下一代新興平面顯示器OLED之技術(shù)發(fā)展趨勢
由於有機(jī)電激發(fā)光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)具備自發(fā)光、視角廣、解析度佳及高亮度等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一世代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)，因此目前全球有多家廠商投入研發(fā)，根據(jù)Stanford Resource的估計(jì)，1999年OLED全球銷售金額達(dá)300萬美元，2002年將大幅成長到2億美元，2005年時則可達(dá)到7.14億美元，未來可望與STN-LCD及TFT-LCD技術(shù)抗衡，本文將針對OLED目前技術(shù)優(yōu)劣勢以及未來發(fā)展趨勢做一深入探討。
平面顯示器性能比較
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方式 |
OLED |
LTPS |
TFT-LCD |
TN/STN |
PDP |
CRT |
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彩色化 |
△ |
◎ |
◎ |
○ |
○ |
○ |
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廣視角 |
◎ |
○ |
○ |
○ |
◎ |
◎ |
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解析度 |
○ |
◎ |
○ |
○ |
◎ |
○ |
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耗電量 |
○ |
○ |
○ |
◎ |
△ |
╳ |
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可靠度 |
△ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
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反應(yīng)速度 |
◎ |
○ |
○ |
△ |
○ |
△ |
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輕薄化 |
◎ |
○ |
○ |
○ |
△ |
╳ |
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成本 |
○ |
△ |
○ |
◎ |
╳ |
◎ |
性能比較：◎>○>△>╳
Source：工研院電子所，全球產(chǎn)業(yè)研究中心整理；2000/05
◆OLED發(fā)展之緣由
有機(jī)EL(electroluminescence)發(fā)光元件依其所使用的有機(jī)薄膜材料不同，加上其具備發(fā)光二極體(Light-emitting diode，LED)整流及發(fā)光特性，利用材料特性，將電子由激態(tài)降為基態(tài)，而多餘的能量以不同的可見光波長釋出。其依材料區(qū)分大致可分為小分子系及高分子系兩種，小分子系是以染料及顏料為材料，稱為OLED，在1987年由美國伊士曼柯達(dá)公司(Eastman Kodak Co.)的C.W.Tang所發(fā)表，高分子系式以共軛性高分子為材料，則稱為PLED(Polymer Light-emitting Diode)或LEP(Light-emitting Polymer Device)，是由英國劍橋大學(xué)(Cambrige Univ.)所提出。
◆OLED技術(shù)發(fā)展之優(yōu)劣勢
˙OLED與高分子PLED之比較
OLED為自發(fā)光材料，不需用到背光板，同時視角廣、畫質(zhì)均勻、反應(yīng)速度快、較易彩色化、用簡單驅(qū)動電路即可達(dá)到發(fā)光、製程簡單、可製作成撓曲式面板，符合輕薄短小的原則，應(yīng)用範(fàn)圍屬於中小尺寸面板；但由於OLED驅(qū)動電壓較高、因此在能量上使用的效益較差。而PLED由於不需經(jīng)過薄膜製程及高價的真空裝置，元件構(gòu)造只有2層，較為簡單，因此在投資成本上較OLED低很多；但由於PLED在色彩的表現(xiàn)上不如OLED佳，每個顏色衰減常數(shù)不同，必須對色彩偏差做補(bǔ)償，同時頻寬又大，發(fā)光色彩不易調(diào)整，因此產(chǎn)品的壽命亦較短暫，目前PLED主要應(yīng)用範(fàn)圍以大尺寸面板為主。從產(chǎn)品的市場區(qū)隔來看，OLED的市場利基要往高單價、高附加價值的產(chǎn)品發(fā)展，而PLED則往大量而低單價的產(chǎn)品發(fā)展。
OLED與PLED之比較表
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比較項(xiàng)目 |
低分子(OLED) |
高分子(PLED) |
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材料 |
分子量約在數(shù)百 |
分子量約在數(shù)百至數(shù)百萬之間 |
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製程設(shè)備 |
真空蒸鍍 |
Spin coating Ink-Jet
目前噴墨方式是全彩化開發(fā)重點(diǎn) |
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元件特性 |
發(fā)光效率高於151lm/W |
發(fā)光效率為101lm/W |
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專利授權(quán) |
基礎(chǔ)專利在Kodak，過去較為保守；由於專利快到期，於1999年第2季開始積極授權(quán) |
基礎(chǔ)專利在CDT，較開放，目前臺灣是授權(quán)於翰立光電 |
Source：工研院材料所，全球產(chǎn)業(yè)研究中心整理；2000/10
˙OLED與LCD技術(shù)之比較
OLED的關(guān)鍵元件包括ITO導(dǎo)電玻璃、小分子有機(jī)材料、封裝相關(guān)材料、高純度金屬材料、多晶矽TFT技術(shù)及驅(qū)動IC，以材料的需求面來看，TFT-LCD需要玻璃基板、背光板、偏光板、彩色濾光片以及液晶材料等等，組合起來的面板厚度為1公分；但OLED材料則包括1片約1.3mm的玻璃基板及小於0.3mm的高純度金屬材料及ITO導(dǎo)電玻璃，厚度合計(jì)小於2mm，OLED比TFT-LCD減少許多材料，因此具有低成本化的潛力(大約比TFT-LCD低10%至30%，比STN-LCD高10%)。
OLED面板與LCD面板之比較
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項(xiàng)目 |
OLED |
TFT-LCD |
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發(fā)光類型 |
自發(fā)光 |
需要背光或周圍光源 |
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色彩顯示方法 |
RGB螢光材料整齊排列，或是使用彩色濾光片、利用色轉(zhuǎn)換方式 |
使用彩色濾光片 |
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面板大小 |
初期在8吋或10吋以下產(chǎn)品 |
可至28吋或30吋以下產(chǎn)品 |
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視角 |
170-180度 |
水平120-170度 |
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亮度 |
100 cd/m 2 |
70 cd/m 2 |
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輝度 |
161m/W |
4-61m/W |
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對比 |
佳 |
100：1 |
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畫質(zhì) |
佳 |
佳 |
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反應(yīng)時間 |
10ms |
20ms |
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操作溫度 |
80∘ |
0-50∘ |
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電力消耗 |
比反射形LCD面板稍高，
可以降至大約1mW |
有背光的消耗量大 |
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驅(qū)動方式 |
3-9V DC |
3-15V DC |
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面板厚度 |
1mm以上 |
5mm(含背光) |
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面板 |
以行動電話而言比LCD輕 |
以行動電話而言在10g以下 |
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製造商 |
7家日本業(yè)者，臺灣4家
(包括積極研發(fā)階段，尚未量產(chǎn)) |
日本20家，韓國3家，
臺灣7家 |
Source：Nikkie Electronics，全球產(chǎn)業(yè)研究中心整理；2000/05
◆OLED目前彩色化方式以3色發(fā)光方式為主
OLED以彩色化的方式區(qū)分，可分為「3色發(fā)光結(jié)構(gòu)」、「色變換結(jié)構(gòu)」、以及「彩色濾光膜」等3種方式。由於3色發(fā)光結(jié)構(gòu)哂錨毩?l光材料RGB(紅綠藍(lán))3色進(jìn)行排列，具有發(fā)光效率佳的特性，不需再加上彩色濾光片或色彩變換層的薄膜，為目前投入廠商最普遍之使用方式；但由於3色法製程是採用遮罩(shadow mask)蒸鍍法，因此色彩的精細(xì)度較差。而色變換方式則是以藍(lán)色發(fā)光材料進(jìn)行發(fā)光，發(fā)光時中間隔上一層薄膜，因此發(fā)光效率不如3色發(fā)光方式佳。彩色濾光片則是以白光發(fā)光材料進(jìn)行發(fā)光，中間加了一層彩色濾光片，因此發(fā)光效率亦不如3色發(fā)光方式佳，目前擁有白光技術(shù)的廠商並不多。
OLED彩色化3種發(fā)光方式之比較
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比較項(xiàng)目 |
3色發(fā)光結(jié)構(gòu) |
色變換結(jié)構(gòu) |
彩色濾光膜 |
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發(fā)光方式 |
以紅綠藍(lán)3色為獨(dú)立發(fā)光材料，進(jìn)行發(fā)光 |
以藍(lán)光發(fā)光材料加上薄膜進(jìn)行發(fā)光 |
以白光發(fā)光材料加上彩色濾光片進(jìn)行發(fā)光 |
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發(fā)光效率 |
優(yōu) |
可 |
差 |
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精細(xì)度 |
平 |
佳 |
佳 |
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優(yōu)點(diǎn) |
對比性佳 |
高效率、廣視角 |
與液晶使用的材料相同 |
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研發(fā)廠商 |
Pioneer、NEC |
出光興業(yè) |
TDK |
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開發(fā)技術(shù)關(guān)鍵 |
RGB3色的色彩純化度及發(fā)光效率持久性 |
藍(lán)光發(fā)光材料的發(fā)光效率及純度 |
白光發(fā)光材料長壽命、高效率的產(chǎn)品尚未研發(fā)出來 |
Source：FPD Technology Forum，全球產(chǎn)業(yè)研究中心整理；2000/04
◆目前OLED產(chǎn)品商品化之驅(qū)動方式以被動式為主，未來朝主動式發(fā)展
OLED的驅(qū)動方式是屬於電流驅(qū)動，可分為被動矩陣(passive)與主動矩陣(active)兩種方式，目前商品化產(chǎn)品僅只有被動矩陣方式。被動方式的構(gòu)造較於簡單，驅(qū)動視電流決定灰階，應(yīng)用在小尺寸產(chǎn)品上的解析度及畫質(zhì)表現(xiàn)還算不錯，但若要往大尺寸應(yīng)用產(chǎn)品發(fā)展，恐怕會提高消耗電量、壽命降低的問題發(fā)生。的因應(yīng)之道是採用主動驅(qū)動方式，因?yàn)橹鲃拥碾娏髡餍暂^被動方式佳，不易產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，同時使用在低溫多晶矽(Poly-si)TFT技術(shù)時，電流可以產(chǎn)生阻抗較低的小型TFT，符合大尺寸、大畫面OLED顯示器的需求。
主動矩陣與被動矩陣驅(qū)動方式比較
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被動式OLED |
主動式OLED |
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瞬間高亮度發(fā)光 |
連續(xù)發(fā)光 |
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面板外附IC |
TFT驅(qū)動電路 |
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線逐步掃描 |
線逐步抹寫資料 |
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階調(diào)控制容易 |
在TFT基板上形成有機(jī)EL像素 |
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交貨期短、設(shè)計(jì)變更容易 |
發(fā)光元件壽命長 |
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8吋以下單色、多彩及全彩顯示器 |
8吋以上全彩顯示器 |
Source：出光興產(chǎn)；全球產(chǎn)業(yè)研究中心整理；2000/08
◆結(jié)論
目前OLED所使用的ITO導(dǎo)電玻璃材料，在製程上由於要塗上多層薄膜以阻隔水氣及氧氣，此一製程易侵蝕OLED元件本身的壽命，導(dǎo)致發(fā)光效率無法持久，因此在材料的使用上，可撓性面板較有機(jī)會的取代玻璃基板；此外，在色彩的純化上，升華次數(shù)越多，純度越高、亮度越高、壽命越長(目前色彩的純化度較佳可達(dá)80%至90%，不佳的狀況甚至達(dá)到50%)，但相對的產(chǎn)品上的利潤是否能支持此一技術(shù)也是需要考慮的重點(diǎn)，廠商需視顧客對產(chǎn)品的需求而決定投入純化的次數(shù)。:
