發(fā)光材料技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展前景

1、發(fā)光材料技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景CRT顯像管：我們家庭所用的電視以及絕大多數(shù)的電腦終端顯示器所用的顯像管就是CRT技術(shù)，陰極射線管（CRT）的特點(diǎn)是色彩鮮艷豐富，制備工藝成熟，成本低廉，但是由于CRT技術(shù)設(shè)備的電視機(jī)及其他顯示器的體積龐大，而且也很沉重，尤其是大尺寸的顯示器，如29in電視機(jī)的厚度超過(guò)70cm，質(zhì)量超過(guò)50kg。已經(jīng)不能滿足人們的要求，基于CRT的缺點(diǎn)，人們又采用了一些新技術(shù)來(lái)使CRT平板化，其中比較成熟的技術(shù)是低壓熒光管（VFD）技術(shù)，以VFD技術(shù)為基礎(chǔ)的顯示器的體積明顯降低，厚為1cm，質(zhì)量也大為減輕，另一種相對(duì)成熟的技術(shù)而且具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ牡募夹g(shù)是場(chǎng)發(fā)射（FED）技術(shù)。以場(chǎng)發(fā)

2、射技術(shù)為基礎(chǔ)制備的顯示器厚度只有幾毫米。 VFD低壓熒光管：在29世紀(jì)60年代，電子計(jì)算機(jī)市場(chǎng)獲得急速的擴(kuò)大，為適應(yīng)計(jì)算器的數(shù)碼顯示需求，產(chǎn)生了真空熒光平板顯示器VFD，隨著各種技術(shù)的發(fā)展，是VFD進(jìn)入高密度顯示領(lǐng)域，目前具有數(shù)字顯示,圖像顯示 畫面顯示功能的VFD已經(jīng)廣泛運(yùn)用在各種儀器顯示包括汽車 家電 通信設(shè)備以及大顯示屏幕顯示器等領(lǐng)域。但是由于VFD技術(shù)受到彩色化 功耗大 分辨率低 腔體中真空的保持等問(wèn)題的限制，近幾年的市場(chǎng)份額有下降得趨勢(shì)FED場(chǎng)發(fā)射顯示技術(shù)FED技術(shù)是繼VFD后，針對(duì)CRT平板化的又一次新的努力SID2007概況每年5月，由顯示協(xié)會(huì)(SID)組織的世界規(guī)模的顯示技術(shù)討

3、論會(huì)與展覽會(huì)在美國(guó)西海岸的一個(gè)城市舉行，今年的第45屆SID年會(huì)在美國(guó)加州長(zhǎng)灘(Long Beach)會(huì)議中心舉行。會(huì)議共收到論文摘要702篇，其中有489篇入選本屆討論會(huì)。489篇論文中有279篇在67場(chǎng)專題報(bào)告會(huì)中口述，其余210篇于5月23號(hào)下午集中在一個(gè)大廳中，以貼形式發(fā)表，作者與讀者進(jìn)行面對(duì)面討論。令人鼓舞的是全部論文中有24%的作者是學(xué)生。提交論文的國(guó)家和地區(qū)數(shù)為21，論文數(shù)分布如下：國(guó)23%，美國(guó)22%，日本19%，地區(qū)16%，德國(guó)4%，我國(guó)大陸地區(qū)在會(huì)上發(fā)表的論文數(shù)為4篇。這次論文報(bào)告會(huì)共舉行了67場(chǎng)，按專題區(qū)分分布如下：LCD  22場(chǎng)；OLED 12場(chǎng)；顯示器件制

4、造工藝 5場(chǎng)；PDP 4場(chǎng)；顯示電子學(xué) 4場(chǎng)；背光源  4場(chǎng)；投影顯示 3場(chǎng)；FED 2場(chǎng)，三維顯示 2場(chǎng)；標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)量 2場(chǎng)，醫(yī)用顯示 2場(chǎng)；電子紙 2場(chǎng)；其它專題各1場(chǎng)(共13場(chǎng))?？梢?jiàn)，LCD、OLED是這次報(bào)告會(huì)與展覽會(huì)的主角，由于LCD、PDP、OLED 已有專文報(bào)導(dǎo)，這兒只從FED 這一個(gè)側(cè)面進(jìn)行介紹。FED是利用高電場(chǎng)將電子從發(fā)射微尖或微間隙中拉出來(lái)，電子進(jìn)入真空后，被加速，轟擊熒光粉發(fā)光，被認(rèn)為是下一代的平板顯示器。由于生產(chǎn)成本偏高，目前尚未能如CRT、LCD進(jìn)入大眾娛樂(lè)行業(yè)，而只局限在軍用、醫(yī)用、車載或特殊工業(yè)用，但是從本次SID大會(huì)上可以見(jiàn)到一些可喜的動(dòng)向。FED的

5、基礎(chǔ)工藝與特點(diǎn)FED的基礎(chǔ)工藝有三大部分，如圖1所示。圖1  FED的三個(gè)基本工藝(1)真空工藝：包括真空包裝，上、下玻璃板間的支撐、吸氣劑、表面處理、真空封接材料。(2)光電子、半導(dǎo)體工藝：包括熒光粉，熒光粉的涂敷，保護(hù)熒光粉不受離子轟擊的膜層。(3)微、納米制造工藝：包括場(chǎng)發(fā)射陣列、電極結(jié)構(gòu)形成，聚焦電極、場(chǎng)發(fā)射控制，防止放電的結(jié)構(gòu)。字符或小點(diǎn)陣顯示，可采用低電壓熒光粉，這時(shí)極間間隙約0.2mm，已證明FED在低電壓工作下，壽命足夠；對(duì)于全彩色顯示FED，為了獲得足夠的亮度與壽命，工作電壓約3kV，為了保證色純，需增加聚焦電極。與CRT-TV、PDP-TV、LCD-TV相比，F(xiàn)E

6、D-TV的功耗是最小的，如圖2所示。所以FED具有薄平板(厚度約23mm)、自發(fā)光、無(wú)圖像畸變、大視角(約170o)、快響應(yīng)，低功耗的特點(diǎn)。圖2為各類電視機(jī)功耗的比較。圖2   各類電視機(jī)功耗的比較Spindt型微發(fā)射FED的生產(chǎn)已初具規(guī)模Spindt型FED厚度為23mm， 陰極、門電極和聚焦極由鈮(Nb)制成，發(fā)射微尖材料為鉬(Mo)，陽(yáng)極材料為鋁(Al)。如圖3所示。圖3    一個(gè)陰極單元示意3英寸彩色FED的屏尺寸為30x70mm、像素?cái)?shù)為184x80xRGB，亮度為600cd/m2、功率為4W，用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)顯示器。經(jīng)過(guò)23000h

7、使用后，鉬微尖完好如初。進(jìn)一步減小門極開(kāi)口直徑，可獲得更大的電流密度或降低驅(qū)動(dòng)電壓；采用新型發(fā)藍(lán)光熒光粉AlN:Eu后，與常用發(fā)藍(lán)光熒光粉Y2SiO3:Ge 相比較，色域更寬，老化壽命可增加一個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于Y2SiO3:Ge熒光粉轟擊電荷量累計(jì)達(dá)到120C/cm2時(shí)，亮度已降為初始值的50%，而對(duì)于AlN:Eu，這個(gè)值為1200C/cm2(C是庫(kù)侖)。Spindt型FED最適合中、小型顯示屏，單色FED已進(jìn)入市場(chǎng)，全彩色型FED已開(kāi)始啟動(dòng)大生產(chǎn)。26英寸納米Spindt 型FED現(xiàn)身展覽會(huì)在展覽會(huì)上，F(xiàn)ield Emissinon Technologies公司展出了26英寸的彩色的Spindt

8、型的FED屏，與并列的LCD相比，呈現(xiàn)了優(yōu)越的動(dòng)態(tài)圖像特性。該公司的資料報(bào)導(dǎo)，19.2英寸納米量級(jí)Spindt型彩色FED原型的指標(biāo)如下：屏尺寸 391293.76mm分辨率 1280960(點(diǎn))，節(jié)距0.306mm亮度 400cd/m2對(duì)比度 大于20000:1顯示器尺寸 500(寬)350(高)55(厚)mm圖4 26英寸納米Spindt型FED納米Spindt 型FED的特點(diǎn)是微尖為納米量級(jí)，可以用類似TFT工藝制造高密度微尖陣列，使得每個(gè)像素中包含有上萬(wàn)個(gè)納米微尖。碳納米管(CNT)場(chǎng)致發(fā)射顯示(CNT-FED)屏的均勻性獲重大突破碳納

9、米管以其優(yōu)異的場(chǎng)致發(fā)射特性和可以用較簡(jiǎn)單工藝制造大尺寸發(fā)射陣列，特別適于用制造大尺寸FED顯示屏，但由于均勻性的限制，一直未能進(jìn)入高質(zhì)量圖像顯示市場(chǎng)。法國(guó)研究人員采用將觸媒體層光刻成所需的圖案，在其上生長(zhǎng)出CNT，如圖5所示。每個(gè)溝道寬12mm，間距25mm，每個(gè)溝道中有10個(gè)4.5mmOLED前景展望：從目前顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，OLED無(wú)疑是會(huì)帶來(lái)顯示產(chǎn)品集體換代的一項(xiàng)新技術(shù)。現(xiàn)在主要的技術(shù)突破還在于大尺寸工藝，色彩，以及使用壽命。不過(guò)目前萎靡的液晶市場(chǎng)或許會(huì)激發(fā)廠商們盡早提速OLED大面積進(jìn)入市場(chǎng)的決心，提速OLED的研發(fā)及生產(chǎn)工藝的改進(jìn)或許已經(jīng)在廠商們的計(jì)劃之。當(dāng)然我們不能指望OLE

10、D不久會(huì)以一種低價(jià)格的姿態(tài)進(jìn)入市場(chǎng)，任何一種革命性的新技術(shù)均隨著市場(chǎng)及技術(shù)的成熟才漸漸地平易近人，這段時(shí)間往往需要幾年，OLED的前景是十分讓人看好的。CES 2009展索尼首發(fā)21英寸OLED電視，分辨率為1366×768OLED超薄柔軟可卷曲的特性使其的應(yīng)用方向更廣，超低的功耗更符合目前時(shí)代發(fā)展的需求，在今后我們將會(huì)看到更多的地方出現(xiàn)OLED的身影。相信5年，壁畫般的顯示產(chǎn)品也將會(huì)在市場(chǎng)出現(xiàn)，拭目以待吧。液晶顯示器件(LCD)是個(gè)人應(yīng)用顯示器中最有發(fā)展?jié)摿Φ娘@示器件。反射型液晶顯示器件的功耗每平方厘米在一微瓦以下,是目前世界上最省電的顯示器。由于液晶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,應(yīng)用顯示器的地方也

11、就越來(lái)越多,如個(gè)人計(jì)時(shí)用的各種電子表、電子鐘、萬(wàn)年歷;個(gè)人通信用的"BP"機(jī)、"大哥大"個(gè)人學(xué)習(xí)用的計(jì)算器、電子字典、電子翻譯器、電子課本;個(gè)人工作用的電子記事簿、PDA、掌上微機(jī);個(gè)人娛樂(lè)用的電子游戲機(jī)、電子照相機(jī)、電子攝像機(jī)、液晶小電視等。液晶顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,將給個(gè)人大量、廣泛地使用顯示器帶來(lái)一次革命。而個(gè)人大量應(yīng)用顯示器,可隨時(shí)、隨處獲得信息,這又將大大推動(dòng)世界信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國(guó)的液晶產(chǎn)業(yè)應(yīng)著重發(fā)展個(gè)人應(yīng)用的液晶顯示器,在個(gè)人應(yīng)用顯示器上與世界各國(guó)展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。另外,由于液晶顯示器的工作電壓低、無(wú)輻射、無(wú)熒光閃爍,顯示質(zhì)量可以與CRT媲美,日本、國(guó)等

12、LCD企業(yè)都大力推廣LCD在便攜機(jī)和臺(tái)式機(jī)上的應(yīng)用。在下個(gè)世紀(jì),LCD將有可能代替CRT成為新一代微機(jī)監(jiān)示器的主流產(chǎn)品。目前液晶產(chǎn)業(yè)三分之二的銷售收入都來(lái)源于便攜機(jī)的顯示器上,便攜機(jī)應(yīng)用LCD顯示屏的主要尺寸為12.1英寸彩色SVGA(800×600線)和13.3英寸彩色XGA(1024×768線)的產(chǎn)品。未來(lái)發(fā)展的方向是生產(chǎn)功耗極小、8.4英寸以下反射型彩色TFT-LCD產(chǎn)品,作為更輕便的筆記本或掌上型電腦顯示屏。1998年日本批量生產(chǎn)了15英寸彩色XGA(1024×768線)和18英寸彩色SXGA(1028×1024線)的液晶顯示屏,作為臺(tái)式電腦顯示

13、用,并與CRT爭(zhēng)奪監(jiān)示器的市場(chǎng)。由于制作這類液晶顯示屏投資大,生產(chǎn)技術(shù)要求高,國(guó)還沒(méi)有生產(chǎn)線,近期國(guó)即使建立了這種生產(chǎn)線,也很難在產(chǎn)品上與日本競(jìng)爭(zhēng)。過(guò)去和現(xiàn)在目前全世界的LCD產(chǎn)業(yè)主要集中在東亞的日本、國(guó)和中國(guó)。日本是全世界最大的TFT-LCD和STN-LCD生產(chǎn)國(guó),約占全球份額的85%左右。中國(guó)是世界上最大的TN-LCD生產(chǎn)國(guó),產(chǎn)量約占全世界產(chǎn)量的一半以上。1968年美國(guó)發(fā)明了液晶顯示器件,70年代初日本開(kāi)始生產(chǎn)TN-LCD,并推廣應(yīng)用。80年代初,TN-LCD產(chǎn)品在計(jì)算器產(chǎn)品上獲得了廣泛應(yīng)用;1984年左右歐美提出TFT-LCD和STN-LCD顯示技術(shù);80年代末,日本掌握了STN-LCD

14、的大生產(chǎn)技術(shù),使LCD產(chǎn)業(yè)獲得飛速發(fā)展;1993年左右,日本又掌握了TFT-LCD的大生產(chǎn)技術(shù),促使日本于1997年建成了一大批以550mm×670mm為代表的大基板尺寸的第三代TFT-LCD生產(chǎn)線,并使1998年大尺寸的LCD顯示屏的價(jià)格比1997年下降了一半。價(jià)格的降低大促進(jìn)了LCD產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1997年銷售額超過(guò)100億日元的日本LCD公司有夏普、東芝、NEC、日立、精工愛(ài)普生、松下、OPTREX、卡西歐、星電、三菱、富士通、西鐵城、精工電子、京、三洋電機(jī)等。1996年以后,國(guó)和我國(guó)都投巨資建第三代的TFT-LCD生產(chǎn)線,準(zhǔn)備在1999年以后,在TFT-LCD上與日本競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)主

15、要的LCD企業(yè)有三星、LG、現(xiàn)代等。早期的LCD廠有勝華、碧悠、光聯(lián)等;1995年以后,在TFT-LCD上投巨資的企業(yè)有聯(lián)友、元太、中華映管等。我國(guó)從80年代初就開(kāi)始引進(jìn)TN-LCD生產(chǎn)線,是目前世界上最大的TN-LCD生產(chǎn)國(guó)。目前全國(guó)共引進(jìn)和建立LCD生產(chǎn)線40多條(日本和我國(guó)港臺(tái)部分獨(dú)資的生產(chǎn)線沒(méi)有統(tǒng)計(jì)在),共有LCD配套廠30余家,1997年中國(guó)ITO的生產(chǎn)量已超過(guò)200萬(wàn)平方米,TN型液晶體生產(chǎn)能力已超過(guò)10噸。這兩種材料不僅能滿足國(guó)需求,還能出口。其他材料國(guó)雖然能生產(chǎn),但是還沒(méi)有形成不依賴進(jìn)口的局面。雖然盛波引進(jìn)了一條偏光片生產(chǎn)線,但是我國(guó)每年還需要引進(jìn)200萬(wàn)平方以上的偏光片。根據(jù)

16、中國(guó)液晶行業(yè)協(xié)會(huì)1998年統(tǒng)計(jì),中國(guó)的液晶產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀如下表所示:1182500.JPG;表1雖然近兩年世界LCD產(chǎn)品的價(jià)格不斷下降,產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈,但是1997年中國(guó)的LCD產(chǎn)業(yè)仍是一個(gè)豐收年。中國(guó)LCD產(chǎn)業(yè)1997年的銷售額比1996年增長(zhǎng)42%,達(dá)到30.58億元。由于中國(guó)LCD企業(yè)開(kāi)工較飽滿,1997年中國(guó)的絕大多數(shù)的LCD企業(yè)都處于獲利狀態(tài)。1997年,中國(guó)LCD企業(yè)的銷售額超過(guò)3000萬(wàn)元的企業(yè)有夏普、天馬、輝開(kāi)、信利、冀雅、多納勒、萊寶、蛇口偉光、汕尖超聲、思特達(dá)、康惠、深輝、莆輝、先河、三特、海晶、長(zhǎng)江曙光、萊成、高卓立、晶蕾等。1998年由于東亞經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響,個(gè)人應(yīng)用顯示器的

17、市場(chǎng)有些萎縮,使中國(guó)的LCD企業(yè)處于較困難的境地。但是TN-LCD產(chǎn)品還是以我國(guó)生產(chǎn)為主。中國(guó)原準(zhǔn)備大力擴(kuò)展中小尺寸STN-LCD產(chǎn)品的市場(chǎng),但受到較大阻力;元、日元的貶值對(duì)我國(guó)LCD產(chǎn)品價(jià)格有較大壓力。日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新聞1998年8月給出的日本液晶顯示器件價(jià)格為:5-6英寸彩色TFT-LCD 價(jià)格為75009000日元10英寸彩色STN-LCD 價(jià)格為80009000日元10英寸彩色TFT-LCD 價(jià)格為1750020000日元12.1英寸彩色 STN-LCD 價(jià)格為2300027000日元12.1英寸彩色 TFT-LCD 價(jià)格為3200037000日元與去年同期相比,日本的液晶顯示器件的價(jià)

18、格下降40%左右,這對(duì)擴(kuò)大LCD應(yīng)用帶來(lái)商機(jī),但是也使LCD企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。我國(guó)原有的一些企業(yè)擴(kuò)大了生產(chǎn)規(guī)模,同時(shí)又上了一些新企業(yè),估計(jì)1998年我國(guó)LCD產(chǎn)量約93萬(wàn)平方米,銷售額約35億元。機(jī)會(huì)莫錯(cuò)過(guò)LCD產(chǎn)品市場(chǎng)廣闊,有大量的現(xiàn)實(shí)市場(chǎng),更有廣闊的潛在市場(chǎng)。目前中國(guó)LCD產(chǎn)業(yè)不是有沒(méi)有市場(chǎng),而是LCD企業(yè)能不能提高產(chǎn)品質(zhì)量,能不能將TN-LCD產(chǎn)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,去占領(lǐng)市場(chǎng)和開(kāi)拓市場(chǎng)的問(wèn)題?，F(xiàn)在我國(guó)已基本掌握了TN-LCD和中小尺寸STN-LCD的大生產(chǎn)技術(shù),也有了較廣闊的市場(chǎng)。在發(fā)展LCD產(chǎn)業(yè)上必須以市場(chǎng)為導(dǎo)向,以發(fā)展應(yīng)用整機(jī)為龍頭,促進(jìn)現(xiàn)有的LCD產(chǎn)業(yè)的更新、改造和發(fā)展,不必再新上TN、STN生產(chǎn)線。今后我國(guó)液晶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)應(yīng)為彩色液晶顯示技術(shù)和引進(jìn)、消化、吸收TFT-LCD大生產(chǎn)技術(shù)。等離子顯示器：中國(guó)等離子彩電產(chǎn)業(yè)則是剛剛起步，但是通過(guò)引進(jìn)、消化和吸收，這幾年發(fā)展十分迅速。彩虹團(tuán)體公司和交通大學(xué)與俄國(guó)斯國(guó)家氣體放電器件研究所合作，已開(kāi)發(fā)出具有自主和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的40英寸彩色PD