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新世代顯示器明星 – 可撓式塑膠面板
 

【作者: 梁素真】   2003年08月20日 星期三

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綜合行動電話手機及PDA等可攜式產品的趨勢,面板廠商努力的研發方向,無非是低耗電、高畫質、降低面板重量及降低生產成本等幾個方向。另一方面,大尺寸與壁掛式的平面電視,也是塑造21世紀數位家庭遠景中最不可或缺的要素之一。電子紙(Digital Paper)的發展亦將延伸顯示器的應用領域,這種可撓式的顯示器將以耐衝擊、可撓性的特性及其可重覆的使用性而成為新環保訴求產品。


因此無論是因應行動資訊時代的攜帶型產品,或者滿足數位家庭的壁掛式電視,均需具備輕量化特性、易攜帶特性,甚至可撓式特性(Flexible)的顯示器。因此廠商紛紛朝向次世代顯示器的開發,其中以塑膠基板為主的可撓式面板更是各家努力的方向,更有可能是下一世代最令人矚目的新產品。世界知名的顯示器大廠─Sharp已正式將塑膠顯示器納入其生產體系,目前已有行動電話手機產品的上市,這將對塑膠顯示器發展來說,更具有特殊的意義。在國際重要的2002 SID展覽中,Flexible Display產品已漸漸地嶄露頭角,而主要的參展廠商有Toshiba、Sony、Seiko Epson,以及Lucent 等,由此看來Flexible Display已儼然成為次世代顯示器的主要潮流之一。


塑膠基板可攜性優勢多

目前平面顯示器市場所使用的基板材料是以玻璃為主,主要是因為玻璃具有耐高溫、耐化學性、安定性等高等的特性,使其成為主要驅動元件的載體,目前其厚度及重量己突破現行主流0.4mm~0.7mm厚度基板玻璃。德商SCHOTT己於2002SID裡,展示其成功研發的0.1mm薄板玻璃,可降低顯示器之厚度及重量,當玻璃的厚度很薄時,即具有相當程度的彎曲性,此產品可應用在特殊的場合且需要有固定形狀的彎曲展示(Curved Display),但在搬運與清洗的過程中仍會因基板強度不足而造成破裂等問題,因此元件製程技術目前仍在開發中,而廠商大多是以轉移技術(Transfer technology)或SUFTLA(Surface Free Tech. by Laser Ablation)兩項技術克服。


由此可知,目前玻璃或塑膠基板顯示器,均在市場的拉力及技術的推力之下,朝薄型化和輕量化發展,尤其是以塑膠基板為基準的顯示器,可以捲狀生產(Roll to Roll),較具生產的經濟性,加上塑膠顯示器在設計時較具彈性,並和玻璃基板一樣可搭配不同的新興顯示器技術,如有機ELD、LTPS、OTFT、電泳法及其它顯示技術,使得塑膠可撓式顯示器發展備受矚目。除了輕、薄的優勢可替代傳統可攜式產品外,其可撓性及耐衝擊特性,更使顯示器增加許多想像的空間,包括Digital Paper、捲狀顯示器、信用卡、以及衣服標籤等。以下就新產品及替代產品市場機會做一個關鍵成功因素的分析。


電子書的市場驅動力

近兩年來,無論是在學術界、研究機構、出版業界,甚至各國政府都非常熱衷地討論電子書(e-Book)的發展與推廣,因此e-Book的研究已是各研究單位與出版業者的重要課題之一。但是e-Book究竟代表著什麼意義呢?事實上現在我們所指的「e-Book」大體上可分為軟體與硬體兩種類型:前者是指電子圖文型態,又可稱為e-Paper 或Digital Paper,而其簡單的定義就是「數位化格式的文章或書籍」,它將文章或書籍的內容數位化,並可透過網路或者儲存於如磁片、IC磁卡、光碟、Smart Card或Memory Card等的記憶硬體中,使讀者利用電腦或攜帶型顯示器閱讀;後者是指可攜式電子閱讀器,其實也就是指新式可攜式的顯示器,其主要的功能是取代傳統的印刷書籍與雜誌。因此要發展e-Book產業必須要同時兼顧其軟體和硬體的發展才可相輔相成而達到普及化的目的。軟體代表著內容提供者(content provider),如出版社或報業;硬體則代表著閱讀器(reader device),如顯示器製造業。然而為什麼e-Book有如此大的魔力以驅使各界的重視?原因是理想中的e-Book特點是將電子顯示器如電腦與個人數位助理器(PDA)的優點,和紙張如書籍與報紙的優點結合在一起。其特點及電子書的實現形態如(圖一)及(圖二)。



《圖一 電子書的特點》
《圖一 電子書的特點》
《圖二  Digital Paper 的實現形態》
《圖二 Digital Paper 的實現形態》資料來源:LCD/PDP International 2001-Display the future

e-Book之市場規模各家的預估不一,其中以Anderson公司預估2005年全球將有高達三千萬片面板需求最為樂觀,而Display Search預估e-Book的需求在2005年仍小於300萬台則最為保守。雖然如此,但未來市場的興起是必然的現象,目前的問題主要仍在於技術及材料開發的時程,不過可撓式產品挾其耐衝及可撓的特性將有機會成為個人市場的主要產品。


進軍可攜式產品市場

Flexible Display 產品的重量只有玻璃的三分之一,厚度則僅有二分之一,由於輕薄的特性為可攜式產品主要訴求之目標,因此在替代市場方面,可攜式產品為將成為Flexible Display初步切入市場的產品。下面將分別探討行動電話手機及PDA二個市場,在2002年時,全球手機市場規模達四億支,預估在2005年將超過六億支,CAGR達12.5%,如(圖三);PDA則預估在2005年市場規模將高達2500萬台,CAGR達17%,如(圖四)。


《圖三  行動電話市場規模預測》
《圖三 行動電話市場規模預測》資料來源:工研院經資中心,2002/12
《圖四  PDA市場規模預測》
《圖四 PDA市場規模預測》資料來源:工研院經資中心,2002/12

目前可攜式產品百分之百為玻璃基板顯示器,若採用同樣厚度的基板,則玻璃模組的重量大於塑膠模組將近一倍 (表一)。目前塑膠基板顯示器僅有Sharp的產品在量產化,而技術發展的主要瓶頸在於塑膠耐熱性不佳及驅動元件低溫製程尚未成熟,因此在面臨未來要求高精細,全彩的可攜式產品替代市場上,在產品特性的方面仍有需要努力改進的空間。


表一 塑膠LCD與傳統STN-LCD之比較
特性
FSTN-LCD
Plastic LCD
厚度/mm 模組
1.95
1.35
1.35
0.95
基板
0.7
0.4
0.4
0.2
重量/g 模組
4.6
3.7
2.1
1.6
基板
4.3
3.4
1.8
1.3
對比
8:1
8:1
應答時間/ms
250
250
操作溫度範圍/℃
-20~+70
-20~+70
存放溫度範圍/℃
-30~+80
-30~+80
耐衝擊力(相對)
1
10
資料來源:SHARP

專利佈局現況分析

全球Flexible Display專利佈局始於1996年,往後逐年提高,其中又以Plastic Display 在2002年時提出的專利超過了50件以上。各國投入的研發團隊與日俱增,而美國是最主要的國家,其次為日本,目前德國以及南韓亦己開始佈局。


應用性佳但技術瓶頸仍大

Video用塑膠可撓式顯示器目前仍處於研發及prototype階段,主要的瓶頸在於元件技術製程溫度降低及塑膠基板的開發。以驅動元件來說,LCD技術發展成熟,但需開發耐高溫(>200℃)的基板搭載,並克服撓曲後Cell Gap問題。有機ELD顯示元件雖然可以在常溫下生產,但對基板阻水氧特性的要求高達10-6g/m2.day,而目前則為10-3 g/m2.day。OTFT(Organic TFT) 也可以在常溫下生產,不過目前技術尚未達到成熟的階段。


由此看來,未來Flexible Display產品的實現,仍需持續觀察基板(薄板玻璃或Plastic基板) 及元件二方的搭配性。本文定義的Flexible Display初步的替代市場為可攜式產品,但由於可攜式產品將朝多媒體的內容發展,因此未來將需要高畫質及全彩顯示器為載體,Flexible Display除了挾其輕薄耐衝擊的特性符合可攜式產品的需求外,還必須突破技術及材料的困境、加速顯示效果的提昇,並儘早實現量產化的製程以降低成本,才可以在替代性市場上(可攜式產品)取得一席之地。


從新產品的市場機會觀察,可撓式塑膠顯示器擁有耐衝擊及可撓性的特性,是玻璃基板顯示器所不能替代的特性。除了可攜式產品的替代市場之外,Digital Paper(or Paper Like Display) 的應用將是值得注意觀察的市場。因此Flexible Display切入市場的主要時機,有賴於基板材料及製程技術的改善。


(作者任職於工研院IEK產業分析師,聯絡信箱:aliang@itri.org.tw)


延 伸 閱 讀
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相關組織網站
Flexible Pannel Display的介紹網站
美國官方Display發展論壇網站
全球Display社群資訊網站
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