全球有機(jī)EL產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)況
時間:2005-09-07
況
有機(jī)電激發(fā)光顯示技術(shù)（Organic Electro Luminescence），簡稱為OEL，是最近幾年相當(dāng)熱門的話題，無論是國內(nèi)國外，都有相當(dāng)多信息報導(dǎo)，其未來市場前景也吸引了產(chǎn)業(yè)界許多廠商的投入開發(fā)，儼然成為一個未來的明星產(chǎn)品，并且被喻為下一世紀(jì)的平面顯示技術(shù)，那么此技術(shù)究竟有什么魅力，可吸引這么多的廠商投入研發(fā)呢？本文將從技術(shù)的發(fā)展趨勢，簡述目前產(chǎn)業(yè)界的發(fā)展動向，展望未來有機(jī)電激發(fā)光顯示技術(shù)的發(fā)展。
一.有機(jī)電激發(fā)光元件的起源
有機(jī)電激發(fā)光元件的技術(shù)依其所使用的有機(jī)薄膜材料的不同，大致可分為二類，一是以染料及顏料為材料之小分子元件（molecule -based device）系統(tǒng)，另一則以共軛性高分子為材料之高分子元件系統(tǒng)（polymer-based device）。由于有機(jī)電激發(fā)光元件具有發(fā)光二極體（light- emitting diode, LED）整流與發(fā)光的特性，因此小分子有機(jī)電激發(fā)光元件亦被稱為OLED，高分子有機(jī)電激發(fā)光元件則被稱為PLED。
OLED的研究從1963年起，以anthracence分子之單晶外加電壓而發(fā)光開始，因?yàn)楫?dāng)時的操作電壓太高，并沒有受到太多的重視，直到1987年Kodak公司發(fā)表了采用蒸鍍方法，制作出含電子電洞傳遞層之雙層式的有機(jī)薄膜元件，此元件的效能有大幅的改進(jìn)，因此逐漸受到大家的重視，當(dāng)時使用的元件結(jié)構(gòu)為ITO/Diamine/Alq3/ Mg:Ag，具有1%的外部量子效率（external quantum efficiency），在低于10V的操作電壓下 ，有超過100 cd/m2的亮度。
PLED則始于1990年英國劍橋大學(xué)的研究成果，首先將PPV應(yīng)用在有機(jī)電激發(fā)光元件上，其結(jié)構(gòu)為ITO/PPV/Ca，此元件發(fā)黃綠光，量子效率為0.05%。正是這二個研究成果的發(fā)表，帶動起有機(jī)電激發(fā)光元件技術(shù)的研究起源。
二.有機(jī)電激發(fā)光元件與原理
有機(jī)電激發(fā)光元件的發(fā)光原理和發(fā)光二極體的發(fā)光原理相似，因此才有OLED及PLED的稱呼，同樣是利用材料的特性，將電子電洞在發(fā)光層上結(jié)合，而將電子由激發(fā)態(tài)的形式降回基態(tài)，而將多余的能量以波的形式釋出，因而達(dá)到有不同波長的發(fā)光元件的產(chǎn)生。從目前有機(jī)電激發(fā)光元件的技術(shù)發(fā)展情況看來，綠光、藍(lán)光、紅光都有相關(guān)的材料開發(fā)，其中以綠光的技術(shù)最成熟，而紅光的技術(shù)正在加緊研發(fā)中。正因?yàn)橛袡C(jī)電激發(fā)光元件有自發(fā)光、大面積面型發(fā)光、低電壓驅(qū)動等特性，所以被業(yè)界看好，將其商品化，準(zhǔn)備在平面顯示器的領(lǐng)域中與其他類型的產(chǎn)品比試。
三.有機(jī)電激發(fā)光元件的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況
從1987年Kodak和1990年英國劍橋大學(xué)，先后對OLED及PLED的技術(shù)發(fā)表研究成果至今，在短短的10年內(nèi)，已有相當(dāng)成效的進(jìn)展，尤其在發(fā)光效率的提升方面，進(jìn)展更是快速，如OLED綠光元件的發(fā)光效率自1987年Kodak的1.5 lm/W，至今Pioneer已可達(dá)16 lm/W ，而PLED元件效率的進(jìn)展更是快速，自1990年Cambridge大學(xué)所發(fā)表的小于0.1 lm/W的黃綠光元件，至今CDT綠光元件已超過20 lm/W，其進(jìn)展的速度相當(dāng)快。有機(jī)電激發(fā)光技術(shù)會發(fā)展這么迅速，主要是因?yàn)橛斜姸嗟膹S商投入研究開發(fā)，另外就是制程比發(fā)光二極體的制作較容易，因有機(jī)電激發(fā)光元件的制程，是不需要長晶格的制程，也沒有晶粒制作的程序，而是一個大面積的涂布制程，不像發(fā)光二極體有許多復(fù)雜的制程，因此目前發(fā)展進(jìn)度比較快速。
有機(jī)電激發(fā)光技術(shù)發(fā)展至今，第一個商品化的產(chǎn)品，是1997年P(guān)ioneer推出的256×64點(diǎn)單色汽車音響面板用的顯示器，Pioneer的技術(shù)是授權(quán)于Kodak，而Pioneer同時展示320×240點(diǎn)的彩色顯示元件。 在1997年和1998年間Idemitsu Kosan和NEC都推出彩色主動式驅(qū)動的彩色顯示器，其解析度為320×240點(diǎn)，尤其Idemitsu Kosan推出的相當(dāng)積極，分別在1997年完成10寸VGA（480× 640）雛形機(jī)，1998年，與日本真空技術(shù)合作，開發(fā)出20寸（36cm×46cm）的藍(lán)光單色有機(jī)電激發(fā)光顯示器，讓有機(jī)電激發(fā)光元件技術(shù)，向更大的顯示尺寸進(jìn)展。另外CDT結(jié)合Epson和TDK分別推出畫素320×240的單色顯示器，而全世界有超過60家公司，投入有機(jī)電激發(fā)光元件的研究，而且有些廠商采取策略聯(lián)盟的型態(tài)發(fā)展，可見得這個技術(shù)目前受到重視的程度。 綜上所述，有機(jī)EL具有高亮度、自體發(fā)光等特性，同時擁有與CRT相當(dāng)?shù)膹V視角，以及可順暢顯示動畫的高速回應(yīng)速度等優(yōu)勢。因此自誕生之日起逐漸成為市場關(guān)注的焦點(diǎn)是其具有的優(yōu)點(diǎn)所決定的。
四.OLED與PLED的比較
有機(jī)電激發(fā)光技術(shù)目前在全世界發(fā)展的情況下，依材料的不同大致可分為二種技術(shù)，一為發(fā)展高分子材料為發(fā)光層的技術(shù)，簡稱PLED，另一為發(fā)展小分子為發(fā)光層材料，簡稱OLED，而OLED及PLED之間有何差異呢？以下分別依材料、制程、設(shè)備、元件特性、專利授權(quán)等方面做比較，因二種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。
材料方面：OLED與PLED材料共同的特性 ，在于皆含有共軛之化學(xué)結(jié)構(gòu)，具有高度的螢光效率（fluorescence efficiency），唯兩者的分子量差異相當(dāng)大，小分子材料其分子量一般約在數(shù)百，而高分子則在數(shù)萬至數(shù)百萬之間。就材料的取得而言，小分子材料的合成與純化皆較高分子簡單，對材料量產(chǎn)與純度的要求較易達(dá)成。相對而言小分子的材料特性較高分子易掌握，但熱穩(wěn)定性與機(jī)械性質(zhì)卻以高分子較佳。
設(shè)備方面：由于材料特性的差異將導(dǎo)致元件制程設(shè)備的不同，小分子采加熱蒸鍍（thermal evaporation）的方式來蒸鍍多層有機(jī)膜材，為了避免不同材料間的相互污染，故需使用多腔體的真空設(shè)備，因此設(shè)備的成本較高。PLED大都是以其溶液旋轉(zhuǎn)涂布（spin-coating）的方式涂膜，與CD-R的制程相似，設(shè)備成本較低，且PLED可應(yīng)用roller或screen的方式涂膜，較利于大尺寸顯示器的發(fā)展。
制程方面：PLED雖然采spin-coating可較快速上膜，但其在涂膜后仍須再經(jīng)過烘烤以去除溶劑，因此其成膜時間并不會較OLED短，此將影響量產(chǎn)制程的產(chǎn)量。目前OLED已有多家大廠制作出全彩的顯示器原型，而PLED卻仍受限于紅綠藍(lán)三畫素獨(dú)立定位困難的瓶頸 ，至今遲遲無法推出全彩的PLED顯示器，目前以噴墨定位的方式將是較可行的解決之道。
元件特性方面：發(fā)展至今兩種元件的發(fā)光效率皆可高于15 lm/W，PLED甚至可超過20 lm/W，且PLED可忍受較高的電流密度與較高的溫度環(huán)境下操作。
專利授權(quán)方面：目前CDT希望能加速PLED的商業(yè)化，對PLED技術(shù)轉(zhuǎn)移與專利授權(quán)的態(tài)度轉(zhuǎn)趨積極，相較于Kodak開放許多。
五.有機(jī)電激發(fā)光元件的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況
１.整體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況分析 有機(jī)電激發(fā)光元件的技術(shù)發(fā)展，引起全球研發(fā)的熱潮，據(jù)了解全球除臺灣及大陸外，就有66家公司投入開發(fā)，再加上臺灣及大陸廠商宣稱要投入開發(fā)的家數(shù)，總共超過70家以上，其分布的情況，以日本地區(qū)最為熱烈，有41家公司投入研發(fā)，如Pioneer、Idemitsu Kosan、Sony、Sanyo等，美洲地區(qū)有13家公司投入研發(fā)，如Kodak、IBM、HP、Motorola等，歐洲地區(qū)有10家公司投入研發(fā)，如CDT、Philips、Bayer等，南韓二大公司投入，LG及Samsung。臺灣及大陸目前亦有許多公司積極投入，錸德今年已開始量產(chǎn)有機(jī)電激發(fā)光元件產(chǎn)品，正在投入的廠商還有臺達(dá)電、勝陽、漢光、國聯(lián)、光磊等。
２.主要廠商目前發(fā)展的近況 目前國際上有機(jī)電激發(fā)光技術(shù)發(fā)展的分野大略為，日本大廠較偏向OLED，歐洲國家則偏向PLED，美國廠商則兩種技術(shù)皆參與之。目前積極投入有機(jī)電激發(fā)光技術(shù)研發(fā)的廠商，在OLED方面有Kodak、UDC（Universal display company）、IBM、HP、Motorola及日本Pioneer、Idemitsu Kosan、Sanyo、TDK等大廠，在PLED方面則為英國的CDT（Cambridge display technology）、美國的Uniax、HP、DuPont、荷蘭的Philips等，其中動作較積極的大廠已進(jìn)入初期的量產(chǎn)化階段。
OLED方面：
Kodak 有機(jī)電激發(fā)光的原始專利擁有者，年初宣布將與三洋（Sanyo）電機(jī)合作開發(fā)有機(jī)電激發(fā)光顯示技術(shù)，結(jié)合三洋低溫多晶矽TFT LCD制造技術(shù)、顯示器之控制以及Kodak之有機(jī)電激發(fā)光材料技術(shù)，2000年中已進(jìn)行商品化作業(yè)，產(chǎn)品包括被動式單色、多色、全彩顯示器與驅(qū)動、控制用回路，同時，10寸的主動式全彩顯示器亦預(yù)計于2001年可進(jìn)入商品化階段。
三洋（Sanyo）電機(jī) 預(yù)計推出被動方式的文字顯示產(chǎn)品，尺寸為1.3寸及3.4寸，可發(fā)出紅、綠、藍(lán)、黃和白色光，2000年中旬開始生產(chǎn)；目前也完成2.4寸及6.1寸的開發(fā)，預(yù)計2001年量產(chǎn)，制程技術(shù)應(yīng)用一部份的低溫多晶矽技術(shù)，主要的市場定在PDA和汽車導(dǎo)航系統(tǒng)。
Idemitsu Kosan 出光興產(chǎn)于1996年SID年會中展示一個五寸的全彩有機(jī)電激發(fā)光平面顯示器原型，是利用其自有的藍(lán)光材料與CCM（color changing medium）技術(shù)所制成，顯示器的畫數(shù)為240×320，厚度為2mm，重量僅80g；由于傳統(tǒng)的濕式制程不容易制得高精細(xì)的圖案，出光興產(chǎn)采預(yù)先制作絕緣膜再經(jīng)濕式制程的方式，可獲得100μm以下的高精細(xì)圖案。1997年完成10寸VGA（480×640）原型。1998年，與日本真空技術(shù)合作，開發(fā)出20寸（36cm×46cm）的藍(lán)光單色有機(jī)電激發(fā)光顯示器，如此可預(yù)見將來有機(jī)電激發(fā)光技術(shù)除了中小尺寸的顯示器應(yīng)用外，更有可能往大尺寸顯示器應(yīng)用發(fā)展，如壁掛式電視、廣告看板。出光興產(chǎn)在全彩有機(jī)電激發(fā)光顯示器的開發(fā)仍居于領(lǐng)先的地位，但受限于Kodak元件結(jié)構(gòu)原始專利的束縛，目前對外僅提供日本二十余家廠商研發(fā)所需的有機(jī)材料，并無量產(chǎn)規(guī)劃的訊息傳出。
Pioneer 是第一家取得Kodak公司有機(jī)電激發(fā)光專利授權(quán)的廠商，也是目前有機(jī)電激發(fā)光量產(chǎn)規(guī)劃進(jìn)度最快者。1997年開始小量量產(chǎn)64×256綠色的1"x 3" dot-matrix的有機(jī)電激發(fā)光顯示器，主要是應(yīng)用于汽車內(nèi)的顯示面板；1998年展示一個5.2寸的QVGA顯示器原型，26萬發(fā)光色，壽命約2000小時，全部點(diǎn)亮?xí)r電力消耗6瓦；1999年規(guī)劃量產(chǎn)有機(jī)電激發(fā)光綠、藍(lán)、橘多彩面板，主要應(yīng)用于汽車音響及AV機(jī)器之顯示面板方面，量產(chǎn)作業(yè)由子公司東北PIONEER（山形縣）負(fù)責(zé)，初期月產(chǎn)量訂為15萬片。
Syntec 德國一家化學(xué)合成廠商，可供應(yīng)OLED元件所需的材料。
TDK 1995年發(fā)表TFT用4寸的主動陣列（active matrix）RGB全彩顯示器，1996年發(fā)表256×64的被動陣列（passive matrix）型顯示器，TDK雖完成主動矩陣方式，使用彩色濾光片的全彩面板的開發(fā)工作，但開發(fā)過程并不順利且考慮量產(chǎn)時需要大筆資金，因此將全彩顯示器的量產(chǎn)時間延至2001年；而近年來采用被動方式的文字型產(chǎn)品，可以顯示全白色 ，預(yù)定2000年1月量產(chǎn)綠色及橙色產(chǎn)品，尺寸大小為80×20mm，亮度100cd/㎡，電力消耗0.8W，畫素256×64點(diǎn)。
日本精機(jī) 取得柯達(dá)（Kodak）的技術(shù)授權(quán)，初期將朝汽車儀表之應(yīng)用開發(fā)產(chǎn)品，將于2000年3月于新瀉縣長岡市之研發(fā)中心設(shè)置小量試產(chǎn)，2001年后半年導(dǎo)入量產(chǎn)生產(chǎn)線，2002年中開始量產(chǎn)，計劃月產(chǎn)5×2公分產(chǎn)品30萬片。
NEC 開發(fā)出5.7寸的產(chǎn)品，亮度100cd/㎡，畫素320×240點(diǎn)，采用三色有機(jī)膜方式，配合被動矩陣驅(qū)動方式，初期的產(chǎn)品壽命不夠長，預(yù)計2002年量產(chǎn)。
PLED方面：
CDT 為PLED元件原始專利之擁有者，已開發(fā)出紅、綠、藍(lán)光之PLED，1998年2月展示與Seiko-Epson合作開發(fā)出的尺寸為50 mm，厚度僅2 mm單色的LEP（light-emitting polymer） TV。日前更與Covion雙方達(dá)成制造行銷的聯(lián)盟 。而另有一組織Polymer Display Alliance（PODIA） ，其目標(biāo)在于排除廠商進(jìn)入PLED的門檻，加速對廠商PLED技術(shù)的轉(zhuǎn)移，以期早日將PLED商品化。PODIA開放所有發(fā)展PLED之相關(guān)技術(shù)，包括高分子材料、元件結(jié)構(gòu)設(shè)計與制程上的know-how。目前參與CDT之PLED研發(fā)的大廠有Uniax、Philips、DuPont 、Epson、Hewlett-Packard、Dow和Siemens。
Uniax 于1996年與CDT達(dá)成專利訴訟協(xié)議，Uniax獲CDT公司授權(quán)PLED之專利，但需交付CDT其PLED產(chǎn)品之權(quán)利金。同年，并獲得Philips 、BV與Hoechst AG公司的投資與技術(shù)合作，耗資200萬美元建立無塵室與第一條PLED量產(chǎn)線，1997年7月開始運(yùn)轉(zhuǎn)，1998后半年正式量產(chǎn)1～2寸的小型PLED顯示器，產(chǎn)品主要應(yīng)用在手持式行動電話與個人數(shù)位助理（PDA）。
Philips 1996年獲得CDT之低資訊容量PLED顯示器的專利授權(quán)，1998年于荷蘭Heelien建立一條PLED量產(chǎn)線，其產(chǎn)品主要應(yīng)用在小型的LCD背光源及顯示面板。
Dupont 參與發(fā)展供大面積PLED顯示器用的可撓曲基板（flexible substrate），并表示看好其未來市場潛力，估計未來十年間可創(chuàng)造出超過十億美元的產(chǎn)值。
DELTA 獲得高資訊容量之PLED顯示器的專利授權(quán)。
Seiko-Epson 參與研發(fā)高資訊容量之PLED顯示器，與CDT合作正在開發(fā)10寸的彩色LEP TV。另外 ，亦與豐田中央研究所合作發(fā)展以光共振器面型OLED，應(yīng)用于液晶彩色投影機(jī)之光源，將可大幅地縮減系統(tǒng)的體積與重量。
Hewlett-Packard 獲得小尺寸之PLED顯示器專利授權(quán)，并參與研發(fā)工作。
Dow 為LEP材料供應(yīng)商，在綠光與藍(lán)光之高分子材料與元件的開發(fā)有不錯的表現(xiàn)。
Aventis 德國Hoechst AG之子公司，為CDT策略聯(lián)盟之LEP材料生產(chǎn)的重要伙伴。
其他：
Stanley電氣 從資料上顯示二種材料都有涉及，目前使用被動的方式驅(qū)動，開發(fā)出40×15㎜產(chǎn)品，亮度約在20-30cd/㎡，畫素為80×52，是多色的顯示器。
韓國 也很積極的投入，如三星電子、LG電子及Orion電氣，三星綜合技術(shù)院表示，去年開發(fā)出4寸的有機(jī)電激發(fā)光顯示器后，今年1999年與LG Micron開發(fā)出8寸的顯示器，解析度提升四倍，計劃明年開始量產(chǎn)，目前開發(fā)的產(chǎn)品規(guī)格，解析度為VGA（640×480），達(dá)92萬畫素，亮度為100cd/㎡，驅(qū)動電壓在15伏特以下。三星電管表示成功的開發(fā)出有機(jī)電激發(fā)顯示器技術(shù)，并計劃2001年起，年產(chǎn)200萬臺2~10寸的產(chǎn)品，同時計劃將20~60寸的產(chǎn)品商品化時程提前。
結(jié)論
目前全球都相當(dāng)?shù)淖⒁庥袡C(jī)EL的發(fā)展，各大公司也都投入相當(dāng)多的心力開發(fā)技術(shù)，因有機(jī)EL的產(chǎn)品將攻入顯示器的市場，而且目前除了Pioneer推出汽車音響的顯示面板外，最近Pioneer也宣稱將多色有機(jī)EL的產(chǎn)品應(yīng)用在Motorola手機(jī)上，此舉將加快有機(jī)EL顯示器的普及，臺灣錸德科技公司今年將其導(dǎo)入量產(chǎn)，也算是進(jìn)度相當(dāng)快速的公司。雖然有機(jī)EL全彩技術(shù)尚未成熟，但在全球這么多廠商投入開發(fā)的情形下，EL顯示技術(shù)已在小尺寸單色及多色的顯示器應(yīng)用市場中出現(xiàn)，開始切入手機(jī)及攜帶式資訊產(chǎn)品領(lǐng)域。根據(jù)業(yè)界的預(yù)估，2003—2004年全球手機(jī)市場可達(dá)7—8億臺，而有機(jī)EL則可望取得10—15%的占有率。如果此一目標(biāo)順利達(dá)成，屆時全球有機(jī)EL市場規(guī)模將可達(dá)到3000億日圓?？梢娖涫袌龅膽?yīng)用前景十分可觀！
