TFT and OLED Display Technologies: A Comprehensive Guide

目次

1. Introduction to TFT and OLED

Thin-Film Transistor (TFT) and Organic Light-Emitting Diode (OLED) technologies are the cornerstones of modern display innovation. TFT-LCDs dominate the market for large-format screens like TVs and monitors, while OLEDs lead in high-end smartphones, wearables, and flexible displays. This article explores the science, manufacturing, and real-world applications of these technologies, leveraging insights from leading Chinese manufacturers such as BOE, CSOT, and Visionox.

Key Differences at a Glance

2. TFT Technology: Principles and Applications

What is TFT?

TFT (Thin-Film Transistor) is a semiconductor technology used in LCDs (Liquid Crystal Displays) to control individual pixels. TFT-LCDs combine a liquid crystal layer with a backlight and a TFT array to produce high-resolution images.

Key Components of TFT-LCDs

• Glass Substrates: Typically 700–1200mm in size, made of soda-lime or alkali-free glass.

• Thin-Film Deposition: Layers of silicon dioxide (SiO₂), silicon nitride (SiN), and indium tin oxide (ITO) are deposited via chemical vapor deposition (CVD).

• Photolithography: A multi-step process using 4–6 masks to pattern the TFT array.

• Cell Assembly: Liquid crystals are sealed between two substrates with spacers to maintain uniform thickness.

Applications of TFT-LCDs

• Television and Monitor Manufacturing: Dominates the TV market due to cost-effectiveness.

• Industrial Automation: Used in medical devices (e.g., diagnostic equipment) and industrial control panels.

• 自動車用ディスプレイ: Integrated into car dashboards and infotainment systems.

Case Study: BOE's B7 Line

BOE’s B7 line in Chengdu produces 48K/M AMOLED panels using LTPS (Low-Temperature Polycrystalline Silicon) technology. This line achieves 1000 cd/m² brightness and supports 120Hz refresh rates, making it ideal for high-end smartphones.

3. OLED Technology: Advantages and Challenges

What is OLED?

OLED (Organic Light-Emitting Diode) uses organic compounds that emit light when electrically stimulated. Unlike TFT-LCDs, OLEDs do not require a backlight, enabling ultra-thin, flexible displays with perfect blacks and wide viewing angles.

OLEDの利点

• 高コントラスト比: Achieves 1,000,000:1 due to self-emissive pixels.

• Flexibility: Enables foldable phones (e.g., Huawei Mate X3) and curved TVs.

• エネルギー効率: Consumes less power for dark scenes compared to TFT-LCDs.

Challenges in OLED Manufacturing

• Blue OLED Lifespan:青色の有機材料は赤色/緑色よりも早く劣化するため、高度なリン光発光体が必要になります。

• 生産コスト:真空蒸着プロセスは高価で、コストは 1cm² あたり 30 ～ 50 ドルに達します。

• 利回り率:TFT-LCD よりも低い (材料の欠陥により通常は 60～70%)。

ケーススタディ：VisionoxのV2ライン

Visionoxの広州V2ラインは、Cu（銅）およびLTPO（低温多結晶酸化物）技術を用いたAMOLED生産に特化しています。このラインはFDA認証の医療機器および車載ディスプレイに対応し、2023年までに月産3万枚の生産能力を実現します。

4. Manufacturing Processes of TFT and OLED

TFT-LCDの製造工程

1. ガラス基板の準備：洗浄と化学強化。

2. Thin-Film Deposition:SiO₂、SiN、および ITO の層。

3. Photolithography:ピクセル配列を定義する 4 ～ 6 個のマスク。

4. Cell Assembly:液晶注入・封止。

5. バックライト統合:照明用に LED または CCFL バックライトを追加しました。

OLEDの製造工程

1. 基質の選択:柔軟性のためのガラスまたはポリマーフィルム。

2. 真空蒸着：インクジェット印刷または熱蒸着により堆積された有機材料（例：TADF エミッター）。

3. カプセル化:水分の浸入を防ぐために薄膜バリアで密封します。

4. ドライバー IC 統合:TFT アレイはピクセルの明るさと色を制御します。

比較指標

5. Leading Factories and Case Studies

BOEのB1ライン（北京）

プロジェクト：LCD バックライト用のミニ LED 統合。
          結果：9K/M ミニ LED 変換により 100K/M TFT-LCD 容量を達成し、バックライト効率が 30% 向上しました。

CSOTのT4ライン（武漢）

集中：車載ディスプレイ向けAMOLED生産。
          容量：48K/M、1000 cd/m²の明るさ。
          テクノロジー：導電性を向上させるためにCuベースのTFT回路を使用しています。

VisionoxのV3ライン（成都）

革新：インクジェット技術を使用して印刷された OLED。
          コスト削減:大量市場への導入を目指し、材料の無駄を40%削減します。

6. TFT vs OLED: A Detailed Comparison

パフォーマンスメトリック

市場シェア（2023年）

TFT液晶:世界のディスプレイ出荷量の65%（テレビ、モニターに使用）。
           あなたは：出荷の35%はスマートフォンとウェアラブルに集中しています。

7. Future Trends and Innovations

マイクロLEDディスプレイ

BOEのB1ライン：LCD用ミニLEDバックライトを生産しており、年間生産量20,000m²を達成しています。
           サムスンのQD-OLED：量子ドットと OLED を組み合わせて明るさを向上します。

AMOLED用LTPO

CSOTのT6ライン:120Hz のリフレッシュ レートと動的なフレーム レート調整を実現する LTPO (低温多結晶酸化物) を実装します。

印刷型OLED

Visionox の Vistar ライン:コストを削減し、生産規模を拡大するためにインクジェット印刷を試みます。

8. FAQs About TFT and OLED

Q1: a-Si TFT と LTPS TFT の違いは何ですか?

a-Si（アモルファスシリコン）：大型パネル（テレビなど）にコスト効率が優れています。
           LTPS（低温多結晶シリコン）：小型で高解像度のディスプレイ (例: スマートフォン) 向けの高い電子移動度。

Q2: OLED は TFT-LCD よりもなぜ高価なのですか?

真空蒸着：有機材料を扱う複雑でコストのかかるプロセス。
           材料費:リン光発光体と封止材料により経費が増加します。

Q3: Cu プロセスは OLED のパフォーマンスをどのように向上させるのでしょうか?

TFT 回路のアルミニウム (Al) を銅 (Cu) に置き換えることで、高リフレッシュ レート ディスプレイの導電性と安定性が向上します。