有机EL

摘要：有机EL，俗称“电子纸”，以全固态、主动发光、高对比度、低功耗、无视角限制、响应速度快、工作温度范围宽等优点广受关注。文章以显示技术的发展的视野研究了有机EL物理基础、目前在全球的最新技术发展及其产业市场前景，指出这一技术正在加速到来。

关键词：有机EL；OLED；发光材料；液晶面板；电视技术

中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0015-03

在2013年1月8～11日于美国拉斯维加斯举行的国际消费电子展“2013 International CES”上，索尼和松下分别展示了它们4K×2K（3840×2160像素）影像（4K）的有机EL电视技术——56英寸EL电视试制品，其影像之美和超薄的设计无不令到场观众感到惊讶。松下和索尼一直致力于有机EL电视的开发，但是大屏幕化一直是个难题，56英寸的EL电视预示着这一技术正在加速到来。

1 有机EL优点及发展历程

有机EL有着显著的优点，即轻薄如纸，可弯曲，俗称“电子纸”，挂在墙上，不用时可卷起来，它以全固态、主动发光、高对比度、低功耗、无视角限制、响应速度快、工作温度范围宽，正作为新一代显示技术快速崛起。其优点具体有以下八个方面：（1）厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，并且重量也更轻。（2）固态机构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔。（3）能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。（4）发光效率更高，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。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。（5）低温特性好，在-40℃时仍能正常显示，而LCD则无法做到。（6）几乎没有可视角度的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍然不失真。（7）响应时间是LCD的千分之一，显示运动画面绝对不会有拖影的现象。（8）制造工艺简单。

早在1997年日本东北先锋株式会社（Pioneer）就正式量产应用在汽车音响的单色绿光有机EL显示器。从2001年开始NEC、富士通等厂商在其手机上使用有机EL显示屏，2004年以后有机EL显示屏陆续出现在sony的PDA或Toshiba的gigabeat mp3随身听上，由于相中有机EL的优点，2006年Sanyo的Xacti DMX-HD1数字摄影机也采用其为显示屏，这些都是有机EL实际商品化的实绩，证明有机EL在小尺寸的运用上确实有其优势，也说明了小尺寸的有机EL显示器已经发展成熟。相比小尺寸，大尺寸有机EL显示器开始并不顺利，索尼公司曾于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。2011年，LG公司和三星公司在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，如本文开头所言，今年1月松下和索尼又展示了4K56英寸的EL电视，这预示着新一代显示屏即将到来。

在这里，让我们再用点时间回顾一下电视技术的发展历史，会有很多感悟和启示。1924年英国的电子工程师约翰·贝尔德发明第一台电视机，从那以后，电视经历了黑白到彩色，从阴极射线管到平板，平板又从等离子体液晶到LED的过程。20世纪80年代买个彩电都要通过关系才能买到，由于用的是阴极射线管技术产生图像，射线有个偏角问题，电视屏幕做到再大技术难度很大，因此买个大屏幕、“平面直角”是一件令人羡慕的事。近10年，等离子体平板电视产生了，但开始其清晰度赶不上阴极射线显像管，因此市场上平板显示器和阴极射线管显示器并存，这无论从电视机还是电脑显示器都是如此，随着液晶技术的进步，液晶平板终于战胜阴极射线管显示器，阴极射线管显示器终于退出了市场，现在我们看看我们的老式电视机庞大的体积和重量简直像一个古董。最近几年平板电视有了LED，现在又朝薄如纸的有机EL发展了。回顾历史，这恍如梦幻，人类对自然界的认识只有未认识的，没有止境。

2 有机EL物理基础

有机EL中的EL是Electro Luminescent的缩写，即电致发光的有机物，有机EL也称OLED（Organic Light-Emitting Diode），即有机发光二极管。1947年出生于香港的美籍华裔教授邓青云在实验室中发现了有机发光二极体，也就是OLED，由此展开了对OLED的研究。其实，在自然界，有一些生物本身就发光，例如在仲夏夜发出淡淡草绿色萤光的萤火虫，而有机EL电视使用的发光材料分子结构比萤火虫更为复杂，发出的光更加明亮。其原理是在有机复合材料的阴极和阳极加入电压后，两极之间产生可以移动的电子和空穴，在电场作用下电子和空穴分别向阳极和阴极移动，在复合材料的中间层（发光层）结合，而电子和空穴结合产生的能量使材料的最外层电子被激发，跨越到更外一层绕核运行；由于只是激发，电子离开最外层电子轨道后其运行不稳定，马上又会回到原来的轨道，这样就会把过剩的能量以光的形式释放出来。有机EL显示彩色的方法大致有两种：一种是使用发出3原色（红、绿、蓝）光的有机EL材料的方法，另一种是在白色发光有机EL材料的基础上组合由3原色像素组成的彩色滤光片的方法。这些方法都需要使用有机EL材料形成数百万个像素，通过高速控制其点亮和熄灭来显示影像。

有机EL的主要部分就是发光材料层，经过多次试验验证，发光材料大致分为高分子化合物和低分子化合物两大类。相对于低分子发光材料荧光材料和磷光材料，高分子材料有许多优点，由于材料都是以薄膜形式附着于玻璃或者透明聚合物表面上的，高分子的薄膜技术以及表面处理技术都远超过低分子材料，特别是适合于生产大面积的显示屏。另外高分子发光材料的潜力也非常大，通过不断的实验研究，也会有很多新型材料诞生。目前新材料的研发、薄膜技术以及表面处理技术是有机EL的核心技术，掌握在日本索尼等大企业手里，而且目前全球各研发机构在竞相研发，技术处于日新月异中。

3 有机EL电视市场展望

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。三菱电子公司和先锋公司于2011年合作开发了6m直径的有机EL显示球，2012年在东京成田机场建成1.9m高、9.6m宽的有机EL显示墙。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。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。

2012年9月18～19日，来自中国大陆和台湾地区、日本、韩国、美国的近40家面板、材料及设备厂商，加上6所大学的代表，约300位专业人士参加的“中国北京2012国际平板显示产业高峰论坛”在北京国家会议中心举行，主办方为日本日经BP社与中国光学光电子行业协会液晶分会。在本次峰会上，索尼高级顾问占部哲夫认为，由LCD过渡到有机EL是电子技术进步的必然结果，尽管有机EL实现柔性显示和卷对卷（R to R）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。东京电子公司（TEL）执行董事松浦次彦在会上指出，相比于FMM（精细金属掩膜）和W-有机EL+CF（白光OLED加彩色滤光片）工艺，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，利用真空蒸镀或喷墨打印方法厂商正在开发沉积制造设备。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，因此，氧化物与LTPS材料崭露头角，本文开头提到的索尼和松下两家的4K56英寸有机EL面板试制品驱动元件均采用氧化物半导体TFT。日本东京工业大学教授细野秀雄在分析TAOS（InGaZnOx） a-IGZO TFT氧化物材料特性时，指出了其三个优势，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，并介绍了基于双极型氧化物晶体管的CMOS逆变器（inverter）。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，韩国庆熙大学张震教授表示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。目前，光增亮膜技术基本被3M掌控，在本次峰会上，北京大学工学院材料系杨槐教授提出了新研究出的两种光增亮膜制备方法。

2013年美国CES展会上，索尼和松下的4K56英寸有机EL电视，都采用了金属氧化物薄膜晶体管背板——这说明有机EL面板成熟发展其最需要的关键技术之一——“高电子迁移率”TFT结构大型化量产技术已经全面解决，而作为OLED面板试制的另一个关键工艺技术——OLED材料涂覆，也有新的突破，相比于三星等企业主要使用的蒸镀技术，松下OLED显示产品采用了新型的3D打印技术。因此有机EL显示屏技术已经成熟，现在国际面板巨头已大手笔投资OLED电视，虽然有些专家还对OLED的产能增长持“谨慎”的态度，特别是在传出三星三基色OLED量产计划是因为技术困难之后，出现了较为悲观的预期；但是即便如此，台湾业者最新的预测也超过了以往的任何预估数字：2015年全球OLED彩电的销量，将不是原来的367万台，而是很可能超过960万台，提前两年上千万目标。

反观国内面板产业，技术上落后国际巨头；配套上依赖国际市场；研发队伍多数属于刚刚组建不久，基础研发实力不敌外资企业；国际巨头充分利用先入优势欺压国内相关产业；本土彩电、电脑等企业对于采用本土面板尚存顾虑，然而，国内面板液晶面板投资建设正如火如荼：目前已建成了京东方北京8.5代线、合肥6代线、中电熊猫南京6代线、华星光电深圳8.5代线，这四条液晶高世代面板线总投资超过700亿；在建的高世代液晶面板线至少三条8代线：苏州三星、广州LG、合肥京东方，总投资不低于600亿（其中三星和LG为韩国线改造搬迁，成本略低）；规划中的高世代线总投资不低于550亿元，包括南京中电熊猫8代线、成都长虹8代线。除了以上高世代液晶面板线外，国内的显示面板投资还包括低世代液晶面板线，例如龙腾光电5代线，这些生产线的投资总额也不小。

如同两年前的光伏行业大跃进，中国液晶面板业目前飞速发展，必然导致严重产能过剩，更可怕的是三星斧底抽薪地发展新一代有机EL面板，其结果中国几千亿液晶面板行业将重蹈光伏覆灭的覆辙。

对有机EL电视的到来，作为消费者我们张开双臂热情拥抱，但对我国的面板产业，企业家和政府有关部门要有清醒的认识，可喜的是业界已开始动作，据中国工信部电子信息司副司长刁石京的一个报告，中国厂商已在有机EL方面布局。例如，维信诺公司方面，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。天马公司也把原有的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。京东方公司（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。

中国OLED联盟副秘书长高宏玲提醒业界：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。目前，索尼、三星公司、精工爱普生公司、LG公司等国外厂商已在全球各自拥有数千项技术专利，日本半导体能源公司、三星SDI公司、友达光电公司、精工爱普生公司等在中国也分别申请注册了数百项专利。因此国内有机EL产业技术创新和知识产权保护甚为迫切！

参考文献

[1]预测：2015年OLED电视全球销量超960万台，http//www.pdp.com.cn/news/63163_.shtml.

[2]中电熊猫：上马八代线，构建综合优势，http//cyyw.cena.com.cn/a/2010-02-26/126716825539779.shtml.

[3]投资上千亿，各地豪赌液晶8代线，中国经济导报——中经在线，http//www.ceh.com.cn/ceh/jryw/2009/9/17/53317.shtml.

[4]京东方鄂尔多斯项目建设取得.重大进展，今日东胜-东胜区人民政府，http//www.ds.gov.cn/zwgk/jrds/201208/t20120817_667749.html.

作者简介：张兴科（1964—），男，陕西眉县人，东营职业学院建筑与环境工程学院副教授，硕士，研究方向：能源、新技术及产业发展。

（责任编辑：吴 涛）