LED和OLED的發展

陶 然

LED

LED是發光二極管(Light Emitting Diode)的簡稱。

1955年美國RCA公司的Rubin Braunstein發現了GaAs以及其他半導體合金的紅外線放射作用，1962年美國GE公司的Nick Holonyak Jr則開發出了可見光LED。以往LED通常僅用于指示燈和顯示板，真正的起飛是在1990年代白光LED出現后。應用面越來越廣?，F今已主要用作白熾燈的替代光源和LCD電視的背光源以取代原先使用的冷陰極熒光管(CCFL)。

LHD照明

1880年愛迪生發明了電燈泡，對人類的照明進行了革命，改善了人類的文明生活，加速了全球經濟和照明產業的蓬勃發展。時至今日，低碳節能成為時代要求，可取代白熾燈泡的LED照明燈具，成為人類照明技術的第二次革命，被寄予厚望。據統計，全球2005年照明用電占總發電量的19％，花費3650億美元，占世界GDP1.2％，共排放CO₂5.55億噸。

LED用作照明始于10年前的墻腳，燈，隨后用作路燈，再擴及頂燈、聚光燈和日光燈等室內照明。LED光源具有低功耗、長壽命(可使用10年以上)、反應速度快、防潮、耐震、堅固，并具有易維護、輕薄短小等特性。加上先進國家已在推行禁止和銷售傳統白熾燈的政策，因而LED照明市場無疑佳景可期。

據日本矢野經濟研究所的最新報告，2004年世界照明用白色LED市場不過40億日元。2008年成長到了402億日元(3.3億個)，占全部白色LED市場(3440億日元，190億個)的12％。預計2013年照明用白色LED可快速增長到4130億日元，5年翻了一番，2018年可望達到7080億日元，10年間的年均增長率高達33％。

價格下降(以流明計算，大約每年下降30％)，應用不斷擴大，市場大致呈現短缺現象，引起眾多公司參與進來，日本即有松下、東芝、NEC、Rohm及Sharp等巨型公司相繼加入。

毋庸諱言，照明用LED還面臨不少課題有待解決，諸如LED作為點光源的直線指向工作方式必須通過努力提高其擴散性。散熱、色性、光性都還須改善，提高發光效率，改進封裝。生產過程中會產生砷有害物體的問題尤須解決。

LED背光

LCD顯示器本身是不會發光的，它依靠背光源將光線穿過顯示面板，展現圖形圖像。因此，背光源的技術直接影響到LCD電視的廁質。傳統的LCD顯示器通常采用冷陰極熒光管(Cold Cahode Fluorescent Lamp，CCFL)作為光源，導致LCD顯示器顏色不夠豐富等不少缺陷。LED則具有色域廣、壽命長(CCFL5萬小時、LED10萬小時)、運動圖像質量高、安全(5～24v低壓工作)、環保(無射線、無砷)以及抗震等一系列優點。因此。LED取代CCFL作為LCD電視的背光源，這一市場自2009年正式起飛，發展迅速。

阜在2004年，日本Sony／公司率先推出40英寸和46英寸的LED背光電視機，韓國三基公司于2006年跟進，2007年上市高對比、低價格的白色LED背光電視，從而引起了眾多公司，包括LG、Sharp、松下、日立、Philips等家電巨頭先后參入市場，紛紛于2009年推出產品，因而這年被稱為“LED背光LCD電視元年”。

據Displaybank市場調研公司報告，2009年世界LED背光LCD電視機的銷量達360萬臺，今年即可上升到3200萬臺，占全體LCD電視機銷量的18.8％，2013年可躍增到1.56億臺，占6996，2008～2013年間的年均增長率高達27％，2016年的占有率可望超過80％。

LED背光LCD電視機推廣普及的最大問題也是價格過高，據報道，一臺LCD電視的背光板約須裝16個LED，成本約30～60美元，而安裝數達到450多個的CCFL成本僅需一二十美元，故而整臺電視機大約貴20％上下。但是，隨著生產的改善，預期未來LED背光模塊的成本會很快下降，預測3年內便可接近CCFL的水平。一句話，LED替代ccPL背光已是必然的趨勢，且其替代速度就像當年LCD替代CRT一樣，將快于預期。

OLED

OLED是有機發光二極管(Organic Light Emitting Diod)的簡稱。它的發明始于偶然，1979年某一天的晚上，在Kodak公司從事科研工作的華裔科學家鄧青云博士，在回家途中突然想起有件東西忘在實驗室里便返了回去，在黑暗中他發現有個亮光，打開燈后看到原來是一塊做實驗的有機蓄電池在發光。從此，他開始了對有機體的發光研究，即今稱之為OLED的研究，他也被稱為OLED之父。OLED和LED的發光機理基本相同，但因使用的是有機材料，具有一系列優異的特性。

作為平板顯示器件，OLED與使用最普遍的LCD相比。擁有面板薄、對比度高、響應速度快、功耗低、視角寬、重量輕等，尤其值得一提的優勢更在于OLED屏可以彎曲、折疊、甚至可以像一張紙一樣掛在墻上，放在口袋里，以至鑲嵌在衣服里，不用時是衣服的一部分，需要時則可顯示必要的信息。因此。OLED被公認是LCD注定的終結者，也可稱之為平板顯示領域的“明日之星”。

OLED顯示器

當前從顯示器的總體發展而言，綠色(節能減碳)、3D和觸控是未來三大發展方向。在綠色方面，電子紙、OLED和LED背光代表著發展的主流。據有關市場調研單位報告，世界電子紙市場隨著技術的改進、應用的擴大將迅速前進，2009年銷售額不過4億美元，2015年即將增長到60億美元，2018年更可望增長到96億美元，年均增長率高達41％。而據DisplagSearch公司報道，世界OLED顯示器市場3006年為5億美元，2010年超過10億美元，達約13億美元，2016年可望達到62億美元(圖2)。但據英國IntertechPira市場調研公司報告，包括OLED照明和顯示器在內的世界市場。2008年為6.15億美元，2014年可超過67億美元，年均增長率達44％。那么，電子紙和OLED市場規模相仿，好有一拼，但一般認為，電子紙目前主打電紙書，而OLED應用更為廣泛，似更勝一籌。

另一方面，無論哪一種產品，相較于現已近千億美元市場的LCD，還不免相形見絀(參閱本刊2009年11～12期有關文章)。

OLED屏目前仍以中小型為主，今年伊始，手機主屏將成為OLED的最大應用。據市場調研公司iSuppli預

測，手機用OLED屏的世界出貨量將從2009年的2220萬片提升到2015年的1.78億片，年均增長率高達41.1％，而全部手機用屏每年僅增長8％。還應指出的是，2009年手機用OLED屏仍不過占全部手機用屏的2％。2013年也才占6％，發展空間十分巨大。

據DisplaySearch公司預計，到2016年世界OLED屏62億美元的銷售額中，手機用屏占30美元的市場份額，依然擁有半壁江山，而屆時OLED電視屏不過20億美元的規模。隨著OLED在手機屏上的成功應用，勢必會順勢擴大到筆記本電腦特別是電視的應用。實際上。日本Sony公司于2007年即推出了世界首臺11英寸的OLED電視。并計劃推出27英寸電視。不料sony公司卻無端突然中止了這項業務。直到最近在被膘光的公司內部發展藍圖中，OLED電視又赫然再次列入2010～2011年的新產品計劃中。有人推測Sony是在LCD電視市場上遭到慘敗之后，很可能打算重新借助OLED來打翻身仗。

除了Sony之外，還有三星、LG、Sharp、先鋒、三菱等巨頭公司都有推出OLED電視的計劃。LG今年在全球上市15英寸OLED電視，并堅定地計劃明年將推出30英寸、2012年40英寸電視機。LG公司并預測，到2016年OLED面板價格可望低于LcD。2011年前OLED使用熒光材料，2012年開始改用磷光材料，不過當年OLED的材料成本仍比LCD高50％，成品率低30％，因技術的進步到2016年。OLED的材料成本方可比LCD低20％～30％，而成品率相當。故而只有到那了個時候，OLED面板的價格才會低于LCD，進入大規模實用階段。

OLED按其自發光、功耗低(比LCD低1／3，更僅及PDP的1／10)、重量輕、視角好等優點，適于制作大尺寸面板。目前OLED面板以中小型為主，原因在于大尺寸面板制作困難，為此，日本Epson公司正努力研發大尺寸面板，它將現在普遍使用的噴鍍工藝改為噴墨印刷工藝，預計2012年可生產出大尺寸面板。日前Sony還展示了用輪轉印刷生產出柔性多彩的OLED面板。

OLED照明

最近一段時間以來，LED照明被炒得沸沸揚揚，熱得不得了，對OLED照明則不甚了了，究其原因并不奇怪，蓋OLED顯示問世已約10年，人們有所了解，而OLED照明近年才剛冒頭，僅有少量生產。其實，OLED照明比LED更具優越性，更適于用作照明，它表面發光，效率更高，透明輕薄，堅固耐用，可制成透明如窗，也可如鏡子反射，且柔軟可撓，為照明設計者開創了無限的想像，受到了特別的青睞。

歐、美、日大型電氣公司都已對OLED照明投資開發，準備生產。著名市場調研公司DisplaySearch最近發表的報告稱，世界OLED照明將于今年啟航，明年躍進，預計2014年市場規?？蛇_28億美元，2018年更可望達到60億美元，絕不遜FLED在照明市場的前途，而且更為遠大。

最早供應OLED照明的看來會是Philips公司，接著是GE和Konica Minolta等。但其他如Lumiotec和Osram等公司都將于2012年前投產上市(圖4)。

結語

隨著生產工藝和產品性能的改善，OLED技術再度受到了人們的關注。Sony的回歸。韓國三星、LG的奮起，以及中國大陸從臺灣廠商購買技術人手的后發勢力，OLED重現光明，2010年將成為轉折點，可稱OLED起飛元年。OLED從中小顯示屏切人應用，并將經由技術改進等途徑，攻入大尺寸顯示屏領域，而亮度的提高。將使OLED成為殺進綠色照明市場的一匹大黑馬。

與此同時，我們也必須看到，OLED在前進的道路上還面臨若干艱難險阻，主要有三：其一，價格昂貴，原因在于生產規模尚小，導致制造和材料成本難于下降，例如，LG的15英寸OLED標清電視，售價高達2600美元，這樣的價格可以買到LG全清s5英寸LCD電視了；其二，壽命短，目前OLED壽命只有2萬小時，商用化至少應有5萬小時；其三，OLED屏當下主要仍是中小尺寸的，大約有六成用于手機，四成用于MP3，用于電視的大尺寸屏還有待突破。