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新世代显示器明星 – 可挠式塑胶面板
 

【作者: 梁素真】2003年08月20日 星期三

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综合行动电话手机及PDA等可携式产品的趋势,面板厂商努力的研发方向,无非是低耗电、高画质、降低面板重量及降低生产成本等几个方向。另一方面,大尺寸与壁挂式的平面电视,也是塑造21世纪数位家庭远景中最不可或缺的要素之一。电子纸(Digital Paper)的发展亦将延伸显示器的应用领域,这种可挠式的显示器将以耐冲击、可挠性的特性及其可重覆的使用性而成为新环保诉求产品。


因此无论是因应行动资讯时代的携带型产品,或者满足数位家庭的壁挂式电视,均需具备轻量化特性、易携带特性,甚至可挠式特性(Flexible)的显示器。因此厂商纷纷朝向次世代显示器的开发,其中以塑胶基板为主的可挠式面板更是各家努力的方向,更有可能是下一世代最令人瞩目的新产品。世界知名的显示器大厂─Sharp已正式将塑胶显示器纳入其生产体系,目前已有行动电话手机产品的上市,这将对塑胶显示器发展来说,更具有特殊的意义。在国际重要的2002 SID展览中,Flexible Display产品已渐渐地崭露头角,而主要的参展厂商有Toshiba、Sony、Seiko Epson,以及Lucent 等,由此看来Flexible Display已俨然成为次世代显示器的主要潮流之一。


塑胶基板可携性优势多

目前平面显示器市场所使用的基板材料是以玻璃为主,主要是因为玻璃具有耐高温、耐化学性、安定性等高等的特性,使其成为主要驱动元件的载体,目前其厚度及重量己突破现行主流0.4mm~0.7mm厚度基板玻璃。德商SCHOTT己于2002SID里,展示其成功研发的0.1mm薄板玻璃,可降低显示器之厚度及重量,当玻璃的厚度很薄时,即具有相当程度的弯曲性,此产品可应用在特殊的场合且需要有固定形状的弯曲展示(Curved Display),但在搬运与清洗的过程中仍会因基板强度不足而造成破裂等问题,因此元件制程技术目前仍在开发中,而厂商大多是以转移技术(Transfer technology)或SUFTLA(Surface Free Tech. by Laser Ablation)两项技术克服。


由此可知,目前玻璃或塑胶基板显示器,均在市场的拉力及技术的推力之下,朝薄型化和轻量化发展,尤其是以塑胶基板为基准的显示器,可以卷状生产(Roll to Roll) ,较具生产的经济性,加上塑胶显示器在设计时较具弹性,并和玻璃基板一样可搭配不同的新兴显示器技术,如有机ELD、LTPS、OTFT、电泳法及其它显示技术,使得塑胶可挠式显示器发展备受瞩目。除了轻、薄的优势可替代传统可携式产品外,其可挠性及耐冲击特性,更使显示器增加许多想像的空间,包括Digital Paper、卷状显示器、信用卡、以及衣服标签等。以下就新产品及替代产品市场机会做一个关键成功因素的分析。


电子书的市场驱动力

近两年来,无论是在学术界、研究机构、出版业界,甚至各国政府都非常热衷地讨论电子书(e-Book)的发展与推广,因此e-Book的研究已是各研究单位与出版业者的重要课题之一。但是e-Book究竟代表着什么意义呢?事实上现在我们所指的「e-Book」大体上可分为软体与硬体两种类型:前者是指电子图文型态,又可称为e-Paper 或Digital Paper,而其简单的定义就是「数位化格式的文章或书籍」,它将文章或书籍的内容数位化,并可透过网路或者储存于如磁片、IC磁卡、光碟、Smart Card或Memory Card等的记忆硬体中,使读者利用电脑或携带型显示器阅读;后者是指可携式电子阅读器,其实也就是指新式可携式的显示器,其主要的功能是取代传统的印刷书籍与杂志。因此要发展e-Book产业必须要同时兼顾其软体和硬体的发展才可相辅相成而达到普及化的目的。软体代表着内容提供者(content provider),如出版社或报业;硬体则代表着阅读器(reader device),如显示器制造业。然而为什么e-Book有如此大的魔力以驱使各界的重视?原因是理想中的e-Book特点是将电子显示器如电脑与个人数位助理器(PDA)的优点,和纸张如书籍与报纸的优点结合在一起。其特点及电子书的实现形态如(图一)及(图二)。



《图一 电子书的特点》
《图一 电子书的特点》
《图二 Digital Paper 的实现形态》
《图二 Digital Paper 的实现形态》数据源:LCD/PDP International 2001-Display the future

e-Book之市场规模各家的预估不一,其中以Anderson公司预估2005年全球将有高达三千万片面板需求最为乐观,而​​Display Search预估e-Book的需求在2005年仍小于300万台则最为保守。虽然如此,但未来市场的兴起是必然的现象,目前的问题主要仍在于技术及材料开发的时程,不过可挠式产品挟其耐冲及可挠的特性将有机会成为个人市场的主要产品。


进军可携式产品市场

Flexible Display 产品的重量只有玻璃的三分之一,厚度则仅有二分之一,由于轻薄的特性为可携式产品主要诉求之目标,因此在替代市场方面,可携式产品为将成为Flexible Display初步切入市场的产品。下面将分别探讨行动电话手机及PDA二个市场,在2002年时,全球手机市场规模达四亿支,预估在2005年将超过六亿支,CAGR达12.5%​​,如(图三);PDA则预估在2005年市场规模将高达2500万台,CAGR达17%,如(图四)。


《图三 移动电话市场规模预测》
《图三 移动电话市场规模预测》数据源:工研院经资中心,2002/12
《图四 PDA市场规模预测》
《图四 PDA市场规模预测》数据源:工研院经资中心,2002/12

目前可携式产品百分之百为玻璃基板显示器,若采用同样厚度的基板,则玻璃模组的重量大于塑胶模组将近一倍 (表一)。目前塑胶基板显示器仅有Sharp的产品在量产化,而技术发展的主要瓶颈在于塑胶耐热性不佳及驱动元件低温制程尚未成熟,因此在面临未来要求高精细,全彩的可携式产品替代市场上,在产品特性的方面仍有需要努力改进的空间。


表一 塑胶LCD与传统STN-LCD之比较
特性
FSTN-LCD
Plastic LCD
厚度/mm 模组
1.95
1.35
1.35
0.95
基板
0.7
0.4
0.4
0.2
重量/g 模组
4.6
3.7
2.1
1.6
基板
4.3
3.4
1.8
1.3
对比
8:1
8:1
应答时间/ms
250
250
操作温度范围/℃
-20~+70
-20~+70
存放温度范围/℃
-30~+80
-30~+80
耐冲击力(相对)
1
10
资料来源:SHARP

专利布局现况分析

全球Flexible Display专利布局始于1996年,往后逐年提高,其中又以Plastic Display 在2002年时提出的专利超过了50件以上。各国投入的研发团队与日俱增,而美国是最主要的国家,其次为日本,目前德国以及南韩亦己开始布局。


应用性佳但技术瓶颈仍大

Video用塑胶可挠式显示器目前仍处于研发及prototype阶段,主要的瓶颈在于元件技术制程温度降低及塑胶基板的开发。200℃)的基板搭載,並克服撓曲後Cell Gap問題。"以驱动元件来说,LCD技术发展成熟,但需开发耐高温(200℃)的基板搭载,并克服挠曲后Cell Gap问题。有机ELD显示元件虽然可以在常温下生产,但对基板阻水氧特性的要求高达10-6g/m2.day,而目前则为10-3 g/m2.day。 OTFT(Organic TFT) 也可以在常温下生产,不过目前技术尚未达到成熟的阶段。


由此看来,未来Flexible Display产品的实现,仍需持续观察基板(薄板玻璃或Plastic基板) 及元件二方的搭配性。本文定义的Flexible Display初步的替代市场为可携式产品,但由于可携式产品将朝多媒体的内容发展,因此未来将需要高画质及全彩显示器为载体,Flexible Display除了挟其轻薄耐冲击的特性符合可携式产品的需求外,还必须突破技术及材料的困境、加速显示效果的提升,并尽早实现量产化的制程以降低成本,才可以在替代性市场上(可携式产品)取得一席之地。


从新产品的市场机会观察,可挠式塑胶显示器拥有耐冲击及可挠性的特性,是玻璃基板显示器所不能替代的特性。除了可携式产品的替代市场之外,Digital Paper(or Paper Like Display) 的应用将是值得注意观察的市​​场。因此Flexible Display切入市场的主要时机,有赖于基板材料及制程技术的改善。


(作者任职于工研院IEK产业分析师,联络信箱:aliang@itri.org.tw)


延 伸 阅 读
近年来奈米技术在许多方面都蓬勃发展,使得与其相关的电子科技也往前迈进一大步,进入新的纪元,而平面显示器的发展也不例外,相关介绍请见「浅谈奈米平面显示器」一文。
显示器是提供资讯的最基本元件,在网路时代的来临中,更是扮演着重要的角色,如在携带式装置方面的第三代行动电话手机、资讯家电等,或着在家庭多媒体环境建立方面的可显示精细文字的大尺寸电视等,你可在「跨世纪的显示器发展技术」一文中得到进一步的介绍。
OLED(有机电激发光二极体)是近年来相当受到瞩目的平面显示技术,相较于目前市场上主流的平面显示技术TFT-LCD与PDP等,具有多项技术优势,不过由于该技术商业化应用的发展还属于萌芽阶段,在「未来两年是OLED市场发展的关键期」一文为你做了相关的评析。
相关组织网站
Flexible Panel Display的介绍网站
美国官方Display发展论坛网站
全球Display社群资讯网站
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