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OLED 面板模組驅動晶片之技術介紹
 

【作者: 柳發申】   2002年05月05日 星期日

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市場概況

有機發光二極體 (Organic Light Emitting Diode,簡稱OLED) 因其比TFT LCD 輕薄、構造簡單,材料成本低廉,以及廣視角、高對比、低功率消耗的特性,被視為最具潛力的新興平面顯示 (FPD) 技術。相較於現有技術,其主要優勢有:


1. 具備低成本化的潛力


2. 省電、全視角、自發光


3. 可撓曲


在OLED 的驅動方式方面,可分為主動矩陣式 (Active Matrix) 及被動矩陣式(Passive Matrix),由於局限於技術及成本,因此目前已商業化的產品幾乎都是以被動式的 OLED 為主。而主動式的 OLED 是利用低溫多晶矽薄膜 (Low Temperature Poly Silicon,LTPS) TFT 技術,可製作出高解析度、低耗電、全彩化的顯示幕,應用產品的範圍更廣,成功導入量產後可望切入目前大尺寸TFT-LCD 或 PDP 應用領域。


被動矩陣式 OLED 一般以單色多彩為目標,包括手機、PDA、電子書等,與目前 STN-LCD 應用相近。而主動矩陣式全彩 OLED 則是與 TFT-LCD 市場定位相近,以數位相機、高階手機、高階PDA、掌上電玩、筆記型電腦、監視器與平面電視為目標市場。對於未來在手機、PDA、數位相機、電字書與其他攜帶型電子產品甚或式電腦顯示器,OLED 比 LCD 有省電、重量輕與價格低的絕對優勢。


根據調查機構 DisplaySearch 的預測資料,2002 OLED 年產值預估為 2.57 億美金,較 2001 年大幅成長 257%,並於2005 年全球OLED 市場產直達 7.15億美金,成長可期。


以 OLED 驅動晶片而言,由於OLED 屬於前瞻性產品,不似 LCD 有齊備的驅動晶片可供選擇使用,目前除了少數幾家設計公司提供特定規格的驅動晶片外,多為面板模組製造廠以 IDM 模式,或搭配特定的設計公司的方式密切配合。


技術介紹

OLED驅動晶片組需要穩定的電流來控制發光,不同於 LCD 驅動晶片利用穩定電壓控制發光。透過輸出電流方式,藉由每個通過畫素電極間電流多寡激發有機發光材料自發光而產生亮度及對比。而與 LCD 晶片組類似者,為其功能方塊圖一樣包含 Source (Segment/Column) 與 Gate (Common/Row) 兩個主要部分,依據面板大小及解析度的高低而分別使用若干顆晶片組串聯組合而成。當單一畫素驅動時,Gate 接腳控制電晶體開關,而 Source 接腳輸入畫素的訊號。


《圖一 OLED驅動晶片組功能方塊圖》
《圖一 OLED驅動晶片組功能方塊圖》
《圖二 被動式PM-OLED》
《圖二 被動式PM-OLED》

Gate 負責顯示幕每列訊號同時開關的動作,當顯示幕進行每次一列 (Single-scan mode) 或每次兩列 (Dual-scan mode) 並逐列的依序執行掃描動作時,Gate 依時序打開一整列的開關通道,讓Source 依據顯示訊號進行輸入。


Source 負責顯示幕每行訊號輸入動作。Source 即時依據畫面顯示所需的訊號提供驅動電流,並搭配著 Gate 整列的開關時程進行訊號的輸入運作。


在整個驅動晶片組的設計方面,因為OLED顯示模組的明亮度及對比與驅動電流有著絕對的相關性,OLED顯示模組的壽命也與電流的驅動方式息息相關,且伴隨著顯示模組不同的大小及解析度,ICON 數目的多寡,單彩或多彩,在在都影響著驅動晶片的設計考量。故在驅動晶片組的設計方面的確有賴與OLED顯示模組製造商密切的配合。


《圖三 OLED像素驅動電路示意圖》
《圖三 OLED像素驅動電路示意圖》

趨勢分析

目前 OLED 在許多技術面上,如材料壽命、發光效率、發色純度及耗電量上,都有了重大的精進展,被動矩陣 OLED面板這一二年內應可成熟進入商品量產化。而主動矩陣 OLED 面板,其基礎技術 LTPS 已成熟,但在生產設備與材料方面未能有所突破之前,後續的發展仍有待觀察,若製程、材料問題能在未來二三年內解決,則主動矩陣全彩 OLED 可望於2005 年正式導入市場。


日經 BP社預估,2003 年全球各型平面顯示器需求為 7.13 億片,其中主動矩陣 OLED 面板比重占 2%,約為 1,400 萬片。被動矩陣 OLED面板比重占 5.6%,約為 4,000 萬片。至2005 年全球各型平面顯示器增加為 8.12 億片,其中主動矩陣 OLED 面板比重約占 6%,約為 5,000 萬片。被動矩陣 OLED面板比重占 15%,約為 1.2 億片,在 FPD 年產值超過百億美元的市場中,可望在未來的幾年中與 STN-LCD、TFT-LCD 相抗衡而佔有一席之地。


而在驅動晶片方面,未來發展方向還是在於電流驅動的範圍與穩定度以及反映速率上。


在1999 年 LCD (TFT+TN/STN) 驅動 IC 需求量約為 6.8 億顆,但預估至 2003 年將擴增約為 19.5 億顆,年複合成長率為 29.8%。以 OLED 佔有 8% 的市場比重預估,有 1.56 億顆 OLED 驅動晶片的需求量,創造達上億美元的產值。


(作者任職於巨盛電子)


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