殺手終級武器 無機EL將替代大型CRT電視

什么是TDEL？

    平板電視無疑將成為今后發(fā)展數(shù)字電視最佳的選擇之一，目前作為平板電視最重要的成員——等離子電視(PDP)、液晶電視(TFT-LCD)已經(jīng)開始進入普通消費者家庭。但是PDP和TFT-LCD的核心技術都掌握在日韓企業(yè)手中的事實，決定了中國彩電企業(yè)只能采取產(chǎn)業(yè)跟隨的策略。除了PDP、TFT-LCD這兩種較為成熟的平板電視技術之外，目前，索尼正在研發(fā)OLED技術、東芝和佳能也在開發(fā)SED技術等，這些都有可能成為未來平板電視家族中新的成員。

　　加拿大iFire公司開發(fā)的無機厚膜電致發(fā)光技術(TDEL)也將成為平板電視家族里有力的競爭者，但問題是，目前iFire公司卻找不到產(chǎn)業(yè)的支持，因為已經(jīng)坐享等離子、液晶電視帶來豐厚利潤的日韓企業(yè)肯定不愿TDEL能夠成就一番天地。擁有雄厚制造能力和巨大市場潛力的中國，攜手TDEL是不是可以開辟不同于日韓企業(yè)的一條平板電視之路呢？

　　無機EL是包括CRT在內(nèi)的所有顯示器中結構最簡單的一項技術，其基本結構為底部電極，包括：電介質(zhì)層、發(fā)光層及電介質(zhì)層；上部電極的積層型結構，包括：發(fā)光層，它所有的層都是無機材料所構成，因此，這與有機EL有所差異。

　　另外，厚膜電介質(zhì)EL也是無機EL的構成要素之一，也就是電介質(zhì)層用厚膜相互替換。而這當中所使用的厚膜是指將粉末材料調(diào)整成膠質(zhì)狀態(tài)，然后均勻涂抹后研制成厚度只有數(shù)μm的材料，因此，只要是適當?shù)牟牧现灰獙⑵浞勰┗�后，都可以用于這項厚膜技術上，所以材料選擇的自由度很高。

　　另一方面，TDEL也能夠使用高絕緣率的陶瓷作為電介質(zhì)層，這對高靜電容量對提高亮度很有幫助，而且比厚度1μm以下的薄膜會有比較高的耐電壓，產(chǎn)生不良率發(fā)生率的可能性較低，是一種可靠度較高的顯示器技術。

　　電介質(zhì)層在發(fā)光層所構成直列電容（condenser），用于交流電源驅(qū)動，并添加在發(fā)光層上的電壓如果達到了某個門檻數(shù)值（Vth），發(fā)光層就開始通過實際電流并發(fā)光，這時發(fā)光層的中間會因為電場因素，加速電子跟混合而成的發(fā)光中心原子相沖突，并以原子特有的光譜進行發(fā)光動作。反觀，有機EL是以逆方向注入的電子和空穴相互結合后而產(chǎn)生光，兩種不同的發(fā)光原理有所差異，這也是無機EL和有機EL材料最大的不同之處。

　　TDEL和一般無機（薄膜）EL同樣是以全固體結構的方式呈現(xiàn)，所以具有可靠及簡單構造特征，同時又是使用高性能的電介質(zhì)作為材料，可以使薄膜EL達到好幾倍的亮度。

　　兩者都是在Vth以上的電壓開始迅速發(fā)光，但TDEL中電壓和亮度的比例范圍比薄膜EL更廣，亮度的飽和水平也高出數(shù)倍，從這邊可以得知，TDEL的中間顯示特性更優(yōu)秀，并且能夠獲得更明亮的顯示器。

　　再來就必須要考慮到制造工藝，以厚膜材料作為關鍵的TDEL可說很適合大型面板的制造。這是因為厚膜膠體的印刷和涂抹等動作，不需要像薄膜生產(chǎn)時必須的真空裝置，也不需要大型LCD中必須的TFT，甚至也不用像PDP那樣為了放電晶元而必須建造立體結構。

　　如上所述，TDEL具備低成本生產(chǎn)大型面板的特征，但長久以來一直無法解決全彩色化的問題，而這一問題也可以說切斷了TDEL趨緩了大型化道路。

如何實現(xiàn)無機EL全彩色化效果？

　　 一開始，TDEL的研發(fā)過程是從單色面板起家，但是無論是何種顯示器為了市場需求及擴大，都必須解決全彩色化的問題。iFire公司也從1997年開始著手開發(fā)用于電視機的TDEL面板。

　　但在1990年代缺乏讓無機EL實現(xiàn)全彩色化所必須的具有足夠亮度和色度的三原色螢光體。唯一有實用可能性的是白色螢光體和彩色濾光器的組合方法（一般業(yè)界將此稱為CBW法），而白色發(fā)光則是以透過ZnS：Mn（黃色）和SrS：Ce（青藍色）的螢光體經(jīng)由這2層結構獲得。

　　TDEL面板市場發(fā)展的目標規(guī)格：

　　面板尺寸
　　34英寸（16：9）

　　亮度
　　>500cd/m2

　　色彩再現(xiàn)范圍
　　EBU規(guī)格以上

　　色彩調(diào)節(jié)
　　各色256級調(diào)節(jié)

　　視角
　　>170度

　　反應速度
　　<2ms

　　耗電量
　　約200W

　　操作溫度
　　-40—85攝氏度

　　厚度
　　約3cm

　　這個螢光體具有極高的顯示亮度，但經(jīng)過彩色濾光器分別取出紅、綠、藍色后，亮度就不可避免地要下降，而且色彩再現(xiàn)范圍也很狹小。但即使如此還是配合新開發(fā)的模擬調(diào)節(jié)方式7bit調(diào)節(jié)的驅(qū)動器，制作出了5英寸（對角102mm）、白色的亮度約為50cd/m2的影像顯示器。

　　不過，為了提高亮度和色彩再現(xiàn)性，就必須要改善螢光體的特性，并且開發(fā)出圖形（patterning）制定技術。首先，目前已經(jīng)成功的是藍色和黃色的螢光體圖形化的2P結構，接著是藍、綠、黃色的三色圖形化（3P結構）。

　　簡單來說，2P結構是通過蝕刻除去最初形成的青藍色螢光體（SrS：Ce）的綠色和紅色發(fā)光晶元的部分，然后再形成ZnS：Mn螢光體。ZnS：Mn具有從綠色到紅色的發(fā)光光譜，所以可通過彩色濾光器獲得綠色或是紅色的發(fā)光。但是效率很差，ZnS：Mn本身的亮度已經(jīng)提高到了4000cd/m2以上，但全彩色目標的亮度仍然停留在150cd/m2左右。

　　另外，采用綠色專用螢光體ZnS：Tb的3P結構，隨著新青藍色螢光體BaAl2S4：Eu在市場中實用化之后，面板亮度提高到250cd/m2以上，同時也進化到17英寸（對角432mm），其目標尺寸從原本的8.5英寸發(fā)展到17英寸，并以2年增長一倍的速度擴大。

厚膜制法、薄膜螢光體，大型化TDEL應用技術

TDEL的最大優(yōu)勢
　　TDEL是全固體、全彩色、高亮度、無輻射、無閃爍、高清晰度、色彩逼真、低功耗的平板顯示器技術，其彩色能力已經(jīng)超過了TFT-LCD和CRT，這意味著TDEL可以提供更亮麗的色彩。作為平板電視，TDEL主要技術指標已基本成熟。無論從亮度、對比度、色彩能力、厚度、壽命等性能指標上看，還是從規(guī)模生產(chǎn)上看，TDEL并不遜色于當前技術、市場都已經(jīng)相當成熟的PDP和TFT-LCD，特別在使用壽命上TDEL顯示器可以達到10萬小時。”中科院長春光機物理所谷至華教授如是說。

　　在某些方面TDEL甚至優(yōu)于TFT-LCD。據(jù)了解，在許多對工作溫度范圍要求很嚴，對抗震性能要求很苛刻的領域，TFT-LCD、PDP、CRT無法勝任，TDEL卻可以大顯身手。例如在航天、航海、軍事裝備、醫(yī)療設備等領域，TDEL具有獨特的優(yōu)勢，是首選產(chǎn)品。

厚膜制法、薄膜螢光體，大型化TDEL應用技術
　　TDEL具有不需要TFT，也可運用印刷技術等適應大型化特征，并通過CBB技術，使綠色和紅色的發(fā)光層從原來的薄膜工程轉換成厚膜工程，這樣一來更適合大型化，而且也可以降低成本。iFire為了能夠盡快實現(xiàn)大型電視TDEL技術，過去曾與三洋電機及大日本印刷展開共同開發(fā)這項技術，并發(fā)展出厚膜及薄膜螢光體。

　　·厚膜制法

　　此法是以通過門檻電壓來區(qū)分發(fā)光和不發(fā)光特性；因此，即使沒有TFT也能夠?qū)崿F(xiàn)高對比度調(diào)節(jié)顯示，這是因為在結構上特征則是下部電介質(zhì)層，并在電極層涂布了厚膜材料，一旦下部電極也能從膠狀厚膜中形成，那么玻璃基板上的下部電極，以及下部電介質(zhì)的涂布和制程，便能通過Screen印刷等厚膜制法來加以完成。

　　換句話說，厚膜電介質(zhì)層形成高誘電率材料能保持良品率；此外，在其它方面它也有著很多優(yōu)點。比方說，為了形成薄膜材料必須有蒸著或濺射等制程必須在真空中進行，在面板持續(xù)大型化過程中，就必須要有更具規(guī)模的真空室才能完成，造成設備成本過高。

　　然后厚膜材料完全可以在大氣中形成，所以設備費用要低于薄膜工程，這就降低了制造成本。另外和幾乎所有層都是由薄膜構成其它類型面板，如：以EL和液晶技術相互比較，EL的生產(chǎn)線更加簡單也是其優(yōu)勢之一。

　　·薄膜螢光體

　　無機EL為了達到電視用面板數(shù)百cd/㎡以上的白色亮度基本要求，必須使用薄膜螢光體作為發(fā)光材料，而TDEL也使用在真空中成膜的BaAl2S4：Eu作為主要發(fā)光材料。

　　起初是以200cd/㎡開始發(fā)展BaAl2S4：Eu青色螢光體，不過，在此之后也得到改善，據(jù)聞已經(jīng)實現(xiàn)了1400cd/㎡高亮度。若使用成膜方法由蒸著改為濺射方式便能解決量產(chǎn)問題，不需要擔心生產(chǎn)效率會比不上厚膜材料。

　　過去無機EL螢光體一般都是通過電子光束蒸著來成膜，而電子光束蒸著對于材料探索等方面是很有用方式，但是考慮到生產(chǎn)方面，還是存在著材料利用效率過低，及大面積面板均勻性等問題，而濺射法需要一個根據(jù)面板尺寸按比例放大的更大的目標來進行，不過一旦決定了材料組成，在連續(xù)生產(chǎn)時則更能確保適宜性及膜的均一性。

　　此外，用于無機EL螢光體，如：二元系或三元系材料也是材料選擇上必須要關注。若以iFire提出的解決方案來看，BaS：Eu和Al 2個目標同時濺射，或是BaS：Eu/Al混合目標濺射，還有BaAl：Eu反應性濺射等，經(jīng)過研究實驗后還是能從單一目標中獲得較高亮度BaAl2S4：Eu。

厚膜制法、薄膜螢光體，大型化TDEL應用技術

TDEL的最大優(yōu)勢
　　TDEL是全固體、全彩色、高亮度、無輻射、無閃爍、高清晰度、色彩逼真、低功耗的平板顯示器技術，其彩色能力已經(jīng)超過了TFT-LCD和CRT，這意味著TDEL可以提供更亮麗的色彩。作為平板電視，TDEL主要技術指標已基本成熟。無論從亮度、對比度、色彩能力、厚度、壽命等性能指標上看，還是從規(guī)模生產(chǎn)上看，TDEL并不遜色于當前技術、市場都已經(jīng)相當成熟的PDP和TFT-LCD，特別在使用壽命上TDEL顯示器可以達到10萬小時�！敝锌圃洪L春光機物理所谷至華教授如是說。

　　在某些方面TDEL甚至優(yōu)于TFT-LCD。據(jù)了解，在許多對工作溫度范圍要求很嚴，對抗震性能要求很苛刻的領域，TFT-LCD、PDP、CRT無法勝任，TDEL卻可以大顯身手。例如在航天、航海、軍事裝備、醫(yī)療設備等領域，TDEL具有獨特的優(yōu)勢，是首選產(chǎn)品。

厚膜制法、薄膜螢光體，大型化TDEL應用技術
　　TDEL具有不需要TFT，也可運用印刷技術等適應大型化特征，并通過CBB技術，使綠色和紅色的發(fā)光層從原來的薄膜工程轉換成厚膜工程，這樣一來更適合大型化，而且也可以降低成本。iFire為了能夠盡快實現(xiàn)大型電視TDEL技術，過去曾與三洋電機及大日本印刷展開共同開發(fā)這項技術，并發(fā)展出厚膜及薄膜螢光體。

　　·厚膜制法

　　此法是以通過門檻電壓來區(qū)分發(fā)光和不發(fā)光特性；因此，即使沒有TFT也能夠?qū)崿F(xiàn)高對比度調(diào)節(jié)顯示，這是因為在結構上特征則是下部電介質(zhì)層，并在電極層涂布了厚膜材料，一旦下部電極也能從膠狀厚膜中形成，那么玻璃基板上的下部電極，以及下部電介質(zhì)的涂布和制程，便能通過Screen印刷等厚膜制法來加以完成。

　　換句話說，厚膜電介質(zhì)層形成高誘電率材料能保持良品率；此外，在其它方面它也有著很多優(yōu)點。比方說，為了形成薄膜材料必須有蒸著或濺射等制程必須在真空中進行，在面板持續(xù)大型化過程中，就必須要有更具規(guī)模的真空室才能完成，造成設備成本過高。

　　然后厚膜材料完全可以在大氣中形成，所以設備費用要低于薄膜工程，這就降低了制造成本。另外和幾乎所有層都是由薄膜構成其它類型面板，如：以EL和液晶技術相互比較，EL的生產(chǎn)線更加簡單也是其優(yōu)勢之一。

　　·薄膜螢光體

　　無機EL為了達到電視用面板數(shù)百cd/㎡以上的白色亮度基本要求，必須使用薄膜螢光體作為發(fā)光材料，而TDEL也使用在真空中成膜的BaAl2S4：Eu作為主要發(fā)光材料。

　　起初是以200cd/㎡開始發(fā)展BaAl2S4：Eu青色螢光體，不過，在此之后也得到改善，據(jù)聞已經(jīng)實現(xiàn)了1400cd/㎡高亮度。若使用成膜方法由蒸著改為濺射方式便能解決量產(chǎn)問題，不需要擔心生產(chǎn)效率會比不上厚膜材料。

　　過去無機EL螢光體一般都是通過電子光束蒸著來成膜，而電子光束蒸著對于材料探索等方面是很有用方式，但是考慮到生產(chǎn)方面，還是存在著材料利用效率過低，及大面積面板均勻性等問題，而濺射法需要一個根據(jù)面板尺寸按比例放大的更大的目標來進行，不過一旦決定了材料組成，在連續(xù)生產(chǎn)時則更能確保適宜性及膜的均一性。

　　此外，用于無機EL螢光體，如：二元系或三元系材料也是材料選擇上必須要關注。若以iFire提出的解決方案來看，BaS：Eu和Al 2個目標同時濺射，或是BaS：Eu/Al混合目標濺射，還有BaAl：Eu反應性濺射等，經(jīng)過研究實驗后還是能從單一目標中獲得較高亮度BaAl2S4：Eu。

今后TDEL的開發(fā)方向及展望

電視用顯示技術的生產(chǎn)優(yōu)勢及性能
　　一直以來，iFire在試驗生產(chǎn)線上開發(fā)基本結構和材料的同時，為了能夠適用于大型面板還改造了設備，為了因應17英寸及34英寸面板，并已引進34英寸面板機器人生產(chǎn)線，為的就是量產(chǎn)前準備。

　　過去，iFire已完成17英寸面板機器人生產(chǎn)線的構建，機器人生產(chǎn)線將使用可以取2塊34英寸面板螢光體濺射設備，期望能夠達到相同性能效果。

　　在顯示性能方面，理論基礎上能與同尺寸液晶、PDP相等，甚至在回應速度和視角方面優(yōu)于液晶；耗電量則與液晶相差不遠，甚至比PDP表現(xiàn)更好；也因為TDEL是發(fā)光型顯示技術，在耗電量方面會根據(jù)發(fā)光圖元數(shù)多寡而有所變化，不過用作電視面板使用，預期實際耗電量應該更��；就使用壽命至今仍持續(xù)提高。

今后TDEL的開發(fā)方向及展望
　　由于TDEL是不含液體、氣體，全固體、主動發(fā)光式平板顯示器技術，生產(chǎn)工藝流程也相對簡單，因此，對生產(chǎn)設備的要求也不是太高。

　　據(jù)谷至華介紹，生產(chǎn)TDEL的廠房，其凈化要求不高，不像PDP、TFT-LCD要求高等級的清潔廠房。而且其工業(yè)化生產(chǎn)設備主要是發(fā)光材料制備、絲網(wǎng)印刷，涉及到四次曝光，一次光刻，曝光精度20μm，國內(nèi)可以解決曝光和印刷設備。加拿大iFire公司可提供厚膜壓縮設備。

　　此外，其工業(yè)化生產(chǎn)對水、電、氣沒有特別的要求，對原材料、玻璃基板等沒有特殊要求；熒光粉材料是大工業(yè)生產(chǎn)的基本化工材料，其熒光轉換膜采用工業(yè)熒光染料即可；玻璃基板采用PDP和TFT-LCD玻璃即可；驅(qū)動電路簡單，是無源點陣驅(qū)動。

　　其實，最為重要的則是TDEL投資相對較小，機動性也比較大。據(jù)介紹，TDEL原材料成本僅占20%(其中主要是兩塊玻璃基板，約占原材料成本的50%)，其次是電路成本占50%，生產(chǎn)成本占30%。34英寸TDEL模塊的預計市場售價定位在400美元，相同尺寸的TFT-LCD模塊市場售價在1000美元左右。

TDEL面臨競爭機遇

　　全球每年數(shù)字電視的需求量大約為1.4億～1.5億臺，目前還沒有哪一種平板電視能確定統(tǒng)治地位，TFT-LCD、PDP、TDEL和OLED都在爭取機會。目前，日韓企業(yè)普遍看好TFT-LCD，紛紛建立第六代、第七代液晶面板生產(chǎn)線。

　　但專家指出，即使TFT-LCD第六代和第七代生產(chǎn)線毫無風險的發(fā)展，到今年年底總共有4條第六代生產(chǎn)線和4條第七代生產(chǎn)線，滿負荷運轉每年TFT-LCD的產(chǎn)量最多也只有3000萬～4000萬臺，只占全球市場需求的1/3。因此，僅靠TFT-LCD根本不能滿足市場需求。

　　如果TDEL切入市場的時機比較好，投入量產(chǎn)的時間趕在第八代線交付使用之前，那么，在進入市場的時機上可以和TFT-LCD同步。

　　谷至華指出，TDEL電視特別適合中國國情，具有較低的生產(chǎn)成本，生產(chǎn)制造的入門門檻低，可以在中國迅速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化�，F(xiàn)在部署TDEL的產(chǎn)業(yè)化，與我國數(shù)字電視的推進計劃完全吻合。

　　投資相對較少是我國發(fā)展TDEL平板顯示器技術的原因之一。投資年產(chǎn)25萬張34英寸TDEL面板的生產(chǎn)線只需1.6億美元。此外，國際上生產(chǎn)平板顯示器的主要大公司都集中在TFT-LCD產(chǎn)業(yè)上，現(xiàn)在無法轉向TDEL，這也是我國選擇TDEL的關鍵原因。

　　當然投資TDEL也存在風險。谷至華指出，TDEL技術還處在實驗室階段，實現(xiàn)實驗室到產(chǎn)業(yè)化的轉變既有風險，又有極大的機遇。中國在大規(guī)模集成電路和TFT-LCD的生產(chǎn)領域已經(jīng)積累相當?shù)慕?jīng)驗，實施這樣的轉化機遇大于風險。

總結
　　從過去的EL研究到今日雖然已經(jīng)超過80年之久，但是大型電視用面板的實用化則是最近才剛剛進入應用市場，無機EL有著完全固體面板的特征，兼具平板面板最理想的基本結構，TDEL能展現(xiàn)上述的優(yōu)點同時又實現(xiàn)大型化及全彩色化過程，在環(huán)境性和穩(wěn)定性方面也勝過其它顯示技術。

　　不過，為了能夠?qū)崿F(xiàn)商品化，首要條件便是如何在材料、制造設備及用途開發(fā)等方面都能達到前文所提到的要求，那么TDEL在顯示技術市場中占有一席之地將不會太遙遠。

　　筆者認為：無機EL作為最早的顯示器技術之一，已經(jīng)有了50年的發(fā)展歷史，而以TDEL作為一項新開發(fā)的技術，將讓無機EL的發(fā)展機會東山再起，預計在不久的將來會成為超薄大型平面電視普及的重要技術。

　　由于無機EL的結構簡單，制程的步驟也少，所以具備輕薄和低成本的特長。在這幾年的研究開發(fā)下，TDEL技術不僅能保持無機EL的優(yōu)勢，也被證實經(jīng)由這項技術制作的全彩色面板，更能實現(xiàn)電視機顯像所必需具備的亮度。

　　大型高精細電視的市場已經(jīng)開始逐漸從CRT的顯示方式朝向平面顯示面板轉移，加上TDEL的設備投資略低于LCD和PDP，其制造成本較低，還能獲得較高的良品率，這對于顯示器制造商來說是很大的吸引力。當然，它能夠以和CRT電視不相上下的價格，還能提供毫不遜色于CRT及其它顯示器性能，這對于重視價格的消費者而言，也很有魅力。