1、有机EL面板的大型化之路显露曙光有机EL面板的大型化之路显露曙光（一）：LG积极推进2010/02/01 00:00 “超越CRT的显示性能”,“可表现终极黑色”,“厚度只有数mm，能够实现超薄” 因其出色的性能，有机EL面板很早被看作是平板电视显示面板的“真命天子”。2007年10月，索尼实现了全球首款11英寸有机EL电视的量产。但是之后便再无下文。2007年，东芝、韩国三星电子等电视厂商都曾表示在2009年左右量产有机EL电视。但至少到2009年年底，二公司均还没有向市场投放有机EL电视的迹象 注1）。 注1）东芝2007年12月宣布2009年量产30英寸以上大型有机EL电视的计划已明确延
2、期。 LG积极推进大型化 看似停滞不前的电视用大型有机EL面板。其实现在研发又再度活跃起来。 其中最为明显的是韩国LG集团。韩国LG电子于2009年8月发布了15英寸有机EL电视并于同年12月在韩国上市销售。售价300万韩元（按1元=170韩元换算约合1.76万元）。 这款电视配备的有机EL面板由同一集团的韩国LG显示器开发。峰值亮度为450cd/m2，对比度为10万:1以上，色彩表现范围高达NTSC比98。TFT（TFT=thin filmtransistor）驱动元件中使用的材料为利用“SPC（solidphase crystallization）”高温工艺结晶化的多晶硅。有机EL发光层的
3、R（红）、G（绿）、B（蓝）三色发光材料分别借助真空荫罩蒸镀独立成膜。并且通过采用腔体（多重反射干涉）结构*，扩大了色彩表现范围。 *腔体结构：利用正极与负极间反复出现光反射时的干涉效果提高有机EL材料发光的色纯度和强度的方法。但RGB三色发光层的厚度偏差需要控制在数以下。 LG显示器已开始制造手机用小型有机EL面板。并且公开了2010年第一季度启动新的有机EL面板生产线的计划，对扩大规模不遗余力。另外，LG显示器除了在2009年6月与有机EL材料供应商出光兴产达成业务合作协议外，还于2009年12月宣布收购有机EL面板的开发先锋美国伊士曼柯达（Eastman Kodak）的有机EL业务，显示
4、了强化技术开发的态势 注2）。 注2）2009年12月LG集团已就收购柯达的有机EL业务达成了一致。最终的收购主体预计将从LG电子、LG显示器、LG化学中产生。 这一系列措施的背后，是因为LG显示器明确表示将分别在2010年量产20英寸级、在2011年量产30英寸级、在2012年量产40英寸级大型有机EL面板。该公司OLED销售及市场营销副总裁Won Kim坚定表示：“虽然价格会不菲，但到2012年，消费者将能够购买到40英寸级有机EL电视”。 小型有机EL面板市场稳步扩大 LG集团之所以积极发展大型有机EL面板，是因为于小型有机EL面板的需求旺盛。手机、智能电话、便携式媒体播放器、数码相机等
5、众多便携设备开始全面配备有机EL面板（图1）。这些影像便携产品选择有机EL面板是因为“其高超的显示性能容易面向用户宣传”（DisplaySearch中小型FPD总监早濑宏）。2009年11月，卡西欧计算机与凸版印刷宣布成立新公司，量产用于数码相机等产品的小型有机EL面板。涉足有机EL面板业务的厂商也开始增加。 图1：不断渗透的有机EL现在，以手机和智能电话为中心，有机EL面板已开始全面普及。另一方面，虽然配备于台式设备的道路还颇为艰难，但进入2010年后，面板的大型化将进入视野。根据显示器调查公司DisplaySearch的资料，2009年有机EL面板的供货总额约为8.45亿美元（图2）。其中
6、，手机主屏使用的有机EL面板约为5.21亿美元，约占供货总额的61。到2016年，手机主屏使用的有机EL面板的供货额有可能扩大到目前的5倍以上，达到约28.2亿美元。 图2：手机与智能电话带动市场各类配备有机EL面板设备的供货金额预测。在2011年前，将主要是手机主屏（含智能电话）带动市场。另一方面，预计电视领域有机EL的市场将在2011年后逐渐扩大。此图根据DisplaySearch资料制作随着量产的推进，业内第一大厂商韩国三星移动显示器（Samsung Mobile Display，SMD）已将量产成品率“稳步提高到了QVGA（320240像素）级为80，VGA（640480像素）级为60
7、的地步”（DisplaySearch早濑）注3）。可以说，提高量产的技术经验正在扎实地积累。（未完待续 记者：佐伯 真也） 注3）SMD的VGA面板采用的是将RGGB亚像素作为两个像素的排列方式。 上接有机EL面板的大型化之路显露曙光（一）：LG积极推进（二）：照明用途是另一推动力照明用途是另一推动力 有机EL面板大型化的另一推动力是有机EL照明市场的形成。拥有“面发光”、“透明”、“轻&薄”等特性的有机EL照明，其用途可以有别于荧光灯、白炽灯泡等现有光源，以及因节能发展而来的白色LED，因此，新厂商纷纷涉足（参考文献1）。 参考文献1）野泽：“有机EL瞄准照明领域“主角”（日经电子2008年
8、11月3日号，no.990，pp.87-97.）有机EL照明的量产化动向之活跃甚至超过了小型有机EL面板。在日本国内，除Lumiotec预定于2010年1月启动量产外，柯尼卡美能达控股也于2009年11月宣布将斥资35亿日元建设试制生产线。在海外，荷兰飞利浦电子（Royal Philips Electronics NV）、美国通用电气（General Electronic）等公司也计划量产。根据DisplaySearch的预测，有机EL照明市场将于2010年萌芽，在2016年扩大到约28.38亿美元。 小型有机EL面板的量产扩大和有机EL照明的普及有望推动大型有机EL面板的实用化。这源于二者可
9、以共享大部分材料和元件，以及量产成品率提升技术的积累。 能否乘环保热之东风？ 进入2009年，“节能”、“环保”逐渐成为平板电视竞争的重要要素，也推动着大型有机EL面板的实用化（图3）。例如，索尼于2009年1月发布了功耗比原来减少40的液晶电视“BRAVIA VE5”系列。夏普于2009年9月投产了配备白色LED背照灯，以画质、节能为卖点的“LED AQUOS LX”系列。考虑到消费者环保意识的提高，这种趋势今后很可能继续。 图3：以“环保”热为背景展开攻势有机EL电视仅靠“漂亮”、“超薄”上难以对液晶电视形成优势。自发光的有机EL面板更易于宣传“环保”。而采用背照灯光源的液晶面板可以说存在
10、节能极限。有机EL面板的胜算在于“液晶面板在构造上存在低功耗化的极限”（日本液晶技术人员）。液晶面板是利用电压控制液晶分子，通过部分透过或阻断背照灯光线的方式显示灰度。不仅构造复杂，拥有TFT、液晶层、彩色滤光片、偏光板（2片）、玻璃底板（2片）多个部件，每个部件的环节背照灯光线都会损耗。“现有液晶面板的背照灯光线透射率只有5左右。大幅提高极其困难”（同上）。 而有机EL面板是自发光元件，原理上损耗较小。“只要提高发光材料的效率，有机EL面板的功耗还能降低”，“功耗应该低于液晶面板”，很多有机EL技术人员都这样认为。 在这种情况下，各厂商纷纷重整旗鼓，开发用于电视的大型有机EL面板。除前面提到
11、的LG显示器，索尼也在2009年11月召开的业务说明会上重申了向有机EL面板等自主显示器开发持续投资的决心。 全球最大的电视厂商三星电子至今为止尚未公布大型有机EL面板的量产计划。但该公司旗下最大的小型有机EL面板制造商SMD却几乎独霸了有源矩阵型有机EL面板生产份额（图4）。可以说，该公司积累了最为雄厚的有机EL面板生产经验。因此，不断有预测指出：“韩国三星电子可能会把现在用于第5代液晶面板的生产线改造成电视用有机EL面板生产线”（多位精通电视行业的分析师）注4）。（未完待续 记者：佐伯 真也） 注4）生产液晶面板使用的玻璃底板按照面积增大的顺序称为第1代、第2代等等。第4代为730mm92
12、0mm，第5代为1100mm1300mm，第6代为1500mm1800mm，第8代为2160mm2400mm。 图4：SMD独领有源矩阵市场图为有机EL面板市场上厂商金额份额情况。2009财年，率先量产有源矩阵方式有机EL面板的三星移动显示器，估计金额份额会占到7成以上。此图根据DisplaySearch资料制作。（三）：大型化及低成本化技术稳步前进大型化不会一蹴而就 话虽如此，有机EL面板的大型化仍面临着必须逾越的难关。其中之一就是大型化和低成本化量产技术的确立。这也是各厂商在展会上发布的20英寸以上有机EL电视/面板止步于试制品的一大原因（图5）。现在，中小型有机EL面板采用的TFT和成膜
13、工艺无法直接应用于大型面板。但对这个问题本文已经出现了若干解决方法。 阻碍实现大型有机EL面板的最大课题在于作为其竞争对手的液晶面板迅速实现了高性能化和低成本化（图3）。因此，“凭借高画质、超薄等有机EL面板的原有特征很难相对于液晶电视形成优势”（某有机EL技术人员）。 图5：20英寸以上有机EL电视仅有试制品各电视、面板厂商都曾在学会和展会上展出过20英寸以上大型电视试制品。但实际量产的电视仅有11英寸（索尼）和15英寸（LG电子）两款。在液晶面板大屏幕化、高精细（19201080像素）化开发告一段落的2007年后，高画质化和薄型化便快速发展。背照灯光源从过去的冷阴极荧光管（CCFL）转换为
14、LED，这使得其显示性能逐渐达到了不逊于有机EL面板的水平。 例如，多数配备直下型LED背照灯的液晶电视在显示影像时达到了对比度100万:1，色彩表现范围NTSC比100以上。其性能高于前面介绍过的LG电子的15英寸有机EL电视。使用边缘发光型LED背照灯的产品最薄处不到20mm。有机EL电视虽然能够进一步实现高画质化和薄型化，但二者之差却很难向用户宣传。 因此，大型有机EL面板很有可能首先在不与液晶面板形成竞争的用途上普及。2009年10月举办的“FPD International 2009”上展出了几款这样的试制面板（图6）。LG显示器与SMD合作开发的是可以看透面板的“透明显示器”。该显
15、示器的正极/负极均使用透明材料，面板两侧采用透光结构。“设想用于数字招牌等公共用途”（LG显示器）。 图6：LG显示器与SMD开拓有机EL的特有用途LG显示器与SMD正在开发透明及可弯曲有机EL面板。可以说，这些是液晶面板难以实现的有机EL面板独有的用途。此外，LG显示器还发布了对比度高、可视性好的“医用显示器”。SMD则展出了厚度为50m的可弯曲“IC卡型显示器”。虽然二者的量产时期尚未确定，但能够发挥有机EL面板特性的应用已指日可待。 大型化及低成本化技术稳步前进 实现有机EL面板大型化的技术开发正在稳步推进。现在，各面板厂商“追求的不仅是显示性能，还在选择有望使量产成品率达到最高的技术”
16、（柯达OLED系统开发本部本部长高级总监辻村隆俊）。 掌握着大型化关键的是能够应用于有机EL驱动并实现大型化的TFT和有助于低成本化及大型化的有机EL发光层成膜技术（图7）。 图7：大型化及低成本化有两大技术课题有机EL面板的大型化及低成本化技术课题不少。尤其必要的是开发玻璃底板大型化用TFT材料和有机EL元件层叠工艺技术。以2012年量产40英寸产品为目标的LG显示器已经比照同尺寸的液晶面板，为生产有机EL面板制订了目标。LG显示器为量产提出了长期规划：“到2012年，使用能够切割24块40英寸面板的第56代玻璃底板，材料成本为150，成品率达到70左右。到2016年，使用能够切割18块40
17、英寸液晶面板的第10代玻璃底板，争取使材料成本降低到7080，成品率保持不变”（LG显示器Kim）。（未完待续，记者：佐伯 真也）（四）：TFT有多项候补技术TFT有多个候补技术 首先来看TFT的改进方法。低成本化的前提是使用与电视液晶面板相同尺寸的玻璃底板来制造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温多晶硅（LTPS）TFT都难以直接用于有机EL。为此通过改进大型有机EL面板的制造工艺，无需激光退火处理的多晶硅TFT以及非晶氧化物半导体TFT等有望得到采用（图8）。 图8：大型化的关键是TFT材料大型液晶面板采用的非晶硅和中小型液晶及有机EL面板采用的低温多晶硅，难
18、以实现玻璃底板的大型化。目前正在进行将使用高温工艺的多晶硅、微晶硅和非晶氧化物应用于TFT面板的开发。非晶硅TFT无法使用的原因有二。首先，载子迁移率仅为1cm2/Vs左右，亮度不够。其次，阈值电压随时间变化，会出现显示图像不均匀现象。 另一方面，LTPS TFT的载子迁移率高达100cm2/Vs左右，阈值电压的变化也仅为非晶硅TFT的1/10左右，性能方面的问题较少。因此被用于SMD开发的31英寸试制品和正在量产的中小型有机EL面板。LTPS TFT的课题在于玻璃底板难以大型化。这是因为LTPS TFT需要在非晶硅成膜完成后，通过激光退火处理进行结晶化处理。这种方法晶体管特性的偏差容易增大。
19、液晶面板中，第4代以上的玻璃底板已经不采用这种方法。 因此，各面板厂商正在开发新的TFT材料和制造工艺。具体方式包括改进硅TFT制造工艺和采用非晶氧化物半导体。 使硅TFT支持到第6代玻璃底板 制造工艺的改进是指不借助激光退火处理的非晶硅晶化方法。 例如，本文开篇介绍的LG显示器的15英寸量产品中就采用了名为SPC的高温工艺。该方法需要对非晶硅施加700左右的热处理，使之转变为多晶硅。成品的载子迁移率为20cm2/Vs左右，阈值电压变化量与LTPS相当。这种方法虽然存在热处理时会使玻璃底板收缩的问题，“但已经有望支持到第6代玻璃底板”（LG显示器Kim）。也就是说，使用该方法最大可以量产30英
20、寸左右的产品。其面存在的课题是对第8代以上玻璃底板的支持。要想实现这一目的，“还需要继续开发新的装置”（LG显示器Kim）。 与之相比，SMD开发的是名为“SGS（supergrain silicon）”的多晶硅TFT。该方法需要在非晶硅底板上涂布微量的镍作为晶核，通过热处理形成多晶硅。SMD在2008年10月首次公开的40英寸试制品上就使用了SGS工艺 注56）。 注5）SMD还在开发名为“SLS”的激光退火处理技术。此外，索尼使用基于“dLTA”激光退火技术的微晶硅TFT，开发出了27英寸试制品。 注6）为了控制TFT开电流误差导致的亮度不均，在外置驱动IC中内置补偿电路的开发也正在进行之
21、中。主要开发商有柯达、加拿大风险公司IGNIS等。 氧化物半导体的再现性存在问题 在非晶氧化物半导体中，被认为最有希望用作大型有机EL用TFT材料的是IGZO（In-Ga-Zn-O）。IGZO TFT的载子迁移率为10cm2/Vs左右，阈值电压的变化也与LTPS相当。其魅力在于能够利用溅射法制造，应用时无需对液晶面板生产线做较大改动。未来，除溅射法外，IGZO TFT还有望使用涂布工艺制造。这将会使成本进一步降低。 积极进行氧化物半导体TFT开发的主要是韩国和台湾的面板厂商 注7）。在FPD International 2009上，有机EL面板和液晶面板试制品纷纷出现（表1）。其中以SMD的1
22、9英寸面板尺寸最大。展会上表明采用非晶IGZO的是LG显示器和台湾友达光电（AU Optronics）。三星集团虽未公开氧化物半导体的种类，但该公司一直在使用IGZO TFT进行试制，展会上的展品很可能采用的也是这种材料。 注7）日本厂商中，夏普和佳能正在开发IGZO TFT。 氧化物半导体的课题在于制造工艺再现性差。但是，“通过在成膜后施加热处理，这一情况有望得到某种程度的改善”（LG显示器Kim）。（未完待续，记者：佐伯 真也） （五）：白色有机EL崭露头角白色有机EL崭露头角 大屏幕化的另一个关键在于发光元件的成膜工艺。现在正在研究的工艺大致可分为两类：分涂RGB发光材料的方式；白色材料
23、与RGB三色彩色滤光片组合的方式（表2）。 表2：有机EL元件的主要成膜方法目前正在量产的中小型有机EL面板是通过荫罩蒸镀法分涂低分子型发光材料制造的。但有看法认为，使用荫罩的方法难以确保亚像素的定位精度，在应用到第4代玻璃底板时存在极限。而且，其材料利用率低，会导致成本增加。 于是作为便于实现面板大型化的方法，白色发光材料与彩色滤光片相组合的方式开始崭露头角。除长期采用该方式的柯达外，预定收购柯达有机EL业务的LG显示器也在进行试制之中（图9）。图9：白色有机EL+彩色滤光片重新赢得青睐面向大型化，柯达与LG显示器正在开发白色有机EL材料与彩色滤光片相结合的有机EL面板。与RGB三色有机EL
24、层各自成膜相比，其特点在于容易降低成本。一般来说，使用彩色滤光片的方式无需分涂发光材料，因而最易于实现玻璃底板的大型化。但扩大色彩表现范围需要增加RGB三色材料成膜的厚度。而且，彩色滤光片会增加光吸收量，有损有机EL的优势之一的面板亮度指标。这种情况下，要想获得与分涂方式相同的亮度，就必须提高白色发光材料的亮度，这除了会增加功耗，还会缩短寿命。也就是说，色彩表现范围的扩大与功耗是此消彼长的矛盾关系。 柯达试制的8.1英寸产品在扩大彩色滤光片的色彩表现范围的同时，解决了以上问题。试制品的色彩表现范围高达NTSC比100。对于功耗，柯达的辻村充满自信：“如果使用最新白色材料，8.1英寸面板的功耗不
25、足2W。而同尺寸液晶面板的功耗为24W左右，作为产品完全可以与其竞争”。另外，由于元件的构造是光线从TFT一侧射出的底部发光型，因此，彩色滤光片需要在TFT底板上形成。 这些特性的提高主要归功于两个原因。一是在照明用途开发的带动下，白色材料的发光效率得到了大幅提升。柯达采用的白色材料电流转换效率约为50cd/A，“自2007年起，每年的提升幅度为50”（柯达辻村）。 另一个原因是采用了“W-RGBW”自主亚像素排列，并对驱动方法进行了改进（图10）。与使用传统的RGB三色彩色滤光片相比，这种方式能够兼顾低功耗化和色彩表现性能。 具体来说，该方式是把RGB和W（白）这四种亚像素作为1个像素来显示
26、彩色画面的。由于W部分没有滤光片，因此，显示全白画面时，其功耗低于传统方式。而且，显示特定颜色时只需使用W与RGB三色中的两色。其余一色可以不发光，有助于延长寿命。图10：利用RGBW四色彩色滤光片改善问题柯达开发出了使用白色有机EL材料和RGBW四色彩色滤光片的有机EL面板（a）。与使用普通RGB三色彩色滤光片相比，该方法能够兼顾低功耗化与色彩表现性（b）。本站根据该公司资料制作。印刷工艺也获得进展 另一个能够应用于大屏幕化的方法是使用印刷工艺。精工爱普生已成功试制了喷墨印刷高分子型有机EL材料的14英寸面板（图11）。该面板使用住友化学的高分子型发光材料。通过适当调节喷嘴喷出的墨水量，过去
27、3以上的成膜厚度偏差缩小到了0.2以下。图11：印刷技法的开发也获得进展精工爱普生开发出了利用喷墨印刷制作有机EL层的技术。14英寸试制品的分辨率为60ppi，相当于37英寸全高清面板。本站根据该公司资料制作。试制面板的各有机EL元件构层中，RGB三色发光层、中间层、空穴传输层等五层采用了喷墨法。其分辨率为60ppi，相当于37英寸全高清（19201080像素）面板。“有机EL元件成膜的课题已基本得到了解决”（精工爱普生）。 尚未得到解决的还有蓝色发光材料性能较低的问题。现在，“具备电视所需色彩表现范围的蓝色材料候选已经出现，延长材料寿命的方法正在研究之中。我们希望到2011年后能够开始量产”（住友化学代表董事专务执行董事技术及经营策划（技术及研究开发）业务化推进总监中江清彦）。 此外，美国杜邦显示器与大日本屏幕正在开发使用低分子型发光材料的印刷工艺。并且使用墨水呈线形流动的“多喷头打印机”技术，试制了4.3英寸有机EL面板。其亮度不均现象为6（3）。（全文完 记者：佐伯 真也）
