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有机EL的崛起与市场契机
 

【作者: 吳秉思】2001年02月01日 星期四

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有机EL在2000年被认为是最热门的新兴产品,日本业界甚至形容它为「梦幻般的显示器」。有机EL如此被重视,并不完全在于市场规模的大小,而在于用最小的资本额,做为跨入前瞻性显示器领域的踏脚石(表一)。日本业界对于有机EL的市场分析,看法有所分歧;但却同意有机EL在2002年前后,将是最关键的时刻,其转折点在于能否解决全彩化的技术问题。倘若成功突破关卡,则在2005年时,可望摆脱LCD的钳制,开发真正发挥市场的潜力(表二)。



《表一 》
《表一 》

《表二 》
《表二 》

以立足利基市场为必要手段

显示器领域进入门坎相当高,TFT-LCD不只需要庞大的资金,还得寻找技术来源。而业者间的激烈基础竞争、面板价格的快速滑落,更是令人却步。STN所需的资金较少、技术障碍较低;但市场规模比TFT小,分食大饼者众。再加上其技术已十分成熟,难借用新开发技术使其脱胎换骨。


可喜的是,显示器的应用范围广,所需特性不一;如能找到利基点切入,再伺机寻求技术突破,以扩大市场的方式来经营,仍有相当可期的市场潜力。如以硅晶圆为基板的LCOS(LC on Silicon),可直接利用现行半导体设备制造,毋需再额外投资昂贵的前段生产设备;并利用硅制程的微细化,使小尺寸的面板可以达到极高的分辨率,成本就会比高温多晶硅的LCD来得低。


碧悠即选择LCDS为前瞻性产品,和英国MicroPix合作。碧悠在后段处理以及对液晶材料的丰富经验,结合MicroPix在前后电路的技术,自是最佳的组合。SeikoEpson长年开发的TFD,强调兼具高速响应和低秏电的双主优点,适用在不注重画质,但需显现动态影像的携带式装置上;也是回避主流技术,另创市场发展空间的一例。


新兴业者跨入显示器的最佳切入点

有机EL能做为台湾业界跨入显示器产业的最佳跳板的理由可归纳如下:


1.所需资本额不多:仅数亿规模,约占TFT-LC生产线的一成,风险不大。部份设备可由光盘生产设备转用,这正是铼德进入此市场的原因之一。


2.应用领域范围弹性大,可改亦可退:有机EL市场和中小尺寸STN-LCD的重迭性颇高,也有机会可升级吃下TFT LCD的应用市场。


3.通路宽阔:大致和中小尺寸STN相似。


4.有机会直入前瞻性的高科技产业:有机EL势必和低温多晶硅技术相结合,发展出主动矩阵面板。在过去的模式中,低温多晶硅技术是发展在TFT-LCD上,用意在于强化LCD性能,终极目的则为取代既有的非晶硅技术。故锁定的市场较倾向于中大尺寸,投资规模需向现有的TFT-LCD生产线看齐。


新兴企业欲避开非晶硅,直接投入低温多晶硅,在LCD领域上的障碍是很高的;反之在有机EL上,需再加诸的投资则有限。而低温多晶硅的技术,是完成系统面板(System-on-a-Panel)的必要手段,藉此可由面板的角度直接切入微电子领域。


各方业者投入动机不一

上述四个主因,是推动中小企业非显示器业者的取得切入点之背景动机。对大尺寸TFT-LCD业者而言,有机EL亦可视为在低温多晶硅技术上,小试身手的试炼场;并由此涵盖小尺寸面板的产品线,达碁即是此类典型代表。事实上,在日本对有机EL十分热衷的业者,也有类似于达碁的心态,如NEC。


另一类型业者是视有机EL为现在产品的竞争技术,而索性也跳入开发,防范将来侵蚀既有产品市场,如台湾的STN业者、日本的SeikoEpson等。有机EL掀起的旋风令人刮目相看,其实质意义的确超越了市场大小的诱惑。然而部份日系LCD业者并不为所动,如Sharp、日立等。已在低温多晶硅LCD投注不少心力的三洋和东芝,则趁此运用在有机EL,藉此增加其附加价值,达到技术在利用的目的。总之,投入有机EL开发的业者,皆有其十足的动机与背景因素。


努力空间仍大

初期有机EL牵动市场的力量,来自于小尺寸面板需求量最大的移动电话手机。除了Pioneer制的产品成功打入Motorola手机外,Nokia也在公开场合表示,下一代手机面板主流非LCD莫属。关键在于有机EL的轻薄,和其在外来光源下仍能维持高对比度的特性,将是被手机采用的最大诱因。然有机EL虽有先天的优点,唯仍在技术萌芽期,若干课题必须及时获得解决,才可能挤入主流市场。


这些问题包括发光效率和耐久性等基本性能的提升、生产工程的低价化以及具弹性和透明化的多功能开发等;同时也必须达到全彩化和大型化的领域,引进主动矩阵技能是必要(表三)。未来两年将是有机EL开展的关键时期,若能扩大应用市场领域,在技术上予以突破,将有机会迈入更大尺寸的市场。中日社便预测在2003~2005年间,有机EL可在10~15吋上进入监视器和电视机市场;而野村综合证券则预测2005年时,有机EL电视开始出货,年出货量约为8万台;到2006年时则增加为25万台。


《表三 》
《表三 》

主动矩阵仍在开展阶段

在2000年的国际显示器学会展览上(SID2000),铼德、Philips和杜邦展现了单纯矩阵驱动多色有机EL的技术。铼德的面板为96*64画素,可显示红色和绿色,大小为3.1吋,2000年4月起有产2.4万片。Philips的1.4吋面板为红绿两画素交错配置,每色各16灰阶,可显示256种颜色,亮度200cd/m2,电力消秏为46mn(文字显示)或96mw(影像显示)或44mw(待机)。


其发光层是由英国CDT和德国Covion所提供的高分子材料,其宣称比传统的真空溅渡法所需的制造成本低。至于杜邦所开发的面板,则是供PDA使用,黄色发光,使用其所并购的Vniax之高分子材料技术,预计2年后开发多色机种,5年内达全彩。


未来锁定中大尺寸开发

在主动矩阵方面,进度最快的首推三洋电机和Kodak共同开发计划,并已发表的5.5吋彩色有机EL,其画素数320*240,电力消秏为2W,唯红色的色纯度并不足。三洋在2000年内将推出手机用之多色型面板,并予以量产。该公司表示,在手机面板的市场中,非反射式LCD和有机EL不可。若考虑价格问题,反射式LCD则为首选;但在强调亮度的场合下,有机EL是不二选择。三洋和Kodak合作的5.5吋面板,预定在2002年第1季量产;三洋现则致力4~10吋面板的开发,并和日本真空技术公司合作,开发大型面板制造设备,朝15吋目标前进。


量产设备和材料技术尚未成熟

有机EL设备上,其电力消秏为LCD的1/3,视角宽广,可自发光响应速度为TFT-LCD的100倍以上,约1μs。只需要5~10V的低电压驱动,在轻薄化和耐冲撞上特性亦很好。不少业者投入有机EL的另一主因,即是因上述的物理条件,毋需如TFT-LCD一般,得在面板设计技术的改良以及模块的生产上大费周章;而可将研发重心全力投入材料和制程开发,省略烦琐的制造程序。目前有机EL最大的课题是量产装置尚未成熟,材料开发更是得加把劲,特别是红色发光材料的开发。


未来2~3年是开发关键观察期

现阶段有机EL的市场定位,恰好卡在TFT-LCD高阶及STN低阶产品的狭缝间,亟待突破此有限的格局。在被动矩阵方面,构造上最大极限为240条扫描线,因此应朝低价化努力,即可攻克部份STN-LCD市场。主动矩阵在导入低温多晶硅技术后,可大幅减少零件数目,降低成本,并朝大尺寸面板开发。


这也难怪STN-LCD的领导业者SeikoEpson不得不承认有机EL的极高潜力,然现仍难一窥全貌。唯在有机EL迈入热络的开发期中,TFT-LCD所累积的庞大资源和经济规模体制下,有机EL对整体显示器产业的渗透程度在五年内恐怕不会太大(表四)。经历未来2~3年内的观察期之后,大概才会对其后续发展有较为具体的轮廓。



《表四 》
《表四 》

有机EL相对于TFT-LCD的优势,在于更轻薄化和不用背光、响应时间短。更直接说,兼具使用塑料基板之STN-LCD的轻薄以及TFT-LCD的彩色化、高速响应和广视角的双重优点,外加低秏电量,这正是其攻占手机市场最大的利器。不过有机EL的技术开发尚在萌芽阶段,若干关键性技术问题尚待克服。大规模量产应在2002年以后,同时LCD的特性亦在积极改善中。故有机EL应首先找到可立足的利基点,而非全面性对抗LCD(表五)。



《表五 》
《表五 》

迈入主动矩阵技术才能大有可为

以Motorola采购Pioneer的有机EL为例,画素只有96*32,根本不适合亚太地区至少需96*48画素的汉字显示基本需求,亦即只能打入西方文字市场。Motorola采用的理由系着眼于其多色、高亮度而产生的高办识性效益。未来有机EL若不能进一步提高画素,将限制其发展性。如3G的动态影像显示,不只需要彩色,更至少要320*240的画素水平。


现行的有机EL,基于制造成本和技术障碍的考虑,大多采用简单矩阵方式,根本无法满足以上规格的要求。理由是分辨率提高,即需要更多的扫描线,每单位时间承受电流量加大,使材料寿命缩短。


故有机EL欲扩大应用层面,必须解决分辨率问题,采用主动矩阵是未来必要的手法。业界通常倾向直接移植已具相当成熟技术基础的TFT-LCD之主动矩阵到有机EL上,藉此节省开发成本;并径利用TFT-LCD现有的生产设备,有效减少投资成本。


但TFT-LCD的运作原理和有机EL有所差别,前者是利用电压的变化来控制液晶的光透过率;后者则是用电流来控制亮度,故该矩阵在设计上必须再做改良。东芝和三洋电机即采用其多晶硅TFT的生产线在有机EL上,两者在前段制程上几乎一样,将TFT与驱动电路一起做在玻璃上,只有在后段不同;LCD是得把液晶注入并产封,有机EL则需在有机EL膜上做真空溅镀。知名的有机EL业者如(表六)所列。



《表六 》
《表六 》

低温多晶硅(以下以Poly-Si代称),为继现在的LCD主流非晶硅(以下以A-Si代称)之后的下一代技术。但从目前的发展迹象,并无明显大幅进展至Poly-Si的状况。事实上A-Si发展要成熟得多,业界无论在量产技术和面板设计技术的掌握度上都较游刃有余,短时间内Poly-Si仍无法企及。


大部份的LCD领导业者,仍倾向把大笔资投入A-Si生产线的更大型基板生产线,以强化生产效益。Poly-Si仍被定位在具业务性的应用领域上,尤其是有机EL崛起之后,此色彩便更加浓厚。


低温多晶硅LCD生产集中在三大制造商

因1998年业界正式投入Poly-Si LCD的量产以来,至今真正从事大规模量产恐只有Sony(ST-LCD)、东芝和三洋三家而已(表七)。其他业者大多只是小规模量产或试产,但并无立即积极转入量产的行动(表八)。Electronic Journal估计1999年的Poly-Si LCD全球市场为633亿日圆,2000年可成长至1000亿日圆。主要的三大领导业者排名和市场占有率则大致不变。


《表七 》
《表七 》

《表八 》
《表八 》

Poly-Si最主要的市场,在需要小型和高分辨率的应用市场上(约2~3.5吋),如数字相机和数字摄影机。近年来4吋等级产品逐渐出笼,估计2~4吋将是2000年后的市场主力。此外薄型Notebook也渐成为目标市场,以东芝最为积极。目前东芝的Poly-Si的产品最为广泛,从PDA用的4吋VGA到11.3吋的XGA Notebook,一应俱全。Poly-Si下一个深具潜力的应用,为8~10吋的宽屏幕DVD随身看,其需要高分辨率以显示字幕。


1999年以后有机EL的窜起,使Poly-Si技术跟着水涨船高。有机EL固然在轻薄化、省电化和文字辨视容易上有利,但在高分辨率化上则有相当程度的困难;若无法实时解决,将丧失在移动电话手机市场逐鹿的最佳机会。Poly-Si所提供的TFT主动矩阵驱动、驱动电路和TFT可同时整合制造,恰可在保持轻薄化优势的情形下,一并解决上述分辨率的问题。由此看来,Poly-Si俨然变成横跨小尺寸LCD和有机EL的共同必要技术。除此之外,Ploy-Si还可以使2.5吋的面板具备200ppi的高析度。


主要业者产品策略差异

三洋和东芝不只以Poly-Si在LCD上大张旗鼓,也积极以此技术为主轴,跨入有机EL。三洋已在构筑有机EL的试产线,并已发表以Poly-Si为基础之2.4吋的有机EL,和1.5吋反射/半透过型LCD;希以此两产品,撗扫未来的移动电话手机和摄影机小尺寸市场。


东芝的Poly-Si产品策略和三洋略有不同,其在LCD的应用并不集中在小尺寸上,毕竟东芝在携带式数字消费电子产品上较为薄弱,遂将重点摆在东芝最擅长的大尺寸Notebook上。但东芝已把小尺寸面板锁定在主动矩阵的有机EL(以Poly-Si解决)上,并决定在2001年起开始生产,确切应用产品的细节则未披露。Sony拟以反射式Poly-Si LCD跨入手机面板的领域,业界传闻该公司有可能也跨足有机EL。


2001年后开发甚为活络

除了上述三大业者之外,2001年起将陆续有文字业者涉足Poly-Si。松下2001年起将开始生产摄影机用2.5吋Poly-Si LCD。SeikoEpson预定2002年起生产手机用Poly-Si LCD,并已试制主动矩阵有机EL。业界判断该公司跨入Poly-Si LCD只是伏笔,真正动机在于运用Poly-Si在有机EL上。富士通、三星和LG Philips预料也将有Poly-Si LCD的量产计划。


台湾业界包含有三家业者会投入Poly-Si的开发,包括统宝、达碁和铼德。统宝直接切入LCD;达碁则是LCD、EL通吃,而铼德则是定位在EL的部分。Poly-Si的研发将会日趋热络;不只可同时立足LCD和EL,更可在2000年下半年进一步迈入SOG(System on Glass)的新纪元。


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