显示层

1、显示技术发展历程

2、智能手机屏幕的发展

• 从电阻屏到电容屏

电阻触摸屏的屏体是多层复合薄膜，以有机玻璃作为基底，上表面覆盖有导电层。在其上在有一个内表面同样有导电层的塑料层，其外表面经过硬化处理，光滑防刮。两层导电层由透明隔离点隔开。当触摸操作时，两层导电层相接触，经由感应器传出相应的电信号，，通过计算转化为屏幕上的X,Y值而完成动作。

电容屏是利用人体的电流感应进行工作。当手指触摸时，由于人体电场、手指和触摸屏表面形成一个耦合电容。对于工作面上面的高频信号，电容从接触点吸走很小的电流。控制器从触摸屏四角流出的电流比例的精确计算出触摸点的位置。

• 从窄边框到全面屏

最近几年，手机厂商们一直用“窄边框”的数据作为一个硬件比拼的参数。“超高屏占比”不仅使用户视觉上更加协调之外，也能在屏幕尺寸不变的情况下给予更好的握感，提高机身利用空间。

• 从平面屏到曲面屏再到全包围屏、折叠屏

自从三星旗舰手机的“曲面屏”出现之后，不少手机厂商也采用了这种曲面屏的设计。能够做到“曲面”关键在于OLED屏的“可弯曲性”，未来还会有更多的玩法，例如全包围屏以及折叠屏的设计。苹果未来可能会将OLED屏弯曲到360度，利用屏幕直接将机身两侧包裹。

3、显示方式的对比

• 液晶显示屏 LCD

（1）LCD按其驱动方式可分为TN-LCD,STN-LCD和TFT-LCD。

TN-LCD型液晶属于被动矩阵式LCD器件。显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板的透明导电玻璃间，通过水平方向控制电场，垂直方向控制液晶材料的方式来显示图像。TN-LCD的缺点在于只能显示黑色，同时尺寸越大显示效果越差。

STN-LCD型液晶也属于被动矩阵式LCD器件。不同的是TN扭转向列场效应的液晶分子，将入射光扭转90度，而STN超扭转向列场效应，将入射光旋转180至270度。它的好处是比TN-LCD的对比度高，比TFT-LCD功耗小，具有省电的优势。

TFT-LCD型液晶采用薄膜晶体管阵列直接驱动液晶分子，消除了交叉失真效应，因而显示信息容量大；配合使用低粘度的液晶材料，响应速度极大提高，能够满足视频图像显示的需要。

表1. TN-LCD,STN-LCD和TFT-LCD对比

（2）TFT-LCD的常见背板材料有多晶硅和非晶硅，两者的差异在于电晶体特性不同。

TFT-LCD可分为多晶硅和非晶硅。多晶硅的分子结构在一颗晶粒中的排列状态是整齐而有方向性的，因此电子迁移率比排列杂乱的非晶硅快了200-300倍。多晶硅品则主要包含了高温多晶硅（HTPS）与低温多晶硅（LTPS）。

表2. 不同背板技术性能对比

来源：公开资料 新材料在线整理

• 有机电致发光二极管 OLED

（1）OLED按照驱动方式，可分为被动式驱动（无源驱动，PM OLED）和主动式驱动（有源驱动， AM OLED）。

无源驱动Passive matrix OLED分为静态驱动电路和动态驱动电路。

静态驱动方式：在静态驱动的有机发光显示器件上，一般各有机电致发光像素的阴极是连在一起引出的，各像素的阳极是分立引出的。若要一个像素发光，只要让恒流源的电压与阴极的电压之差大于像素发光值的前提下，像素将在恒流源的驱动下发光。若要一个像素不发光，就将它的阳极接在一个负电压上，就可将它反向截止。为了避免在图像变化比较多时可能出现交叉效应，必须采用交流的形式。静态驱动电路一般用于段式显示屏的驱动上。

动态驱动方式是将像素的两个电极做成了矩阵型结构，即水平一组显示像素的同一性质的电极是共用的，纵向一组显示像素的相同性质的另一电极是共用的。若像素可分为N行和M列，就可有N个行电极和M个列电极。行和列就分别对应像素的阴极和阳极。在实际电路驱动的过程中，要采用逐行扫描的方式来逐行点亮或者逐列点亮像素。

有源驱动Active matrix OLED的每个像素配备具有开关功能的低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS TFT），而且每个像素配备一个电荷存储电容，外围驱动电路和显示阵列整个系统集成在同一玻璃基板上。有源矩阵的驱动电路藏于显示屏内，更易于实现集成度和小型化。

表3. 不同驱动方式的OLED性能对比

• 量子点发光二极管QLED

量子点发光二极管（quantum dot light-emitting diode）是一种以量子点为发光层的电致发光器件。量子点是指粒径小于或接近激子波尔半径的半导体纳米晶体，其三个维度的尺度通常在10纳米以下。每当受到光或者电的刺激，量子点便会发出荧光，荧光的波长由量子点的组成材料和大小形状决定。

表4. 三种显示方式的对比

4、行业应用情况

• 液晶LCD

TFT-LCD技术经过20年的发展，已经日臻成熟，能够实现从1英寸以上到100英寸以下各种尺寸的显示产品，是当前面板显示应用最为广泛的一个分支，市场规模巨大。其中液晶监视器市场成熟，品牌厂商转而往高阶产品线发展，其中大尺寸化的趋势显著。在今后长期内，产业的市场格局变动较小。但从总体来看，目前韩国LG Display已经将重心转向OLED，三星也在研发量子点显示，可以看到无论是电视还是移动领域，液晶技术的生存空间在被压缩。

液晶材料产业链分析

• 有机电致发光二极管OLED

邓青云表示，OLED会最终取代LCD成为未来最主要的显示技术。目前主要给OLED提供用武之地的是智能手机市场。到目前为止，多家高端手机品牌厂商开始使用AMOLED作为旗舰机屏幕，AMOLED在智能手机的渗透率逐年提高。从产品应用、量产技术、市场空间等方面可以得出结论，OLED产业已经进入快速成长期。国内在OLED技术方面投入较早的企业有京东方、深天马、华星光电和昆山维信诺等。

照明应用领域OLED全球消费情况（单位：百万美元）

来源：美国Electroni Cast Consultants的市场预测报告

有机电致发光二极管产业链分析

• 量子点发光二极管QLED

量子点市场规模不断扩大，其中以照明和显示为代表的光电子元件领域和以激光为代表的光学领域市场规模增长最快。2013年量子点总营收不到3000万美元，但随着QD技术的发展和下游市场的开拓，预计2020年量子点照明和显示的全球总营收将超过5亿美元。

全球三大量子点制造商——德国Nanosys，英国Nanoco和美国QD Vision。纳晶科技是国内量子点研发生产企业的一枝独秀。

表5.量子点电致发光（QLED）印刷显示技术应用前景

保护玻璃

保护玻璃的功能主要为防刮蹭和防碎屏。防刮蹭主要由保护玻璃的硬度决定，而防碎屏则是由保护玻璃的柔韧性决定。

1、常见手机屏幕保护玻璃

• 康宁大猩猩玻璃Gorilla

康宁大猩猩玻璃的前身是全球第一大玻璃供应商康宁公司的特种防弹玻璃。在2010年康宁公司通过改进技术让这种防弹玻璃变得更加轻薄，以适应智能手机等小尺寸产品的应用。目前第五代大猩猩玻璃厚度可以做到0.3毫米，其莫氏硬度可以达到7。

大猩猩玻璃是在钠钙玻璃的基础上生产的，将其泡在硝酸钾溶液中，以完成离子交换，使钾离子将玻璃中的钠离子置换出来。由于钾离子的结构更大，同时化学性能更活泼，因此其置换后所生成的新化合物有更高的稳定性和强度，这样可以形成一层致密的加强压缩层，也赋予了其柔韧性。

• 旭硝子AGC公司龙迹玻璃Dragontrail

龙迹玻璃是全球第二大手机玻璃厂商日本旭硝子AGC公司的产品。它属于硅酸铝化学强化玻璃，是旭硝子之前用于TFT液晶玻璃基板的工厂中制造而成，制造过程中使用特殊溶液浸泡，通过玻璃材料与溶液间的钠钾离子交换，在玻璃表面形成压缩应力层，从而提高强度。

龙迹玻璃的强度是普通钠钙玻璃的6倍，厚度最低可达0.28mm，可承受相当于60kg的静态压力，即使从6m的高度跌落也不会碎裂。

• 蓝宝石

蓝宝石的莫氏硬度可以达到9，仅次于钻石，所以极其耐刮耐磨。但是由于造价昂贵，生产工艺难度高，仅少数高端电子产品能配备蓝宝石屏幕。目前蓝宝石主要以小尺寸应用为主，集中于手机摄像头保护盖，指纹识别模块，还有一部分智能可穿戴设备。手机蓝宝石屏幕是具有更大的想象空间，不过其“飞入寻常百姓家”仍存在诸多障碍。

2、屏幕玻璃保护技术

• 缓冲带

手机的金属边框和屏幕之间增加了一圈塑料打造的缓冲带，主要功能是在手机掉落之际，即使是屏幕那面率先落地，但是加入的缓冲带能够很好地分散这部分冲击力，减少碎屏风险。

• 悬浮工艺

将机身的塑料或金属边框设计的略高于手机屏幕，用边框分散和降低地面对屏幕的冲击力，从而减少碎屏的风险。

3、曲面玻璃盖板

2.5D玻璃是一种覆盖液晶面板的部分是平面，而边缘部分会下凹成弧形的玻璃，3D玻璃则是无论边缘还是中间都采用弧形设计。

• 2.5D玻璃

2.5D屏幕的最主要的作用，在于提升屏幕和机身整体的视觉效果，同时提升手感。在手机屏幕表面覆盖一层2.5D玻璃，能够使手机表面外观如同盈而不溢的水滴，更具视觉张力，为手机屏幕的视觉表现力加分。并且当手机使用者采用大拇指滑动屏幕时，滑动并非是平面而是一个弧形。2.5D屏的弧面造型更加符合人体工程学原理，周围的弧面过度消除了边缘生硬的棱角，大幅度提升了滑动手感。但是如果屏幕玻璃不抗刮抗划的话，弧形的屏幕比2D屏幕更容易划伤碰碎。

2.5D玻璃加工过程图解

畅销手机TOP20的2.5D玻璃盖板主要供应商有蓝思科技、伯恩光学、欧菲光、星星科技、合力泰、信利国际长信科技江粉磁材、星星科技、瑞必达和维达力等。

• 3D玻璃

3D玻璃具有轻薄、透明清洁、抗指纹、防眩光耐候性佳优点。它不仅可以提升智能终端产品外观新颖性，还可以带来出色的触控手感。并且未来智能手机和智能穿戴等产品的显示屏将会采用OLED或QLED，结合3D玻璃可以更好的实现它们的效果。并且未来无线充电科技需要摒弃掉有屏蔽效应的金属外壳，所以物理性能优越的3D玻璃将会飞速发展。

3D玻璃加工流程

目前，全球仅有三款手机配备3D玻璃盖板，包括三星GALAXY S6，GALAXY S7 edge和 vivo Xplay5。目前能提供3D玻璃盖板成套装备的厂家只有三星和LG，而且产品直通良品率也仅在60%左右。

4、屏幕整体结构

• Moto Shatter Shield 极御技术

Moto Shatter Shield 极御技术具有5层屏幕结构。它们分别是硬铝材质基座，显示层AMOLED柔性显示屏，触摸层双触摸架构，保护层通透防碎内层和极御防碎外层。

硬铝材质基座这种金属基座可以保证屏幕坚固性，在手机跌落的时候分散着力，而铝材因为重量轻，不会因为长期握持带来不适。柔性显示屏则可以在受到外力作用时，自己避免碎裂。而双触摸架构提供一种双重保障，主触控层失灵时，辅触控层依然能够确保手机屏幕正常使用。

• 视觉无边框+FiT边缘触控技术

nubia Z9 手机

Nubia Z9通过采用自己的aRC （arcrefractive condition, 弧面折射传导）技术实现这种“视觉无边框”设计。屏幕边框虽然无法消除，但是可以借助光的折射巧妙地隐藏起来。

贴合工艺

目前手机屏幕大致可以分为三部分，分别是手机玻璃、触控屏和显示屏，其中手机玻璃和触控屏是紧贴在一起的，再与显示屏结合的，而手机玻璃/触控屏与显示屏的结合又可以分为两种方式，一种是框贴合，就是简单的将手机玻璃/触控屏与显示屏的四边进行固定，其优点是工艺简单、成本低廉，但由于手机玻璃/触控屏与显示屏直接存在空隙，因此光线会出现多次折射，对手机画质有一定的影响。另一种方式则是全贴合，手机玻璃/触控屏和显示屏无缝贴合，形成一个整体，这样不仅光线折射次数减少了，手机屏幕的厚度也得到了控制，而且由于手机玻璃/触控屏与显示屏之间不存在空隙，防尘效果更佳。

1、非全贴合G/G

非全贴合技术G/G是采用了两层导电图层夹着玻璃基板从而实现触控功能，但三层结构之间存在着空气层，对于显示效果不够通透和屏幕进灰问题束手无策。

2、GFF （glass-film-film）

GFF贴合技术降低了屏幕整体厚度，采用了更薄的PET薄膜代替玻璃基板，采用OCA光学胶填补了几层结构中的空气位置，但GFF屏幕依然是由保护玻璃、触控层和显示层三个独立层组成的。相比于非全贴合工艺，GFF贴合有效解决了屏幕进灰的问题，同时能在一定程度上减少屏幕的整体厚度，提高了一定的通透性。但是依然存在光线反射率增加的问题。

3、OGS (one glass solution) 和 TOL （touch onlens）

OGS和TOL都属于将保护层和触控层整合在一起的全贴合技术，但是在制造工艺流程上有所区别，即是触控层什么时候添加到保护层的区别。

OGS是先对整块玻璃基板使用化学药水进行强化处理，接着安装触控层，切成小块后，屏幕边缘容易出现裂化或者边崩的现象，所以生产厂商会对其进行二次强化。

而TOL则是先将一整块玻璃基板切成小块后逐块进行强化，再逐块安装触控层。由于是逐块强化，而且每块玻璃只需强化一次，所以单片玻璃强度比较高，跌落时不容易碎裂，同时对于工艺精度也要求特别高。

4、On-Cell 和In-Cell

On-cell和In-cell是将触控层和显示层“合并”在一起后，再用OCA（固态光学透明胶）将其和保护层粘在一起。

On-cell是将触摸屏嵌入到显示屏的彩色滤光片基板和偏光片直接的方法，即在液晶面板的外层滤光层的上方配触摸传感器。但In-cell是将触摸面板功能嵌入到显示屏内部的方法，即在液晶显示面板的外层滤光层的下方将触摸传感器嵌入，因而整个屏幕变得更加轻薄。

表6. 贴合工艺对比表

总结

手机屏幕未来的三大发展趋势即为大屏、柔性和透明。通过各个方面技术的改进，未来的手机屏幕一定会越来越方便我们的生活。