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顯示照明跨領域革命 OLED優勢完全燃燒
最具錢景的光電技術

【作者: 王岫晨】   2019年12月13日 星期五

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OLED(Organic Light Emitting Diode)是指有機半導體材料和發光材料在電場驅動下,通過載流子注入和複合導致發光的現象。OLED依照發光層材料的不同,分為小分子發光二極管(organic light emittingdiode;OLED)和高分子發光二極管(polymer light emitting diode;PLED)兩種。


最具錢景的顯示技術

OLED具有全固態、主動發光、高對比度、超薄、低功耗、無視角限制、響應速度快、工作範圍寬、易於實現軟性顯示和3D顯示等諸多優點,可望成為近幾年最具『錢景』的新型顯示技術。同時,由於OLED具有可大面積成膜、功耗低以及其它優良特性,因此還是一種理想的平面光源,在未來的節能環保型照明領域也具有廣泛的應用前景。



圖一 : OLED具有自發光、結構簡單、超輕薄、響應速度快、寬視角、低功耗及可實現軟性顯示等優點。
圖一 : OLED具有自發光、結構簡單、超輕薄、響應速度快、寬視角、低功耗及可實現軟性顯示等優點。

OLED(有機發光顯示器)是繼CRT、LCD、LED 及PDP(電漿顯示器)之後的新一代平板顯示技術,具有顯著的新興產業特徵。OLED是利用有機半導體材料在電場作用下發光的顯示技術,是一種新型的純固體顯示技術(CRT和PDP電漿顯示器都屬於真空技術,LCD液晶則屬於液態技術),兼具CRT和LCD兩種顯示技術的優勢,具有自發光(無需背光源)、結構簡單、超輕薄、響應速度快、寬視角、低功耗及可實現軟性顯示等優點。


OLED被視為是可超越LCD之平面顯示技術。其特性集輕薄短小、精緻靈敏、色彩鮮艷、省電等特性於一身,在不久的將來,跟紙張一樣厚度的電視螢幕,捲軸式電子書刊(e-paper)等將不再是夢想。現在也有業者已經推出可折疊的手機,採用的正是OLED顯示技術。


OLED作為未來最重要的平面顯示技術之一,在照明領域和背景光源顯示有著巨大的發展潛力和應用前景,成為當今研究的熱門領域。OLED產業也吸引著全世界的目光,極具發展潛力。目前包括歐洲、美國與日本等國家,都已有廠商投入大量資金研發OLED照明技術。全球如韓國、日本政府紛紛推出相關政策來協助推動OLED技術和產業的發展。


加速研發知識產權

全球OLED材料主要掌握在日本、美國以及一些韓國廠商的手中。目前,小分子發光材料以日系廠商為主要供應者(源自美國柯達分子的OLED技術,包括出光興產、新日鐵化學、東洋油墨、Toray等,共約占80%的市場份額)。歐美廠商則以高分子(PLED)材料的開發居多,主要有Covion(已被美商Merck收購)、英國CDT、美國杜邦及日本住友化學等。



圖二 : Samsung公佈首款15.6吋4K OLED面板
圖二 : Samsung公佈首款15.6吋4K OLED面板

而依據OLED發光材料的不同,全球OLED面板製造商可以分為兩個陣營。小分子OLED,以柯達為代表,還有SONY、三洋、TDK、eMagin、先鋒、三星、LG、錸寶、悠景、宏景、NEC等廠商。至於高分子OLED則包括愛普生、DuPont、東芝等廠商。


全球OLED重點設備製造商,主要有日本Tokki、Ulvac、Evatech公司、Anelva Technix、Shimadzu、Seiko Epson、Toppan Printing、大日本印刷(DNP);韓國包括ANS、DOV、Viatron科技、STI公司、周星工程、McScience、Sunic system;另外還有美國的Rolltronics、Integral Vision、MicroFab,以及德國Aixtron AG、Mbraun,與荷蘭OTBv等廠商。


至於中國在有機發光材料的合成方面,已經掌握了部分關鍵技術,並已開始小批量生產,這也為中國國內企業跨入OLED產業提供了重要基礎與保障。如清華大學、吉林大學、華南理工大學、南京郵電大學以及西安瑞聯、吉林奧來德等。


由於中國OLED材料的研發和生產脫節,導致研發機構雖有很多,但是OLED材料的生產廠商卻極少,更缺少OLED材料的下游廠商,材料評估和產業化有明顯障礙。與歐美日相比,中國OLED材料方面擁有的知識產權還是較少,需要加快研發進程。


中韓均為國家重點支持產業

OLED照明市場將有六種主要應用,包括車用照明、顯示器背光、裝飾/普通照明、醫療保健與工業、號誌與廣告等市場。與傳統LCD相比較,OLED具有抗衝擊性能好、工作電流電壓小、壽命長、高效率等工作特點,符合超薄、低成本、環保節能等硬體的要求,在製造製程簡單、材料消耗少的基礎上,易進行大規模的生產。近年來,OLED技術及產業的快速發展已引起相關國家的高度重視,包括韓國與中國等,都已將OLED技術列為國家重點支持的產業。


中國市場是目前全球最大的OLED應用市場,其中45%以上的IT產品與顯示元件有關。中國內地的手機產量占全球產量的50%以上。此外,未來大尺寸顯示器也將逐步量產,AMOLED面板在NB、上網設備、顯示器以及電視領域的應用也將逐步增加。


目前中國國內面板廠商如北京京東方科技(BOE)、香港信利光電(Truly Optoelectronics)、山東天一光電科技,以及許多其他公司,都在計劃運行AMOLED的實驗生產線。從總體上看,中國正處於OLED產業發展的關鍵時期,目前已經具備了一定的技術研發及產業配套能力,而多條AMOLED生產線也已進入建設的關鍵時期。


OLED照明歐美廠商專利領先

整體來看,OLED照明的優勢在於具備高發光效率,適用於大面積面光源、切換速度快、而且針對不同地區的用戶,能調整其顏色符合各種色溫需求。其次,OLED照明可以做到材質柔軟、易於裁切、造型輕薄,及低驅動電壓等特性,相當符合當前流行的綠色環保要求。


在固體照明領域,更新一代的照明技術OLED已經飛快地發展起來。OLED作為平面光源,無論是在結構上還是在光源質量、產品特色等方面,都具有傳統LED照明無法比擬的優勢。OLED照明的價格雖然比較高昂,但是卻能透過後期不斷改進的使用壽命和效率得到平衡。且由於其薄平面和柔軟的特性,可以考慮往高階消費領域和建築市場發展,與LED照明在使用上互補,共同成為未來的綠色照明光源。



圖三 : 工研院展示以OLED光源發出柔軟的光亮,配合規格及模組化系統所開發出的廣視角照明,照明視覺效果佳。
圖三 : 工研院展示以OLED光源發出柔軟的光亮,配合規格及模組化系統所開發出的廣視角照明,照明視覺效果佳。

2020年OLED照明全球銷售額將達24億美元,到2025年預計將達55億美元。在全球能源資源相當有限,和保護環境發展可持續能源的需求日益成長的雙重背景下,固態照明將引發一場劃時代的照明革命,可望成為繼白熾燈和日光燈之後,進入千家萬戶的新一代光源。


就目前而言,OLED照明技術在研發層面已經可以比得上成熟的LED照明,隨著研究的不斷深入,OLED照明的效率、壽命以及亮度等性能都將進一步提高,必將更快地進入照明市場。綜上所述,歐美廠商在OLED照明方面的專利和創意等方面具備了巨大優勢,其他亞洲國家若想突圍,則必須要打破密佈的專利大牆,快速提升各方面的創新能力。


結語

近期以來,受到需求不振以及面板產能過剩的衝擊,大尺寸面板市場正在經歷一波不小的低潮。韓系面板廠陸續棄守TFT-LCD TV面板市場,轉往更高階的OLED TV與QD-OLED TV發展;台系面板廠則持續往更高階的產品市場移動,兩個區域的廠商都試圖減緩中國面板廠在規模與價格上的競爭壓力。


而中國面板廠在持續擴大產能下,預期將會逐漸取得TFT-LCD市場的主導權。小尺寸市場中,AMOLED機種透過屏下指紋辨識方案的搭載提升產品價值,確立在高階旗艦市場的地位,擠壓了部分的LTPS機種往中階市場移動。


就市場來看,中國已經成為全球OLED最大的應用市場,主要包括了手機、行動顯示設備及其他消費電子產品的產量,都超過全球產量的一半以上。



圖四 : 「OLED車用先進環保車燈」省去導光板,組合簡單,不但輕量化,且輕薄短小、防炫光,可節省尾燈的尺寸厚度。
圖四 : 「OLED車用先進環保車燈」省去導光板,組合簡單,不但輕量化,且輕薄短小、防炫光,可節省尾燈的尺寸厚度。

未來幾年,OLED技術將持續蓬勃發展,尤其在有機發光材料、有機材料鍍膜、電路驅動方式與封裝等技術上都有很好進展。雖然目前OLED最大量產玻璃基板完5.5代,而5.5代以上的量產成本結構尚不明確,但隨著AMOLED技術的逐漸成熟穩定,不久的未來AMOLED面板製造商也將開始導入量產於大尺寸應用上。


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