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1、軟性顯示大未來：軟性顯示大未來：AMOLED繼 TFT-LCD 之後，AMOLED 被喻為下一世代面板。其中有機發光二極體（OLED）為一固態自發光顯示器，具有結構簡單、自發光無需背光源、廣視角、影像色澤美麗、省電等優勢，在中小面板市場可望大幅成長。市場變革市場變革- AMOLED 正式起飛正式起飛繼薄膜電晶體液晶顯示器（TFT-LCD）之後，主動有機發光二極體（AMOLED）被喻為下一世代面板。其中有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode；OLED）為一固態自發光顯示器，具有結構簡單、自發光無需背光源、廣視角、影像色澤美麗、省電等優勢，在中小面板市場可望大幅成
2、長。目前 AMOLED 技術不易做太大尺寸面板，且背光源的藍光部分壽命偏短，但以智慧型手機搭配門號促銷，汰換率相當高的情況，正好可以避掉藍光壽命短的技術問題，只要使用期間色澤優點發揮到極致即可，另外，手機面板也不用太大，AMOLED 正可打入智慧型手機市場。現階段已開始應用於手機、mp3、數位相機、數位相框等中小尺寸顯示器產品。根據DisplaySearch 估計（圖一），全球OLED 面板產值將從2008 年的 6 億美金，成長到2016 年的 71 億美金，年複合成長率達36，這樣高的成長趨勢主要來自於主動式有機發光二極體AMOLED 之成長。並且於2009 的第一季AMOLED 面板產值
3、已首度超越PMOLED，預期在 2010 年 AMOLED 面板之出貨量亦將超越 PMOLED，成為推動OLED 於市場發光發熱之主要力量。圖一 全球 OLED 市場發展預測資料來源：DisplaySearch雖然 AMOLED 面板價格仍高於TFT LCD 約 50100，未來 23 年內可望降至10，居於替代性之角色。未來面板尺寸以及亮度都會有不等程度的的升級；預計尺寸將由現行的 2.22.8 吋放大到 3 吋以上，亮度則可由目前之200 nits 進一步推升至300 nits，以彰顯 OLED 在色彩鮮豔度、高對比之優勢，以及sunlight readability 的優勢。這些特性提高
4、AMOLED 應用於高階智慧手機面板的利機。製造廠商（如表一）目前以韓國Samsung Mobile Display；SMD 為主，出貨量約為每月 200 萬片，於 2010 年 4 月 20 日宣布將投資次世代生產線，規劃在南韓忠清南道天安市的工廠投資建設具備生產較大尺吋電視以及較大尺寸主動矩陣OLED 基板的5.5 代規格生產線，預計於2011 年 1 月正式進入量產階段；同一時間負責生產玻璃基板的三星康寧預定2010 年在南韓投資OLED 用玻璃基板生產線。簡單來說，三星集團已經嗅覺到主動矩陣OLED 市場即將來臨。 LG Display 在明年預期會擴建AMOLED 生產，於下半年整體
5、出貨量會拉升至每月5001000 萬片。根據 OLED Association 評估， AMOLED 面板將以中小尺寸面板出發，漸次放大生產規模後，才可能生產具價格競爭力的大尺寸TV，而大尺寸TV 的畫質表現將會是AMOLED 的殺手級應用。中小尺寸AMOLED 的產值預期可在2015 年達到 3040 億美金，未來若加上大尺寸AMOLED，可進一步成長至120 億美金。繼三星行動顯示（SMD）與樂金顯示（ LGD）大舉擴張主動矩陣式有機發光二極體（AMOLED）顯示面板製造產能後，友達也宣布將於今年底開始量產小尺寸AMOLED 面板，迎接2011 年手機市場對AMOLED 強勁需求商機，期望
6、能夠趕上智慧型手機大量採用OLED 面板之風潮。(表一) 不同廠商佈局主動矩陣 OLED 情況資料來源 : 科技政策研究與資訊中心科技產業資訊室整理，2010 年 4 月 SMDLG DisplayAUO OLED 佈局 投資 5.5 代 OLED 面 板，預計 2011 年 1 月進入量產 擴建 OLED 產能於 2011 年下半年達到 每月 1,000 萬片 預計 2011 年重新開 啟生產 OLED 事業 目標市場 Smart Phone 平板機 Smart Phone TVSmart Phone目前隨著許多款的智慧型手機開始採用主動矩陣OLED 面板之外，未來以iPad 為首的平板機將
7、從2011 年開始也進入OLED 時代，表一為國際即將量產之不同廠商佈局主動矩陣 OLED 情況，未來在中小尺寸之目標市場令人期待。軟性軟性 AMOLED 發展現況發展現況 目前大多數的顯示器，都是採用TFT LCD，若想做到輕薄短小，方便隨身攜帶，螢幕顯示的資訊量就不夠；若想一次顯示足夠資訊量，體積就太大而不易攜帶，也可能耗電太大。對於未來的顯示器，消費者希望能夠擁有資訊量夠大，收藏起來方便，並且低耗電、摔不破、可彎曲折疊或收捲容易之產品。除了優異的畫質表現，由電晶體驅動的AMOLED，具備以上特質，完全符合未來資訊社會對於行動裝置顯示器的需求。若與TFT-LCD 技術比較， AMOLED
8、結構簡單，不須背光、擴散板、配向膜、間隙子等繁複零組件，同時有機發光層之機械特性較接近軟性基板，因此更適合用於製做可彎可捲的軟性顯示器。目前有許多研究單位正致力於開發軟性AMOLED 面板，並發表展示相關技術於期刊及國際研討會上。例如日本SONY 於 2010 SID 展示 4.1 吋 QVGA 的軟性 AMOLED 顯示器，在 PES 基板上製作有機電晶體（Organic TFT；OTFT）背板，並搭配頂部發光（Top Emission） OLED 結構。 SONY 之軟性 AMOLED 試製品畫素為432240，解析度 121ppi，厚度 80m，曲率半徑為4mm。圖二 SONY 於 20
9、10 SID 展示之 4.1 吋 Flexible AMOLED另外，韓國廠商如Samsung 在 2010 SID展出之 6.5 吋與 2.8 吋的 WQVGA 軟性AMOLED 顯示器，主動背板分別是金屬氧化物電晶體（ Metal-oxide TFT；MOx TFT）與LTPS-TFTs；其中 6.5 吋之 AMOLED 是在 塑膠基板上以250300的製程溫度製作金屬氧化物電晶體背板，搭配上發光OLED結構。 Oxide TFT （17.8cm2/vs） 元件是繼 LTPS-TFT 之後具有較a-Si TFT 與 OTFT更高的載子遷移率與驅動穩定性之主動元件，而適合於驅動OLED 這樣
10、的電流元件。Oxide TFT 應用範圍亦非常廣泛，包括可撓式顯示器、透明顯示器等應用。以可撓式顯示器為例，因Oxide TFT 可採低溫製程製 作，故搭配塑膠基板可形成可撓性顯示器。因此，三星在可撓式顯示器發展亦將導入Oxide TFT 技術。 Samsung 之軟性 AMOLED 試製品畫素為160272，解析度 52ppi，彎曲之曲率半徑可達10mm。另一家韓國廠商LG Display亦對投入 AMOLED 十分積極。除了在 2009 橫濱光電展， 展出即將商品化的15 吋 AMOLED TV 產品外，並於2010 SID 展示 4.3 吋 HVGA 的軟性AMOLED 面板，採用不透明
11、的不鏽鋼（ Stainless steel；STS）金屬基板，在其上製作低溫非晶矽電晶體（ a-Si TFT）背板，並搭配倒置式頂部發光OLED結構。 LG 之軟性 AMOLED 試製品畫素為480320，解 析度134ppi，厚度 0.3mm，彎 曲之曲率半徑小於50mm。 圖四 LG 於 2009 橫濱光電展展示之 4.3 吋 Flexible AMOLED圖三 Samsung 於 2010 SID 展示之 Flexible AMOLED左圖：6.5 吋，右圖：2.8 吋軟性軟性 AMOLED 之關鍵技術之關鍵技術軟性 AMOLED 之關鍵開發技術包括軟性基板、軟性TFT 背板、軟性OLE
12、D 發光層與封裝及保護層等（如圖五），以下即針對這幾個關鍵技進行深入探討。圖五 Flexible AMOLED 之關鍵技術軟性基板包括金屬箔、薄化玻璃、與塑膠基板，金屬箔因不透光使用上較具限制，薄化玻璃最大的問題在於易碎裂；以軟性的塑膠基板來取代傳統如玻璃與金屬基板，將面臨兩個重大技術問題。首先是基板本身之耐熱、光學、機械以及阻水氧等特性能否滿元件應用需求，其次是與TFT 與 OLED 製程之相容性。塑膠基板之耐熱特性包括熱裂解溫度、玻璃轉移溫度、熱膨脹係數等，在TFT 製程中，塑膠基板必須歷經多次至少200以上的溫度考驗以及在真空鍍膜時的電漿轟極，具備耐熱穩定與本身化性表現是成功的關鍵；光學
13、特性則包括光穿透度、光色澤、折射係數等，作為顯示器的顯示面基板，優異的光學特性是成像品質的要件；機械特性包括表面平坦性與粗糙度、表面硬度，機械強度等，因為顯示器必須能承受人為的使用觸碰，收納攜帶等嚴苛環境考驗，所以使用過程能夠不受損傷而有良好壽命也是重要的一環；至於阻水氧穿透特性，則包括水氣穿透率（Water Vapor Transmission Rate；WVTR）及氧氣穿透率 OTR（Oxygen Transmission Rate），此二參數最常被用來說明基板與薄膜封裝阻水能力的好與壞，例如文獻即指出OLED 壽命要達到10,000 小時以上，薄膜封裝之WVTR 須小於 110-6g/m
14、2.day 1，而 OTR 則須小於 110-5g/m2/day2。OLED 之亮度對水氣與氧氣極為敏感，傳統AMOLED 技術使用玻璃基板，可以有效阻擋水、氧氣對OLED 元件傷害，而現行塑膠基板阻水氧特性皆在1g/m2-day 以上，因此軟性 AMOLED 須再搭配阻隔結構（Barrier）與薄膜封裝（ Thin Film Encapsulation）技術，達到有效的阻水氧穿透特性。如何在軟性顯示器上製造類玻璃封裝般之高信賴性封裝結構與具備撓曲特性的製程，是提高軟性AMOLED 壽命最重要的課題。採用現有半導體製程技術，直接將電子元件製作於塑膠基板上仍有相當困難。較容易的作法，是將塑膠基板
15、固著於支撐的玻璃載板（carrier glass）上，再進行後續的元件製作，可行的技術包括貼附法、以及直接塗佈法。貼附法是利用貼合膠材或靜電吸附將塑膠基板貼附於玻璃載板，可使用的基板包括PC、PET、PEN、PES、PI 等；直接塗佈法則使用塗佈型的PI 塑膠基板，直接塗佈於玻璃載板之上，中間夾以離型層以利元件製程完成後塑膠基板之取下。以上技術各有其優缺點，差異在於靜電吸附法須全程採印方法製作元件，製程較受限制，貼附法須使用貼合膠材，膠材易受元件製程溫度影響產生形變，導致元件對位誤差而影響電子元件之特性表現。直接塗佈法則可透過塑膠基板與玻璃載板間良好的附著特性，故毋須使用膠材。衍生的問題是在離
16、型層的技術與電子元件製作完成後的面板如何能夠完整取下，目前較為成功的有Philips 的接著犧牲層與雷射取下方式之組合和工研院的特殊離型層結構與直接切割快速取下方式之組合兩種技術。另外一重要技術，軟性TFT 背板是驅動軟性AMOLED 面板最為關鍵之技術，現階段研發中技術包括矽基電晶體（Silicon TFT；Si TFT）、有機電晶體（Organic TFT；OTFT）、以及最近熱門的金屬氧化物半導體電晶體（Metal-oxide TFT；MOx TFT）。以上三種技術，可在不同低溫下製作，故可與前述之軟性塑膠基板搭配。軟性 TFT 背板之開發須解決兩大技術瓶頸，即低溫製程與無應力薄膜技術。為了將TFT製作於軟性基板，製程溫度須符合基板所能承受的耐溫極限，低溫製程TFT 將使元件特性面臨極大挑戰。另一方面，低溫成長的薄膜其本質應力較小，更適合於軟性元件所使用。然而，低溫沉積的薄膜其膜內缺陷較高溫沉積之薄膜來的高，而影響元件之電性與可靠度表現，因此製程溫度亦須兼顧薄膜之電氣特性而不能無限制的降低。軟性基板必須考慮到元
