LED和OLED的發(fā)展

陶 然

LED

LED是發(fā)光二極管(Light Emitting Diode)的簡(jiǎn)稱。

1955年美國(guó)RCA公司的Rubin Braunstein發(fā)現(xiàn)了GaAs以及其他半導(dǎo)體合金的紅外線放射作用，1962年美國(guó)GE公司的Nick Holonyak Jr則開(kāi)發(fā)出了可見(jiàn)光LED。以往LED通常僅用于指示燈和顯示板，真正的起飛是在1990年代白光LED出現(xiàn)后。應(yīng)用面越來(lái)越廣。現(xiàn)今已主要用作白熾燈的替代光源和LCD電視的背光源以取代原先使用的冷陰極熒光管(CCFL)。

LHD照明

1880年愛(ài)迪生發(fā)明了電燈泡，對(duì)人類的照明進(jìn)行了革命，改善了人類的文明生活，加速了全球經(jīng)濟(jì)和照明產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。時(shí)至今日，低碳節(jié)能成為時(shí)代要求，可取代白熾燈泡的LED照明燈具，成為人類照明技術(shù)的第二次革命，被寄予厚望。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球2005年照明用電占總發(fā)電量的19％，花費(fèi)3650億美元，占世界GDP1.2％，共排放CO₂5.55億噸。

LED用作照明始于10年前的墻腳，燈，隨后用作路燈，再擴(kuò)及頂燈、聚光燈和日光燈等室內(nèi)照明。LED光源具有低功耗、長(zhǎng)壽命(可使用10年以上)、反應(yīng)速度快、防潮、耐震、堅(jiān)固，并具有易維護(hù)、輕薄短小等特性。加上先進(jìn)國(guó)家已在推行禁止和銷售傳統(tǒng)白熾燈的政策，因而LED照明市場(chǎng)無(wú)疑佳景可期。

據(jù)日本矢野經(jīng)濟(jì)研究所的最新報(bào)告，2004年世界照明用白色LED市場(chǎng)不過(guò)40億日元。2008年成長(zhǎng)到了402億日元(3.3億個(gè))，占全部白色LED市場(chǎng)(3440億日元，190億個(gè))的12％。預(yù)計(jì)2013年照明用白色LED可快速增長(zhǎng)到4130億日元，5年翻了一番，2018年可望達(dá)到7080億日元，10年間的年均增長(zhǎng)率高達(dá)33％。

價(jià)格下降(以流明計(jì)算，大約每年下降30％)，應(yīng)用不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)大致呈現(xiàn)短缺現(xiàn)象，引起眾多公司參與進(jìn)來(lái)，日本即有松下、東芝、NEC、Rohm及Sharp等巨型公司相繼加入。

毋庸諱言，照明用LED還面臨不少課題有待解決，諸如LED作為點(diǎn)光源的直線指向工作方式必須通過(guò)努力提高其擴(kuò)散性。散熱、色性、光性都還須改善，提高發(fā)光效率，改進(jìn)封裝。生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生砷有害物體的問(wèn)題尤須解決。

LED背光

LCD顯示器本身是不會(huì)發(fā)光的，它依靠背光源將光線穿過(guò)顯示面板，展現(xiàn)圖形圖像。因此，背光源的技術(shù)直接影響到LCD電視的廁質(zhì)。傳統(tǒng)的LCD顯示器通常采用冷陰極熒光管(Cold Cahode Fluorescent Lamp，CCFL)作為光源，導(dǎo)致LCD顯示器顏色不夠豐富等不少缺陷。LED則具有色域廣、壽命長(zhǎng)(CCFL5萬(wàn)小時(shí)、LED10萬(wàn)小時(shí))、運(yùn)動(dòng)圖像質(zhì)量高、安全(5～24v低壓工作)、環(huán)保(無(wú)射線、無(wú)砷)以及抗震等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此。LED取代CCFL作為L(zhǎng)CD電視的背光源，這一市場(chǎng)自2009年正式起飛，發(fā)展迅速。

阜在2004年，日本Sony／公司率先推出40英寸和46英寸的LED背光電視機(jī)，韓國(guó)三基公司于2006年跟進(jìn)，2007年上市高對(duì)比、低價(jià)格的白色LED背光電視，從而引起了眾多公司，包括LG、Sharp、松下、日立、Philips等家電巨頭先后參入市場(chǎng)，紛紛于2009年推出產(chǎn)品，因而這年被稱為“LED背光LCD電視元年”。

據(jù)Displaybank市場(chǎng)調(diào)研公司報(bào)告，2009年世界LED背光LCD電視機(jī)的銷量達(dá)360萬(wàn)臺(tái)，今年即可上升到3200萬(wàn)臺(tái)，占全體LCD電視機(jī)銷量的18.8％，2013年可躍增到1.56億臺(tái)，占6996，2008～2013年間的年均增長(zhǎng)率高達(dá)27％，2016年的占有率可望超過(guò)80％。

LED背光LCD電視機(jī)推廣普及的最大問(wèn)題也是價(jià)格過(guò)高，據(jù)報(bào)道，一臺(tái)LCD電視的背光板約須裝16個(gè)LED，成本約30～60美元，而安裝數(shù)達(dá)到450多個(gè)的CCFL成本僅需一二十美元，故而整臺(tái)電視機(jī)大約貴20％上下。但是，隨著生產(chǎn)的改善，預(yù)期未來(lái)LED背光模塊的成本會(huì)很快下降，預(yù)測(cè)3年內(nèi)便可接近CCFL的水平。一句話，LED替代ccPL背光已是必然的趨勢(shì)，且其替代速度就像當(dāng)年LCD替代CRT一樣，將快于預(yù)期。

OLED

OLED是有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light Emitting Diod)的簡(jiǎn)稱。它的發(fā)明始于偶然，1979年某一天的晚上，在Kodak公司從事科研工作的華裔科學(xué)家鄧青云博士，在回家途中突然想起有件東西忘在實(shí)驗(yàn)室里便返了回去，在黑暗中他發(fā)現(xiàn)有個(gè)亮光，打開(kāi)燈后看到原來(lái)是一塊做實(shí)驗(yàn)的有機(jī)蓄電池在發(fā)光。從此，他開(kāi)始了對(duì)有機(jī)體的發(fā)光研究，即今稱之為OLED的研究，他也被稱為OLED之父。OLED和LED的發(fā)光機(jī)理基本相同，但因使用的是有機(jī)材料，具有一系列優(yōu)異的特性。

作為平板顯示器件，OLED與使用最普遍的LCD相比。擁有面板薄、對(duì)比度高、響應(yīng)速度快、功耗低、視角寬、重量輕等，尤其值得一提的優(yōu)勢(shì)更在于OLED屏可以彎曲、折疊、甚至可以像一張紙一樣掛在墻上，放在口袋里，以至鑲嵌在衣服里，不用時(shí)是衣服的一部分，需要時(shí)則可顯示必要的信息。因此。OLED被公認(rèn)是LCD注定的終結(jié)者，也可稱之為平板顯示領(lǐng)域的“明日之星”。

OLED顯示器

當(dāng)前從顯示器的總體發(fā)展而言，綠色(節(jié)能減碳)、3D和觸控是未來(lái)三大發(fā)展方向。在綠色方面，電子紙、OLED和LED背光代表著發(fā)展的主流。據(jù)有關(guān)市場(chǎng)調(diào)研單位報(bào)告，世界電子紙市場(chǎng)隨著技術(shù)的改進(jìn)、應(yīng)用的擴(kuò)大將迅速前進(jìn)，2009年銷售額不過(guò)4億美元，2015年即將增長(zhǎng)到60億美元，2018年更可望增長(zhǎng)到96億美元，年均增長(zhǎng)率高達(dá)41％。而據(jù)DisplagSearch公司報(bào)道，世界OLED顯示器市場(chǎng)3006年為5億美元，2010年超過(guò)10億美元，達(dá)約13億美元，2016年可望達(dá)到62億美元(圖2)。但據(jù)英國(guó)IntertechPira市場(chǎng)調(diào)研公司報(bào)告，包括OLED照明和顯示器在內(nèi)的世界市場(chǎng)。2008年為6.15億美元，2014年可超過(guò)67億美元，年均增長(zhǎng)率達(dá)44％。那么，電子紙和OLED市場(chǎng)規(guī)模相仿，好有一拼，但一般認(rèn)為，電子紙目前主打電紙書，而OLED應(yīng)用更為廣泛，似更勝一籌。

另一方面，無(wú)論哪一種產(chǎn)品，相較于現(xiàn)已近千億美元市場(chǎng)的LCD，還不免相形見(jiàn)絀(參閱本刊2009年11～12期有關(guān)文章)。

OLED屏目前仍以中小型為主，今年伊始，手機(jī)主屏將成為OLED的最大應(yīng)用。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司iSuppli預(yù)

測(cè)，手機(jī)用OLED屏的世界出貨量將從2009年的2220萬(wàn)片提升到2015年的1.78億片，年均增長(zhǎng)率高達(dá)41.1％，而全部手機(jī)用屏每年僅增長(zhǎng)8％。還應(yīng)指出的是，2009年手機(jī)用OLED屏仍不過(guò)占全部手機(jī)用屏的2％。2013年也才占6％，發(fā)展空間十分巨大。

據(jù)DisplaySearch公司預(yù)計(jì)，到2016年世界OLED屏62億美元的銷售額中，手機(jī)用屏占30美元的市場(chǎng)份額，依然擁有半壁江山，而屆時(shí)OLED電視屏不過(guò)20億美元的規(guī)模。隨著OLED在手機(jī)屏上的成功應(yīng)用，勢(shì)必會(huì)順勢(shì)擴(kuò)大到筆記本電腦特別是電視的應(yīng)用。實(shí)際上。日本Sony公司于2007年即推出了世界首臺(tái)11英寸的OLED電視。并計(jì)劃推出27英寸電視。不料sony公司卻無(wú)端突然中止了這項(xiàng)業(yè)務(wù)。直到最近在被膘光的公司內(nèi)部發(fā)展藍(lán)圖中，OLED電視又赫然再次列入2010～2011年的新產(chǎn)品計(jì)劃中。有人推測(cè)Sony是在LCD電視市場(chǎng)上遭到慘敗之后，很可能打算重新借助OLED來(lái)打翻身仗。

除了Sony之外，還有三星、LG、Sharp、先鋒、三菱等巨頭公司都有推出OLED電視的計(jì)劃。LG今年在全球上市15英寸OLED電視，并堅(jiān)定地計(jì)劃明年將推出30英寸、2012年40英寸電視機(jī)。LG公司并預(yù)測(cè)，到2016年OLED面板價(jià)格可望低于LcD。2011年前OLED使用熒光材料，2012年開(kāi)始改用磷光材料，不過(guò)當(dāng)年OLED的材料成本仍比LCD高50％，成品率低30％，因技術(shù)的進(jìn)步到2016年。OLED的材料成本方可比LCD低20％～30％，而成品率相當(dāng)。故而只有到那了個(gè)時(shí)候，OLED面板的價(jià)格才會(huì)低于LCD，進(jìn)入大規(guī)模實(shí)用階段。

OLED按其自發(fā)光、功耗低(比LCD低1／3，更僅及PDP的1／10)、重量輕、視角好等優(yōu)點(diǎn)，適于制作大尺寸面板。目前OLED面板以中小型為主，原因在于大尺寸面板制作困難，為此，日本Epson公司正努力研發(fā)大尺寸面板，它將現(xiàn)在普遍使用的噴鍍工藝改為噴墨印刷工藝，預(yù)計(jì)2012年可生產(chǎn)出大尺寸面板。日前Sony還展示了用輪轉(zhuǎn)印刷生產(chǎn)出柔性多彩的OLED面板。

OLED照明

最近一段時(shí)間以來(lái)，LED照明被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，熱得不得了，對(duì)OLED照明則不甚了了，究其原因并不奇怪，蓋OLED顯示問(wèn)世已約10年，人們有所了解，而OLED照明近年才剛冒頭，僅有少量生產(chǎn)。其實(shí)，OLED照明比LED更具優(yōu)越性，更適于用作照明，它表面發(fā)光，效率更高，透明輕薄，堅(jiān)固耐用，可制成透明如窗，也可如鏡子反射，且柔軟可撓，為照明設(shè)計(jì)者開(kāi)創(chuàng)了無(wú)限的想像，受到了特別的青睞。

歐、美、日大型電氣公司都已對(duì)OLED照明投資開(kāi)發(fā)，準(zhǔn)備生產(chǎn)。著名市場(chǎng)調(diào)研公司DisplaySearch最近發(fā)表的報(bào)告稱，世界OLED照明將于今年啟航，明年躍進(jìn)，預(yù)計(jì)2014年市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)28億美元，2018年更可望達(dá)到60億美元，絕不遜FLED在照明市場(chǎng)的前途，而且更為遠(yuǎn)大。

最早供應(yīng)OLED照明的看來(lái)會(huì)是Philips公司，接著是GE和Konica Minolta等。但其他如Lumiotec和Osram等公司都將于2012年前投產(chǎn)上市(圖4)。

結(jié)語(yǔ)

隨著生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品性能的改善，OLED技術(shù)再度受到了人們的關(guān)注。Sony的回歸。韓國(guó)三星、LG的奮起，以及中國(guó)大陸從臺(tái)灣廠商購(gòu)買技術(shù)人手的后發(fā)勢(shì)力，OLED重現(xiàn)光明，2010年將成為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可稱OLED起飛元年。OLED從中小顯示屏切人應(yīng)用，并將經(jīng)由技術(shù)改進(jìn)等途徑，攻入大尺寸顯示屏領(lǐng)域，而亮度的提高。將使OLED成為殺進(jìn)綠色照明市場(chǎng)的一匹大黑馬。

與此同時(shí)，我們也必須看到，OLED在前進(jìn)的道路上還面臨若干艱難險(xiǎn)阻，主要有三：其一，價(jià)格昂貴，原因在于生產(chǎn)規(guī)模尚小，導(dǎo)致制造和材料成本難于下降，例如，LG的15英寸OLED標(biāo)清電視，售價(jià)高達(dá)2600美元，這樣的價(jià)格可以買到LG全清s5英寸LCD電視了；其二，壽命短，目前OLED壽命只有2萬(wàn)小時(shí)，商用化至少應(yīng)有5萬(wàn)小時(shí)；其三，OLED屏當(dāng)下主要仍是中小尺寸的，大約有六成用于手機(jī)，四成用于MP3，用于電視的大尺寸屏還有待突破。