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有機EL的崛起與市場契機
 

【作者: 吳秉思】   2001年02月01日 星期四

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有機EL在2000年被認為是最熱門的新興產品,日本業界甚至形容它為「夢幻般的顯示器」。有機EL如此被重視,並不完全在於市場規模的大小,而在於用最小的資本額,做為跨入前瞻性顯示器領域的踏腳石(表一)。日本業界對於有機EL的市場分析,看法有所分歧;但卻同意有機EL在2002年前後,將是最關鍵的時刻,其轉捩點在於能否解決全彩化的技術問題。倘若成功突破關卡,則在2005年時,可望擺脫LCD的鉗制,開發真正發揮市場的潛力(表二)。



《表一 》
《表一 》

《表二 》
《表二 》

以立足利基市場為必要手段

顯示器領域進入門檻相當高,TFT-LCD不只需要龐大的資金,還得尋找技術來源。而業者間的激烈基礎競爭、面板價格的快速滑落,更是令人卻步。STN所需的資金較少、技術障礙較低;但市場規模比TFT小,分食大餅者眾。再加上其技術已十分成熟,難借用新開發技術使其脫胎換骨。


可喜的是,顯示器的應用範圍廣,所需特性不一;如能找到利基點切入,再伺機尋求技術突破,以擴大市場的方式來經營,仍有相當可期的市場潛力。如以矽晶圓為基板的LCOS(LC on Silicon),可直接利用現行半導體設備製造,毋需再額外投資昂貴的前段生產設備;並利用矽製程的微細化,使小尺寸的面板可以達到極高的解析度,成本就會比高溫多晶矽的LCD來得低。


碧悠即選擇LCDS為前瞻性產品,和英國MicroPix合作。碧悠在後段處理以及對液晶材料的豐富經驗,結合MicroPix在前後電路的技術,自是最佳的組合。SeikoEpson長年開發的TFD,強調兼具高速響應和低秏電的雙主優點,適用在不注重畫質,但需顯現動態影像的攜帶式裝置上;也是迴避主流技術,另創市場發展空間的一例。


新興業者跨入顯示器的最佳切入點

有機EL能做為台灣業界跨入顯示器產業的最佳跳板的理由可歸納如下:


1.所需資本額不多:僅數億規模,約佔TFT-LC生產線的一成,風險不大。部份設備可由光碟生產設備轉用,這正是錸德進入此市場的原因之一。


2.應用領域範圍彈性大,可改亦可退:有機EL市場和中小尺寸STN-LCD的重疊性頗高,也有機會可昇級吃下TFT LCD的應用市場。


3.通路寬闊:大致和中小尺寸STN相似。


4.有機會直入前瞻性的高科技產業:有機EL勢必和低溫多晶矽技術相結合,發展出主動矩陣面板。在過去的模式中,低溫多晶矽技術是發展在TFT-LCD上,用意在於強化LCD性能,終極目的則為取代既有的非晶矽技術。故鎖定的市場較傾向於中大尺寸,投資規模需向現有的TFT-LCD生產線看齊。


新興企業欲避開非晶矽,直接投入低溫多晶矽,在LCD領域上的障礙是很高的;反之在有機EL上,需再加諸的投資則有限。而低溫多晶矽的技術,是完成系統面板(System-on-a-Panel)的必要手段,藉此可由面板的角度直接切入微電子領域。


各方業者投入動機不一

上述四個主因,是推動中小企業非顯示器業者的取得切入點之背景動機。對大尺寸TFT-LCD業者而言,有機EL亦可視為在低溫多晶矽技術上,小試身手的試煉場;並由此涵蓋小尺寸面板的產品線,達碁即是此類典型代表。事實上,在日本對有機EL十分熱衷的業者,也有類似於達碁的心態,如NEC。


另一類型業者是視有機EL為現在產品的競爭技術,而索性也跳入開發,防範將來侵蝕既有產品市場,如台灣的STN業者、日本的SeikoEpson等。有機EL掀起的旋風令人刮目相看,其實質意義的確超越了市場大小的誘惑。然而部份日系LCD業者並不為所動,如Sharp、日立等。已在低溫多晶矽LCD投注不少心力的三洋和東芝,則趁此運用在有機EL,藉此增加其附加價值,達到技術在利用的目的。總之,投入有機EL開發的業者,皆有其十足的動機與背景因素。


努力空間仍大

初期有機EL牽動市場的力量,來自於小尺寸面板需求量最大的行動電話手機。除了Pioneer製的產品成功打入Motorola手機外,Nokia也在公開場合表示,下一代手機面板主流非LCD莫屬。關鍵在於有機EL的輕薄,和其在外來光源下仍能維持高對比的特性,將是被手機採用的最大誘因。然有機EL雖有先天的優點,唯仍在技術萌芽期,若干課題必須及時獲得解決,才可能擠入主流市場。


這些問題包括發光效率和耐久性等基本性能的提昇、生產工程的低價化以及具彈性和透明化的多功能開發等;同時也必須達到全彩化和大型化的領域,引進主動矩陣技能是必要(表三)。未來兩年將是有機EL開展的關鍵時期,若能擴大應用市場領域,在技術上予以突破,將有機會邁入更大尺寸的市場。中日社便預測在2003~2005年間,有機EL可在10~15吋上進入監視器和電視機市場;而野村綜合証券則預測2005年時,有機EL電視開始出貨,年出貨量約為8萬台;到2006年時則增加為25萬台。


《表三 》
《表三 》

主動矩陣仍在開展階段

在2000年的國際顯示器學會展覽上(SID2000),錸德、Philips和杜邦展現了單純矩陣驅動多色有機EL的技術。錸德的面板為96*64畫素,可顯示紅色和綠色,大小為3.1吋,2000年4月起有產2.4萬片。Philips的1.4吋面板為紅綠兩畫素交錯配置,每色各16灰階,可顯示256種顏色,亮度200cd/m2,電力消秏為46mn(文字顯示)或96mw(影像顯示)或44mw(待機)。


其發光層是由英國CDT和德國Covion所提供的高分子材料,其宣稱比傳統的真空濺渡法所需的製造成本低。至於杜邦所開發的面板,則是供PDA使用,黃色發光,使用其所併購的Vniax之高分子材料技術,預計2年後開發多色機種,5年內達全彩。


未來鎖定中大尺寸開發

在主動矩陣方面,進度最快的首推三洋電機和Kodak共同開發計畫,並已發表的5.5吋彩色有機EL,其畫素數320*240,電力消秏為2W,唯紅色的色純度並不足。三洋在2000年內將推出手機用之多色型面板,並予以量產。該公司表示,在手機面板的市場中,非反射式LCD和有機EL不可。若考慮價格問題,反射式LCD則為首選;但在強調亮度的場合下,有機EL是不二選擇。三洋和Kodak合作的5.5吋面板,預定在2002年第1季量產;三洋現則致力4~10吋面板的開發,並和日本真空技術公司合作,開發大型面板製造設備,朝15吋目標前進。


量產設備和材料技術尚未成熟

有機EL設備上,其電力消秏為LCD的1/3,視角寬廣,可自發光響應速度為TFT-LCD的100倍以上,約1μs。只需要5~10V的低電壓驅動,在輕薄化和耐衝撞上特性亦很好。不少業者投入有機EL的另一主因,即是因上述的物理條件,毋需如TFT-LCD一般,得在面板設計技術的改良以及模組的生產上大費週章;而可將研發重心全力投入材料和製程開發,省略煩瑣的製造程序。目前有機EL最大的課題是量產裝置尚未成熟,材料開發更是得加把勁,特別是紅色發光材料的開發。


未來2~3年是開發關鍵觀察期

現階段有機EL的市場定位,恰好卡在TFT-LCD高階及STN低階產品的狹縫間,亟待突破此有限的格局。在被動矩陣方面,構造上最大極限為240條掃描線,因此應朝低價化努力,即可攻克部份STN-LCD市場。主動矩陣在導入低溫多晶矽技術後,可大幅減少零件數目,降低成本,並朝大尺寸面板開發。


這也難怪STN-LCD的領導業者SeikoEpson不得不承認有機EL的極高潛力,然現仍難一窺全貌。唯在有機EL邁入熱絡的開發期中,TFT-LCD所累積的龐大資源和經濟規模體制下,有機EL對整體顯示器產業的滲透程度在五年內恐怕不會太大(表四)。經歷未來2~3年內的觀察期之後,大概才會對其後續發展有較為具體的輪廓。



《表四 》
《表四 》

有機EL相對於TFT-LCD的優勢,在於更輕薄化和不用背光、響應時間短。更直接說,兼具使用塑膠基板之STN-LCD的輕薄以及TFT-LCD的彩色化、高速響應和廣視角的雙重優點,外加低秏電量,這正是其攻佔手機市場最大的利器。不過有機EL的技術開發尚在萌芽階段,若干關鍵性技術問題尚待克服。大規模量產應在2002年以後,同時LCD的特性亦在積極改善中。故有機EL應首先找到可立足的利基點,而非全面性對抗LCD(表五)。



《表五 》
《表五 》

邁入主動矩陣技術才能大有可為

以Motorola採購Pioneer的有機EL為例,畫素只有96*32,根本不適合亞太地區至少需96*48畫素的漢字顯示基本需求,亦即只能打入西方文字市場。Motorola採用的理由係著眼於其多色、高亮度而產生的高辦識性效益。未來有機EL若不能進一步提高畫素,將限制其發展性。如3G的動態影像顯示,不只需要彩色,更至少要320*240的畫素水準。


現行的有機EL,基於製造成本和技術障礙的考量,大多採用簡單矩陣方式,根本無法滿足以上規格的要求。理由是解析度提高,即需要更多的掃描線,每單位時間承受電流量加大,使材料壽命縮短。


故有機EL欲擴大應用層面,必須解決解析度問題,採用主動矩陣是未來必要的手法。業界通常傾向直接移植已具相當成熟技術基礎的TFT-LCD之主動矩陣到有機EL上,藉此節省開發成本;並逕利用TFT-LCD現有的生產設備,有效減少投資成本。


但TFT-LCD的運作原理和有機EL有所差別,前者是利用電壓的變化來控制液晶的光透過率;後者則是用電流來控制亮度,故該矩陣在設計上必須再做改良。東芝和三洋電機即採用其多晶矽TFT的生產線在有機EL上,兩者在前段製程上幾乎一樣,將TFT與驅動電路一起做在玻璃上,只有在後段不同;LCD是得把液晶注入並產封,有機EL則需在有機EL膜上做真空濺鍍。知名的有機EL業者如(表六)所列。



《表六 》
《表六 》

低溫多晶矽(以下以Poly-Si代稱),為繼現在的LCD主流非晶矽(以下以A-Si代稱)之後的下一代技術。但從目前的發展跡象,並無明顯大幅進展至Poly-Si的狀況。事實上A-Si發展要成熟得多,業界無論在量產技術和面板設計技術的掌握度上都較游刃有餘,短時間內Poly-Si仍無法企及。


大部份的LCD領導業者,仍傾向把大筆資投入A-Si生產線的更大型基板生產線,以強化生產效益。Poly-Si仍被定位在具業務性的應用領域上,尤其是有機EL崛起之後,此色彩便更加濃厚。


低溫多晶矽LCD生產集中在三大製造商

因1998年業界正式投入Poly-Si LCD的量產以來,至今真正從事大規模量產恐只有Sony(ST-LCD)、東芝和三洋三家而已(表七)。其他業者大多只是小規模量產或試產,但並無立即積極轉入量產的行動(表八)。Electronic Journal估計1999年的Poly-Si LCD全球市場為633億日圓,2000年可成長至1000億日圓。主要的三大領導業者排名和市場佔有率則大致不變。


《表七 》
《表七 》

《表八 》
《表八 》

Poly-Si最主要的市場,在需要小型和高解析度的應用市場上(約2~3.5吋),如數位相機和數位攝影機。近年來4吋等級產品逐漸出籠,估計2~4吋將是2000年後的市場主力。此外薄型Notebook也漸成為目標市場,以東芝最為積極。目前東芝的Poly-Si的產品最為廣泛,從PDA用的4吋VGA到11.3吋的XGA Notebook,一應俱全。Poly-Si下一個深具潛力的應用,為8~10吋的寬螢幕DVD隨身看,其需要高解析度以顯示字幕。


1999年以後有機EL的竄起,使Poly-Si技術跟著水漲船高。有機EL固然在輕薄化、省電化和文字辨視容易上有利,但在高解析度化上則有相當程度的困難;若無法即時解決,將喪失在行動電話手機市場逐鹿的最佳機會。Poly-Si所提供的TFT主動矩陣驅動、驅動電路和TFT可同時整合製造,恰可在保持輕薄化優勢的情形下,一併解決上述解析度的問題。由此看來,Poly-Si儼然變成橫跨小尺寸LCD和有機EL的共同必要技術。除此之外,Ploy-Si還可以使2.5吋的面板具備200ppi的高析度。


主要業者產品策略差異

三洋和東芝不只以Poly-Si在LCD上大張旗鼓,也積極以此技術為主軸,跨入有機EL。三洋已在構築有機EL的試產線,並已發表以Poly-Si為基礎之2.4吋的有機EL,和1.5吋反射/半透過型LCD;希以此兩產品,撗掃未來的行動電話手機和攝影機小尺寸市場。


東芝的Poly-Si產品策略和三洋略有不同,其在LCD的應用並不集中在小尺寸上,畢竟東芝在攜帶式數位消費電子產品上較為薄弱,遂將重點擺在東芝最擅長的大尺寸Notebook上。但東芝已把小尺寸面板鎖定在主動矩陣的有機EL(以Poly-Si解決)上,並決定在2001年起開始生產,確切應用產品的細節則未披露。Sony擬以反射式Poly-Si LCD跨入手機面板的領域,業界傳聞該公司有可能也跨足有機EL。


2001年後開發甚為活絡

除了上述三大業者之外,2001年起將陸續有文字業者涉足Poly-Si。松下2001年起將開始生產攝影機用2.5吋Poly-Si LCD。SeikoEpson預定2002年起生產手機用Poly-Si LCD,並已試製主動矩陣有機EL。業界判斷該公司跨入Poly-Si LCD只是伏筆,真正動機在於運用Poly-Si在有機EL上。富士通、三星和LG Philips預料也將有Poly-Si LCD的量產計畫。


台灣業界包含有三家業者會投入Poly-Si的開發,包括統寶、達碁和錸德。統寶直接切入LCD;達碁則是LCD、EL通吃,而錸德則是定位在EL的部分。Poly-Si的研發將會日趨熱絡;不只可同時立足LCD和EL,更可在2000年下半年進一步邁入SOG(System on Glass)的新紀元。


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