下一代新興平面顯示器OLED之技術發展趨勢
由於有機電激發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)具備自發光、視角廣、解析度佳及高亮度等多項優點，被認為是下一世代的平面顯示器新興應用技術，因此目前全球有多家廠商投入研發，根據Stanford Resource的估計，1999年OLED全球銷售金額達300萬美元，2002年將大幅成長到2億美元，2005年時則可達到7.14億美元，未來可望與STN-LCD及TFT-LCD技術抗衡，本文將針對OLED目前技術優劣勢以及未來發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，全球產業研究中心整理；2000/05
◆OLED發展之緣由
有機EL(electroluminescence)發光元件依其所使用的有機薄膜材料不同，加上其具備發光二極體(Light-emitting diode，LED)整流及發光特性，利用材料特性，將電子由激態降為基態，而多餘的能量以不同的可見光波長釋出。其依材料區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公司(Eastman Kodak Co.)的C.W.Tang所發表，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(Cambrige Univ.)所提出。
◆OLED技術發展之優劣勢
˙OLED與高分子PLED之比較
OLED為自發光材料，不需用到背光板，同時視角廣、畫質均勻、反應速度快、較易彩色化、用簡單驅動電路即可達到發光、製程簡單、可製作成撓曲式面板，符合輕薄短小的原則，應用範圍屬於中小尺寸面板；但由於OLED驅動電壓較高、因此在能量上使用的效益較差。而PLED由於不需經過薄膜製程及高價的真空裝置，元件構造只有2層，較為簡單，因此在投資成本上較OLED低很多；但由於PLED在色彩的表現上不如OLED佳，每個顏色衰減常數不同，必須對色彩偏差做補償，同時頻寬又大，發光色彩不易調整，因此產品的壽命亦較短暫，目前PLED主要應用範圍以大尺寸面板為主。從產品的市場區隔來看，OLED的市場利基要往高單價、高附加價值的產品發展，而PLED則往大量而低單價的產品發展。
OLED與PLED之比較表
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比較項目 |
低分子(OLED) |
高分子(PLED) |
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材料 |
分子量約在數百 |
分子量約在數百至數百萬之間 |
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製程設備 |
真空蒸鍍 |
Spin coating Ink-Jet
目前噴墨方式是全彩化開發重點 |
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元件特性 |
發光效率高於151lm/W |
發光效率為101lm/W |
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專利授權 |
基礎專利在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 |
基礎專利在CDT，較開放，目前台灣是授權於翰立光電 |
Source：工研院材料所，全球產業研究中心整理；2000/10
˙OLED與LCD技術之比較
OLED的關鍵元件包括ITO導電玻璃、小分子有機材料、封裝相關材料、高純度金屬材料、多晶矽TFT技術及驅動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導電玻璃，厚度合計小於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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項目 |
OLED |
TFT-LCD |
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發光類型 |
自發光 |
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吋以下產品 |
可至28吋或30吋以下產品 |
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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 |
佳 |
佳 |
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反應時間 |
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家日本業者，台灣4家
(包括積極研發階段，尚未量產) |
日本20家，韓國3家，
台灣7家 |
Source：Nikkie Electronics，全球產業研究中心整理；2000/05
◆OLED目前彩色化方式以3色發光方式為主
OLED以彩色化的方式區分，可分為「3色發光結構」、「色變換結構」、以及「彩色濾光膜」等3種方式。由於3色發光結構哂锚毩?l光材料RGB(紅綠藍)3色進行排列，具有發光效率佳的特性，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，因此色彩的精細度較差。而色變換方式則是以藍色發光材料進行發光，發光時中間隔上一層薄膜，因此發光效率不如3色發光方式佳。彩色濾光片則是以白光發光材料進行發光，中間加了一層彩色濾光片，因此發光效率亦不如3色發光方式佳，目前擁有白光技術的廠商並不多。
OLED彩色化3種發光方式之比較
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比較項目 |
3色發光結構 |
色變換結構 |
彩色濾光膜 |
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發光方式 |
以紅綠藍3色為獨立發光材料，進行發光 |
以藍光發光材料加上薄膜進行發光 |
以白光發光材料加上彩色濾光片進行發光 |
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發光效率 |
優 |
可 |
差 |
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精細度 |
平 |
佳 |
佳 |
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優點 |
對比性佳 |
高效率、廣視角 |
與液晶使用的材料相同 |
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研發廠商 |
Pioneer、NEC |
出光興業 |
TDK |
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開發技術關鍵 |
RGB3色的色彩純化度及發光效率持久性 |
藍光發光材料的發光效率及純度 |
白光發光材料長壽命、高效率的產品尚未研發出來 |
Source：FPD Technology Forum，全球產業研究中心整理；2000/04
◆目前OLED產品商品化之驅動方式以被動式為主，未來朝主動式發展
OLED的驅動方式是屬於電流驅動，可分為被動矩陣(passive)與主動矩陣(active)兩種方式，目前商品化產品僅只有被動矩陣方式。被動方式的構造較於簡單，驅動視電流決定灰階，應用在小尺寸產品上的解析度及畫質表現還算不錯，但若要往大尺寸應用產品發展，恐怕會提高消耗電量、壽命降低的問題發生。的因應之道是採用主動驅動方式，因為主動的電流整流性較被動方式佳，不易產生漏電現象，同時使用在低溫多晶矽(Poly-si)TFT技術時，電流可以產生阻抗較低的小型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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瞬間高亮度發光 |
連續發光 |
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面板外附IC |
TFT驅動電路 |
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線逐步掃描 |
線逐步抹寫資料 |
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階調控制容易 |
在TFT基板上形成有機EL像素 |
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交貨期短、設計變更容易 |
發光元件壽命長 |
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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；全球產業研究中心整理；2000/08
◆結論
目前OLED所使用的ITO導電玻璃材料，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，導致發光效率無法持久，因此在材料的使用上，可撓性面板較有機會的取代玻璃基板；此外，在色彩的純化上，升華次數越多，純度越高、亮度越高、壽命越長(目前色彩的純化度較佳可達80%至90%，不佳的狀況甚至達到50%)，但相對的產品上的利潤是否能支持此一技術也是需要考慮的重點，廠商需視顧客對產品的需求而決定投入純化的次數。:
