全球有機EL產業發展現況
時間:2005-09-07
況
有機電激發光顯示技術（Organic Electro Luminescence），簡稱為OEL，是最近幾年相當熱門的話題，無論是國內國外，都有相當多信息報導，其未來市場前景也吸引了產業界許多廠商的投入開發，儼然成為一個未來的明星產品，并且被喻為下一世紀的平面顯示技術，那么此技術究竟有什么魅力，可吸引這么多的廠商投入研發呢？本文將從技術的發展趨勢，簡述目前產業界的發展動向，展望未來有機電激發光顯示技術的發展。
一.有機電激發光元件的起源
有機電激發光元件的技術依其所使用的有機薄膜材料的不同，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，另一則以共軛性高分子為材料之高分子元件系統（polymer-based device）。由于有機電激發光元件具有發光二極體（light- emitting diode, LED）整流與發光的特性，因此小分子有機電激發光元件亦被稱為OLED，高分子有機電激發光元件則被稱為PLED。
OLED的研究從1963年起，以anthracence分子之單晶外加電壓而發光開始，因為當時的操作電壓太高，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薄膜元件，此元件的效能有大幅的改進，因此逐漸受到大家的重視，當時使用的元件結構為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年英國劍橋大學的研究成果，首先將PPV應用在有機電激發光元件上，其結構為ITO/PPV/Ca，此元件發黃綠光，量子效率為0.05%。正是這二個研究成果的發表，帶動起有機電激發光元件技術的研究起源。
二.有機電激發光元件與原理
有機電激發光元件的發光原理和發光二極體的發光原理相似，因此才有OLED及PLED的稱呼，同樣是利用材料的特性，將電子電洞在發光層上結合，而將電子由激發態的形式降回基態，而將多余的能量以波的形式釋出，因而達到有不同波長的發光元件的產生。從目前有機電激發光元件的技術發展情況看來，綠光、藍光、紅光都有相關的材料開發，其中以綠光的技術最成熟，而紅光的技術正在加緊研發中。正因為有機電激發光元件有自發光、大面積面型發光、低電壓驅動等特性，所以被業界看好，將其商品化，準備在平面顯示器的領域中與其他類型的產品比試。
三.有機電激發光元件的技術發展現況
從1987年Kodak和1990年英國劍橋大學，先后對OLED及PLED的技術發表研究成果至今，在短短的10年內，已有相當成效的進展，尤其在發光效率的提升方面，進展更是快速，如OLED綠光元件的發光效率自1987年Kodak的1.5 lm/W，至今Pioneer已可達16 lm/W ，而PLED元件效率的進展更是快速，自1990年Cambridge大學所發表的小于0.1 lm/W的黃綠光元件，至今CDT綠光元件已超過20 lm/W，其進展的速度相當快。有機電激發光技術會發展這么迅速，主要是因為有眾多的廠商投入研究開發，另外就是制程比發光二極體的制作較容易，因有機電激發光元件的制程，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，不像發光二極體有許多復雜的制程，因此目前發展進度比較快速。
有機電激發光技術發展至今，第一個商品化的產品，是1997年Pioneer推出的256×64點單色汽車音響面板用的顯示器，Pioneer的技術是授權于Kodak，而Pioneer同時展示320×240點的彩色顯示元件。 在1997年和1998年間Idemitsu Kosan和NEC都推出彩色主動式驅動的彩色顯示器，其解析度為320×240點，尤其Idemitsu Kosan推出的相當積極，分別在1997年完成10寸VGA（480× 640）雛形機，1998年，與日本真空技術合作，開發出20寸（36cm×46cm）的藍光單色有機電激發光顯示器，讓有機電激發光元件技術，向更大的顯示尺寸進展。另外CDT結合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，投入有機電激發光元件的研究，而且有些廠商采取策略聯盟的型態發展，可見得這個技術目前受到重視的程度。 綜上所述，有機EL具有高亮度、自體發光等特性，同時擁有與CRT相當的廣視角，以及可順暢顯示動畫的高速回應速度等優勢。因此自誕生之日起逐漸成為市場關注的焦點是其具有的優點所決定的。
四.OLED與PLED的比較
有機電激發光技術目前在全世界發展的情況下，依材料的不同大致可分為二種技術，一為發展高分子材料為發光層的技術，簡稱PLED，另一為發展小分子為發光層材料，簡稱OLED，而OLED及PLED之間有何差異呢？以下分別依材料、制程、設備、元件特性、專利授權等方面做比較，因二種技術各有優缺點。
材料方面：OLED與PLED材料共同的特性 ，在于皆含有共軛之化學結構，具有高度的螢光效率（fluorescence efficiency），唯兩者的分子量差異相當大，小分子材料其分子量一般約在數百，而高分子則在數萬至數百萬之間。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，對材料量產與純度的要求較易達成。相對而言小分子的材料特性較高分子易掌握，但熱穩定性與機械性質卻以高分子較佳。
設備方面：由于材料特性的差異將導致元件制程設備的不同，小分子采加熱蒸鍍（thermal evaporation）的方式來蒸鍍多層有機膜材，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備，因此設備的成本較高。PLED大都是以其溶液旋轉涂布（spin-coating）的方式涂膜，與CD-R的制程相似，設備成本較低，且PLED可應用roller或screen的方式涂膜，較利于大尺寸顯示器的發展。
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，此將影響量產制程的產量。目前OLED已有多家大廠制作出全彩的顯示器原型，而PLED卻仍受限于紅綠藍三畫素獨立定位困難的瓶頸 ，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：發展至今兩種元件的發光效率皆可高于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境下操作。
專利授權方面：目前CDT希望能加速PLED的商業化，對PLED技術轉移與專利授權的態度轉趨積極，相較于Kodak開放許多。
五.有機電激發光元件的產業現況
１.整體產業現況分析 有機電激發光元件的技術發展，引起全球研發的熱潮，據了解全球除臺灣及大陸外，就有66家公司投入開發，再加上臺灣及大陸廠商宣稱要投入開發的家數，總共超過70家以上，其分布的情況，以日本地區最為熱烈，有41家公司投入研發，如Pioneer、Idemitsu Kosan、Sony、Sanyo等，美洲地區有13家公司投入研發，如Kodak、IBM、HP、Motorola等，歐洲地區有10家公司投入研發，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有機電激發光元件產品，正在投入的廠商還有臺達電、勝陽、漢光、國聯、光磊等。
２.主要廠商目前發展的近況 目前國際上有機電激發光技術發展的分野大略為，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皆參與之。目前積極投入有機電激發光技術研發的廠商，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入初期的量產化階段。
OLED方面：
Kodak 有機電激發光的原始專利擁有者，年初宣布將與三洋（Sanyo）電機合作開發有機電激發光顯示技術，結合三洋低溫多晶矽TFT LCD制造技術、顯示器之控制以及Kodak之有機電激發光材料技術，2000年中已進行商品化作業，產品包括被動式單色、多色、全彩顯示器與驅動、控制用回路，同時，10寸的主動式全彩顯示器亦預計于2001年可進入商品化階段。
三洋（Sanyo）電機 預計推出被動方式的文字顯示產品，尺寸為1.3寸及3.4寸，可發出紅、綠、藍、黃和白色光，2000年中旬開始生產；目前也完成2.4寸及6.1寸的開發，預計2001年量產，制程技術應用一部份的低溫多晶矽技術，主要的市場定在PDA和汽車導航系統。
Idemitsu Kosan 出光興產于1996年SID年會中展示一個五寸的全彩有機電激發光平面顯示器原型，是利用其自有的藍光材料與CCM（color changing medium）技術所制成，顯示器的畫數為240×320，厚度為2mm，重量僅80g；由于傳統的濕式制程不容易制得高精細的圖案，出光興產采預先制作絕緣膜再經濕式制程的方式，可獲得100μm以下的高精細圖案。1997年完成10寸VGA（480×640）原型。1998年，與日本真空技術合作，開發出20寸（36cm×46cm）的藍光單色有機電激發光顯示器，如此可預見將來有機電激發光技術除了中小尺寸的顯示器應用外，更有可能往大尺寸顯示器應用發展，如壁掛式電視、廣告看板。出光興產在全彩有機電激發光顯示器的開發仍居于領先的地位，但受限于Kodak元件結構原始專利的束縛，目前對外僅提供日本二十余家廠商研發所需的有機材料，并無量產規劃的訊息傳出。
Pioneer 是第一家取得Kodak公司有機電激發光專利授權的廠商，也是目前有機電激發光量產規劃進度最快者。1997年開始小量量產64×256綠色的1"x 3" dot-matrix的有機電激發光顯示器，主要是應用于汽車內的顯示面板；1998年展示一個5.2寸的QVGA顯示器原型，26萬發光色，壽命約2000小時，全部點亮時電力消耗6瓦；1999年規劃量產有機電激發光綠、藍、橘多彩面板，主要應用于汽車音響及AV機器之顯示面板方面，量產作業由子公司東北PIONEER（山形縣）負責，初期月產量訂為15萬片。
Syntec 德國一家化學合成廠商，可供應OLED元件所需的材料。
TDK 1995年發表TFT用4寸的主動陣列（active matrix）RGB全彩顯示器，1996年發表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工作，但開發過程并不順利且考慮量產時需要大筆資金，因此將全彩顯示器的量產時間延至2001年；而近年來采用被動方式的文字型產品，可以顯示全白色 ，預定2000年1月量產綠色及橙色產品，尺寸大小為80×20mm，亮度100cd/㎡，電力消耗0.8W，畫素256×64點。
日本精機 取得柯達（Kodak）的技術授權，初期將朝汽車儀表之應用開發產品，將于2000年3月于新瀉縣長岡市之研發中心設置小量試產，2001年后半年導入量產生產線，2002年中開始量產，計劃月產5×2公分產品30萬片。
NEC 開發出5.7寸的產品，亮度100cd/㎡，畫素320×240點，采用三色有機膜方式，配合被動矩陣驅動方式，初期的產品壽命不夠長，預計2002年量產。
PLED方面：
CDT 為PLED元件原始專利之擁有者，已開發出紅、綠、藍光之PLED，1998年2月展示與Seiko-Epson合作開發出的尺寸為50 mm，厚度僅2 mm單色的LEP（light-emitting polymer） TV。日前更與Covion雙方達成制造行銷的聯盟 。而另有一組織Polymer Display Alliance（PODIA） ，其目標在于排除廠商進入PLED的門檻，加速對廠商PLED技術的轉移，以期早日將PLED商品化。PODIA開放所有發展PLED之相關技術，包括高分子材料、元件結構設計與制程上的know-how。目前參與CDT之PLED研發的大廠有Uniax、Philips、DuPont 、Epson、Hewlett-Packard、Dow和Siemens。
Uniax 于1996年與CDT達成專利訴訟協議，Uniax獲CDT公司授權PLED之專利，但需交付CDT其PLED產品之權利金。同年，并獲得Philips 、BV與Hoechst AG公司的投資與技術合作，耗資200萬美元建立無塵室與第一條PLED量產線，1997年7月開始運轉，1998后半年正式量產1～2寸的小型PLED顯示器，產品主要應用在手持式行動電話與個人數位助理（PDA）。
Philips 1996年獲得CDT之低資訊容量PLED顯示器的專利授權，1998年于荷蘭Heelien建立一條PLED量產線，其產品主要應用在小型的LCD背光源及顯示面板。
Dupont 參與發展供大面積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造出超過十億美元的產值。
DELTA 獲得高資訊容量之PLED顯示器的專利授權。
Seiko-Epson 參與研發高資訊容量之PLED顯示器，與CDT合作正在開發10寸的彩色LEP TV。另外 ，亦與豐田中央研究所合作發展以光共振器面型OLED，應用于液晶彩色投影機之光源，將可大幅地縮減系統的體積與重量。
Hewlett-Packard 獲得小尺寸之PLED顯示器專利授權，并參與研發工作。
Dow 為LEP材料供應商，在綠光與藍光之高分子材料與元件的開發有不錯的表現。
Aventis 德國Hoechst AG之子公司，為CDT策略聯盟之LEP材料生產的重要伙伴。
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動，開發出40×15㎜產品，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，三星綜合技術院表示，去年開發出4寸的有機電激發光顯示器后，今年1999年與LG Micron開發出8寸的顯示器，解析度提升四倍，計劃明年開始量產，目前開發的產品規格，解析度為VGA（640×480），達92萬畫素，亮度為100cd/㎡，驅動電壓在15伏特以下。三星電管表示成功的開發出有機電激發顯示器技術，并計劃2001年起，年產200萬臺2~10寸的產品，同時計劃將20~60寸的產品商品化時程提前。
結論
目前全球都相當的注意有機EL的發展，各大公司也都投入相當多的心力開發技術，因有機EL的產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EL的產品應用在Motorola手機上，此舉將加快有機EL顯示器的普及，臺灣錸德科技公司今年將其導入量產，也算是進度相當快速的公司。雖然有機EL全彩技術尚未成熟，但在全球這么多廠商投入開發的情形下，EL顯示技術已在小尺寸單色及多色的顯示器應用市場中出現，開始切入手機及攜帶式資訊產品領域。根據業界的預估，2003—2004年全球手機市場可達7—8億臺，而有機EL則可望取得10—15%的占有率。如果此一目標順利達成，屆時全球有機EL市場規模將可達到3000億日圓。可見其市場的應用前景十分可觀！
