市场变革-- AMOLED正式起飞

继薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）之后，主动有机发光二极管（AMOLED）被喻为下一世代面板。其中有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode；OLED）为一固态自发光显示器，具有结构简单、自发光无需背光源、广视角、影像色泽美丽、省电等优势，在中小面板市场可望大幅成长。

目前AMOLED技术不易做太大尺寸面板，且背光源的蓝光部分寿命偏短，但以智能型手机搭配门号促销，汰换率相当高的情况，正好可以避掉蓝光寿命短的技术问题，只要使用期间色泽优点发挥到极致即可，另外，手机面板也不用太大，AMOLED正可打入智能型手机市场。现阶段已开始应用于手机、mp3、数字相机、数字相框等中小尺寸显示器产品。根据DisplaySearch估计（图一），全球OLED 面板产值将从2008年的6亿美金，成长到2016年的71亿美金，年复合成长率达36％，这样高的成长趋势主要来自于主动式有机发光二极管AMOLED之成长。并且于2009的第一季AMOLED面板产值已首度超越PMOLED，预期在2010年AMOLED面板之出货量亦将超越PMOLED，成为推动OLED于市场发光发热之主要力量。

《图一 全球OLED市场发展预测》 数据源：DisplaySearch

虽然AMOLED面板价格仍高于TFT LCD约50～100％，未来2~3年内可望降至10％，居于替代性之角色。未来面板尺寸以及亮度都会有不等程度的的升级；预计尺寸将由现行的2.2～2.8吋放大到3吋以上，亮度则可由目前之200 nits进一步推升至300 nits，以彰显OLED在色彩鲜艳度、高对比度之优势，以及sunlight readability的优势。这些特性提高AMOLED应用于高阶智能手机面板的利机。

制造厂商（如表一）目前以韩国Samsung Mobile Display；SMD为主，出货量约为每月200万片，于2010年4月20日宣布将投资次世代生产线，规划在南韩忠清南道天安市的工厂投资建设具备生产较大尺吋电视以及较大尺寸主动矩阵OLED基板的5.5代规格生产线，预计于2011年1月正式进入量产阶段；同一时间负责生产玻璃基板的三星康宁预定2010年在南韩投资OLED用玻璃基板生产线。简单来说，三星集团已经嗅觉到主动矩阵OLED市场即将来临。LG Display在明年预期会扩建AMOLED生产，于下半年整体出货量会拉升至每月500～1000万片。

根据OLED Association评估，AMOLED面板将以中小尺寸面板出发，渐次放大生产规模后，才可能生产具价格竞争力的大尺寸TV，而大尺寸TV的画质表现将会是AMOLED的杀手级应用。中小尺寸AMOLED的产值预期可在2015年达到30～40亿美金，未来若加上大尺寸AMOLED，可进一步成长至120亿美金。继三星行动显示（SMD）与乐金显示（LGD）大举扩张主动矩阵式有机发光二极管（AMOLED）显示面板制造产能后，友达也宣布将于今年底开始量产小尺寸AMOLED面板，迎接2011年手机市场对AMOLED强劲需求商机，期望能够赶上智能型手机大量采用OLED面板之风潮。

目前随着许多款的智能型手机开始采用主动矩阵OLED面板之外，未来以iPad为首的平板机将从2011年开始也进入OLED时代，表一为国际即将量产之不同厂商布局主动矩阵OLED情况，未来在中小尺寸之目标市场令人期待。

软性AMOLED发展现况

目前大多数的显示器，都是采用TFT LCD，若想做到轻薄短小，方便随身携带，屏幕显示的信息量就不够；若想一次显示足够信息量，体积就太大而不易携带，也可能耗电太大。对于未来的显示器，消费者希望能够拥有信息量够大，收藏起来方便，并且低耗电、摔不破、可弯曲折迭或收卷容易之产品。

除了优异的画质表现，由晶体管驱动的AMOLED，具备以上特质，完全符合未来信息社会对于行动装置显示器的需求。若与TFT-LCD技术比较，AMOLED结构简单，不须背光、扩散板、配向膜、间隙子等繁复零组件，同时有机发光层之机械特性较接近软性基板，因此更适合用于制做可弯可卷的软性显示器。

目前有许多研究单位正致力于开发软性AMOLED面板，并发表展示相关技术于期刊及国际研讨会上。例如日本SONY于2010 SID展示4.1吋QVGA的软性AMOLED显示器，在PES基板上制作有机晶体管（Organic TFT；OTFT）背板，并搭配顶部发光（Top Emission） OLED结构。SONY之软性AMOLED试制品画素为432×240，分辨率121ppi，厚度80μm，曲率半径为4mm。

《图二 SONY于 2010 SID展示之4.1吋Flexible AMOLED》

另外，韩国厂商如Samsung在2010 SID展出之6.5吋与2.8吋的WQVGA软性AMOLED显示器，主动背板分别是金属氧化物晶体管（Metal-oxide TFT；MOx TFT）与LTPS-TFTs；其中6.5吋之AMOLED是在塑料基板上以250～300℃的制程温度制作金属氧化物晶体管背板，搭配上发光OLED结构。Oxide TFT （17.8cm2/vs） 组件是继LTPS-TFT之后具有较a-Si TFT与OTFT更高的载子迁移率与驱动稳定性之主动组件，而适合于驱动OLED这样的电流组件。

Oxide TFT应用范围亦非常广泛，包括可挠式显示器、透明显示器等应用。以可挠式显示器为例，因Oxide TFT可采低温制程制作，故搭配塑料基板可形成可挠性显示器。因此，三星在可挠式显示器发展亦将导入Oxide TFT技术。Samsung之软性AMOLED试制品画素为160×272，分辨率52ppi，弯曲之曲率半径可达10mm。

《图三 Samsung于2010 SID展示之Flexible AMOLED》 左图：6.5吋，右图：2.8吋

另一家韩国厂商LG Display亦对投入AMOLED十分积极。除了在2009横滨光电展，展出即将商品化的15吋AMOLED TV产品外，并于2010 SID展示4.3吋HVGA 的软性AMOLED面板，采用不透明的不锈钢（Stainless steel；STS）金属基板，在其上制作低温非晶硅晶体管（a-Si TFT）背板，并搭配倒置式顶部发光OLED结构。LG之软性AMOLED试制品画素为480×320，分辨率134ppi，厚度0.3mm，弯曲之曲率半径小于50mm。

《图四 LG于2009 横滨光电展展示之4.3吋Flexible AMOLED》

软性AMOLED之关键技术

软性AMOLED之关键开发技术包括软性基板、软性TFT背板、软性OLED发光层与封装及保护层等（如图五），以下即针对这几个关键技进行深入探讨。

《图五 Flexible AMOLED之关键技术》

软性基板包括金属箔、薄化玻璃、与塑料基板，金属箔因不透光使用上较具限制，薄化玻璃最大的问题在于易碎裂；以软性的塑料基板来取代传统如玻璃与金属基板，将面临两个重大技术问题。首先是基板本身之耐热、光学、机械以及阻水氧等特性能否满组件应用需求，其次是与TFT与OLED制程之兼容性。

塑料基板之耐热特性包括热裂解温度、玻璃转移温度、热膨胀系数等，在TFT制程中，塑料基板必须历经多次至少200℃以上的温度考验以及在真空镀膜时的电浆轰极，具备耐热稳定与本身化性表现是成功的关键；光学特性则包括光穿透度、光色泽、折射系数等，作为显示器的显示面基板，优异的光学特性是成像质量的要件；机械特性包括表面平坦性与粗糙度、表面硬度，机械强度等，因为显示器必须能承受人为的使用触碰，收纳携带等严苛环境考验，所以使用过程能够不受损伤而有良好寿命也是重要的一环；至于阻水氧穿透特性，则包括水气穿透率（Water Vapor Transmission Rate；WVTR）及氧气穿透率OTR（Oxygen Transmission Rate），此二参数最常被用来说明基板与薄膜封装阻水能力的好与坏，例如文献即指出OLED寿命要达到10,000小时以上，薄膜封装之WVTR须小于1×10-6g/m2.day [1]，而OTR则须小于1×10-5g/m2/day[2]。

OLED之亮度对水气与氧气极为敏感，传统AMOLED技术使用玻璃基板，可以有效阻挡水、氧气对OLED组件伤害，而现行塑料基板阻水氧特性皆在1g/m2-day以上，因此软性AMOLED须再搭配阻隔结构（Barrier）与薄膜封装（Thin Film Encapsulation）技术，达到有效的阻水氧穿透特性。如何在软性显示器上制造类玻璃封装般之高信赖性封装结构与具备挠曲特性的制程，是提高软性AMOLED寿命最重要的课题。

采用现有半导体制程技术，直接将电子组件制作于塑料基板上仍有相当困难。较容易的作法，是将塑料基板固着于支撑的玻璃载板（carrier glass）上，再进行后续的组件制作，可行的技术包括贴附法、以及直接涂布法。贴附法是利用贴合胶材或静电吸附将塑料基板贴附于玻璃载板，可使用的基板包括PC、PET、PEN、PES、PI等；直接涂布法则使用涂布型的PI塑料基板，直接涂布于玻璃载板之上，中间夹以离型层以利组件制程完成后塑料基板之取下。以上技术各有其优缺点，差异在于静电吸附法须全程采印方法制作组件，制程较受限制，贴附法须使用贴合胶材，胶材易受组件制程温度影响产生形变，导致组件对位误差而影响电子组件之特性表现。直接涂布法则可透过塑料基板与玻璃载板间良好的附着特性，故毋须使用胶材。衍生的问题是在离型层的技术与电子组件制作完成后的面板如何能够完整取下，目前较为成功的有Philips的接着牺牲层与雷射取下方式之组合和工研院的特殊离型层结构与直接切割快速取下方式之组合两种技术。

另外一重要技术，软性TFT背板是驱动软性AMOLED面板最为关键之技术，现阶段研发中技术包括硅基晶体管（Silicon TFT；Si TFT）、有机晶体管（Organic TFT；OTFT）、以及最近热门的金属氧化物半导体晶体管（Metal-oxide TFT；MOx TFT）。以上三种技术，可在不同低温下制作，故可与前述之软性塑料基板搭配。

软性TFT背板之开发须解决两大技术瓶颈，即低温制程与无应力薄膜技术。为了将TFT制作于软性基板，制程温度须符合基板所能承受的耐温极限，低温制程TFT将使组件特性面临极大挑战。另一方面，低温成长的薄膜其本质应力较小，更适合于软性组件所使用。然而，低温沉积的薄膜其膜内缺陷较高温沉积之薄膜来的高，而影响组件之电性与可靠度表现，因此制程温度亦须兼顾薄膜之电气特性而不能无限制的降低。

软性基板必须考虑到组件各层薄膜的应力影响，因此无应力（Stress-free）薄膜技术的开发成为软性TFT背板制作必须优先考虑的环节，减少接口之间的应力可以提升TFT特性。是故在软性TFT背板技术的开发上，不仅是基板材料、制程温度，甚至连基板处理与制程中产生的本质应力等彼此间都要互相配合，才能制作出适用于软性显示器的软性TFT背板。

由于硅基技术相较于其他材料较为成熟，目前仍以软性硅基TFT背板技术最为普遍，其中a-Si TFT具有制程简单以及优越的组件均匀性之优点，但是电流驱动之可靠度较差。此外开发高载子迁移率（Carrier Mobility）技术将有助于AMOLED所需的高稳定性电流需求，如微晶硅（Micro-Crystalline Si；C-Si） TFT与低温多晶硅（LTPS）TFT等，就材料而言具有较佳的硅结晶质量，但需克服制程温度与塑料基板制程兼容性。

另一研发重点为挠曲操作下，软性TFT会出现临界电压瓢移（Threshold Voltage Shift）的现象，主要是因为外加应力造成闸极绝缘层与主动层内产生深层缺陷所致。其次像是载子移动率与次临界斜率等特性则较不为外加应力而改变。这些TFT特性的变化对于整合到软性TFT背板十分重要，如何避免因软性挠曲而造成TFT背板电性变化，将是软性AMOLED面板结构设计与驱动电路设计之重点。

工研院开发现况

图六所示为工研院显示中心于2010台湾光电展发表之摔不破的彩色屏幕-6吋AMOLED，采用涂布型的透明PI基板，在其上制作低温a-Si TFT与C-Si TFT背板，搭配自有的取下技术，可以轻易将背板取下，OLED则采用底部发光结构。面板亮度可达150nits，画素为320（RGB）×240，分辨率66ppi，厚度0.2mm，可弯曲之曲率半径小于50mm，并可连续弯曲超过5000次后AMOLED仍维持显示状态。

《图六 工研院显示中心于2010年台湾光电展发表之6.1吋软性AMOLED面板》

在软性基板技术方面，采用高透明度（>90％）、低热膨胀系数（

<60PPM/℃）与高制程耐热性（>200℃）之PI基板材料，并搭配特殊的离型层技术而直接将PI基板成膜于现有玻璃载板上；由于不需要贴合之黏胶，因此在TFT制程中经过多道的黄光与蚀刻制程仍可以保有准确的对位性精度，制程完成后可轻易取下，无残胶问题。因为基板已包含高透旋光性（>90％）与高阻水氧性的阻隔层结构而可以有效提升OLED组件的使用寿命。

在软性TFT技术方面，利用低温制程之a-Si TFT与C-Si TFT背板制作于透明的PI塑料基板上，并降低薄膜本质应力使得软性TFT背板不仅有良好的组件均匀性，同时在挠曲测试下仍拥有不错的组件可靠度，因此面板在制作完成取下后经过多次挠曲，用于驱动AMOLED面板依然展现不错的显示画面。

软性OLED组件方面，其中的有机发光材料是采用国内供货商提供，已自行设计之OLED Test Element Group（TEG）将玻璃上的底部发光结构转换至软性基板之上。以玻璃上OLED TEG组件之发光效率做为参考标准，效率分别为：绿色（荧光）11.5cd/A、蓝色（荧光）8.0cd/A、红色（磷光）7.5cd/A；另外在软性PI基板上OLED TEG组件之发光效率则为：绿色9.3cd/A、蓝色6.1 cd/A、红色6.4 cd/A。实际量测结果显示，软性OLED组件之上发光效率可维持在相较于玻璃OLED组件效率之75～85％。

软性封装与保护层必须经过特殊设计，才能确保无水氧渗透，经使用薄金属基板作为软性封装盖，以全面封止胶贴合方式制作全固态的软性AMOLED组件，以商品之一般规范60℃/90RH高温高湿作为AMOLED组件软性封装技术开发的验证指针，将软性封装组件在高温高湿60℃/90RH环境储存后检视组件发光区暗点（Dark Spots）状况，这样的标准有助于未来在软性封装材料、结构与制程上更符合未来量产的应用。

结语

与其他软性显示器技术如EPD与Ch-LC电子纸相比，软性AMOLED显示器在显示画质上可展现全彩显示与高对比度之优点，与播放多媒体影音等动态视频内容，适合高阶智能式行动装置之应用，其可弯卷软性面板与现有之玻璃基板显示器明显产生差异性。经DisplaySearch（图七）预测之全球软性OLED显示器成长趋势显示，预期在2011年将开始出现相关产品进入市场，并于2013年出货量将超过千万片，而在2015年，软性OLED面板将达到一亿元美金之产值规模。

《图七 全球软性OLED市场发展预测》 数据源：DisplaySearch

虽然现在软性OLED仍处于技术研发与试制品阶段，随着软性基板、TFT背板与OLED及封装等相关技术之发展，目前日韩厂商均积极开发相关技术，国内亦持续加码相关之研发推动之趋势，显示未来软性AMOLED产品化的可能性日益增高。此外软性AMOLED技术将有助于国内之显示器上中下游产业持续升级，除了将生产效能较不具竞争力之五代以下生产线重新转型于发展高附加价值之软性AMOLED显示器，亦可协助台湾其他产业，如塑化、设备等跨足电子显示领域，并加速材料厂商提升其技术竞争力，为我国显示产业再启一智能化生活与节能减碳之新契机。

---作者任职于工研院显示科技中心---