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LED和OLED的发展

  LED

  LED是发光二极管( Light Emitting Diode)的简称。

  1955年美国RCA公司的Rubin Braunstein发现了GaAs以及其他半导体合金的红外线放射作用,1962年美国GE公司的Nick Holonyak Jr则开发出了可见光LED。以往LED通常仅用于指示灯和显示板,真正的起飞是在1990年代白光LED出现后,应用面越来越广。现今已主要用作白炽灯的替代光源和LCD电视的背光源以取代原先使用的冷阴极荧光管(CCFL)。

  LED照明

  1880年爱迪生发明了电灯泡,对人类的照明进行了革命,改善了人类的文明生活,加速了全球经济和照明产业的蓬勃发展。时至今日,低碳节能成为时代要求,可取代白炽灯泡的LED照明灯具,成为人类照明技术的第二次革命,被寄予厚望。据统计,全球2005年照明用电占总发电量的19%,花费3650亿美元,占世界GDP 1.2%,共排放C02 5.55亿吨。

  LED用作照明始于10年前的墙脚灯,随后用作路灯,再扩及顶灯、聚光灯和日光灯等室内照明。LED光源具有低功耗、长寿命(可使用l0年以上)、反应速度快、防潮、耐震、坚固,并具有易维护、轻薄短小等特性。加上先进国家已在推行禁止和销售传统白炽灯的政策,因而LED照明市场无疑佳景可期。

  据日本矢野经济研究所的最新报告,2004年世界照明用白色LED市场不过40亿日元,2008年成长到了402亿日元(3.3亿个),占全部白色LED市场(3440亿日元,190亿个)的l2%。预计2013年照明用白色LED可快速增长到4130亿日元,5年翻了一番,2018年可望达到7080亿日元,l0年间的年均增长率高达33%。

  价格下降(以流明计算,大约每年下降30%),应用不断扩大,市场大致呈现短缺现象,引起众多公司参与进来,日本即有松下、东芝、NEC、Rohm及Sharp等巨型公司相继加入。

  毋庸讳言,照明用LED还面临不少课题有待解决,诸如LED作为点光源的直线指向工作方式必须通过努力提高其扩散性。散热、色性、光性都还须改善,提高发光效率,改进封装,生产过程中会产生砷有害物体的问题尤须解决。

  LED背光

  LCD显示器本身是不会发光的,它依靠背光源将光线穿过显示面板,展现图形图像。因此,背光源的技术直接影响到LCD电视的画质。传统的LCD显示器通常采用冷阴极荧光管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)作为光源,导致LCD显示器颜色不够丰富等不少缺陷。LED则具有色域广、寿命长(CCFL5万小时、LED 10万小时)、运动图像质量高、安全(5~24V低压工作)、环保(无射线、无砷)以及抗震等一系列优点。因此,LED取代CCFL作为LCD电视的背光源,这一市场自2009年正式起飞,发展迅速。

  早在2004年,日本Sony公司率先推出40英寸和46英寸的LED背光电视机,韩国三星公司于2006年跟进,2007年上市高对比、低价格的白色LED背光电视,从而引起了众多公司,包括LG、Sharp、松下、日立、Phi1ips等家电巨头先后参入市场,纷纷于2009年推出产品,因而这年被称为“LED背光LCD电视元年”。

  据Displaybank市场调研公司报告,2009年世界LED背光LCD电视机的销量达360万台,今年即可上升到3200万台,占全体LCD电视机销量的18.8%,2013年可跃增到1.56亿台,占69%,2008~2013年间的年均增长率高达27%,2016年的占有率可望超过80%。

  LED背光LCD电视机推广普及的最大问题也是价格过高,据报道,一台LCD电视的背光板约须装16个LED,成本约30~60美元,而安装数达到450多个的CCFL成本仅需一二十美元,故而整台电视机大约贵20%上下。但是,随着生产的改善,预期未来LED背光模块的成本会很快下降,预测3年内便可接近CCFL的水平。一句话,LED替代CCFL背光已是必然的趋势,且其替代速度就像当年LCD替代CRT一样,将快于预期。

  OLED

  OLED是有机发光二极管(0rganic Light Emitting Diod)的简称。它的发明始于偶然,1979年某一天的晚上,在Kodak公司从事科研工作的华裔科学家邓青云博士,在回家途中突然想起有件东西忘在实验室里便返了回去,在黑暗中他发现有个亮光,打开灯后看到原来是一块做实验的有机蓄电池在发光。从此,他开始了对有机体的发光研究,即今称之为OLED的研究,他也被称为OLED之父。OLED和LED的发光机理基本相同,但因使用的是有机材料,具有一系列优异的特性。

  作为平板显示器件,OLED与使用最普遍的LCD相比,拥有面板薄、对比度高、响应速度快、功耗低、视角宽、重量轻等,尤其值得一提的优势更在于OLED屏可以弯曲、折叠、甚至可以像一张纸一样挂在墙上,放在口袋里,以至镶嵌在衣服里,不用时是衣服的一部分,需要时则可显示必要的信息。因此,OLED被公认是LCD注定的终结者,也可称之为平板显示领域的“明日之星”。

  OLED显示器

  当前从显示器的总体发展而言,绿色(节能减碳)、3D和触控是未来三大发展方向。在绿色方面,电子纸、OLED和LED背光 代表着发展的主流。据有关市场调研单位报告,世界电子纸市场随着技术的改进、应用的扩大将迅速前进,2009年销售额不过4亿美元,2015年即将增长到60亿美元,2018年更可望增长到96亿美元,年均增长率高达41% 。而据Disp1aySearch公司报道,世界OLED显示器市场2006年为5亿美元,2010年超过10亿美元,达约13亿美元,2016年可望达到62亿美元(图2)。但据英国IntertechPira市场调研公司报告,包括OLED照明和显示器在内的世界市场,2008年为6.15亿美元,2014年可超过67亿美元,年均增长率达44%。那么,电子纸和OLED市场规模相仿,好有一拼,但一般认为,电子纸目前主打电纸书,而OLED应用更为广泛,似更胜一筹。

  另一方面,无论哪一种产品,相较于现已近千亿美元市场的LCD,还不免相形见绌(参阅本刊2009年11~12期有关文章)。

  OLED屏目前仍以中小型为主,今年伊始,手机主屏将成为OLED的最大应用。据市场调研公司iSuppli预测,手机用OLED屏的世界出货量将从2009年的2220万片提升到2015年的1.78亿片,年均增长率高达41.1%,而全部手机用屏每年仅增长8%。还应指出的是,2009年手机用OLED屏仍不过占全部手机用屏的2%,2013年也才占6%,发展空间十分巨大。

  据DisplaySearch公司预计,到2016年世界OLED屏62亿美元的销售额中,手机用屏占30美元的市场份额,依然拥有半壁江山,而届时OLED电视屏不过20亿美元的规模。随着OLED在手机屏上的成功应用,势必会顺势扩大到笔记本电脑特别是电视的应用。实际上,日本Sony公司于2007年即推出了世界首台11英寸的OLED电视,并计划推出27英寸电视,不料Sony公司却无端突然中止了这项业务。直到最近在被曝光的公司内部发展蓝图中,OLED电视又赫然再次列入2010~2011年的新产品计划中,有人推测Sony是在LCD电视市场上遭到惨败之后,很可能打算重新借助OLED来打翻身仗。

  除了Sony之外,还有三星、LG、Sharp、先锋、三菱等巨头公司都有推出OLED电视的计划。LG今年在全球上市15英寸OLED电视,并坚定地计划明年将推出30英寸、2012年40英寸电视机。LG公司并预测,到2016年OLED面板价格可望低于LCD。2011年前OLED使用荧光材料,2012年开始改用磷光材料,不过当年OLED的材料成本仍比LCD高50%,成品率低30%,因技术的进步到2016年,OLED的材料成本方可比LCD低20%~30%,而成品率相当。故而只有到那了个时候,OLED面板的价格才会低于LCD,进入大规模实用阶段。

  OLED按其自发光、功耗低(比LCD低l/3,更仅及PDP的1/10)、重量轻、视角好等优点,适于制作大尺寸面板。目前OLED面板以中小型为主,原因在于大尺寸面板制作困难,为此,日本Epson公司正努力研发大尺寸面板,它将现在普遍使用的喷镀工艺改为喷墨印刷工艺,预计2012年可生产出大尺寸面板。日前Sony还展示了用轮转印刷生产出柔性多彩的OLED面板。

  OLED照明

  最近一段时间以来,LED照明被炒得沸沸扬扬,热得不得了,对OLED照明则不甚了了,究其原因并不奇怪,盖OLED显示问世已约10年,人们有所了解,而OLED照明近年才刚冒头,仅有少量生产。其实,OLED照明比LED更具优越性,更适于用作照明,它表面发光,效率更高,透明轻薄,坚固耐用,可制成透明如窗,也可如镜子反射,且柔软可挠,为照明设计者开创了无限的想像,受到了特别的青睐。

  欧、美、日大型电气公司都已对OLED照明投资开发,准备生产。著名市场调研公司Disp1aySearch最近发表的报告称,世界OLED照明将于今年启航,明年跃进,预计2014年市场规模可达28亿美元,2018年更可望达到60亿美元,绝不逊于LED在照明市场的前途,而且更为远大。

  最早供应OLED照明的看来会是Philips公司,接着是GE和Konica Minolta等,但其他如Lumiotec和0sram等公司都将于2012年前投产上市(图4)。

  结语

  随着生产工艺和产品性能的改善,OLED技术再度受到了人们的关注。Sony的回归,韩国三星、LG的奋起,以及中国大陆从台湾厂商购买技术入手的后发势力,OLED重现光明,2010年将成为转折点,可称OLED起飞元年。OLED从中小显示屏切入应用,并将经由技术改进等途径,攻入大尺寸显示屏领域,而亮度的提高,将使OLED成为杀进绿色照明市场的一匹大黑马。

  与此同时,我们也必须看到,OLED在前进的道路上还面临若干艰难险阻,主要有三:其一,价格昂贵,原因在于生产规模尚小,导致制造和材料成本难于下降,例如,LG的15英寸OLED标清电视,售价高达2600美元,这样的价格可以买到LG全清55英寸LCD电视了;其二,寿命短,目前OLED寿命只有2万小时,商用化至少应有5万小时;其三,OLED屏当下主要仍是中小尺寸的,大约有六成用于手机,四成用于MP3,用于电视的大尺寸屏还有待突破。

博主
forrest11@163.com
荷塘月色
清清溪水下石沟, 千湾百折不回头。 兼容并蓄终宽阔, 虚怀若谷鱼自游。 心寂寂,念休休, 一生治学当如此, 只问耕耘莫问收
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