杀手终级武器 无机EL将替代大型CRT电视

什么是TDEL？

    平板电视无疑将成为今后发展数字电视最佳的选择之一，目前作为平板电视最重要的成员——等离子电视(PDP)、液晶电视(TFT-LCD)已经开始进入普通消费者家庭。但是PDP和TFT-LCD的核心技术都掌握在日韩企业手中的事实，决定了中国彩电企业只能采取产业跟随的策略。除了PDP、TFT-LCD这两种较为成熟的平板电视技术之外，目前，索尼正在研发OLED技术、东芝和佳能也在开发SED技术等，这些都有可能成为未来平板电视家族中新的成员。

　　加拿大iFire公司开发的无机厚膜电致发光技术(TDEL)也将成为平板电视家族里有力的竞争者，但问题是，目前iFire公司却找不到产业的支持，因为已经坐享等离子、液晶电视带来丰厚利润的日韩企业肯定不愿TDEL能够成就一番天地。拥有雄厚制造能力和巨大市场潜力的中国，携手TDEL是不是可以开辟不同于日韩企业的一条平板电视之路呢？

　　无机EL是包括CRT在内的所有显示器中结构最简单的一项技术，其基本结构为底部电极，包括：电介质层、发光层及电介质层；上部电极的积层型结构，包括：发光层，它所有的层都是无机材料所构成，因此，这与有机EL有所差异。

　　另外，厚膜电介质EL也是无机EL的构成要素之一，也就是电介质层用厚膜相互替换。而这当中所使用的厚膜是指将粉末材料调整成胶质状态，然后均匀涂抹后研制成厚度只有数μm的材料，因此，只要是适当的材料只要将其粉末化后，都可以用于这项厚膜技术上，所以材料选择的自由度很高。

　　另一方面，TDEL也能够使用高绝缘率的陶瓷作为电介质层，这对高静电容量对提高亮度很有帮助，而且比厚度1μm以下的薄膜会有比较高的耐电压，产生不良率发生率的可能性较低，是一种可靠度较高的显示器技术。

　　电介质层在发光层所构成直列电容（condenser），用于交流电源驱动，并添加在发光层上的电压如果达到了某个门槛数值（Vth），发光层就开始通过实际电流并发光，这时发光层的中间会因为电场因素，加速电子跟混合而成的发光中心原子相冲突，并以原子特有的光谱进行发光动作。反观，有机EL是以逆方向注入的电子和空穴相互结合后而产生光，两种不同的发光原理有所差异，这也是无机EL和有机EL材料最大的不同之处。

　　TDEL和一般无机（薄膜）EL同样是以全固体结构的方式呈现，所以具有可靠及简单构造特征，同时又是使用高性能的电介质作为材料，可以使薄膜EL达到好几倍的亮度。

　　两者都是在Vth以上的电压开始迅速发光，但TDEL中电压和亮度的比例范围比薄膜EL更广，亮度的饱和水平也高出数倍，从这边可以得知，TDEL的中间显示特性更优秀，并且能够获得更明亮的显示器。

　　再来就必须要考虑到制造工艺，以厚膜材料作为关键的TDEL可说很适合大型面板的制造。这是因为厚膜胶体的印刷和涂抹等动作，不需要像薄膜生产时必须的真空装置，也不需要大型LCD中必须的TFT，甚至也不用像PDP那样为了放电晶元而必须建造立体结构。

　　如上所述，TDEL具备低成本生产大型面板的特征，但长久以来一直无法解决全彩色化的问题，而这一问题也可以说切断了TDEL趋缓了大型化道路。

如何实现无机EL全彩色化效果？

　　 一开始，TDEL的研发过程是从单色面板起家，但是无论是何种显示器为了市场需求及扩大，都必须解决全彩色化的问题。iFire公司也从1997年开始着手开发用于电视机的TDEL面板。

　　但在1990年代缺乏让无机EL实现全彩色化所必须的具有足够亮度和色度的三原色萤光体。唯一有实用可能性的是白色萤光体和彩色滤光器的组合方法（一般业界将此称为CBW法），而白色发光则是以透过ZnS：Mn（黄色）和SrS：Ce（青蓝色）的萤光体经由这2层结构获得。

　　TDEL面板市场发展的目标规格：

　　面板尺寸
　　34英寸（16：9）

　　亮度
　　>500cd/m2

　　色彩再现范围
　　EBU规格以上

　　色彩调节
　　各色256级调节

　　视角
　　>170度

　　反应速度
　　<2ms

　　耗电量
　　约200W

　　操作温度
　　-40—85摄氏度

　　厚度
　　约3cm

　　这个萤光体具有极高的显示亮度，但经过彩色滤光器分别取出红、绿、蓝色后，亮度就不可避免地要下降，而且色彩再现范围也很狭小。但即使如此还是配合新开发的模拟调节方式7bit调节的驱动器，制作出了5英寸（对角102mm）、白色的亮度约为50cd/m2的影像显示器。

　　不过，为了提高亮度和色彩再现性，就必须要改善萤光体的特性，并且开发出图形（patterning）制定技术。首先，目前已经成功的是蓝色和黄色的萤光体图形化的2P结构，接着是蓝、绿、黄色的三色图形化（3P结构）。

　　简单来说，2P结构是通过蚀刻除去最初形成的青蓝色萤光体（SrS：Ce）的绿色和红色发光晶元的部分，然后再形成ZnS：Mn萤光体。ZnS：Mn具有从绿色到红色的发光光谱，所以可通过彩色滤光器获得绿色或是红色的发光。但是效率很差，ZnS：Mn本身的亮度已经提高到了4000cd/m2以上，但全彩色目标的亮度仍然停留在150cd/m2左右。

　　另外，采用绿色专用萤光体ZnS：Tb的3P结构，随着新青蓝色萤光体BaAl2S4：Eu在市场中实用化之后，面板亮度提高到250cd/m2以上，同时也进化到17英寸（对角432mm），其目标尺寸从原本的8.5英寸发展到17英寸，并以2年增长一倍的速度扩大。

厚膜制法、薄膜萤光体，大型化TDEL应用技术

TDEL的最大优势
　　TDEL是全固体、全彩色、高亮度、无辐射、无闪烁、高清晰度、色彩逼真、低功耗的平板显示器技术，其彩色能力已经超过了TFT-LCD和CRT，这意味着TDEL可以提供更亮丽的色彩。作为平板电视，TDEL主要技术指标已基本成熟。无论从亮度、对比度、色彩能力、厚度、寿命等性能指标上看，还是从规模生产上看，TDEL并不逊色于当前技术、市场都已经相当成熟的PDP和TFT-LCD，特别在使用寿命上TDEL显示器可以达到10万小时。”中科院长春光机物理所谷至华教授如是说。

　　在某些方面TDEL甚至优于TFT-LCD。据了解，在许多对工作温度范围要求很严，对抗震性能要求很苛刻的领域，TFT-LCD、PDP、CRT无法胜任，TDEL却可以大显身手。例如在航天、航海、军事装备、医疗设备等领域，TDEL具有独特的优势，是首选产品。

厚膜制法、薄膜萤光体，大型化TDEL应用技术
　　TDEL具有不需要TFT，也可运用印刷技术等适应大型化特征，并通过CBB技术，使绿色和红色的发光层从原来的薄膜工程转换成厚膜工程，这样一来更适合大型化，而且也可以降低成本。iFire为了能够尽快实现大型电视TDEL技术，过去曾与三洋电机及大日本印刷展开共同开发这项技术，并发展出厚膜及薄膜萤光体。

　　·厚膜制法

　　此法是以通过门槛电压来区分发光和不发光特性；因此，即使没有TFT也能够实现高对比度调节显示，这是因为在结构上特征则是下部电介质层，并在电极层涂布了厚膜材料，一旦下部电极也能从胶状厚膜中形成，那么玻璃基板上的下部电极，以及下部电介质的涂布和制程，便能通过Screen印刷等厚膜制法来加以完成。

　　换句话说，厚膜电介质层形成高诱电率材料能保持良品率；此外，在其它方面它也有着很多优点。比方说，为了形成薄膜材料必须有蒸着或溅射等制程必须在真空中进行，在面板持续大型化过程中，就必须要有更具规模的真空室才能完成，造成设备成本过高。

　　然后厚膜材料完全可以在大气中形成，所以设备费用要低于薄膜工程，这就降低了制造成本。另外和几乎所有层都是由薄膜构成其它类型面板，如：以EL和液晶技术相互比较，EL的生产线更加简单也是其优势之一。

　　·薄膜萤光体

　　无机EL为了达到电视用面板数百cd/㎡以上的白色亮度基本要求，必须使用薄膜萤光体作为发光材料，而TDEL也使用在真空中成膜的BaAl2S4：Eu作为主要发光材料。

　　起初是以200cd/㎡开始发展BaAl2S4：Eu青色萤光体，不过，在此之后也得到改善，据闻已经实现了1400cd/㎡高亮度。若使用成膜方法由蒸着改为溅射方式便能解决量产问题，不需要担心生产效率会比不上厚膜材料。

　　过去无机EL萤光体一般都是通过电子光束蒸着来成膜，而电子光束蒸着对于材料探索等方面是很有用方式，但是考虑到生产方面，还是存在着材料利用效率过低，及大面积面板均匀性等问题，而溅射法需要一个根据面板尺寸按比例放大的更大的目标来进行，不过一旦决定了材料组成，在连续生产时则更能确保适宜性及膜的均一性。

　　此外，用于无机EL萤光体，如：二元系或三元系材料也是材料选择上必须要关注。若以iFire提出的解决方案来看，BaS：Eu和Al 2个目标同时溅射，或是BaS：Eu/Al混合目标溅射，还有BaAl：Eu反应性溅射等，经过研究实验后还是能从单一目标中获得较高亮度BaAl2S4：Eu。

厚膜制法、薄膜萤光体，大型化TDEL应用技术

TDEL的最大优势
　　TDEL是全固体、全彩色、高亮度、无辐射、无闪烁、高清晰度、色彩逼真、低功耗的平板显示器技术，其彩色能力已经超过了TFT-LCD和CRT，这意味着TDEL可以提供更亮丽的色彩。作为平板电视，TDEL主要技术指标已基本成熟。无论从亮度、对比度、色彩能力、厚度、寿命等性能指标上看，还是从规模生产上看，TDEL并不逊色于当前技术、市场都已经相当成熟的PDP和TFT-LCD，特别在使用寿命上TDEL显示器可以达到10万小时。”中科院长春光机物理所谷至华教授如是说。

　　在某些方面TDEL甚至优于TFT-LCD。据了解，在许多对工作温度范围要求很严，对抗震性能要求很苛刻的领域，TFT-LCD、PDP、CRT无法胜任，TDEL却可以大显身手。例如在航天、航海、军事装备、医疗设备等领域，TDEL具有独特的优势，是首选产品。

厚膜制法、薄膜萤光体，大型化TDEL应用技术
　　TDEL具有不需要TFT，也可运用印刷技术等适应大型化特征，并通过CBB技术，使绿色和红色的发光层从原来的薄膜工程转换成厚膜工程，这样一来更适合大型化，而且也可以降低成本。iFire为了能够尽快实现大型电视TDEL技术，过去曾与三洋电机及大日本印刷展开共同开发这项技术，并发展出厚膜及薄膜萤光体。

　　·厚膜制法

　　此法是以通过门槛电压来区分发光和不发光特性；因此，即使没有TFT也能够实现高对比度调节显示，这是因为在结构上特征则是下部电介质层，并在电极层涂布了厚膜材料，一旦下部电极也能从胶状厚膜中形成，那么玻璃基板上的下部电极，以及下部电介质的涂布和制程，便能通过Screen印刷等厚膜制法来加以完成。

　　换句话说，厚膜电介质层形成高诱电率材料能保持良品率；此外，在其它方面它也有着很多优点。比方说，为了形成薄膜材料必须有蒸着或溅射等制程必须在真空中进行，在面板持续大型化过程中，就必须要有更具规模的真空室才能完成，造成设备成本过高。

　　然后厚膜材料完全可以在大气中形成，所以设备费用要低于薄膜工程，这就降低了制造成本。另外和几乎所有层都是由薄膜构成其它类型面板，如：以EL和液晶技术相互比较，EL的生产线更加简单也是其优势之一。

　　·薄膜萤光体

　　无机EL为了达到电视用面板数百cd/㎡以上的白色亮度基本要求，必须使用薄膜萤光体作为发光材料，而TDEL也使用在真空中成膜的BaAl2S4：Eu作为主要发光材料。

　　起初是以200cd/㎡开始发展BaAl2S4：Eu青色萤光体，不过，在此之后也得到改善，据闻已经实现了1400cd/㎡高亮度。若使用成膜方法由蒸着改为溅射方式便能解决量产问题，不需要担心生产效率会比不上厚膜材料。

　　过去无机EL萤光体一般都是通过电子光束蒸着来成膜，而电子光束蒸着对于材料探索等方面是很有用方式，但是考虑到生产方面，还是存在着材料利用效率过低，及大面积面板均匀性等问题，而溅射法需要一个根据面板尺寸按比例放大的更大的目标来进行，不过一旦决定了材料组成，在连续生产时则更能确保适宜性及膜的均一性。

　　此外，用于无机EL萤光体，如：二元系或三元系材料也是材料选择上必须要关注。若以iFire提出的解决方案来看，BaS：Eu和Al 2个目标同时溅射，或是BaS：Eu/Al混合目标溅射，还有BaAl：Eu反应性溅射等，经过研究实验后还是能从单一目标中获得较高亮度BaAl2S4：Eu。

今后TDEL的开发方向及展望

电视用显示技术的生产优势及性能
　　一直以来，iFire在试验生产线上开发基本结构和材料的同时，为了能够适用于大型面板还改造了设备，为了因应17英寸及34英寸面板，并已引进34英寸面板机器人生产线，为的就是量产前准备。

　　过去，iFire已完成17英寸面板机器人生产线的构建，机器人生产线将使用可以取2块34英寸面板萤光体溅射设备，期望能够达到相同性能效果。

　　在显示性能方面，理论基础上能与同尺寸液晶、PDP相等，甚至在回应速度和视角方面优于液晶；耗电量则与液晶相差不远，甚至比PDP表现更好；也因为TDEL是发光型显示技术，在耗电量方面会根据发光图元数多寡而有所变化，不过用作电视面板使用，预期实际耗电量应该更小；就使用寿命至今仍持续提高。

今后TDEL的开发方向及展望
　　由于TDEL是不含液体、气体，全固体、主动发光式平板显示器技术，生产工艺流程也相对简单，因此，对生产设备的要求也不是太高。

　　据谷至华介绍，生产TDEL的厂房，其净化要求不高，不像PDP、TFT-LCD要求高等级的清洁厂房。而且其工业化生产设备主要是发光材料制备、丝网印刷，涉及到四次曝光，一次光刻，曝光精度20μm，国内可以解决曝光和印刷设备。加拿大iFire公司可提供厚膜压缩设备。

　　此外，其工业化生产对水、电、气没有特别的要求，对原材料、玻璃基板等没有特殊要求；荧光粉材料是大工业生产的基本化工材料，其荧光转换膜采用工业荧光染料即可；玻璃基板采用PDP和TFT-LCD玻璃即可；驱动电路简单，是无源点阵驱动。

　　其实，最为重要的则是TDEL投资相对较小，机动性也比较大。据介绍，TDEL原材料成本仅占20%(其中主要是两块玻璃基板，约占原材料成本的50%)，其次是电路成本占50%，生产成本占30%。34英寸TDEL模块的预计市场售价定位在400美元，相同尺寸的TFT-LCD模块市场售价在1000美元左右。

TDEL面临竞争机遇

　　全球每年数字电视的需求量大约为1.4亿～1.5亿台，目前还没有哪一种平板电视能确定统治地位，TFT-LCD、PDP、TDEL和OLED都在争取机会。目前，日韩企业普遍看好TFT-LCD，纷纷建立第六代、第七代液晶面板生产线。

　　但专家指出，即使TFT-LCD第六代和第七代生产线毫无风险的发展，到今年年底总共有4条第六代生产线和4条第七代生产线，满负荷运转每年TFT-LCD的产量最多也只有3000万～4000万台，只占全球市场需求的1/3。因此，仅靠TFT-LCD根本不能满足市场需求。

　　如果TDEL切入市场的时机比较好，投入量产的时间赶在第八代线交付使用之前，那么，在进入市场的时机上可以和TFT-LCD同步。

　　谷至华指出，TDEL电视特别适合中国国情，具有较低的生产成本，生产制造的入门门槛低，可以在中国迅速实现产业化。现在部署TDEL的产业化，与我国数字电视的推进计划完全吻合。

　　投资相对较少是我国发展TDEL平板显示器技术的原因之一。投资年产25万张34英寸TDEL面板的生产线只需1.6亿美元。此外，国际上生产平板显示器的主要大公司都集中在TFT-LCD产业上，现在无法转向TDEL，这也是我国选择TDEL的关键原因。

　　当然投资TDEL也存在风险。谷至华指出，TDEL技术还处在实验室阶段，实现实验室到产业化的转变既有风险，又有极大的机遇。中国在大规模集成电路和TFT-LCD的生产领域已经积累相当的经验，实施这样的转化机遇大于风险。

总结
　　从过去的EL研究到今日虽然已经超过80年之久，但是大型电视用面板的实用化则是最近才刚刚进入应用市场，无机EL有着完全固体面板的特征，兼具平板面板最理想的基本结构，TDEL能展现上述的优点同时又实现大型化及全彩色化过程，在环境性和稳定性方面也胜过其它显示技术。

　　不过，为了能够实现商品化，首要条件便是如何在材料、制造设备及用途开发等方面都能达到前文所提到的要求，那么TDEL在显示技术市场中占有一席之地将不会太遥远。

　　笔者认为：无机EL作为最早的显示器技术之一，已经有了50年的发展历史，而以TDEL作为一项新开发的技术，将让无机EL的发展机会东山再起，预计在不久的将来会成为超薄大型平面电视普及的重要技术。

　　由于无机EL的结构简单，制程的步骤也少，所以具备轻薄和低成本的特长。在这几年的研究开发下，TDEL技术不仅能保持无机EL的优势，也被证实经由这项技术制作的全彩色面板，更能实现电视机显像所必需具备的亮度。

　　大型高精细电视的市场已经开始逐渐从CRT的显示方式朝向平面显示面板转移，加上TDEL的设备投资略低于LCD和PDP，其制造成本较低，还能获得较高的良品率，这对于显示器制造商来说是很大的吸引力。当然，它能够以和CRT电视不相上下的价格，还能提供毫不逊色于CRT及其它显示器性能，这对于重视价格的消费者而言，也很有魅力。