新型显示技术发展研究_孔彬

52・2013年7/8月号 总第102/103期・显示技术是人机联系和信息展示的窗口，广泛应用于工业、娱乐、通讯、教育、交通、医疗、军事等社会生产，生活的各个方面。

显示产业也是年产值超过千亿美元的战略性新兴产业，是信息时代的先导性支柱产业，产业带动力和辐射力强。

为实现新型显示产业的加速创新发展，2012年8月21日，科技部组织编制了《新型显示科技发展“十二五”专项规划》（下简称“规划”），倡导新型显示技术的发展潮流。

1.概况100余年来，世界显示技术日益呈现出技术融合化、种类多元化、应用综合化的发展态势，其发展大致经历了4个主要阶段(图1): 一是传统的显示技术阶段，主要以物理光学显示为主，包括镜片投影显示。

二是现代显像管显示技术阶段，以1897年发明CRT 技术为标志。

三是现代平板显示技术阶段，开始出现在20世纪60年代，现已形成了全球迅猛发展的趋势和格局。

四是当代新型显示技术阶段，20世纪90年代以来，网络、数字化、多媒体技术和高清晰度电视的发展，引发了全球显示产业的一场变革。

随着信息技术、新材料技术和先进制造技术的迅猛发展，新型显示技术迅速取代CRT 等传统显示技术，出现了液晶显示、等离子显示、有机发光显示等新型平板显示技术和产品互相补充、互相竞争、共同发展的局面，如图1所示。

目前，显示技术处于多种技术路线并存、产业发展迅速的黄金阶段。

其中，阴极射线管显示已基本退出显示技术历史舞台，液晶显示技术和等离子体显示已经成为显示主流技术，激光显示、3D 显示、有机发光显示、电子纸显示、场发射显示将是未来主流新型显示技术发展研究孔彬显示技术。

我国激光显示是最有可能领先国际水平的显示技术，3D 显示是最有生命力且终将成为显示技术共性平台的下一代显示技术，有机发光显示是最具发展潜力的新型显示技术，电子纸显示和场发射显示是值得关注的下一代显示技术。

近年来，在市场需求和技术创新推动下，我国新型显示技术得到了迅速发展，产业链中上游技术创新与国际水平差距逐步缩小，下游整机应用系统集成技术得到跨越式发展。

其中，我国激光显示技术保持与国际同步，3D 显示技术与国际同行差距较小，有机发光显示、电子纸显示产业发展迅速。

液晶显示和等离子体显示等主流显示技术自主产业创新步伐明显加快。

目前，我国具有相对优势的激光显示技术和产业均处于蓄势待发阶段，未来显示储备技术场发射显示的发展势头也较明显，多种显示技术在移动互联网终端显示的集成应用得到快速发展。

我国新型显示技术创新和产业发展迎来了十分难得的机遇期。

激光显示和3D 显示技术已经被人们熟知并处于大规模应用阶段，下文将重点介绍有机发光显示、电子纸显示和场发射显示等三种新型显示技术。

2.有机发光显示有机发光显示，又称OLED（Organic Electroluminescence Display）。

有机发光显示的发光原理和无机发光显示相似。

当元件受到直流电（Direct Current ；DC）所衍生的顺向偏压时，外加之电压能量将驱动电子（Electron）与空穴（Hole）分别由阴极与阳极注入元件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子-空穴复合（Electron-Hole Capture）。

而当化学分子受到外来能量激发后，若电子自旋（Electron Spin）和基态电子成对，则为单重态（Singlet），其所释放的光为所谓的荧光（Fluorescence）；反之，若激发态电子和基态电子自旋不成对且平行，则称为三重态（Triplet），其所释放的光为所谓的磷光（Phosphorescence）。

OLED 的基本结构是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物（ITO），与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极，包成如近年来，在市场需求和技术创新推动下，我国新型显示技术得到了迅速发展，产业链中上游技术创新与国际水平差距逐步缩小，下游整机应用系统集成技术得到跨越式发展图1 显示技术发展总体历程・2013年7/8月号 总第102/103期・ 53三明治的结构。

整个结构层中，包括了空穴传输层（HTL）、发光层（EL）与电子传输层（ETL）。

当电力供应至适当电压时，正极空穴与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色，构成基本色彩。

OLED具有全固态、主动发光、高对比度、超薄、低功耗、无视角限制、响应速度快、工作范围宽、易于实现柔性显示和3D显示等诸多优点，将成为未来20年最具“钱景”的新型显示技术。

同时，由于OLED具有可大面积成膜、功耗低以及其它优良特性，因此还是一种理想的平面光源，在未来的节能环保型照明领域也具有广泛的应用前景。

OLED发光材料通常分为三类：小分子材料、高分子材料和稀土类发光材料。

目前，小分子发光材料以日系厂商为主要供应者（源自美国柯达分子OLED技术，包括出光兴产、新日铁化学、东洋油墨、Toray等，共约占80％的市场份额），小分子OLED，以柯达为代表，还有索尼、三洋、TDK、eMagin、先锋、三星、LG、铼宝、悠景、宏景、NEC等公司；欧美厂商则以高分子（PLED）材料的开发居多，主要有Covion（已被美商Merck收购）、英国CDT、美国杜邦及日本住友化学。

高分子OLED则包括爱普生、DuPont、东芝等公司。

中国大陆参与OLED面板研发和制造的科研机构和企业约有20多家，包括清华大学、华南理工大学、吉林大学、上海大学、东南大学、南京邮电大学、合肥工业大学、长春光机所、中科院化学所、北京维信诺、昆山维信诺、信利半导体、广东宏威数码、上海广电电子集团、京东方等。

OLED显示器件的制备工艺包括：ITO玻璃清洗→光刻→再清洗→前处理→真空蒸镀有机层→真空蒸镀背电极→真空蒸镀保护层→封装→切割→测试→模块组装→产品检验和老化实验及QC抽检等十几道工序，如图2所示。

未来OLED产品和技术将向着小尺寸到中尺寸再到大尺寸再到超大尺寸、单色到多色再到全彩色、无源驱动到有源驱动、硬屏到软屏（柔性显示）、高分辨率、透明显示及低成本制作的方向发展，在应用上从显示领域逐步向背光和照明领域拓展。

OLED的驱动方式分为主动式驱动（有源驱动，AM-OLED）和被动式驱动（无源驱动，PM-OLED）。

据DisplaySearch的报告显示，在2009年一季度有源矩阵AM-OLED收入首次超过PM-OLED。

据市场研究公司iSuppli最新发表的研究报告称，2013年全球OLED（有机发光二极管）电视机出货量将从2007年的3000台增长到280万台，复合年增长率为212.3%。

从全球销售收入看，2013年全球OLED电视机的销售收入将从2007年的200万美元增长到14亿美元，复合年增长率为206.8%。

报告还预测，到2016年OLED显示产业市场规模将达到62亿美元，其中手机主显示屏将是主要应用，市场规模约30亿美元，OLEDTV将是第二大应用，预计将达到20亿美元，如图3所示。

根据规划，有机发光显示在“十二五”期间的具体指标如表1所示。

规划中还指出：（1）基础方面要重点研究高发光效率、长寿命的有机/高分子复合发光材料，高发光效率、高稳定性的有机发光显示器件结构，新型有机发光显示彩色化技术、新型大面积TFT有源层材料。

（2）前沿技术方面要重点研究金属氧化物TFT基板技术、有机TFT技术和有源有机发光显示集成技术，开发硅基TFT基板生产技术和中大尺寸有源有机发光显示屏技术；开发柔性显示屏技术和柔性封装技术，研究印刷型有机发光显示溶液配制技术、超薄薄膜印刷技术和全印刷阴极制备技术。

（3）应用方面要重点开发TFT靶材、光刻用化学品材料、高图2 OLED显示器件制备工艺流程图3 OLED市场发展趋势（2010年-2016年）54・2013年7/8月号 总第102/103期・纯特种气体材料、高性能光学膜、掩膜板及其批量生产技术等内容，建设技术支撑平台，为生产企业提供技术和人才保障，提高有机发光显示产品上游配套材料和国产化率。

（4）产业化示范方面要重点突破关键技术和掌握自主知识产权，将有机发光关键材料和显示技术应用到产业，实现有机发光产品规模批量生产，以市场拉动材料和技术发展；重点实现有机发光材料的批量生产，低成本批量生产无源发光显示屏，规模量产有源发光显示屏，逐渐扩大生产规模和提高产品竞争力。

3.电子纸显示电子纸（Electronic paper）显示技术是具有与纸张一样轻薄、又可擦写的电子显示技术， 因为该技术具有双稳态（Bi-stability） 的特点，所以图像保持时并不需要耗电， 能大大节省能源，如图4所示。

电子纸的优势是：（1）可以反复重写。

与只能一次“书写”的传统纸相比，它可以随时抹去、再次（甚至几千上万次）重写或录入。

（2）阅读状况佳。

即使长时间凝视，眼睛也不会感觉疲劳，且文字、图像清晰，无论从哪个方向看都没有变化，阅读舒适。

（3）对比度高。

它靠环境反射光线来显示，不需要背光，环境光线越强，对比度越高。

反射率是LCD 的6倍，对比度是LCD 的2倍。

（4）能耗低。

电子纸具有双稳态特性（加载电场前后都稳定），有画面记忆功能，画面不变化则不耗电，其耗电量大约只有液晶显示器的十分之一，甚至百分之一。

（5）高分辨率。

可以达到200dpi （每英寸显示的点数量）的分辨率，实验产品分辨率更高。

（6）超轻薄外形。

具有超薄、传统纸张一样的质感，不需要背光模组，所以厚度通常为0.5mm，而LCD 至少需要约2mm 的厚度。

（7）方便携带。

它能够制成类似书、刊、报的形式，“可分可合”。

与计算机相连后可即时下载各种信息。

（8）环保，节省纸张。

不仅可以节约印刷、发行、运输等成本，还可以去掉印刷环节，达到低碳环保的目的。

（9）具备低成本的潜力。

不需要背光模组，不需要严格的封装，采用溶液处理技术印刷是可行的。

（10）基板灵活。

可以是玻璃，也可以是塑料、金属等物质的表面。

（11）视角广。

由于是微球体结构，反射面广，视角可以达到180°，LCD 需要附加特殊的调整才能达到120°。

（12）比起TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器），更容易实现roll-to-roll(卷到卷)生产，而且装上软性基板就可变成可挠式显示器。

（13）数字媒体容量大、便于检索。

（14）电子纸的放大功能也使它更适合老年人和残疾人阅读。

电子纸的不足是：（1）量产产品响应速度慢，无法播放连续画面的节目。

（2）目前只提供黑白屏幕，无法显示彩色内容。

（3）成本高。

其主要制程是比较难控制的化学工序，目前还需要靠大量出货来摸索提高生成率、降低成本的方法。

（4）寿命较短。

电子纸的使用寿命大约只有5～10年。

（5）需要提供电源。

具有双稳态特征的电子纸显示技术主要分为LCD 型、粒子型、电化学型、机械型4类。