有機EL

摘要：有機EL，俗稱“電子紙”，以全固態(tài)、主動發(fā)光、高對比度、低功耗、無視角限制、響應(yīng)速度快、工作溫度范圍寬等優(yōu)點廣受關(guān)注。文章以顯示技術(shù)的發(fā)展的視野研究了有機EL物理基礎(chǔ)、目前在全球的最新技術(shù)發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)市場前景，指出這一技術(shù)正在加速到來。

關(guān)鍵詞：有機EL；OLED；發(fā)光材料；液晶面板；電視技術(shù)

中圖分類號：TM923 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0015-03

在2013年1月8～11日于美國拉斯維加斯舉行的國際消費電子展“2013 International CES”上，索尼和松下分別展示了它們4K×2K（3840×2160像素）影像（4K）的有機EL電視技術(shù)——56英寸EL電視試制品，其影像之美和超薄的設(shè)計無不令到場觀眾感到驚訝。松下和索尼一直致力于有機EL電視的開發(fā)，但是大屏幕化一直是個難題，56英寸的EL電視預(yù)示著這一技術(shù)正在加速到來。

1 有機EL優(yōu)點及發(fā)展歷程

有機EL有著顯著的優(yōu)點，即輕薄如紙，可彎曲，俗稱“電子紙”，掛在墻上，不用時可卷起來，它以全固態(tài)、主動發(fā)光、高對比度、低功耗、無視角限制、響應(yīng)速度快、工作溫度范圍寬，正作為新一代顯示技術(shù)快速崛起。其優(yōu)點具體有以下八個方面：（1）厚度可以小于1毫米，僅為LCD屏幕的1/3，并且重量也更輕。（2）固態(tài)機構(gòu)，沒有液體物質(zhì)，因此抗震性能更好，不怕摔。（3）能夠在不同材質(zhì)的基板上制造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器。（4）發(fā)光效率更高，于相同亮度的影像，根據(jù)Bartleson-Breneman效應(yīng)，當(dāng)背景變暗時，圖像顯得更亮，即灰度更??；當(dāng)背景變亮?xí)r，圖像顯得更暗，即灰度更大。由于高對比度和高色域，有機EL比LCD的感知亮度更高。這也意味著前者的功耗更低，且有機EL的功耗基本只隨著顯示圖像的亮度變化。（5）低溫特性好，在-40℃時仍能正常顯示，而LCD則無法做到。（6）幾乎沒有可視角度的問題，即使在很大的視角下觀看，畫面仍然不失真。（7）響應(yīng)時間是LCD的千分之一，顯示運動畫面絕對不會有拖影的現(xiàn)象。（8）制造工藝簡單。

早在1997年日本東北先鋒株式會社（Pioneer）就正式量產(chǎn)應(yīng)用在汽車音響的單色綠光有機EL顯示器。從2001年開始NEC、富士通等廠商在其手機上使用有機EL顯示屏，2004年以后有機EL顯示屏陸續(xù)出現(xiàn)在sony的PDA或Toshiba的gigabeat mp3隨身聽上，由于相中有機EL的優(yōu)點，2006年Sanyo的Xacti DMX-HD1數(shù)字攝影機也采用其為顯示屏，這些都是有機EL實際商品化的實績，證明有機EL在小尺寸的運用上確實有其優(yōu)勢，也說明了小尺寸的有機EL顯示器已經(jīng)發(fā)展成熟。相比小尺寸，大尺寸有機EL顯示器開始并不順利，索尼公司曾于2007年12月1日推出了全球第一臺有機EL電視XEL-1，但在其后的商業(yè)化時遇到了極大困難，導(dǎo)致有機EL電視長期在市場上沉寂。2011年，LG公司和三星公司在2012CES上分別展示了55英寸金屬氧化物和LTPS材料的有機EL電視，如本文開頭所言，今年1月松下和索尼又展示了4K56英寸的EL電視，這預(yù)示著新一代顯示屏即將到來。

在這里，讓我們再用點時間回顧一下電視技術(shù)的發(fā)展歷史，會有很多感悟和啟示。1924年英國的電子工程師約翰·貝爾德發(fā)明第一臺電視機，從那以后，電視經(jīng)歷了黑白到彩色，從陰極射線管到平板，平板又從等離子體液晶到LED的過程。20世紀(jì)80年代買個彩電都要通過關(guān)系才能買到，由于用的是陰極射線管技術(shù)產(chǎn)生圖像，射線有個偏角問題，電視屏幕做到再大技術(shù)難度很大，因此買個大屏幕、“平面直角”是一件令人羨慕的事。近10年，等離子體平板電視產(chǎn)生了，但開始其清晰度趕不上陰極射線顯像管，因此市場上平板顯示器和陰極射線管顯示器并存，這無論從電視機還是電腦顯示器都是如此，隨著液晶技術(shù)的進步，液晶平板終于戰(zhàn)勝陰極射線管顯示器，陰極射線管顯示器終于退出了市場，現(xiàn)在我們看看我們的老式電視機龐大的體積和重量簡直像一個古董。最近幾年平板電視有了LED，現(xiàn)在又朝薄如紙的有機EL發(fā)展了?；仡櫄v史，這恍如夢幻，人類對自然界的認識只有未認識的，沒有止境。

2 有機EL物理基礎(chǔ)

有機EL中的EL是Electro Luminescent的縮寫，即電致發(fā)光的有機物，有機EL也稱OLED（Organic Light-Emitting Diode），即有機發(fā)光二極管。1947年出生于香港的美籍華裔教授鄧青云在實驗室中發(fā)現(xiàn)了有機發(fā)光二極體，也就是OLED，由此展開了對OLED的研究。其實，在自然界，有一些生物本身就發(fā)光，例如在仲夏夜發(fā)出淡淡草綠色螢光的螢火蟲，而有機EL電視使用的發(fā)光材料分子結(jié)構(gòu)比螢火蟲更為復(fù)雜，發(fā)出的光更加明亮。其原理是在有機復(fù)合材料的陰極和陽極加入電壓后，兩極之間產(chǎn)生可以移動的電子和空穴，在電場作用下電子和空穴分別向陽極和陰極移動，在復(fù)合材料的中間層（發(fā)光層）結(jié)合，而電子和空穴結(jié)合產(chǎn)生的能量使材料的最外層電子被激發(fā)，跨越到更外一層繞核運行；由于只是激發(fā)，電子離開最外層電子軌道后其運行不穩(wěn)定，馬上又會回到原來的軌道，這樣就會把過剩的能量以光的形式釋放出來。有機EL顯示彩色的方法大致有兩種：一種是使用發(fā)出3原色（紅、綠、藍）光的有機EL材料的方法，另一種是在白色發(fā)光有機EL材料的基礎(chǔ)上組合由3原色像素組成的彩色濾光片的方法。這些方法都需要使用有機EL材料形成數(shù)百萬個像素，通過高速控制其點亮和熄滅來顯示影像。

有機EL的主要部分就是發(fā)光材料層，經(jīng)過多次試驗驗證，發(fā)光材料大致分為高分子化合物和低分子化合物兩大類。相對于低分子發(fā)光材料熒光材料和磷光材料，高分子材料有許多優(yōu)點，由于材料都是以薄膜形式附著于玻璃或者透明聚合物表面上的，高分子的薄膜技術(shù)以及表面處理技術(shù)都遠超過低分子材料，特別是適合于生產(chǎn)大面積的顯示屏。另外高分子發(fā)光材料的潛力也非常大，通過不斷的實驗研究，也會有很多新型材料誕生。目前新材料的研發(fā)、薄膜技術(shù)以及表面處理技術(shù)是有機EL的核心技術(shù)，掌握在日本索尼等大企業(yè)手里，而且目前全球各研發(fā)機構(gòu)在競相研發(fā)，技術(shù)處于日新月異中。

3 有機EL電視市場展望

預(yù)計AM有機EL電視市場將在2014年左右興起，到2018年，其占整個FPD市場的份額約11%，隨后將進入市場成熟期。三菱電子公司和先鋒公司于2011年合作開發(fā)了6m直徑的有機EL顯示球，2012年在東京成田機場建成1.9m高、9.6m寬的有機EL顯示墻。有機EL電視發(fā)展的不利之處在于1萬多美元的高價格和制造設(shè)施投資較高。LGD中國區(qū)產(chǎn)品推廣總經(jīng)理樸昌赫表示，將用白光加彩膜（WRGB）有機EL技術(shù)在60英寸以上、不閃式窄邊框或無邊框、超高清3D電視市場推廣。目前，三星以累計量產(chǎn)2億片AM有機EL面板居于行業(yè)扛鼎地位，全球幾乎沒有其他廠商在大尺寸面板上能達到較高的生產(chǎn)良率，這也是韓國廠商的特別優(yōu)勢。

2012年9月18～19日，來自中國大陸和臺灣地區(qū)、日本、韓國、美國的近40家面板、材料及設(shè)備廠商，加上6所大學(xué)的代表，約300位專業(yè)人士參加的“中國北京2012國際平板顯示產(chǎn)業(yè)高峰論壇”在北京國家會議中心舉行，主辦方為日本日經(jīng)BP社與中國光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會液晶分會。在本次峰會上，索尼高級顧問占部哲夫認為，由LCD過渡到有機EL是電子技術(shù)進步的必然結(jié)果，盡管有機EL實現(xiàn)柔性顯示和卷對卷（R to R）生產(chǎn)還需一段時間，但是一旦實現(xiàn)，將給人們帶來完全不同的嶄新顯示世界。東京電子公司（TEL）執(zhí)行董事松浦次彥在會上指出，相比于FMM（精細金屬掩膜）和W-有機EL+CF（白光OLED加彩色濾光片）工藝，噴墨打印工藝簡單，材料利用率高于90%，因此更適于低成本、規(guī)模化8代線生產(chǎn)，利用真空蒸鍍或噴墨打印方法廠商正在開發(fā)沉積制造設(shè)備。美國應(yīng)用材料公司AKT顯示事業(yè)部中國區(qū)客戶總經(jīng)理史小宏表示，顯示行業(yè)正處在近20年來最重要的技術(shù)轉(zhuǎn)型過程中，顯示屏越來越高的分辨率和開關(guān)速度要求更高的電子遷移率，因此，氧化物與LTPS材料嶄露頭角，本文開頭提到的索尼和松下兩家的4K56英寸有機EL面板試制品驅(qū)動元件均采用氧化物半導(dǎo)體TFT。日本東京工業(yè)大學(xué)教授細野秀雄在分析TAOS（InGaZnOx） a-IGZO TFT氧化物材料特性時，指出了其三個優(yōu)勢，細野還分析了采用雙柵極結(jié)構(gòu)的雙極型SnO-TFT材料的輸出特性，并介紹了基于雙極型氧化物晶體管的CMOS逆變器（inverter）。未來的高清移動終端和大尺寸薄片型（sheet-type）電視都會用到柔性顯示屏，韓國慶熙大學(xué)張震教授表示柔性顯示基板可采用金屬、塑料或薄玻璃材料，用塑料做基板時，采用了卷對卷工藝，把塑料在載體玻璃上壓膜，對PI進行溶液涂層，然后分離。目前，光增亮膜技術(shù)基本被3M掌控，在本次峰會上，北京大學(xué)工學(xué)院材料系楊槐教授提出了新研究出的兩種光增亮膜制備方法。

2013年美國CES展會上，索尼和松下的4K56英寸有機EL電視，都采用了金屬氧化物薄膜晶體管背板——這說明有機EL面板成熟發(fā)展其最需要的關(guān)鍵技術(shù)之一——“高電子遷移率”TFT結(jié)構(gòu)大型化量產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)全面解決，而作為OLED面板試制的另一個關(guān)鍵工藝技術(shù)——OLED材料涂覆，也有新的突破，相比于三星等企業(yè)主要使用的蒸鍍技術(shù)，松下OLED顯示產(chǎn)品采用了新型的3D打印技術(shù)。因此有機EL顯示屏技術(shù)已經(jīng)成熟，現(xiàn)在國際面板巨頭已大手筆投資OLED電視，雖然有些專家還對OLED的產(chǎn)能增長持“謹慎”的態(tài)度，特別是在傳出三星三基色OLED量產(chǎn)計劃是因為技術(shù)困難之后，出現(xiàn)了較為悲觀的預(yù)期；但是即便如此，臺灣業(yè)者最新的預(yù)測也超過了以往的任何預(yù)估數(shù)字：2015年全球OLED彩電的銷量，將不是原來的367萬臺，而是很可能超過960萬臺，提前兩年上千萬目標(biāo)。

反觀國內(nèi)面板產(chǎn)業(yè)，技術(shù)上落后國際巨頭；配套上依賴國際市場；研發(fā)隊伍多數(shù)屬于剛剛組建不久，基礎(chǔ)研發(fā)實力不敵外資企業(yè)；國際巨頭充分利用先入優(yōu)勢欺壓國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)；本土彩電、電腦等企業(yè)對于采用本土面板尚存顧慮，然而，國內(nèi)面板液晶面板投資建設(shè)正如火如荼：目前已建成了京東方北京8.5代線、合肥6代線、中電熊貓南京6代線、華星光電深圳8.5代線，這四條液晶高世代面板線總投資超過700億；在建的高世代液晶面板線至少三條8代線：蘇州三星、廣州LG、合肥京東方，總投資不低于600億（其中三星和LG為韓國線改造搬遷，成本略低）；規(guī)劃中的高世代線總投資不低于550億元，包括南京中電熊貓8代線、成都長虹8代線。除了以上高世代液晶面板線外，國內(nèi)的顯示面板投資還包括低世代液晶面板線，例如龍騰光電5代線，這些生產(chǎn)線的投資總額也不小。

如同兩年前的光伏行業(yè)大躍進，中國液晶面板業(yè)目前飛速發(fā)展，必然導(dǎo)致嚴重產(chǎn)能過剩，更可怕的是三星斧底抽薪地發(fā)展新一代有機EL面板，其結(jié)果中國幾千億液晶面板行業(yè)將重蹈光伏覆滅的覆轍。

對有機EL電視的到來，作為消費者我們張開雙臂熱情擁抱，但對我國的面板產(chǎn)業(yè)，企業(yè)家和政府有關(guān)部門要有清醒的認識，可喜的是業(yè)界已開始動作，據(jù)中國工信部電子信息司副司長刁石京的一個報告，中國廠商已在有機EL方面布局。例如，維信諾公司方面，清華大學(xué)與昆山市政府簽署了建設(shè)5.5代AM有機EL量產(chǎn)線的框架協(xié)議，計劃投資150億元。天馬公司也把原有的4.5代TFT-LCD生產(chǎn)線改建為AM有機EL，2013年1月啟用5.5代線廠房。京東方公司（BOE）已在鄂爾多斯完成5.5代AM有機EL生產(chǎn)線的樁基工程，預(yù)計2013年底量產(chǎn)，目前已開發(fā)出4英寸氧化物OLED和LTPS材料的AM有機EL屏。

中國OLED聯(lián)盟副秘書長高宏玲提醒業(yè)界：中國大陸有機EL產(chǎn)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)布局落后，今后會面臨侵權(quán)風(fēng)險和準(zhǔn)入難度巨大等問題。目前，索尼、三星公司、精工愛普生公司、LG公司等國外廠商已在全球各自擁有數(shù)千項技術(shù)專利，日本半導(dǎo)體能源公司、三星SDI公司、友達光電公司、精工愛普生公司等在中國也分別申請注冊了數(shù)百項專利。因此國內(nèi)有機EL產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和知識產(chǎn)權(quán)保護甚為迫切！

參考文獻

[1]預(yù)測：2015年OLED電視全球銷量超960萬臺，http//www.pdp.com.cn/news/63163_.shtml.

[2]中電熊貓：上馬八代線，構(gòu)建綜合優(yōu)勢，http//cyyw.cena.com.cn/a/2010-02-26/126716825539779.shtml.

[3]投資上千億，各地豪賭液晶8代線，中國經(jīng)濟導(dǎo)報——中經(jīng)在線，http//www.ceh.com.cn/ceh/jryw/2009/9/17/53317.shtml.

[4]京東方鄂爾多斯項目建設(shè)取得.重大進展，今日東勝-東勝區(qū)人民政府，http//www.ds.gov.cn/zwgk/jrds/201208/t20120817_667749.html.

作者簡介：張興科（1964—），男，陜西眉縣人，東營職業(yè)學(xué)院建筑與環(huán)境工程學(xué)院副教授，碩士，研究方向：能源、新技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（責(zé)任編輯：吳 濤）