【有机EL新天地】（一）树脂基板也可实现高清
时间：2014-02-06 23:53:00
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[导读]有机EL显示屏的大型化技术和柔性化技术在得到共同的“援军”——InGaZnO TFT的支持后，均取得了明显的进步。在柔性化领域面临的劣化问题方面，日本开发的技术有望成为突破口。
目前，大型有机EL显示屏的制造技术
有机EL显示屏的大型化技术和柔性化技术在得到共同的“援军”——InGaZnO TFT的支持后，均取得了明显的进步。在柔性化领域面临的劣化问题方面，日本开发的技术有望成为突破口。
目前，大型有机EL显示屏的制造技术处于前所未有的“群雄割据”状态，标准制造工艺尚未确定，不同厂商、不同画面尺寸的显示屏所利用的制造技术各不相同（图1）。
图1：没有在各个方面都达到最优的方案
本图为目前有机EL显示屏面临的主要课题及解决方法。很多情况下，对于某个问题非常有用的对策对于其他问题可能会适得其反。
原因在于，有机EL显示屏的大型化及4K×2K等高精细化在最近一年才突然兴起，局面稍显混乱，而且制造难度高，不能用普通的方法生产。要解决的技术课题有很多，但即使在各项课题中选择认为最佳的技术也很难稳定地生产，因此厂商必须要按照重视程度为要解决的课题排好优先顺序。实际上，不同厂商在有机EL显示屏制造中采用的技术群组合也是不同的（表1）。
反复试验
例如，在大型有机EL显示屏的产品化方面领先的LG Display公司（LGD）重视的是容易制造、尤其是容易支持进一步的大型化和高精细化的技术群，TFT技术采用InGaZnO TFT，彩色显示方式采用白色发光元件+彩色滤光片（WRGB），有机EL发光元件为容易制造的底部发光型。
不过，该公司在SID 2013上表示，做出这样的选择是经过了多次试验决定的。比如，2010年以前是利用基于FMM*的RGB分涂技术开发有机EL显示屏；TFT技术在2010年之前一直采用低温多晶硅（LTPS）TFT，在尝试过几种不同的制造方法后，换成了该公司的研究所从2007年开始研发的InGaZnO TFT。
*FMM（Fine Metal Mask，精细金属掩模）：用于RGB图案、有很多微孔的金属板。
彩色显示方式也是如此，最初RGB分涂方式要比WRGB发光效率高，但从2010年前后开始，WRGB的发光效率反超了RGB分涂方式，原因是采用了发光单元为两层的“串联构造”。
玻璃基板的尺寸在2010年年底由第二代（G2）过渡到了第八代（G8），同时，由铝（Al）布线变成了铜（Cu）布线。但进行PBTS试验*后发现，以前只有0.7V左右的阈值电压变化量猛增到了1.72V左右。不过，“在2012年底之前又降到了0.49V左右”（LGD）。
*PBTS（Positive Bias Temperature Stress）试验：为TFT等加热，然后在加载正电压的条件下，测评阈值电压变化量的试验。
LGD最近又做了几项改进（图2）。例如，将用于TFT间布线的ITO换成了电阻值低的铜布线，估计这是为了降低2012年底时高达520W的55英寸有机EL电视的耗电量。另外，为了提高生产合格率，在InGaZnO TFT层的制造中使用的是G8玻璃基板，一次切出6块背板，而在有机EL层的制造中使用尺寸为G8一半的玻璃基板，一次切出3块。该公司表示，“近期打算把有机EL层也恢复为一次将G8玻璃基板切为6块的制造方法。另外，还计划用G8以上的玻璃基板制造55英寸以上的面板和4K×2K面板”。
图2：为降低耗电量和提高合格率煞费苦心
本图为LGD发布的为降低55英寸有机EL显示屏的耗电量（a）和提高合格率（b）所采取的措施。
友达光电挑战FMM开发
在SID 2013的会场，与率先实现大型有机EL显示屏产品化的LGD一样备受关注的，是友达光电（AUO）。LGD在演讲中强调，制造55英寸有机EL显示屏采用的工艺是“无FMM”。而随后发表演讲的友达光电宣布，利用基于FMM的RGB分涂技术制造了65英寸有机EL显示屏（图3）。一位术顾问感叹道：“友达光电的做法让我震惊，竟然用FMM制造65英寸产品。难道采购到了非常好的FMM？”
图3：友达光电通过FMM挑战大型化和高精细化
本图为友达光电针对65英寸有机EL显示屏的元件构造所采取的措施（a），以及利用FMM制作的有机EL显示屏的开发蓝图（b）。
通常，FMM会因应变和热膨胀导致狭缝位置改变，尺寸越大就越难实现RGB精密图案。但友达光电在演讲中称该公司的开发品“均匀性很好，合格率没有特别问题”。
友达光电采取的战略是，先制造最大型的65英寸面板，然后再提高精细度。具体计划是，首先生产精细度为34ppi、尺寸为65英寸的全高清有机EL显示屏，然后逐步全高清产品的精细度，当精细度提高至2倍时开始开发65英寸4K×2K有机EL显示屏。预定在2014年制造55英寸的4K×2K（精细度为80ppi）有机EL显示屏，2015年制造40英寸的4K×2K（精细度为110ppi）产品。不过，友达光电没有公布上述产品的上市计划。
小型产品方面围绕400ppi展开攻防战
4～5英寸的小型有机EL显示屏方面，采用FMM的RGB分涂方式从一开始就是主流。不过在最近，由于这种方式的精细度已高到极限，小型产品也采用WRGB方式的厂商开始增加。
这两种技术的分歧点好像在400ppi附近。例如，日本显示器公司在2012年的SID上发布的5.2英寸全高清有机EL显示屏利用WRGB方式实现了421ppi的精细度。在SID 2013上，友达光电在演讲中称，4.4英寸全高清有机EL显示屏“利用WRGB实现了真正的413ppi”（图4）。这与三星电子的智能手机“Galaxy S4”的4.99英寸全高清有机EL显示屏相当于441ppi的精细度不分伯仲，三星屏幕的高精细度是通过采用“Diamond Pixel排列”*实现的。
*Diamond Pixel排列：三星显示器公司开发的一种子像素排列方式，与一般被称为“拜耳排列”的子像素排列方式很像。与PenTile排列的区别在于，以45度斜向排列，而且RGB各子像素的形状和大小稍有不同。
生产该面板的三星显示器介绍说，Diamond Pixel排列“是最符合人眼对RGB感度的差异和视网膜构造的子像素排列方式”。不过，从RGB图案的角度来看，红色和蓝色子像素的间距比普通RGB排列要大，就技术角度而言更容易制造一些。
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图4：高精细方面“实质上的分辨率”与“真正的分辨率”展开竞争
（a）为三星电子的“Galaxy S4”采用的精细度相当于441ppi的子像素构造，（b）为友达光电试制的精细度为413ppi的子像素构造。
WRGB也分别制作共振器
选择采用FMM的RGB分涂还是WRGB有时还关系到显示屏的表现力。一位技术人员在SID 2013上比较了Galaxy S4的有机EL显示屏和日本显示器的421ppi有机EL显示屏后表示，“在黑色的深度方面，三星电子的显示屏看起来更胜一筹”。
关于这一点，友达光电的4.4英寸有机EL显示屏在利用WRGB的同时，还通过改进共振器构造，增强或削弱特定波长的光，从而降低了光损失并提高了色纯度。具体方法是，对RGB各色元件采用不同厚度的ITO，使各色发光元件的共振器长度不一。这样一来，有机EL的层构成虽然是面向白色发光，但射出光的波长会偏向长波长（红光）侧和短波长（蓝光）侧，从而能降低彩色滤光片的光损失，提高色纯度。可以说，这种方法与SEL和夏普在2012年的SID上发布的技术相似。
中型4K×2K面板采用哪种方式
今后，在10英寸至40英寸的中型4K×2K有机EL显示屏方面，彩色显示方式选择哪种技术将成为各厂商技术上的竞争焦点。WRGB方式基本不存在制造难易度因面板大小而异的情况，而采用FMM的RGB分涂方式是最难兼顾FMM尺寸和所需精细度的领域。
这个可以说是“空白区”的产品群也许会意外地存在市场需求。比如，德国证券股票调查部高级分析师兼董事总经理中根康夫指出，“如果面向22英寸左右的大型平板电脑开发4K×2K显示屏，应该会非常畅销”。4K×2K对于因处理多任务而想要分割画面使用的用户来说意义重大。（未完待续，记者：野泽哲生，《日经电子》）
目前，大型有机EL显示屏的制造技术处于前所未有的“群雄割据”状态，标准制造工艺尚未确定，不同厂商、不同画面尺寸的显示屏所利用的制造技术各不相同（图1）。
图1：没有在各个方面都达到最优的方案
本图为目前有机EL显示屏面临的主要课题及解决方法。很多情况下，对于某个问题非常有用的对策对于其他问题可能会适得其反。
原因在于，有机EL显示屏的大型化及4K×2K等高精细化在最近一年才突然兴起，局面稍显混乱，而且制造难度高，不能用普通的方法生产。要解决的技术课题有很多，但即使在各项课题中选择认为最佳的技术也很难稳定地生产，因此厂商必须要按照重视程度为要解决的课题排好优先顺序。实际上，不同厂商在有机EL显示屏制造中采用的技术群组合也是不同的（表1）。
反复试验
例如，在大型有机EL显示屏的产品化方面领先的LG Display公司（LGD）重视的是容易制造、尤其是容易支持进一步的大型化和高精细化的技术群，TFT技术采用InGaZnO TFT，彩色显示方式采用白色发光元件+彩色滤光片（WRGB），有机EL发光元件为容易制造的底部发光型。
不过，该公司在SID 2013上表示，做出这样的选择是经过了多次试验决定的。比如，2010年以前是利用基于FMM*的RGB分涂技术开发有机EL显示屏；TFT技术在2010年之前一直采用低温多晶硅（LTPS）TFT，在尝试过几种不同的制造方法后，换成了该公司的研究所从2007年开始研发的InGaZnO TFT。
*FMM（Fine Metal Mask，精细金属掩模）：用于RGB图案、有很多微孔的金属板。
彩色显示方式也是如此，最初RGB分涂方式要比WRGB发光效率高，但从2010年前后开始，WRGB的发光效率反超了RGB分涂方式，原因是采用了发光单元为两层的“串联构造”。
玻璃基板的尺寸在2010年年底由第二代（G2）过渡到了第八代（G8），同时，由铝（Al）布线变成了铜（Cu）布线。但进行PBTS试验*后发现，以前只有0.7V左右的阈值电压变化量猛增到了1.72V左右。不过，“在2012年底之前又降到了0.49V左右”（LGD）。
*PBTS（Positive Bias Temperature Stress）试验：为TFT等加热，然后在加载正电压的条件下，测评阈值电压变化量的试验。
LGD最近又做了几项改进（图2）。例如，将用于TFT间布线的ITO换成了电阻值低的铜布线，估计这是为了降低2012年底时高达520W的55英寸有机EL电视的耗电量。另外，为了提高生产合格率，在InGaZnO TFT层的制造中使用的是G8玻璃基板，一次切出6块背板，而在有机EL层的制造中使用尺寸为G8一半的玻璃基板，一次切出3块。该公司表示，“近期打算把有机EL层也恢复为一次将G8玻璃基板切为6块的制造方法。另外，还计划用G8以上的玻璃基板制造55英寸以上的面板和4K×2K面板”。
图2：为降低耗电量和提高合格率煞费苦心
本图为LGD发布的为降低55英寸有机EL显示屏的耗电量（a）和提高合格率（b）所采取的措施。
友达光电挑战FMM开发
在SID 2013的会场，与率先实现大型有机EL显示屏产品化的LGD一样备受关注的，是友达光电（AUO）。LGD在演讲中强调，制造55英寸有机EL显示屏采用的工艺是“无FMM”。而随后发表演讲的友达光电宣布，利用基于FMM的RGB分涂技术制造了65英寸有机EL显示屏（图3）。一位术顾问感叹道：“友达光电的做法让我震惊，竟然用FMM制造65英寸产品。难道采购到了非常好的FMM？”
图3：友达光电通过FMM挑战大型化和高精细化
本图为友达光电针对65英寸有机EL显示屏的元件构造所采取的措施（a），以及利用FMM制作的有机EL显示屏的开发蓝图（b）。
通常，FMM会因应变和热膨胀导致狭缝位置改变，尺寸越大就越难实现RGB精密图案。但友达光电在演讲中称该公司的开发品“均匀性很好，合格率没有特别问题”。
友达光电采取的战略是，先制造最大型的65英寸面板，然后再提高精细度。具体计划是，首先生产精细度为34ppi、尺寸为65英寸的全高清有机EL显示屏，然后逐步全高清产品的精细度，当精细度提高至2倍时开始开发65英寸4K×2K有机EL显示屏。预定在2014年制造55英寸的4K×2K（精细度为80ppi）有机EL显示屏，2015年制造40英寸的4K×2K（精细度为110ppi）产品。不过，友达光电没有公布上述产品的上市计划。
小型产品方面围绕400ppi展开攻防战
4～5英寸的小型有机EL显示屏方面，采用FMM的RGB分涂方式从一开始就是主流。不过在最近，由于这种方式的精细度已高到极限，小型产品也采用WRGB方式的厂商开始增加。
这两种技术的分歧点好像在400ppi附近。例如，日本显示器公司在2012年的SID上发布的5.2英寸全高清有机EL显示屏利用WRGB方式实现了421ppi的精细度。在SID 2013上，友达光电在演讲中称，4.4英寸全高清有机EL显示屏“利用WRGB实现了真正的413ppi”（图4）。这与三星电子的智能手机“Galaxy S4”的4.99英寸全高清有机EL显示屏相当于441ppi的精细度不分伯仲，三星屏幕的高精细度是通过采用“Diamond Pixel排列”*实现的。
*Diamond Pixel排列：三星显示器公司开发的一种子像素排列方式，与一般被称为“拜耳排列”的子像素排列方式很像。与PenTile排列的区别在于，以45度斜向排列，而且RGB各子像素的形状和大小稍有不同。
生产该面板的三星显示器介绍说，Diamond Pixel排列“是最符合人眼对RGB感度的差异和视网膜构造的子像素排列方式”。不过，从RGB图案的角度来看，红色和蓝色子像素的间距比普通RGB排列要大，就技术角度而言更容易制造一些。
[!--empirenews.page--]
图4：高精细方面“实质上的分辨率”与“真正的分辨率”展开竞争
（a）为三星电子的“Galaxy S4”采用的精细度相当于441ppi的子像素构造，（b）为友达光电试制的精细度为413ppi的子像素构造。
WRGB也分别制作共振器
选择采用FMM的RGB分涂还是WRGB有时还关系到显示屏的表现力。一位技术人员在SID 2013上比较了Galaxy S4的有机EL显示屏和日本显示器的421ppi有机EL显示屏后表示，“在黑色的深度方面，三星电子的显示屏看起来更胜一筹”。
关于这一点，友达光电的4.4英寸有机EL显示屏在利用WRGB的同时，还通过改进共振器构造，增强或削弱特定波长的光，从而降低了光损失并提高了色纯度。具体方法是，对RGB各色元件采用不同厚度的ITO，使各色发光元件的共振器长度不一。这样一来，有机EL的层构成虽然是面向白色发光，但射出光的波长会偏向长波长（红光）侧和短波长（蓝光）侧，从而能降低彩色滤光片的光损失，提高色纯度。可以说，这种方法与SEL和夏普在2012年的SID上发布的技术相似。
中型4K×2K面板采用哪种方式
今后，在10英寸至40英寸的中型4K×2K有机EL显示屏方面，彩色显示方式选择哪种技术将成为各厂商技术上的竞争焦点。WRGB方式基本不存在制造难易度因面板大小而异的情况，而采用FMM的RGB分涂方式是最难兼顾FMM尺寸和所需精细度的领域。
这个可以说是“空白区”的产品群也许会意外地存在市场需求。比如，德国证券股票调查部高级分析师兼董事总经理中根康夫指出，“如果面向22英寸左右的大型平板电脑开发4K×2K显示屏，应该会非常畅销”。4K×2K对于因处理多任务而想要分割画面使用的用户来说意义重大。（未完待续，记者：野泽哲生，《日经电子》）
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