【FPDI CHINA】有机EL5年后将大行其道

9月18-19日，日经BP社与中国光学光电子行业协会液晶分会在北京国家会议中心共同主办了“中国北京2012国际平板显示产业高峰论坛”。来自中国大陆、台湾、日本、韩国和美国的近40家面板、材料和设备厂商，6所大学代表，约300位专业人士参加了本次峰会。

有机EL在2018年后成熟

有机EL以全固态、主动发光、高对比度、超薄、低功耗、无视角限制、响应速度快、工作温度范围宽和柔性化的特点，正作为新一代显示技术快速崛起。

图1 AM有机EL比TFT LCD的感知亮度高100-150cd/m2

对于相同亮度的影像，根据Bartleson-Breneman效应，当背景变暗时，图像显得更亮，即灰度更小；当背景变亮时，图像显得更暗，即灰度更大。由于高对比度和高色域，有机EL比LCD的感知亮度更高（见图1）。这也意味着前者的功耗更低，且有机EL的功耗基本只随着显示图像的亮度变化。

三菱电子和先锋于2011年合作开发了6m直径的有机EL显示球，及2012年建在东京成田机场的1.9m高、9.6m宽的有机EL显示墙（见图2）。

Tech&Biz总经理北原洋明预计，AM有机EL电视市场将在2014年左右兴起，到2018年，其占整个FPD市场的份额约11%。随后将进入市场成熟期。LCD与OLED的性能对比如图3所示。

索尼曾于2007年12月1日推出了全球第一台有机EL电视XEL-1，但在其后的商业化时遇到了极大困难，导致有机EL电视长期在市场上沉寂。4年后，LG和三星在2012CES上分别展示了55英寸金属氧化物和LTPS材料的有机EL电视。这似乎预示着第五次显示浪潮即将来临。

图2 三菱电子和先锋于2011年合作开发了6m直径的球形有机EL显示屏，及2012年建在东京成田机场的1.9m高、9.6m宽的有机EL显示墙。

图3 LCD与OLED的性能对比

目前，三星以累计量产2亿片AM有机EL面板居于行业扛鼎地位。全球几乎没有其他厂商在大尺寸面板上能达到较高的生产良率，这也是韩国厂商的特别优势。

不过有机EL电视发展的不利之处在于1万多美元的高价格和制造设施投资较高。LGD中国区产品推广总经理朴昌赫表示，将用白光加彩膜（WRGB）有机EL技术在60英寸以上、不闪式窄边框或无边框、超高清3D电视市场推广。

中国有机EL的布局与挑战

中国工信部电子信息司副司长刁石京指出，中国厂商已在有机EL方面布局。例如，京东方（BOE）已在鄂尔多斯完成5.5代AM有机EL生产线的桩基工程，预计2013年底量产。目前已开发出4英寸氧化物OLED和LTPS材料的AM有机EL屏。天马也把原有的4.5代TFT-LCD生产线改建为AM有机EL，2013年1月启用5.5代线厂房。维信诺方面，清华大学与昆山市政府签署了建设5.5代AM有机EL量产线的框架协议，计划投资150亿元。

他认为，整个产业链需同步发展，大企业要起带动作用。虽然政府不能行政推动，但将来行业整合是必然趋势。

中国OLED联盟副秘书长高宏玲提醒业界，目前，精工爱普生、三星、LG和索尼等国外厂商已在全球各自拥有数千项技术专利，三星SDI、精工爱普生、日本半导体能源、友达光电等在中国也分别申请了数百项专利。这也凸显了中国大陆有机EL产业知识产权布局落后，今后会面临侵权风险和准入难度巨大等问题。

有机EL制造工艺的演进

索尼高级顾问占部哲夫认为，由LCD过渡到有机EL时电子设备技术进步的必然结果。有机EL要想快速进入市场，必须利用现有TFT LCD的量产基础设施。有机EL实现柔性显示和卷对卷（RtoR）生产还需一段时间，但是一旦实现，将给人们带来完全不同的崭新显示世界。

他介绍了该公司在SID2012上展示的打印加真空工艺的混合型有机EL技术（见图4），并比较了LCD和有机EL的工艺和材料成本，如图5所示。

图4 索尼在SID2012上展示的打印加真空蒸镀工艺的混合型有机EL技术

图5 LCD和有机EL的工艺和材料成本比较

图6 真空蒸镀与喷墨打印方法的比较

东京电子（TEL）执行董事松浦次彦指出，有机EL电视在发展过程中还面临一些技术挑战。与FMM(精细金属掩膜)和W-有机EL+CF(白光OLED加彩色滤光片)工艺相比，喷墨打印工艺简单，材料利用率高于90%，因此更适于低成本、规模化8代线生产。不足之处是材料性能方面。目前有厂商正在利用真空蒸镀或喷墨打印方法开发两种沉积制造设备（见图6）。

松浦强调，面板、材料与制造设备厂商密切合作对有机EL电视的发展非常重要。

氧化物与LTPS材料崭露头角

美国应用材料公司AKT显示事业部中国区客户总经理史小宏表示，显示行业正处在近20年来最重要的技术转型过程中。显示屏越来越高的分辨率和开关速度要求更高的电子迁移率。

非晶硅（a-Si）材料的电子迁移率较低，不到1cm2/Vs，而金属氧化物材料的电子迁移率是其10倍，LTPS材料是其100倍。因此，2011年起，出现了用金属氧化物和低温多晶硅（LTPS）等晶体管材料取代非晶硅的趋势。“不过，取代并不是个短期过程，需要3、5年以上的时间。”史小宏认为。[!--empirenews.page--]

金属氧化物材料的成本比LTPS的低，故前者的市场在大尺寸显示屏，后者在小尺寸移动屏上有用武之地。

史小宏表示，AKT的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）薄膜技术、包括IGZO（铟镓锌氧化物）沉积在内的金属氧化物的物理气相沉积（PVD）的制造设备，可以提升高分辨率平板电脑和电视显示屏的良率，并降低成本。

东京工业大学细野秀雄教授在分析TAOS(InGaZnOx) a-IGZO TFT氧化物材料特性时，指出了其3个优势，①电子迁移率高于10cm2/Vs；②关断电流低于10-13A，较宽的带隙，接近VB状态的高密度，不会反向工作；③S值小于0.2eV/dec，工作电压低于2V。可通过低于350℃退火温度改善TFT特性。但其长期稳定性是个复杂的问题，减少背沟道（back channel）缺陷是改进TFT稳定性的关键。

除了LG的55英寸金属氧化物材料有机EL电视外，新iPad采用了夏普基于IGZO TFT氧化物材料的高分辨率量产化显示屏。

细野还分析了采用双栅极结构的双极型SnO-TFT材料的输出特性（见图7），并介绍了基于双极型氧化物晶体管的CMOS逆变器（inverter），如图8所示。目前，已研究出3.1eV低Φ值、惰性传导缓冲正极的有机EL。

图7 双极型SnO-TFT材料的输出特性

图8 基于双极型氧化物晶体管的CMOS逆变器的结构及输入/输出特性

移动显示中的有机EL

三星于2011年9月上市的Galaxy S II高清LTE智能手机已经应用了4.7英寸OLED屏。AKT的史小宏认为，三星在与苹果进行的知识产权官司之后，很可能会加大OLED方面的发展力度，以强化差异化竞争的核心能力。三星开发的柔性有机EL智能手机原型将会印证这种看法。

图9 全球4.5和5代线生产线情况（数据来源：天马微电子）

图10 white Magic技术

天马微电子副总经理欧阳旭认为，2013年，中小面板规模会突破30亿片，产能增速将高于17%，智能手机和平板电脑所用面板占中小面板产能的50%。全球4.5和5代生产线将形成5亿片的产能，如图9所示。天马的LTPS生产线也将于2013年量产。

日本显示公司（JDI）首席技术官大岛弘之给出了该公司综合Display Search数据后对移动显示市场的预测，2010-2015年，中小尺寸显示屏的年平均增长率约为19%，2015年的市场规模约450亿美元。同期，智能手机和平板电脑的年平均增长率分别约为57%和73%。

除智能手机外，高像素密度和分辨率的平板电脑也需要LTPS技术。因此，LTPS在2012年需求增长后，2013年的供需形势还会很严峻。

大岛认为，移动显示模块将集成IPS-NEO、LTPS、窄边框、white Magic（见图10）、Pixel Eyes（见图11）和薄背光技术。未来，移动显示会演进到薄片（sheet）显示（见图12）。

图11 Pixel Eyes技术

图12 未来移动显示会演进到薄片显示

台湾大学吴忠帜教授介绍了把有机EL与太阳能电池应用在移动显示终端的概念。其原理是，装在有机EL屏下面的太阳能电池板吸收环境光和非耦合输出的有机EL发射光，并转换成电能（见图13）。这样就可实现自我供电，并减少电池体积。另外，还可在有机EL、玻璃或塑料基板与太阳能电池板之间加上TTFT氧化物材料层。

图13 把有机EL与太阳能电池应用在移动显示终端

柔性AM有机EL技术

韩国庆熙大学张震教授称，未来的高清移动终端和大尺寸薄片型（sheet-type）电视都会用到柔性显示屏。柔性显示基板可采用金属、塑料或薄玻璃材料。

用塑料做基板时，采用了卷对卷工艺，把塑料在载体玻璃上压膜，对PI进行溶液涂层，然后分离。

友达已开发出0.3mm厚，分辨率240x320，弯曲半径10mm的柔性AM有机EL屏，采用了底发射结构。制造过程如下：首先在玻璃基板上形成一层树脂基板（PI），然后在PI上形成驱动器和有机EL单元，驱动器基于a-IGZO TFT，采用真空蒸镀工艺。张震认为，驱动器单元表示像素电路没有集成栅极驱动器。之后，玻璃基板和树脂基板进行分离，最终形成很薄的薄膜封装。

图14为索尼用氧化物TFT做的柔性AM有机EL基板。东芝也在SID2012上展示了11.7英寸的柔性AM有机EL显示技术，用了白光OLED和彩色滤光片，底发射结构，采用塑料基板从载体玻璃上脱粘的工艺。柔性面板由装在透明聚酰亚胺（polyimide）薄膜上的a-IGZO TFT驱动。

张震表示，带传导缓冲层的塑料基板上的TFT基板具有一定的坚固性。脱离前后，a-IGZO TFT性能基本保持一致。即使平面很薄，PI基板上的TFT阵列也可保持自由直立（standing）。TFT具有很强的抗拉应力性（见图15）和ESD保护能力。

图14 索尼用氧化物TFT作柔性AM有机EL基板[!--empirenews.page--]

图15 弯曲后的TFT性能

液晶显示新技术

松下液晶显示公司商品开发中心顾问小野记久雄介绍了实现低功耗高ppi液晶显示的IPS技术。采用屏蔽型（shield）IPS(In-Plane Switching，平面转换)像素结构提高了开口率，这种结构被称为IPS-Pro Next。其基本原理是，通过共用电极功能在复数像素上覆盖绝缘膜，可动态改进开口率（见图16）。降低面板功耗的技术如图17所示。

图16 松下液晶显示用屏蔽型IPS像素结构提高开口率

图17 松下液晶显示降低面板功耗的技术

目前，光增亮膜技术基本被3M掌控。德国Merck公司曾试图打破这种状况，利用荷兰科学家D.J.Broer的光诱导手性化合物的扩散引起薄膜内形成螺距梯度的技术，制备N*相光增亮膜。但这种方法面临的问题是难于取向。

北京大学工学院材料系杨槐教授提出了新研究出的两种液晶显示光增亮膜制备方法。

第一种方法是，通过加入合成的手性离子液体（CIL），增加电场，解决增亮膜的取向难问题。制备原理如图18所示。

图18 北京大学杨槐教授制备液晶显示光增亮膜方法一的原理

图19 北京大学杨槐教授制备液晶显示光增亮膜方法二的原理

第二种方法是，通过在薄膜中同时产生扭曲晶粒边界相和胆甾相，形成超大螺距梯度，制备屏蔽超宽红外光波段的增亮膜。制备原理如图19所示。