高分辨率显示屏背后的技术支撑

　　平板显示产业正在经历20年来一次最为重要的技术变革，可它对普通消费者来讲似乎是不能一眼就可以看穿的。这里所说的变革都与晶体管技术的进步密切相关，所谓的晶体管即可以控制显示画面，呈现清晰亮丽影像的微小电子开关。
　　一个晶体管与LCD面板上的一个显示像素相对应，通过晶体管的开关控制LCD的亮暗。对应显示屏的所有像素晶体管阵列也被称作背板，如图所示。显而易见，背板的性能直接影响到显示屏的品质，即你的电视屏，手机屏及平板电脑等。像素开光的快慢与刷新率相关，而显示屏中所有像素的总数称为分辨率。
　　今天，背板技术主要分为三种，分别是非晶硅（a-Si），低温多晶硅（LTPS）和金属氧化物（MO）。如果你正在考虑入手一台平板电视，你会关注电视屏中微小的晶体管技术吗？

　　在介绍背板技术前，这里先界定一些显示术语。大多数消费者对图像的清晰度，颜色的亮度，视角及运动图像的残像等指标非常感兴趣。
　　分辨率是大家比较熟悉的一个重要的显示指标。
　　高清晰分辨率（HD）是目前电视的标准配置，是显示屏像素数量的多少。HD TV规格是指具备1080行x1920列，总共2，073，600个像素（事实上，每个像素还要由RGB三个子像素构成，以子像素计的显示单元三倍于上述像素数）。但是，即使对于HD分辨率的55英寸平板电视，其像素密度只有40ppi。智能手机和平板电脑显示屏的观看距离较近，所以具有更高的ppi指标。例如苹果公司的第三代iPad具有令人惊讶的264ppi像素密度。如此看来，伴随电视尺寸的进一步增大，超高清分辨率将成为电视向更高分辨率方向发展的下一个里程碑。
　　另一个关键参数是刷新频率，60赫兹---即一幅画面每秒钟被刷新60次---是业内的标准规格。当需要显示更快动作的影像时，为了使LCD图像更清晰，很多厂家已经开始采用120赫兹及240赫兹的刷新频率；频率的提升是否值得付出额外的价格，似乎更多地取决于每个消费者对于画质差异的认同程度。
　　3-D显示内容需要不低于120Hz的刷新频率。目前大部分的3D显示是利用两幅不同视觉深度的画面制造出3D图像效果的。3D眼镜帮助我们在一个时段只看到单幅画面，然后经过我们的大脑将两幅不同时段的画面合成为一个完整的具有三维景深的图像。
　　高清晰度，更快的刷新率和3D显示内容已经逐渐超出目前非晶硅晶体管（a-Si TFT）的驱动能力，不能满足上述更高指标的要求。
　　回顾平板显示过去多年的发展历程，a-Si一直是TFT背板的主要技术方案。A-Si TFT技术具有制造成本低，成品率较高以及基板制造升级相对简单，目前可以用超大的9平方米玻璃基板进行量产。这种世代升级带来的成本降低日益满足了消费者的价格预期，使得a-Si TFT-LCD产品成为了显示业内的主流产品。
　　晶体管的功能主要是为像素充电，快速达到工作电压，并保持像素上的电量直到下一次刷新信号。对于晶体管来讲，一个关键的性能是载流子的迁移率，即电子的移动速度。电子迁移率低意味着响应缓慢。A-Si的载流子迁移率将不能够胜任高分辨率，高响应速度显示屏的要求，如最新的高端智能手机和平板电脑等显示屏。
　　可替代a-Si的技术目前有LTPS（低温多晶硅）和MO（金属氧化物）。最好的替代材料应该有更高的载流子迁移率，而且制造成本要低，量产的良率要高以及制造工艺能够向大尺寸化（同时保持薄膜的均匀性）升级，进一步发挥世代升级带来的单位面积制造成本降低的优势。
　　相对地，LTPS具有最高的载流子迁移率，不过制造成本也最高，由于LTPS需要更多的工艺步骤。而且LTPS工艺在获得良好的薄膜均匀性和高良品率方面也面临很大的挑战。此外，LTPS在世代升级上受到一定的限制，目前主要的瓶颈在激光退火设备，只能对应中等基板尺寸（小于3平方米）。
　　MO技术，采用铟镓锌氧组分的金属氧化物成为业界最具希望的替代技术，能够在大尺寸玻璃基板上获得所需的高迁移率和高均匀性。（今天，应用材料公司正式发布了一项新的PECVD技术，用于制造MO TFT的绝缘薄膜，其可容纳的基板尺寸有9平方米大小，如前面a-Si中提到的尺寸。MO工艺，对比LTPS，所需的掩膜工序更少，而且具有在室温条件沉积薄膜的优点，意味着在未来的柔性显示衬底上可以进行同样的成膜工艺。
　　如果显示产业能够成功实现这一新型背板技术的飞跃，这种改变的成本还是很经济的，而且改变的细节对消费者来讲也是相对清晰可见的。

来源：电子工程网