有機EL面板的大型化之路已經(jīng)初現(xiàn)曙光

LG積極推進

　　“超越CRT的顯示性能”,“可表現(xiàn)終極黑色”,“厚度只有數(shù)mm，能夠?qū)崿F(xiàn)超薄”……

　　因其出色的性能，有機EL面板很早被看作是平板電視顯示面板的“真命天子”。2007年10月，索尼實現(xiàn)了全球首款11英寸有機EL電視的量產(chǎn)。但是之后便再無下文。2007年，東芝、韓國三星電子等電視廠商都曾表示在2009年左右量產(chǎn)有機EL電視。但至少到2009年年底，二公司均還沒有向市場投放有機EL電視的跡象。

注1）東芝2007年12月宣布2009年量產(chǎn)30英寸以上大型有機EL電視的計劃已明確延期。

　　大型化

　　看似停滯不前的電視用大型有機EL面板。其實現(xiàn)在研發(fā)又再度活躍起來。其中最為明顯的是韓國LG集團。韓國LG電子于2009年8月發(fā)布了15英寸有機EL電視并于同年12月在韓國上市銷售。售價300萬韓元（按1元=170韓元換算約合1.76萬元）。

　　這款電視配備的有機EL面板由同一集團的韓國LG顯示器開發(fā)。峰值亮度為450cd/m²，對比度為10萬：1以上，色彩表現(xiàn)范圍高達NTSC比98％。TFT（TFT=thin filmtransistor）驅(qū)動元件中使用的材料為利用“SPC（solidphase crystallization）”高溫工藝結(jié)晶化的多晶硅。有機EL發(fā)光層的R（紅）、G（綠）、B（藍）三色發(fā)光材料分別借助真空蔭罩蒸鍍獨立成膜。并且通過采用腔體（多重反射干涉）結(jié)構(gòu)*，擴大了色彩表現(xiàn)范圍。

　　*腔體結(jié)構(gòu)：利用正極與負極間反復出現(xiàn)光反射時的干涉效果提高有機EL材料發(fā)光的色純度和強度的方法。但RGB三色發(fā)光層的厚度偏差需要控制在數(shù)％以下。

　　LG顯示器已開始制造手機用小型有機EL面板。并且公開了2010年第一季度啟動新的有機EL面板生產(chǎn)線的計劃，對擴大規(guī)模不遺余力。另外，LG顯示器除了在2009年6月與有機EL材料供應商出光興產(chǎn)達成業(yè)務合作協(xié)議外，還于2009年12月宣布收購有機EL面板的開發(fā)先鋒美國伊士曼柯達（Eastman Kodak）的有機EL業(yè)務，顯示了強化技術開發(fā)的態(tài)勢。

　　注2）2009年12月LG集團已就收購柯達的有機EL業(yè)務達成了一致。最終的收購主體預計將從LG電子、LG顯示器、LG化學中產(chǎn)生。

　　這一系列措施的背后，是因為LG顯示器明確表示將分別在2010年量產(chǎn)20英寸級、在2011年量產(chǎn)30英寸級、在2012年量產(chǎn)40英寸級大型有機EL面板。該公司OLED銷售及市場營銷副總裁Won Kim堅定表示：“雖然價格會不菲，但到2012年，消費者將能夠購買到40英寸級有機EL電視”。

　　小型有機EL面板市場穩(wěn)步擴大

　　LG集團之所以積極發(fā)展大型有機EL面板，是因為于小型有機EL面板的需求旺盛。手機、智能電話、便攜式媒體播放器、數(shù)碼相機等眾多便攜設備開始全面配備有機EL面板。這些影像便攜產(chǎn)品選擇有機EL面板是因為“其高超的顯示性能容易面向用戶宣傳”（DisplaySearch中小型FPD總監(jiān)早瀨宏）。2009年11月，卡西歐計算機與凸版印刷宣布成立新公司，量產(chǎn)用于數(shù)碼相機等產(chǎn)品的小型有機EL面板。涉足有機EL面板業(yè)務的廠商也開始增加。

　　根據(jù)顯示器調(diào)查公司DisplaySearch的資料，2009年有機EL面板的供貨總額約為8.45億美元。其中，手機主屏使用的有機EL面板約為5.21億美元，約占供貨總額的61％。到2016年，手機主屏使用的有機EL面板的供貨額有可能擴大到目前的5倍以上，達到約28.2億美元。

　　隨著量產(chǎn)的推進，業(yè)內(nèi)第一大廠商韓國三星移動顯示器（Samsung Mobile Display，SMD）已將量產(chǎn)成品率“穩(wěn)步提高到了QVGA（320×240像素）級為80％，VGA（640×480像素）級為60％的地步”（DisplaySearch早瀨）�？梢哉f，提高量產(chǎn)的技術經(jīng)驗正在扎實地積累。

照明是另一助力

　　有機EL面板大型化的另一推動力是有機EL照明市場的形成。擁有“面發(fā)光”、“透明”、“輕&薄”等特性的有機EL照明，其用途可以有別于熒光燈、白熾燈泡等現(xiàn)有光源，以及因節(jié)能發(fā)展而來的白色LED，因此，新廠商紛紛涉足。

　　有機EL照明的量產(chǎn)化動向之活躍甚至超過了小型有機EL面板。在日本國內(nèi)，除Lumiotec預定于2010年1月啟動量產(chǎn)外，柯尼卡美能達控股也于2009年11月宣布將斥資35億日元建設試制生產(chǎn)線。在海外，荷蘭飛利浦電子（Royal Philips Electronics NV）、美國通用電氣（General Electronic）等公司也計劃量產(chǎn)。根據(jù)DisplaySearch的預測，有機EL照明市場將于2010年萌芽，在2016年擴大到約28.38億美元。

　　小型有機EL面板的量產(chǎn)擴大和有機EL照明的普及有望推動大型有機EL面板的實用化。這源于二者可以共享大部分材料和元件，以及量產(chǎn)成品率提升技術的積累。

　　能否乘環(huán)保熱之東風？

　　進入2009年，“節(jié)能”、“環(huán)�！敝饾u成為平板電視競爭的重要要素，也推動著大型有機EL面板的實用化。例如，索尼于2009年1月發(fā)布了功耗比原來減少40％的液晶電視“BRAVIA VE5”系列。夏普于2009年9月投產(chǎn)了配備白色LED背照燈，以畫質(zhì)、節(jié)能為賣點的“LED AQUOS LX”系列�？紤]到消費者環(huán)保意識的提高，這種趨勢今后很可能繼續(xù)。

以“環(huán)�！睙釣楸尘罢归_攻勢

　　有機EL電視僅靠“漂亮”、“超薄”上難以對液晶電視形成優(yōu)勢。自發(fā)光的有機EL面板更易于宣傳“環(huán)�！�。而采用背照燈光源的液晶面板可以說存在節(jié)能極限。

　　有機EL面板的勝算在于“液晶面板在構(gòu)造上存在低功耗化的極限”（日本液晶技術人員）。液晶面板是利用電壓控制液晶分子，通過部分透過或阻斷背照燈光線的方式顯示灰度。不僅構(gòu)造復雜，擁有TFT、液晶層、彩色濾光片、偏光板（2片）、玻璃底板（2片）多個部件，每個部件的環(huán)節(jié)背照燈光線都會損耗�！艾F(xiàn)有液晶面板的背照燈光線透射率只有5％左右。大幅提高極其困難”。

　　而有機EL面板是自發(fā)光元件，原理上損耗較小�！爸灰�提高發(fā)光材料的效率，有機EL面板的功耗還能降低”，“功耗應該低于液晶面板”，很多有機EL技術人員都這樣認為。

　　在這種情況下，各廠商紛紛重整旗鼓，開發(fā)用于電視的大型有機EL面板。除前面提到的LG顯示器，索尼也在2009年11月召開的業(yè)務說明會上重申了向有機EL面板等自主顯示器開發(fā)持續(xù)投資的決心。

　　全球最大的電視廠商三星電子至今為止尚未公布大型有機EL面板的量產(chǎn)計劃。但該公司旗下最大的小型有機EL面板制造商SMD卻幾乎獨霸了有源矩陣型有機EL面板生產(chǎn)份額（圖4）�？梢哉f，該公司積累了最為雄厚的有機EL面板生產(chǎn)經(jīng)驗。因此，不斷有預測指出：“韓國三星電子可能會把現(xiàn)在用于第5代液晶面板的生產(chǎn)線改造成電視用有機EL面板生產(chǎn)線”（多位精通電視行業(yè)的分析師）注4）。注4）生產(chǎn)液晶面板使用的玻璃底板按照面積增大的順序稱為第1代、第2代等等。第4代為730mm×920mm，第5代為1100mm×1300mm，第6代為1500mm×1800mm，第8代為2160mm×2400mm。

大型化不會一蹴而就

　　話雖如此，有機EL面板的大型化仍面臨著必須逾越的難關。其中之一就是大型化和低成本化量產(chǎn)技術的確立。這也是各廠商在展會上發(fā)布的20英寸以上有機EL電視/面板止步于試制品的一大原因（圖5）。現(xiàn)在，中小型有機EL面板采用的TFT和成膜工藝無法直接應用于大型面板。但對這個問題本文已經(jīng)出現(xiàn)了若干解決方法。

　　阻礙實現(xiàn)大型有機EL面板的最大課題在于作為其競爭對手的液晶面板迅速實現(xiàn)了高性能化和低成本化（圖3）。因此，“憑借‘高畫質(zhì)’、‘超薄’等有機EL面板的原有特征很難相對于液晶電視形成優(yōu)勢”（某有機EL技術人員）。

　　各電視、面板廠商都曾在學會和展會上展出過20英寸以上大型電視試制品。但實際量產(chǎn)的電視僅有11英寸（索尼）和15英寸（LG電子）兩款。

　　在液晶面板大屏幕化、高精細（1920×1080像素）化開發(fā)告一段落的2007年后，高畫質(zhì)化和薄型化便快速發(fā)展。背照燈光源從過去的冷陰極熒光管（CCFL）轉(zhuǎn)換為LED，這使得其顯示性能逐漸達到了不遜于有機EL面板的水平。

　　例如，多數(shù)配備直下型LED背照燈的液晶電視在顯示影像時達到了對比度100萬:1，色彩表現(xiàn)范圍NTSC比100％以上。其性能高于前面介紹過的LG電子的15英寸有機EL電視。使用邊緣發(fā)光型LED背照燈的產(chǎn)品最薄處不到20mm。有機EL電視雖然能夠進一步實現(xiàn)高畫質(zhì)化和薄型化，但二者之差卻很難向用戶宣傳。

　　因此，大型有機EL面板很有可能首先在不與液晶面板形成競爭的用途上普及。2009年10月舉辦的“FPD International 2009”上展出了幾款這樣的試制面板（圖6）。LG顯示器與SMD合作開發(fā)的是可以看透面板的“透明顯示器”。該顯示器的正極/負極均使用透明材料，面板兩側(cè)采用透光結(jié)構(gòu)�！霸O想用于數(shù)字招牌等公共用途”（LG顯示器）。

　　LG顯示器與SMD正在開發(fā)透明及可彎曲有機EL面板�？梢哉f，這些是液晶面板難以實現(xiàn)的有機EL面板獨有的用途。此外，LG顯示器還發(fā)布了對比度高、可視性好的“醫(yī)用顯示器”。SMD則展出了厚度為50μm的可彎曲“IC卡型顯示器”。雖然二者的量產(chǎn)時期尚未確定，但能夠發(fā)揮有機EL面板特性的應用已指日可待。

　　大型化及低成本化技術穩(wěn)步前進

　　實現(xiàn)有機EL面板大型化的技術開發(fā)正在穩(wěn)步推進�，F(xiàn)在，各面板廠商“追求的不僅是顯示性能，還在選擇有望使量產(chǎn)成品率達到最高的技術”（柯達OLED系統(tǒng)開發(fā)本部本部長高級總監(jiān)辻村隆�。�。

　　掌握著大型化關鍵的是能夠應用于有機EL驅(qū)動并實現(xiàn)大型化的TFT和有助于低成本化及大型化的有機EL發(fā)光層成膜技術。

圖7：大型化及低成本化有兩大技術課題

　　有機EL面板的大型化及低成本化技術課題不少。尤其必要的是開發(fā)玻璃底板大型化用TFT材料和有機EL元件層疊工藝技術。

　　以2012年量產(chǎn)40英寸產(chǎn)品為目標的LG顯示器已經(jīng)比照同尺寸的液晶面板，為生產(chǎn)有機EL面板制訂了目標。LG顯示器為量產(chǎn)提出了長期規(guī)劃：“到2012年，使用能夠切割2～4塊40英寸面板的第5～6代玻璃底板，材料成本為150％，成品率達到70％左右。到2016年，使用能夠切割18塊40英寸液晶面板的第10代玻璃底板，爭取使材料成本降低到70～80％，成品率保持不變”（LG顯示器Kim）。

TFT有多項候補技術

　　首先來看TFT的改進方法。低成本化的前提是使用與電視液晶面板相同尺寸的玻璃底板來制造TFT。但大型液晶面板使用的非晶硅TFT和中小型液晶面板使用的低溫多晶硅（LTPS）TFT都難以直接用于有機EL。為此通過改進大型有機EL面板的制造工藝，無需激光退火處理的多晶硅TFT以及非晶氧化物半導體TFT等有望得到采用。

圖8：大型化的關鍵是TFT材料

　　大型液晶面板采用的非晶硅和中小型液晶及有機EL面板采用的低溫多晶硅，難以實現(xiàn)玻璃底板的大型化。目前正在進行將使用高溫工藝的多晶硅、微晶硅和非晶氧化物應用于TFT面板的開發(fā)。

　　非晶硅TFT無法使用的原因有二。首先，載子遷移率僅為1cm2/Vs左右，亮度不夠。其次，閾值電壓隨時間變化，會出現(xiàn)顯示圖像不均勻現(xiàn)象。

　　另一方面，LTPS TFT的載子遷移率高達100cm2/Vs左右，閾值電壓的變化也僅為非晶硅TFT的1/10左右，性能方面的問題較少。因此被用于SMD開發(fā)的31英寸試制品和正在量產(chǎn)的中小型有機EL面板。LTPS TFT的課題在于玻璃底板難以大型化。這是因為LTPS TFT需要在非晶硅成膜完成后，通過激光退火處理進行結(jié)晶化處理。這種方法晶體管特性的偏差容易增大。液晶面板中，第4代以上的玻璃底板已經(jīng)不采用這種方法。

　　因此，各面板廠商正在開發(fā)新的TFT材料和制造工藝。具體方式包括改進硅TFT制造工藝和采用非晶氧化物半導體。

　　使硅TFT支持到第6代玻璃底板——制造工藝的改進是指不借助激光退火處理的非晶硅晶化方法。

　　例如，本文開篇介紹的LG顯示器的15英寸量產(chǎn)品中就采用了名為SPC的高溫工藝。該方法需要對非晶硅施加700℃左右的熱處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч�。成品的載子遷移率為20cm2/Vs左右，閾值電壓變化量與LTPS相當。這種方法雖然存在熱處理時會使玻璃底板收縮的問題，“但已經(jīng)有望支持到第6代玻璃底板”（LG顯示器Kim）。也就是說，使用該方法最大可以量產(chǎn)30英寸左右的產(chǎn)品。其面存在的課題是對第8代以上玻璃底板的支持。要想實現(xiàn)這一目的，“還需要繼續(xù)開發(fā)新的裝置”（LG顯示器Kim）。

　　與之相比，SMD開發(fā)的是名為“SGS（supergrain silicon）”的多晶硅TFT。該方法需要在非晶硅底板上涂布微量的鎳作為晶核，通過熱處理形成多晶硅。SMD在2008年10月首次公開的40英寸試制品上就使用了SGS工藝 注5～6）。注5）SMD還在開發(fā)名為“SLS”的激光退火處理技術。此外，索尼使用基于“dLTA”激光退火技術的微晶硅TFT，開發(fā)出了27英寸試制品。注6）為了控制TFT開電流誤差導致的亮度不均，在外置驅(qū)動IC中內(nèi)置補償電路的開發(fā)也正在進行之中。主要開發(fā)商有柯達、加拿大風險公司IGNIS等。

　　氧化物半導體的再現(xiàn)性存在問題

　　在非晶氧化物半導體中，被認為最有希望用作大型有機EL用TFT材料的是IGZO（In-Ga-Zn-O）。IGZO TFT的載子遷移率為10cm2/Vs左右，閾值電壓的變化也與LTPS相當。其魅力在于能夠利用濺射法制造，應用時無需對液晶面板生產(chǎn)線做較大改動。未來，除濺射法外，IGZO TFT還有望使用涂布工藝制造。這將會使成本進一步降低。

　　積極進行氧化物半導體TFT開發(fā)的主要是韓國和臺灣的面板廠商 注7）。在FPD International 2009上，有機EL面板和液晶面板試制品紛紛出現(xiàn)（表1）。其中以SMD的19英寸面板尺寸最大。展會上表明采用非晶IGZO的是LG顯示器和臺灣友達光電（AU Optronics）。三星集團雖未公開氧化物半導體的種類，但該公司一直在使用IGZO TFT進行試制，展會上的展品很可能采用的也是這種材料。注7）日本廠商中，夏普和佳能正在開發(fā)IGZO TFT。

　　氧化物半導體的課題在于制造工藝再現(xiàn)性差。但是，“通過在成膜后施加熱處理，這一情況有望得到某種程度的改善”（LG顯示器Kim）。

白色有機EL嶄露頭角

　　大屏幕化的另一個關鍵在于發(fā)光元件的成膜工藝�，F(xiàn)在正在研究的工藝大致可分為兩類：分涂RGB發(fā)光材料的方式；白色材料與RGB三色彩色濾光片組合的方式。

表2：有機EL元件的主要成膜方法(點擊放大)

　　目前正在量產(chǎn)的中小型有機EL面板是通過蔭罩蒸鍍法分涂低分子型發(fā)光材料制造的。但有看法認為，使用蔭罩的方法難以確保亞像素的定位精度，在應用到第4代玻璃底板時存在極限。而且，其材料利用率低，會導致成本增加。

　　于是作為便于實現(xiàn)面板大型化的方法，白色發(fā)光材料與彩色濾光片相組合的方式開始嶄露頭角。除長期采用該方式的柯達外，預定收購柯達有機EL業(yè)務的LG顯示器也在進行試制之中。

　　面向大型化，柯達與LG顯示器正在開發(fā)白色有機EL材料與彩色濾光片相結(jié)合的有機EL面板。與RGB三色有機EL層各自成膜相比，其特點在于容易降低成本。

　　一般來說，使用彩色濾光片的方式無需分涂發(fā)光材料，因而最易于實現(xiàn)玻璃底板的大型化。但擴大色彩表現(xiàn)范圍需要增加RGB三色材料成膜的厚度。而且，彩色濾光片會增加光吸收量，有損有機EL的優(yōu)勢之一的面板亮度指標。這種情況下，要想獲得與分涂方式相同的亮度，就必須提高白色發(fā)光材料的亮度，這除了會增加功耗，還會縮短壽命。也就是說，色彩表現(xiàn)范圍的擴大與功耗是此消彼長的矛盾關系。

　　柯達試制的8.1英寸產(chǎn)品在擴大彩色濾光片的色彩表現(xiàn)范圍的同時，解決了以上問題。試制品的色彩表現(xiàn)范圍高達NTSC比100％。對于功耗，柯達的辻村充滿自信：“如果使用最新白色材料，8.1英寸面板的功耗不足2W。而同尺寸液晶面板的功耗為2～4W左右，作為產(chǎn)品完全可以與其競爭”。另外，由于元件的構(gòu)造是光線從TFT一側(cè)射出的底部發(fā)光型，因此，彩色濾光片需要在TFT底板上形成。

　　這些特性的提高主要歸功于兩個原因。一是在照明用途開發(fā)的帶動下，白色材料的發(fā)光效率得到了大幅提升�？逻_采用的白色材料電流轉(zhuǎn)換效率約為50cd/A，“自2007年起，每年的提升幅度為50％”（柯達辻村）。

　　另一個原因是采用了“W-RGBW”自主亞像素排列，并對驅(qū)動方法進行了改進（圖10）。與使用傳統(tǒng)的RGB三色彩色濾光片相比，這種方式能夠兼顧低功耗化和色彩表現(xiàn)性能。

　　具體來說，該方式是把RGB和W（白）這四種亞像素作為1個像素來顯示彩色畫面的。由于W部分沒有濾光片，因此，顯示全白畫面時，其功耗低于傳統(tǒng)方式。而且，顯示特定顏色時只需使用W與RGB三色中的兩色。其余一色可以不發(fā)光，有助于延長壽命。

圖10：利用RGBW四色彩色濾光片改善問題

　　柯達開發(fā)出了使用白色有機EL材料和RGBW四色彩色濾光片的有機EL面板（a）。與使用普通RGB三色彩色濾光片相比，該方法能夠兼顧低功耗化與色彩表現(xiàn)性（b）。本站根據(jù)該公司資料制作。(點擊放大)

　　印刷工藝也獲得進展

　　另一個能夠應用于大屏幕化的方法是使用印刷工藝。精工愛普生已成功試制了噴墨印刷高分子型有機EL材料的14英寸面板（圖11）。該面板使用住友化學的高分子型發(fā)光材料。通過適當調(diào)節(jié)噴嘴噴出的墨水量，過去±3％以上的成膜厚度偏差縮小到了0.2％以下。

　　精工愛普生開發(fā)出了利用噴墨印刷制作有機EL層的技術。14英寸試制品的分辨率為60ppi，相當于37英寸全高清面板。本站根據(jù)該公司資料制作。

　　試制面板的各有機EL元件構(gòu)層中，RGB三色發(fā)光層、中間層、空穴傳輸層等五層采用了噴墨法。其分辨率為60ppi，相當于37英寸全高清（1920×1080像素）面板。“有機EL元件成膜的課題已基本得到了解決”（精工愛普生）。

　　尚未得到解決的還有藍色發(fā)光材料性能較低的問題�，F(xiàn)在，“具備電視所需色彩表現(xiàn)范圍的藍色材料候選已經(jīng)出現(xiàn)，延長材料壽命的方法正在研究之中。我們希望到2011年后能夠開始量產(chǎn)”（住友化學代表董事專務執(zhí)行董事技術及經(jīng)營策劃（技術及研究開發(fā)）業(yè)務化推進總監(jiān)中江清彥）。

　　此外，美國杜邦顯示器與大日本屏幕正在開發(fā)使用低分子型發(fā)光材料的印刷工藝。并且使用墨水呈線形流動的“多噴頭打印機”技術，試制了4.3英寸有機EL面板。其亮度不均現(xiàn)象為6％（±3％）。（全文完 記者：佐伯 真也）