发光材料技术应用与发展前景

发光材料技术应用及发展前景

CRT显像管：我们家庭所用的电视以及绝大多数的电脑终端显示器所用的显像管就是CRT技术，阴极射线管（CRT）的特点是色彩鲜艳丰富，制备工艺成熟，成本低廉，但是由于CRT技术设备的电视机及其他显示器的体积庞大，而且也很沉重，尤其是大尺寸的显示器，如29in电视机的厚度超过70cm，质量超过50kg。已经不能满足人们的要求，基于CRT的缺点，人们又采用了一些新技术来使CRT平板化，其中比较成熟的技术是低压荧光管（VFD）技术，以VFD技术为基础的显示器的体积明显降低，厚为1cm，质量也大为减轻，另一种相对成熟的技术而且具有巨大发展潜力的的技术是场发射（FED）技术。以场发射技术为基础

制备的显示器厚度只有几毫米。

VFD低压荧光管：在29世纪60年代，电子计算机市场获得急速的扩大，为适应计算器的数码显示需求，产生了真空荧光平板显示器VFD，随着各种技术的发展，是VFD进入高密度显示领域，目前具有数字显示,图像显示画面显示功能的VFD已经广泛运用在各种仪器显示包括汽车家电通信设备以及大显示屏幕显示器等领域。但是由于VFD技术受到彩色化功耗大分辨率低腔体中真空的保持等问题的限制，近几年的市场份额有下降得趋势

FED场发射显示技术

FED技术是继VFD后，针对CRT平板化的又一次新的努力

SID2007概况

每年5月，由显示协会(SID)组织的世界规模的显示技术讨论会与展览会在美国西海岸的一个城市举行，今年的第45届SID年会在美国加州长滩(Long Beach)会议中心举行。会议共收到论文摘要702篇，其中有489篇入选本届讨论会。489篇论文中有279篇在

67场专题报告会中口述，其余210篇于5月23号下午集中在一个大厅中，以张贴形式发表，作者与读者进行面对面讨论。令人鼓舞的是全部论文中有24%的作者是学生。提交论文的国家和地区数为21，论文数分布如下：韩国23%，美国22%，日本19%，台湾地区16%，德国4%，我国大陆地区在会上发表的论文数为4篇。

这次论文报告会共举行了67场，按专题区分分布如下：LCD 22场；OLED 12场；显示器件制造工艺 5场；PDP 4场；显示电子学 4场；背光源 4场；投影显示 3场；FED 2场，三维显示 2场；标准与计量 2场，医用显示 2场；电子纸 2场；其它专题各1场(共13场)。

可见，LCD、OLED是这次报告会与展览会的主角，由于LCD、PDP、OLED 已有专文报导，这儿只从FED这一个侧面进行介绍。

FED是利用高电场将电子从发射微尖或微间隙中拉出来，电子进入真空后，被加速，轰击荧光粉发光，被认为是下一代的平板显示器。由于生产成本偏高，目前尚未能如CRT、LCD进入大众娱乐行业，而只局限在军用、医用、车载或特殊工业用，但是从本次SID 大会上可以见到一些可喜的动向。

FED的基础工艺与特点

FED的基础工艺有三大部分，如图1所示。

图1 FED的三个基本工艺

(1)真空工艺：包括真空包装，上、下玻璃板间的支撑、吸气剂、表面处理、真空封接材料。

(2)光电子、半导体工艺：包括荧光粉，荧光粉的涂敷，保护荧光粉不受离子轰击的膜层。

(3)微、纳米制造工艺：包括场发射阵列、电极结构形成，聚焦电极、场发射控制，防止放电的结构。

字符或小点阵显示，可采用低电压荧光粉，这时极间间隙约0.2mm，已证明FED在低电压工作下，寿命足够；对于全彩色显示FED，为了获得足够的亮度与寿命，工作电压约3kV，为了保证色纯，需增加聚焦电极。

与CRT-TV、PDP-TV、LCD-TV相比，FED-TV的功耗是最小的，如图2所示。所以FED具有薄平板(厚度约2~3mm)、自发光、无图像畸变、大视角(约170o)、快响应，低功耗的特点。图2为各类电视机功耗的比较。

图2 各类电视机功耗的比较

Spindt型微发射FED的生产已初具规模

Spindt型FED厚度为2~3mm，阴极、门电极和聚焦极由铌(Nb)制成，发射微尖材料为钼(Mo)，阳极材料为铝(Al)。如图3所示。

图3 一个阴极单元示意

3英寸彩色FED的屏尺寸为30x70mm、像素数为184x80xRGB，亮度为600cd/m2、功率为4W，用于汽车发动机显示器。经过23000h使用后，钼微尖完好如初。进一步减小门极开口直径，可获得更大的电流密度或降低驱动电压；采用新型发蓝光荧光粉AlN:Eu后，与常用发蓝光荧光粉Y2SiO3:Ge 相比较，色域更宽，老化寿命可增加一个数量级。对于Y2SiO3:Ge荧光粉轰击电荷量累计达到120C/cm2时，亮度已降为初始值的50%，而对于AlN:Eu，这个值为1200C/cm2(C是库仑)。

Spindt型FED最适合中、小型显示屏，单色FED已进入市场，全彩色型FED已开始启动大生产。

26英寸纳米Spindt 型FED现身展览会

在展览会上，Field Emissinon Technologies公司展出了26英寸的彩色的Spindt型的FED屏，与并列的LCD相比，呈现了优越的动态图像特性。该公司的资料报导，19.2英寸纳米量级Spindt型彩色FED原型的指标如下：

屏尺寸391293.76mm

分辨率1280960(点)，节距0.306mm

亮度400cd/m2

对比度大于20000:1

显示器尺寸500(宽)350(高)55(厚)mm

图4 26英寸纳米Spindt型FED

纳米Spindt 型FED的特点是微尖为纳米量级，可以用类似TFT工艺制造高密度微尖阵列，使得每个像素中包含有上万个纳米微尖。

碳纳米管(CNT)场致发射显示(CNT-FED)屏的均匀性获重大突破

碳纳米管以其优异的场致发射特性和可以用较简单工艺制造大尺寸发射阵列，特别适于用制造大尺寸FED显示屏，但由于均匀性的限制，一直未能进入高质量图像显示市场。

法国研究人员采用将触媒体层光刻成所需的图案，在其上生长出CNT，如图5所示。每个沟道宽12mm，间距25mm，每个沟道中有10个4.5mm

OLED前景展望：

从目前显示技术的发展趋势来看，OLED无疑是会带来显示产品集体换代的一项新技术。现在主要的技术突破还在于大尺寸工艺，色彩，以及使用寿命。不过目前萎靡的液晶市场或许会激发厂商们尽早提速OLED 大面积进入市场的决心，提速OLED的研发及生产工艺的改进或许已经在厂商们的计划之内。当然我们不能指望OLED不久会以一种低价格的姿态进入市场，任何一种革命性的新技术均随着市场及技术的成熟才渐渐地平易近人，这段时间往往需要几年，OLED的前景是十分让人看好的。

CES 2009展索尼首发21英寸OLED电视，分辨率为1366×768

OLED超薄柔软可卷曲的特性使其的应用方向更广，超低的功耗更符合目前时代发展的需求，在今后我们将会看到更多的地方出现OLED的身影。相信5年内，壁画般的显示产品也将会在市场内出现，拭目以待吧。

液晶显示器件(LCD)是个人应用显示器中最有发展潜力的显示器件。反射型液晶

显示

器件的功耗每平方厘米在一微瓦以下,是目前世界上最省电的显示器。

由于液晶产业的发展,应用显示器的地方也就越来越多,如个人计时用的各种电子表

、电子钟、万年历;个人通信用的"BP"机、"大哥大";个人学习用的计算器、电子字典、

电子翻译器、电子课本;个人工作用的电子记事簿、PDA、掌上微机;个人娱乐用的电子游

戏机、电子照相机、电子摄像机、液晶小电视等。液晶显示产业的发展,将给个人大量、

广泛地使用显示器带来一次革命。而个人大量应用显示器,可随时、随处获得信息,这又

将大大推动世界信息产业的发展。我国的液晶产业应着重发展个人应用的液晶显示器,在

个人应用显示器上与世界各国展开竞争。另外,由于液晶显示器的工作电压低、无辐射、

无荧光闪烁,显示质量可以与CRT媲美,日本、韩国等LCD企业都大力推广LCD在便携机和台式机上的应用。在下个世纪,LCD将有可能代替CRT成为新一代微机监示器的主流产品。

目前液晶产业三分之二的销售收入都来源于便携机的显示器上,便携机应用LCD显示

屏的主要尺寸为12.1英寸彩色SVGA(800×600线)和13.3英寸彩色XGA(1024×768线)的产品。未来发展的方向是生产功耗极小、8.4英寸以下反射型彩色TFT-LCD产品,作为更轻便的笔记本或掌上型电脑显示屏。1998年日本批量生产了15英寸彩色XGA(1024×768线)和18英寸彩色SXGA(1028×1024线)的液晶显示屏,作为台式电脑显示用,并与CRT争夺监示器的市场。由于制作这类液晶显示屏投资大,生产技术要求高,国内还没有生产线,近期国内

即使建立了这种生产线,也很难在产品上与日本竞争。

过去和现在

目前全世界的LCD产业主要集中在东亚的日本、韩国和中国。日本是全世界最大的T

FT-LCD和STN-LCD生产国,约占全球份额的85%左右。中国是世界上最大的TN-LCD生产国, 产量约占全世界产量的一半以上。

1968年美国发明了液晶显示器件,70年代初日本开始生产TN-LCD,并推广应用。80年

代初,TN-LCD产品在计算器产品上获得了广泛应用;1984年左右欧美提出TFT-LCD和STN-L CD显示技术;80年代末,日本掌握了STN-LCD的大生产技术,使LCD产业获得飞速发展;1993 年左右,日本又掌握了TFT-LCD的大生产技术,促使日本于1997年建成了一大批以550mm×670mm为代表的大基板尺寸的第三代TFT-LCD生产线,并使1998年大尺寸的LCD显示屏的价格比1997年下降了一半。价格的降低大大地促进了LCD产业的发展。1997年销售额超过1 00亿日元的日本LCD公司有夏普、东芝、NEC、日立、精工爱普生、松下、OPTREX、卡西欧、星电、三菱、富士通、西铁城、精工电子、京陶、三洋电机等。1996年以后,韩国和

我国台湾都投巨资建第三代的TFT-LCD生产线,准备在1999年以后,在TFT-LCD上与日本竞争。

韩国主要的LCD企业有三星、LG、现代等。台湾早期的LCD厂有胜华、碧悠、光联等

;1995年以后,在TFT-LCD上投巨资的企业有联友、元太、中华映管等。

我国从80年代初就开始引进TN-LCD生产线,是目前世界上最大的TN-LCD生产国。目前

全国共引进和建立LCD生产线40多条(日本和我国港台部分独资的生产线没有统计在内), 共有LCD配套厂30余家,1997年中国ITO的生产量已超过200万平方米,TN型液晶体生产能力

已超过10吨。这两种材料不仅能满足国内需求,还能出口。其他材料国内虽然能生产,但

是还没有形成不依赖进口的局面。虽然深圳盛波引进了一条偏光片生产线,但是我国每年

还需要引进200万平方以上的偏光片。根据中国液晶行业协会1998年统计,中国的液晶产业现状如下表所示:

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虽然近两年世界LCD产品的价格不断下降,产品市场竞争激烈,但是1997年中国的LCD

产业仍是一个丰收年。中国LCD产业1997年的销售额比1996年增长42%,达到30.58亿元。由于中国LCD企业开工较饱满,1997年中国的绝大多数的LCD企业都处于获利状态。1997年

,中国LCD企业的销售额超过3000万元的企业有无锡夏普、深圳天马、深圳辉开、汕尾信利、河北冀雅、烟台多纳勒、深圳莱宝、蛇口伟光、汕尖超声、深圳思特达、惠州康惠

、莆田新光、深圳深辉、莆田莆辉、顺德先河、鞍山三特、大连东方、上海海晶、长江

曙光、秦皇岛莱成、厦门高卓立、潮州晶蕾等。

1998年由于东亚经济危机的影响,个人应用显示器的市场有些萎缩,使中国的LCD企业

处于较困难的境地。但是TN-LCD产品还是以我国生产为主。中国原准备大力扩展中小尺

寸STN-LCD产品的市场,但受到较大阻力;韩元、日元的贬值对我国LCD产品价格有较大压力。日本《半导体产业新闻》1998年8月给出的日本液晶显示器件价格为:

5-6英寸彩色

TFT-LCD 价格为7500~9000日元

10英寸彩色

STN-LCD 价格为8000~9000日元

10英寸彩色

TFT-LCD 价格为17500~20000日元

12.1英寸彩色 STN-LCD 价格为23000~27000日元

12.1英寸彩色 TFT-LCD 价格为32000~37000日元

与去年同期相比,日本的液晶显示器件的价格下降40%左右,这对扩大LCD应用带来商

机,但是也使LCD企业的竞争更加激烈。我国原有的一些企业扩大了生产规模,同时又上了一些新企业,估计1998年我国LCD产量约93万平方米,销售额约35亿元。

机会莫错过

LCD产品市场广阔,有大量的现实市场,更有广阔的潜在市场。目前中国LCD产业不是

有没有市场,而是LCD企业能不能提高产品质量,能不能将TN-LCD产品的成品率提高到90% 以上,中小尺寸的STN-LCD成品率提高到85%以上,去占领市场和开拓市场的问题。现在我

国已基本掌握了TN-LCD和中小尺寸STN-LCD的大生产技术,也有了较广阔的市场。在发展LCD产业上必须以市场为导向,以发展应用整机为龙头,促进现有的LCD产业的更新、改造

和发展,不必再新上TN、STN生产线。今后我国液晶产业发展的重点应为彩色液晶显示技

术和引进、消化、吸收TFT-LCD大生产技术。

等离子显示器：中国等离子彩电产业则是刚刚起步，但是通过引进、消化和吸收，这几年发展十分迅速。彩虹团体公司和西安交通大学与俄国斯国家气体放电器件研究所合作，已开发出具有自主和知识产权的40英寸彩色PDP产品，彩虹团体公司在北京已建成一条40英寸以上的彩色PDP实验线，打算2002年内进行试生产。TCL、海信和创维等先后推出了各自的PDP产品，创维新近推出的高清等离子彩电以及50寸、60寸的等离子产品，表明中国在等离子显示器制作技巧方面已经跨上了一个新的台阶。海信与北京国美、大中等大型商家签了3亿元的42时数字等离子电视定货意向书。TCL打算在2004年之前实现所有等离子电视模块自主开发与生产，通过与外资合资、合作等方法，实现显示器联合开产生产。打算在2005年之前，投入3～5亿元国民币用于等离子电视的开发与生产，建设至少三条生产线，实现年产30万台整机和30万套部品。创维的未来五年等离子战略是2002年10万台、2003年15万台、2007年50万台。

2002年9月26日，国家信息产业部牵头召开了《中国等离子产业发展战略研究会》。研究会聚焦了相干专家及企业代表，就中国发展等离子彩电可能涌现的问题进行了沟通。会上有信息产业部管员提议将PDP纳入数字电视系统。如果这一提议被相干部门采用，意味着不久的将来，国家将给予等离子彩电较大力度的政策及资金扶持。会议达成了以下共鸣：从产业结构调剂上看，发展等离子彩电产业是我国彩电结构提升的需要；从技巧上看，等离子彩电是今后数字电视时代较为理想的选择；从展的需求来看，一旦等离子彩电性价比降到消费者能够吸收的时候，等离子彩电市场容量将会得到更大的发展；从生产能力上看，我国的研发基础和制作能力已初具规模。