第一情报 ---材料工业

平板显示中的纳米技术

供稿人:杨莺歌  供稿时间:2011-3-3   关键字:平板显示  纳米  碳纳米管  QD‐LED  
显示器在信息分享和我们日常生活的各种应用中扮演着重要的角色。阴极射线管在显示工业中占据主导地位超过70年,但已跟不上人们对显示器更高的需求。消费者需要更薄、更亮、更高的分辨率、更广的视角、更长的寿命、更大的尺寸、更轻、耗能更低而价格合适的显示器。新兴的纳米技术促进了平板显示器的更新换代,不但能提高性能和改善质量,还提供给显示器其他新特点,比如可折叠和可弯曲。
 
背景
上世纪90年代中期,LCD显示器在平板显示和便携电子产品市场革命性出现,但是LCD也存在一些问题,这时纳米技术促进了其他显示技术的出现。
碳纳米管(CNT)可代替传统的冷阴极荧光灯管(CCFL)作为LCD的背光源,对比度更高,减轻拖尾现象,并且由于无汞,更有利于环境保护。碳纳米管背光LCD的响应速度快,亮度更高,从而提升了图像质量。
场发射显示器(FED)的优点包括高对比度和低能耗,不利的一面是FED需要高真空度去运行,从而导致了制造难度高。近几年,碳纳米管作为FED中的电子发射器被研究。FED和它的竞争对手表面传导电子发射显示器(SED)最大的区别在于发射器部分。两种显示器都面对电视机市场,但是由于制造成本太高影响了商业化。
有机发光二极管(OLED)显示器在视角、亮度、对比度、响应时间和能耗方面都超越了LCD,并且未来可能成本降到很低。但是,寿命较短、不适宜阳光下观看和色彩平衡的问题困扰着OLED。OLED可用于电视机、计算机屏幕和便携设备,还可用于折叠和柔性显示新兴市场。
量子点LED(QD‐LED)显示器由纳米晶体组成,优点包括亮度、色彩鲜明度、色彩纯度、寿命长和能耗低。但是蓝色量子点制造难题和相对LCD和OLED居高不下的成本,影响着QD‐LED的商业化。
微机电系统(MEMS)显示器具有环境光下高对比度、快速、鲁棒性、清晰度高等优点,并适合工业标准。MEMS显示器正在走向商业化,如Qualcomm MEMS Technologies 股份有限公司已为MEMS显示器注册商标Mirasol。
 
影响
根据专家的意见,由于能耗高,LCD并不是最佳的显示技术。新型显示技术提供了更低的能耗,对于便携和移动消费类电子设备尤其重要。在性能、图像质量和效率等方面比现有的显示技术都明显提升。
与贵金属不同,碳纳米管的生产不受自然资源的限制,将来成本会越来越低。铟锡氧化物(ITO)被碳纳米管代替对于消费者和环境具有重要影响。碳纳米管显示是一种环境友好的技术,不但提供柔性屏幕,还令寿命更长,制造工艺更简单。
 
产业
平板显示市场发展迅猛,目前每年整个显示产业价值链大约超过7千亿美元。这主要因为新型显示技术同时带动了家用大尺寸显示和移动设备用小型显示器市场。
图1 电视平板显示技术的市场份额
 
从图1可以看出,CRT电视市场份额下降趋势很明显,而LED背光的LCD显示正迅速成长,即将取代传统LCD技术市场。
目前,大尺寸平板显示屏最大的市场在电视机和计算机方面,2009年市值超过7百亿美元。iSuppli预测整个平板显示器市场2010年将达到1千2百亿美元,2011年超过1千4百亿美元。世界领先的制造商韩国LG和三星公司拥有大尺寸平板显示器50%的市场份额。
欧洲最大的工业组织——德国平板显示论坛拥有大约70家会员公司,意味着欧洲有数百家显示技术相关企业。
新型显示技术需要全新的生产方法、设备和材料,从而会对产业价值链产生巨大影响。LED背光LCD、OLED、QD LED和不同碳纳米管的应用在制造工艺上都不相容,因此投资到何种技术就取决于供应商的意愿。
 
技术成熟度
 
图2 纳米增强显示技术的技术成熟度
 
由于成熟的价值链和不断发展的技术(如LED基背光源),最近一段时间最主流的平板显示技术仍然是LCD。根据专家反馈,QD‐LED、OLED和碳纳米管驱动全塑柔性显示器将在3-7年后进入市场。
5年内碳基平板显示技术将实现商业化。与ITO相比,碳基平板显示在提高透明度的同时制造成本也会降低。
专家表示,这些技术的研发最重要的推手包括大额投资的公司、产业成熟度和地方政府的支持政策。大学也在其中扮演了重要角色。
 
小结
  • 在将来十年或二十年中,LCD是主流显示技术。
  • 由于性能、成本、能耗和环境因素,LCD将被纳米使能显示技术代替。
  • OLED、碳纳米管背光LCD、FED/SED、MEMS/NEMS, QD‐LED等均为现有显示技术的有力竞争者。
  • 高成本和现有LCD技术的优势是新型技术市场份额成长的最大障碍。
  • QD‐LED和碳纳米管驱动全塑柔性显示是未来最有希望的显示技术。
  • 平板显示市场很大,2011年产值将超过1千4百亿美元。
主要参考文献:
Nanotechnology for Flat Panel Displays,
http://www.observatorynano.eu/project/filesystem/files/ObservatoryNANO%20Briefing%20No.9%20Nanotechnology%20for%20Flat%20Panel%20Displays.pdf

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