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oled的发展近况与愿景
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

【作者: 吳秉思】2001年05月01日 星期二

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由于OLED技术尚在萌芽阶段,因此在上一个十年时,错失投入显示器的业者,虽然无法在既有的显示器市场上占有一席之地,却可攀搭此现有显示器业者未必拥有绝对优势之OLED新技术。


LCD跨入显示器领域有相当高的门槛。 TFT-LCD不只需要庞大的资金,也得找到技术来源,但业者间的激烈竞争和面板价格的快速滑落,更令人却步。而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,其技术已经十分成熟。虽借用新开发技术使其脱胎换骨,彰显显示器的应用范围广泛,所需的特性不一,可找到利基点切入再伺机寻求技术突破,以扩大市场,OLED即是当中典型的例子。


OLED初期应用于手机

OLED应是跨世纪最热门的显示器技术,其掀起的热潮和震撼性,甚至可能高于八0年代末期,TFT-LCD的窜起。其原因乃是过去十几年来,业界对于平面显示器技术了解的程度已经大有进步,对OLED亦超过TFT-LCD;再者,OLED的设备投资远比TFT-LCD小,后PC时代有别于九0年代的PC挂帅的时代,OLED此一崭新的产品更能代表新时代、新气象的精神。


由于OLED技术尚在萌芽阶段,在上一个十年时,错失投入显示器的业者,既然无法在既有的显示器市场上占有一席之地,却可攀搭现有显示器业者未必拥有绝对优势之OLED此一新技术。然而,有意愿投入OLED者虽多,真正有实力和决心者其实并不多见。对于OLED未来发展的方向,各业者的解读未必一致,使其充满了多样性的色彩。


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行动电话手机。除了Pioneer制的产品成功地打入Motorola手机之外,Nokia也在公开的场合上,认为下一代手机面板主流虽LDC莫属,但有机EL的轻薄和在外来光源下仍能维持高对比,将是为手机采用的最大诱因。有机EL虽有先天的优点,唯仍在技术发展萌芽期,若干课题必须获得解决,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极具弹性和透明化的多功能开发等。同时,也传达到全彩化和大型化,方能扩大应用市场领域,引进主动矩阵技术是必要。未来两年将是有机EL开发的关键时期,若能在技术上予以突破,有机会迈入更大尺寸的市场,中日社便预测2003~2005年间,有机EL可在10~15吋上进入监视器和电视的市场。


《图一》
《图一》

大尺寸化技术障碍已被攻克

迄今为止,绝大部分业者均将OLED定位为应用于中小尺寸的市场,尤以需求量最大的行动电话手机,为发展初期的最佳目标。下个标的则为PDA和汽车导航系统。唯SONY独排众议,锁定OLED在中大尺寸的显示器应用上。 SONY最近揭露的OLED雏形为13吋,采用低温多晶矽TFT驱动方式,解析度为SVGA,画素间距为0.33*0.33㎜,亮度300ca/㎡;对比为200:1,预定在2003年量产。


该公司并声称在2003年时推出20~30吋HDTV型式的OLED显示器。业界之所以会将OLED定位在小尺寸应用,最大的考虑点就在于技术上的障碍。大尺寸的全彩OLED,需要高精密度的阴罩(Shadow Mask),和各画素的耦合十分困难,且各画素的亮度难以控制均匀。原来过去的大尺寸OLED,面临到亮度不够的问题,遂以2个TFT来写入电压,利用驱动TFT之闸电压调变OLED的电流大小。但每个TFT的特性都有差异,闸性电压所调变产生的电流直无法一致,导致亮度不均匀。


SONY则使用4个TFT来驱动1个画素,并利用特殊的电路设计,使两个邻近的TFT特性近似,而维持一定的电流值。此外,传统的OLED之构造,为EL细胞设计在玻璃基板下方,发光由下方反射(Bottom Emission),必须经过TFT电路,而使亮度减小。 SONY则将EL细胞移至TFT电路之上方,而成为上方发射(Top Emission)方式,使孔径比提​​高,而增加亮度。上方发射方式因而使该EL细胞缺乏基板之屏障;SONY另外开发出透明片,可隔绝氧气,并再加装无机保护膜,达到双重保障之目的。


整个面板的厚度仅有1.4㎜,寿命并未透露,商品化时的目标为1万小时以上。 SONY可能会利用和丰田所合资的ST LCD公司,利用既有的低温多晶矽技术,生产此OLED。 SONY在CRT和低温多晶矽上所具备的技术,比其他业者更适合跨入中大尺寸的OLED领域。 SONY原本就擅长TV相关的产品,直入百家争鸣的小尺寸OLED市场,并不拥有较好的竞争优势。SONY强调,OLED的性能可以超越CRT,未来将以此技术取代CRT在中大尺寸的市场;相对于以Sharp为首的LCD TV势力,以即以PDP为主轴的富士通等公司,形成第三种选择。


PDP低价化未见成效

SONY的逆向思考方式,和当今平面显示器大型化过程不顺畅也有关系。 TFT-LCD在生产上,较适合12~20吋,超过20吋之后,所需的近似半导体设备投资庞大,良率不容易提高,成本降低有极大的困难度。响应速度和视角亦是在TV应用上的一大问题。 FED和CRT一样是利用电子束激发,不易在厚度非常小的内部维持高真空和高阳极电压,商品化的极限可能在15吋左右。


PDP咸被视为大尺寸TV的最佳应用场合,但历经多年的发展后,成本难以如预期降低,成为拓展市场的绊脚石。此一问题系于制程过份复杂,PDP需匹配TV的高压阶画质,需要高价的驱动电路,执行超高速的交换(Switching);其3D的细胞架构,需要高价的材料方能工作,是第二个难以低价化的原因,至于OLED大尺寸化的困难已如前面所述,但有机萤光体效率高,寿命长和制造成本低为受到业界青睐的最重要原因。SONY则是以独立的力量,尝试突破OLED技术障碍,将是业界的一大创举。


美国一新创业公司iFire亦使用EL技术垂涎TV市场,唯其材料非有机而是无机厚膜,并和TDK合作开发,分别在1999年和2000年发表8.5吋和17吋的全彩雏型。在SONY未发表13吋的OLED之前,iFire认为PDP是无机EL最大的竞争技术,但后者却掌握了低价化的可能,使用后者技术的30~36吋的TV零售价格在2200~2500元间。该公司声称无机EL的设备投资额只有PDP的一半,在2003年可以完成34吋的开发;不过iFire在蓝光材料和寿命等问题的解决能力,却是业界最为质疑,且以其公司的规模根本无法推动匹配TV市场的大型量产。故业界对iFire多抱持好奇但不以为然的态度。


OLED朝向多元代的发展方式

SONY在中大尺寸OLED的动作,并不影响大部份已埋首小尺寸业者之开发计画,毕竟两者市场不仅有区隔技术发展方向,差异性亦大。在桌上型之中大尺寸显示器上,SONY径可引入4个TFT驱动画素;但在讲究低耗能的小尺寸上,就不能如此。现在各OLED业者无不设法引进新材料或其他新技术,以获取最佳化的性能。三洋电机和Kodak合作先行开发主动式全彩2.4吋和5.5吋,现则进行10吋的研发。此一合作被视为相当具竞争力的组合。


Kodak开发OLED已有10~15年经验,尤擅长低分子材料技术,拥有50个专利。只是长期以来,Kodak尽管开发出不少具创意的技术,在市场行销上却不尽理想,透过长于元件行销和生产的三洋之合作,得有互补之作用。三星和NEC的合资企业「Samsung NEC Mobile Display」则是另一个OLED的合作案,两公司各出资32亿和16.4亿日圆,开发主动式OLED,预定2003年开始量产。


若干业者先是从小尺寸切入,未来则有往大尺寸布局的计画,以使用高分子材料为代表。高分子材料专利以英国的CDT(Cambridge Display Technology)掌握最多,并和Epson、Pioneer合作开发。东芝原本对使用高分子抑制低分子材料,未表明确切态度,最近发表的技术则是用高分子材料。在大尺寸上完成绿色单色面板试制品,2001年内开始全彩之开发,预定在2003年开始展开NoteBook用10吋和2005年20吋TV用之面板量产计画。


日本精机取得Kodak技术,投入车用仪表OLED,预定2002年中旬量产,Philips、Siemens、杜邦和IBM等亦进军高分子OLED开发。 FED Virtual Vision研发重心由FED改为OLED,公司名称更改为eMagin,2001年初推出全彩SVGA样品,预定在2001年夏,量产头戴式用途(HMD)OLED。 OLED正如九○年代初期的TFT-LCD一样,迈入多元化应用方式,但在材料和驱动技术上则比TFT-LCD更具多样性。


未来两年是OLED技术发展关键期

有机EL相对于TFT-LCD的优势在于更轻薄化和不同背光、响应时间短。更直接地说,兼具使用塑胶基板STN-LCD的轻薄及TFT-LCD的彩色化、高速响应和广视角的双重优点,外加低耗电量,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年后,在此同时LCD的特性亦在积极改善中。


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,亟待突破此有限的隔局。在被动矩阵方面,构造上最大极限为240条扫描线,应朝低价化努力,可攻克部份STN-LCD市场。主动矩阵在导入低温多晶矽技术后,可大幅减少零组件数目,降低成本,并朝大尺寸面板开发。


这也难怪STN-LCD的领导业者Seiko Epson不得不承认有机EL有极高的潜力,却仍难一窥全貌。唯在有机EL迈入热络的开发期中,TFT-LCD仍持续在快速低价化;以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。经历未来2~3年内的观察期以后,大概才会对其后势发展有较具体的轮廓。但OLED在大尺寸的发展比预期快是值得注意的趋势。


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