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oled的發展近況與遠景
有機EL對整體顯示器產業的滲透程度,在五年內恐怕不會太大

【作者: 吳秉思】   2001年05月01日 星期二

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由於OLED技術尚在萌芽階段,因此在上一個十年時,錯失投入顯示器的業者,雖然無法在既有的顯示器市場上佔有一席之地,卻可攀搭此現有顯示器業者未必擁有絕對優勢之OLED新技術。


LCD跨入顯示器領域有相當高的門檻。TFT-LCD不只需要龐大的資金,也得找到技術來源,但業者間的激烈競爭和面板價格的快速滑落,更令人卻步。而STN所需的資金較少,技術障礙較低,但市場規模比TFT小,分食大餅者眾,其技術已經十分成熟。雖借用新開發技術使其脫胎換骨,彰顯顯示器的應用範圍廣泛,所需的特性不一,可找到利基點切入再伺機尋求技術突破,以擴大市場,OLED即是當中典型的例子。


OLED初期應用於手機

OLED應是跨世紀最熱門的顯示器技術,其掀起的熱潮和震撼性,甚至可能高於八0年代末期,TFT-LCD的竄起。其原因乃是過去十幾年來,業界對於平面顯示器技術了解的程度已經大有進步,對OLED亦超過TFT-LCD;再者,OLED的設備投資遠比TFT-LCD小,後PC時代有別於九0年代的PC掛帥的時代,OLED此一嶄新的產品更能代表新時代、新氣象的精神。


由於OLED技術尚在萌芽階段,在上一個十年時,錯失投入顯示器的業者,既然無法在既有的顯示器市場上佔有一席之地,卻可攀搭現有顯示器業者未必擁有絕對優勢之OLED此一新技術。然而,有意願投入OLED者雖多,真正有實力和決心者其實並不多見。對於OLED未來發展的方向,各業者的解讀未必一致,使其充滿了多樣性的色彩。


初期有機EL牽動市場的力量,來自於小尺寸面板需求量最大的行動電話手機。除了Pioneer製的產品成功地打入Motorola手機之外,Nokia也在公開的場合上,認為下一代手機面板主流雖LDC莫屬,但有機EL的輕薄和在外來光源下仍能維持高對比,將是為手機採用的最大誘因。有機EL雖有先天的優點,唯仍在技術發展萌芽期,若干課題必須獲得解決,才可能擠入主流市場。


這些問題包括發光效率和耐久性等基本性能的提升,生產工程的低價化以極具彈性和透明化的多功能開發等。同時,也傳達到全彩化和大型化,方能擴大應用市場領域,引進主動矩陣技術是必要。未來兩年將是有機EL開發的關鍵時期,若能在技術上予以突破,有機會邁入更大尺寸的市場,中日社便預測2003~2005年間,有機EL可在10~15吋上進入監視器和電視的市場。


《圖一》
《圖一》

大尺寸化技術障礙已被攻克

迄今為止,絕大部分業者均將OLED定位為應用於中小尺寸的市場,尤以需求量最大的行動電話手機,為發展初期的最佳目標。下個標的則為PDA和汽車導航系統。唯SONY獨排眾議,鎖定OLED在中大尺寸的顯示器應用上。SONY最近揭露的OLED雛形為13吋,採用低溫多晶矽TFT驅動方式,解析度為SVGA,畫素間距為0.33*0.33㎜,亮度300ca/㎡;對比為200:1,預定在2003年量產。


該公司並聲稱在2003年時推出20~30吋HDTV型式的OLED顯示器。業界之所以會將OLED定位在小尺寸應用,最大的考慮點就在於技術上的障礙。大尺寸的全彩OLED,需要高精密度的陰罩(Shadow Mask),和各畫素的耦合十分困難,且各畫素的亮度難以控制均勻。原來過去的大尺寸OLED,面臨到亮度不夠的問題,遂以2個TFT來寫入電壓,利用驅動TFT之閘電壓調變OLED的電流大小。但每個TFT的特性都有差異,閘性電壓所調變產生的電流直無法一致,導致亮度不均勻。


SONY則使用4個TFT來驅動1個畫素,並利用特殊的電路設計,使兩個鄰近的TFT特性近似,而維持一定的電流值。此外,傳統的OLED之構造,為EL細胞設計在玻璃基板下方,發光由下方反射(Bottom Emission),必須經過TFT電路,而使亮度減小。SONY則將EL細胞移至TFT電路之上方,而成為上方發射(Top Emission)方式,使孔徑比提高,而增加亮度。上方發射方式因而使該EL細胞缺乏基板之屏障;SONY另外開發出透明片,可隔絕氧氣,並再加裝無機保護膜,達到雙重保障之目的。


整個面板的厚度僅有1.4㎜,壽命並未透露,商品化時的目標為1萬小時以上。SONY可能會利用和豐田所合資的ST LCD公司,利用既有的低溫多晶矽技術,生產此OLED。SONY在CRT和低溫多晶矽上所具備的技術,比其他業者更適合跨入中大尺寸的OLED領域。SONY原本就擅長TV相關的產品,直入百家爭鳴的小尺寸OLED市場,並不擁有較好的競爭優勢。SONY強調,OLED的性能可以超越CRT,未來將以此技術取代CRT在中大尺寸的市場;相對於以Sharp為首的LCD TV勢力,以即以PDP為主軸的富士通等公司,形成第三種選擇。


PDP低價化未見成效

SONY的逆向思考方式,和當今平面顯示器大型化過程不順暢也有關係。TFT-LCD在生產上,較適合12~20吋,超過20吋之後,所需的近似半導體設備投資龐大,良率不容易提高,成本降低有極大的困難度。響應速度和視角亦是在TV應用上的一大問題。FED和CRT一樣是利用電子束激發,不易在厚度非常小的內部維持高真空和高陽極電壓,商品化的極限可能在15吋左右。


PDP咸被視為大尺寸TV的最佳應用場合,但歷經多年的發展後,成本難以如預期降低,成為拓展市場的絆腳石。此一問題係於製程過份複雜,PDP需匹配TV的高壓階畫質,需要高價的驅動電路,執行超高速的交換(Switching);其3D的細胞架構,需要高價的材料方能工作,是第二個難以低價化的原因,至於OLED大尺寸化的困難已如前面所述,但有機螢光體效率高,壽命長和製造成本低為受到業界青睞的最重要原因。SONY則是以獨自的力量,嘗試突破OLED技術障礙,將是業界的一大創舉。


美國一新創業公司iFire亦使用EL技術垂涎TV市場,唯其材料非有機而是無機厚膜,並和TDK合作開發,分別在1999年和2000年發表8.5吋和17吋的全彩雛型。在SONY未發表13吋的OLED之前,iFire認為PDP是無機EL最大的競爭技術,但後者卻掌握了低價化的可能,使用後者技術的30~36吋的TV零售價格在2200~2500元間。該公司聲稱無機EL的設備投資額只有PDP的一半,在2003年可以完成34吋的開發;不過iFire在藍光材料和壽命等問題的解決能力,卻是業界最為質疑,且以其公司的規模根本無法推動匹配TV市場的大型量產。故業界對iFire多抱持好奇但不以為然的態度。


OLED朝向多元代的發展方式

SONY在中大尺寸OLED的動作,並不影響大部份已埋首小尺寸業者之開發計畫,畢竟兩者市場不僅有區隔技術發展方向,差異性亦大。在桌上型之中大尺寸顯示器上,SONY逕可引入4個TFT驅動畫素;但在講究低耗能的小尺寸上,就不能如此。現在各OLED業者無不設法引進新材料或其他新技術,以獲取最佳化的性能。三洋電機和Kodak合作先行開發主動式全彩2.4吋和5.5吋,現則進行10吋的研發。此一合作被視為相當具競爭力的組合。


Kodak開發OLED已有10~15年經驗,尤擅長低分子材料技術,擁有50個專利。只是長期以來,Kodak儘管開發出不少具創意的技術,在市場行銷上卻不盡理想,透過長於元件行銷和生產的三洋之合作,得有互補之作用。三星和NEC的合資企業「Samsung NEC Mobile Display」則是另一個OLED的合作案,兩公司各出資32億和16.4億日圓,開發主動式OLED,預定2003年開始量產。


若干業者先是從小尺寸切入,未來則有往大尺寸佈局的計畫,以使用高分子材料為代表。高分子材料專利以英國的CDT(Cambridge Display Technology)掌握最多,並和Epson、Pioneer合作開發。東芝原本對使用高分子抑制低分子材料,未表明確切態度,最近發表的技術則是用高分子材料。在大尺寸上完成綠色單色面板試製品,2001年內開始全彩之開發,預定在2003年開始展開NoteBook用10吋和2005年20吋TV用之面板量產計畫。


日本精機取得Kodak技術,投入車用儀表OLED,預定2002年中旬量產,Philips、Siemens、杜邦和IBM等亦進軍高分子OLED開發。FED Virtual Vision研發重心由FED改為OLED,公司名稱更改為eMagin,2001年初推出全彩SVGA樣品,預定在2001年夏,量產頭戴式用途(HMD)OLED。OLED正如九○年代初期的TFT-LCD一樣,邁入多元化應用方式,但在材料和驅動技術上則比TFT-LCD更具多樣性。


未來兩年是OLED技術發展關鍵期

有機EL相對於TFT-LCD的優勢在於更輕薄化和不同背光、響應時間短。更直接地說,兼具使用塑膠基板STN-LCD的輕薄及TFT-LCD的彩色化、高速響應和廣視角的雙重優點,外加低耗電量,正是其攻佔手機市場最大的利器。不過有機EL的技術開發尚在萌芽階段,若干關鍵性技術問題尚待克服,大規模量產應在2002年後,在此同時LCD的特性亦在積極改善中。


現階段有機EL的市場定位,恰好卡在TFT-LCD高階及STN低階產品的狹縫間,亟待突破此有限的隔局。在被動矩陣方面,構造上最大極限為240條掃描線,應朝低價化努力,可攻克部份STN-LCD市場。主動矩陣在導入低溫多晶矽技術後,可大幅減少零組件數目,降低成本,並朝大尺寸面板開發。


這也難怪STN-LCD的領導業者Seiko Epson不得不承認有機EL有極高的潛力,卻仍難一窺全貌。唯在有機EL邁入熱絡的開發期中,TFT-LCD仍持續在快速低價化;以TFT-LCD所累積的龐大資源和經濟規模體制下,有機EL對整體顯示器產業的滲透程度在五年內恐怕不會太大。經歷未來2~3年內的觀察期以後,大概才會對其後勢發展有較具體的輪廓。但OLED在大尺寸的發展比預期快是值得注意的趨勢。


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