色彩清晰。不同于 LCD,微型 LED 可以驱动每一个像素,因此拥有无限对比度,响应速度也很快。

图丨 LCD、OLED、微型 LED 显示屏结构对比

与 LCD 和 OLED 的断面结构进行对比可以发现,从理论上说微型 LED 的结构更简单。目前尚处于研发阶段,产品实现量产后,其结构可能会在一些方面得到提升。

图丨微型 LED 显示屏制造方法(概念)

微型 LED 是用“Epi 晶圆”来生产的,首先将晶圆切成许多芯片,然后再移植到电路基板上。

图丨微型 LED 显示屏制造方法(移植)

微型 LED 的芯片很小,移植精确才能降低不良品率,所以移植工序非常重要。目前业内采用的移植方式主要分为两种。其中,印刷移植法是将同一种颜色的芯片从晶圆移植到电路基板的方式。直接移植法是像插秧一样,把整个晶圆取下来粘贴到电路基板上。

微型 LED 还要攻克很多技术难题。首先,为了独立控制每一个子像素,需要极小极复杂的电路基板。更重要的是要掌握将正常运行的微型 LED 芯片准确无误地移植到基板的技术。不同于 LCD 或 OLED,微型 LED 是以物理方式转移像素,所以对精密度的要求很高。该项技术尚处于初期发展阶段,业界预计生产成本会很高,因此要研究能提高生产效率的方法。

03

打印显示屏

“喷墨打印 OLED”

喷墨打印技术是像在纸上喷墨印刷一样,喷射少于几十 pl(一万亿分之一升)的 OLED 墨水进行显示屏量产的技术。与在真空状态下对有机物进行气化的蒸镀方式相比,喷墨打印技术具有在常压下也能生产、滴落到基板外面的墨水少、可提高材料使用效率等优势。

图丨喷墨打印 OLED 的 Color Patterning 概念

为了进行喷墨打印,首先要在溶剂中融化 OLED 材料,使其变成墨水形状。含有 OLED 材料的墨水通过喷墨头的喷嘴,在基板的隔栅之间进行印刷。然后经过干燥工序除去溶剂,就可完成 OLED 材料印刷。喷墨打印技术可以用在各种类型的显示屏制程,在大尺寸 OLED 领域的应用前景尤其令人期待。这是因为制作大尺寸显示面板所需的基板应高于 8 代,与真空蒸镀方式相比,喷墨方式在制作大面积设备方面更具优势。

喷墨打印方式还需加强材料和制造技术研发,业界认为,如果这个问题得到解决,利用印刷技术制作 OLED 显示屏的时代将全面开启。