在眾多的平面顯示技術(shù)中，用比較簡單的方法來分類的話，可分成「非自發(fā)光」及「自發(fā)光」兩類，像目前生產(chǎn)技術(shù)較成熟的液晶顯示器，就屬于「非自發(fā)光」的平面顯示技術(shù)，但液晶顯示器需要靠背光模塊來發(fā)光，能源消耗比較大，這也是它受人詬病的地方。因此，不需要靠背光模塊，就能顯像的「自發(fā)光」顯示技術(shù)，便成為顯示產(chǎn)業(yè)極力開發(fā)的重點技術(shù)， 其中又以「有機發(fā)光二極管」（OLED ，Organic Light Emitting Diode）最受青睞。

發(fā)展沿革

OLED 屬于EL（電激發(fā)光組件 ）領(lǐng)域，為自發(fā)光顯示技術(shù)的一種， 其主要是施加電流，將載子注入具發(fā)光特性的半導(dǎo)體組件，以達到發(fā)光效果的新興顯示技術(shù)。而EL依其采用之發(fā)光特性的半導(dǎo)體組件， 是屬于有機化合物材料或是無機化合物材料， 又可分為有機EL（Organic EL）及無機EL（Inorganic EL） 。其中有機 EL 又稱為 OLED ，是目前發(fā)展顯示器進度較快的一類，一般認(rèn)為有機 EL 顯示器具有分辨率、使用壽命方面的優(yōu)勢，而無機 EL 顯示器則是在色彩方面表現(xiàn)較佳。

此種有機 EL 顯示技術(shù)起源于 1963 年 Pope 、Kallmann 將高壓電流外加 Anthracene分子之單晶所產(chǎn)生之發(fā)光現(xiàn)象。到了 1987 年， Kodak 實驗室采用蒸鍍方式，制作出含電子電洞傳遞層之有機薄膜組件，該組件具有 1%的外部量子效率 （亮度為 1000cd/m），在特性獲得大幅改善的情形下而備受矚目。而另一方面，劍橋大學(xué)利用分子聚合物（polymer） 作為 OLED 發(fā)光材料，此組件發(fā)黃綠光，量子效率為 0.05% 。由于頗具發(fā)展?jié)摿Γ柿沓闪?CDT（Cambridge Display Technology） ，其所開發(fā)之 OLED 相關(guān)技術(shù)又被稱為 PLED 。

近幾年來，投入 OLED 組件研發(fā)之廠商數(shù)目愈來愈多，研發(fā)速度發(fā)展相當(dāng)快速，1993 年 Pioneer 對外宣布開發(fā)出 10 萬 cd/m2 的高亮度綠光面板，外部量子效率達到3.8% 。1995 年出光興產(chǎn)開發(fā)成功的 16*16 畫素產(chǎn)品，以及 TDK 小型全彩面板的成果發(fā)表會， 同年高分子有機電激發(fā)光組件也展示了小型面板成果發(fā)表會， 其產(chǎn)業(yè)發(fā)展之速度另人側(cè)目。探討主要原因，應(yīng)和其本身特性有極大的關(guān)聯(lián)性。若歸納其特性，應(yīng)可分為以下幾點：

1.OLED 制程中不需要長晶及晶粒制造的程序，而是大面積的涂布制程，故制作過程較為容易，投資金額遠(yuǎn)較 TFT-LCD 為低 （背光源 +彩色濾光片占 TFT-LCD 成本的 1/4，OLED 不需背光源，故成本較低 ）。

2.OLED 適合耐震性高，溫度變化范圍大 （Wide Temperature Ranges） 的地方使用，例如汽車及工業(yè)用顯示器，并具備可撓曲性 （高分子優(yōu)于小分子 ）。

3.視角達 170 度以上， 且反應(yīng)速度亦優(yōu)于 TFT-LCD 、STN-LCD ，故在動作畫面的呈現(xiàn)上表現(xiàn)較優(yōu)。

4.OLED 不需背光源，故面板厚度較薄可至 2mm（Thickness） ，另外低電壓驅(qū)動 （LowVoltage ，出光之 5 吋試做樣品耗電量僅 4W） 加上發(fā)光效率佳 （Pioneer 曾發(fā)窗體色OLED 產(chǎn)品為 16lm/W） ，未來相當(dāng)適合大尺寸的發(fā)展方向。

OLED 發(fā)光原理及構(gòu)造

OLED 在發(fā)光原理及顯示器驅(qū)動方式等皆與 LED 十分相似，主要利用電流使電子及電洞分別由正、 負(fù)極出發(fā)，并注入兩個電極間 （陽極為 ITO 導(dǎo)電玻璃模、 陰極則有 Mg 、Al、 Li 等金屬 ）的有機薄膜區(qū)因相遇而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象 （發(fā)光的顏色取決于有機發(fā)光層的材料）。該有機薄膜區(qū)包括電子傳遞層、有機發(fā)光層、電洞傳遞層、電洞注入層。 「電洞傳遞層」是部分廠商為增加有效率的發(fā)光現(xiàn)象而增設(shè)，負(fù)極與發(fā)光層間增加的「電子傳遞層」是為了增加有機材料發(fā)光亮度與量子效率，以及降低起動電壓。

圖一、有機發(fā)光二極管的內(nèi)部主要構(gòu)造

有機電激發(fā)光組件依其所使用的有機薄膜材料，大致可分為兩類，小分子組件（molecule-based device） 及高分子組件 （polymer-based device ） 。小分子組件是以染料及顏料為材料，分子量一般約在數(shù)百，而高分子組件則以共軛高分子為材料，分子量則高達數(shù)萬至數(shù)百萬之間。其中小分子有機電激發(fā)光組件被稱為 OLED ，高分子有機電激發(fā)光組件則是被稱為 PLED 。

表一、小分子組件及高分子組件特性比較

上述兩類系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點， OLED 是以低分子量的染料及顏料為材料，主要技術(shù)是采用真空蒸鍍，將有機化學(xué)材料蒸鍍在玻璃上，因其容易彩色化、蒸鍍?nèi)詣又瞥碳夹g(shù)成熟，且與材料的合成和純化較為容易，故投入的廠商較多。

而在 PLED 方面，是以共軛高分子為材料，制程則是采涂布技術(shù)，涂上有機化學(xué)物質(zhì)，因此材料是否能穩(wěn)定取得，是最大的關(guān)鍵技術(shù)， PLED 在制程上類似于半導(dǎo)體的制程，所以量產(chǎn)能力較 OLED 具優(yōu)勢，若 PLED 良率達穩(wěn)定的程度，將能大幅在成本上取得優(yōu)勢。

全彩化及驅(qū)動方式

有機電激發(fā)光平面顯示器可分為單色、 多彩及全彩等種類， 多彩主要由數(shù)個單色顯示區(qū)域組合而成， 每個區(qū)域其實仍是單色。 全彩顯示器就目前 OLED 技術(shù)而言仍十分困難，但唯有發(fā)展出全彩顯示器 （大型化 ）才能和 LCD 一較長短的情況下， 是各家投入廠商不得不朝向的努力目標(biāo)。

OLED 的驅(qū)動方式可分為被動矩陣 （Passive Matrix ，PMOLED） 及主動矩陣 （ActiveMatrix ，AMOLED） 兩種方式。 由于采取被動式 OLED 架構(gòu)較為簡單 （主動式 OLED 架構(gòu)需使用低溫多晶硅技術(shù) ），同時生產(chǎn)成本相對較低，故商品化腳步較快 （發(fā)展尺寸多在5吋以下 ），應(yīng)用產(chǎn)品初期仍以手機占最大比重 （參照圖二）。不過，主動式 OLED 架構(gòu)具備低耗電、高分辨率的潛在優(yōu)勢，未來可開發(fā)適用于大尺寸 （電荷在 Poly-si TFT 移動速度較快，較易獲得一致性的驅(qū)動，此種需求對大尺寸面板尤其重要 ）或強調(diào)性能差距化的產(chǎn)品（預(yù)計 2002 年有商品化產(chǎn)品推出）。除此之外，對OLED 而言，整流性亦相當(dāng)重要，主動式 OLED 架構(gòu)的各 Pixel 是使用獨立的 TFT 電路驅(qū)動，因整流性較被動式 OLED架構(gòu)為佳，故較不易發(fā)生漏電現(xiàn)象。

圖二、被動式 OLED 應(yīng)用市場分析

目前在 OLED 全彩顯示器技術(shù)方面， 計有光色轉(zhuǎn)換法、 彩色濾光薄膜法、 獨立發(fā)光材料法等三種， 因 OLED 全彩顯示器技術(shù)仍在發(fā)展當(dāng)中， 故上述三種方法并非最終解決技術(shù)。光色轉(zhuǎn)換法 （Blue OLED With CCM array） 主要是利用籃光為發(fā)光源，經(jīng)由光色轉(zhuǎn)換薄膜將光色轉(zhuǎn)換成紅綠籃三色光，籃光發(fā)光材料雖不需制造對應(yīng) pixel 圖形，但光色轉(zhuǎn)換薄膜需要制作對應(yīng) pixel 圖形，此種方法轉(zhuǎn)換率是重要關(guān)鍵 （出光興產(chǎn)可至 30%），出光興產(chǎn)具相關(guān)技術(shù)專利權(quán)， 此種方法之發(fā)光效率雖優(yōu)于彩色濾光薄膜法， 但卻不及三色獨立發(fā)光材料法。彩色濾光薄膜法 （White OLED with color filter arrays） 是以白色為背光源材料，透過類似 LCD 之彩色濾光片來達到全彩效果，此種全彩方法的最大優(yōu)點是可直接應(yīng)用 LCD 之彩色濾光片，其技術(shù)重要關(guān)鍵在于白色光源的純度 （也是目前最大瓶頸所在）及彩色濾光薄膜的成本，以TDK 為主要參與廠商。

三色獨立發(fā)光材料法 （Blue & Green & Red EL） 是將三種發(fā)光材料分別精密涂裝于畫素中，小分子發(fā)光材料是采取熱蒸鍍搭配金屬的技術(shù) （metal mask） ，高分子發(fā)光材料則是使用旋轉(zhuǎn)涂布 （Spin Coating） 或噴墨印刷 （Ink Jet Printing） 的方式。投入此法的廠商有Pioneer 、NEC 、Sanyo 、Toshiba 、Universal Display 、Seiko-Epson 等。整體而言，此種方法的問題點以小分子發(fā)光材料而言， 所面對的最大瓶頸在于紅色材料純度、 壽命等問題，而高分子 OLED 則存在 RGB 定位的問題。此外， mask 有其尺寸上的限制，是未來 OLED 尺寸朝向大型化發(fā)展， 所必須解決的重要問題點。 另外在精細(xì)度方面， 此種方法略遜于其它兩種方法， 但發(fā)光效率較優(yōu)， 故仍是目前最常被廠商采用的主流方法。

廠商投入狀況

在上述兩大材料體系小分子有機電激發(fā)光組件 （OLED） 及高分子有機電激發(fā)光組件中（PLED），目前在小分子組件技術(shù)方面由日本廠商 （Sanyo 、Pioneer） 及 Kodak 所掌握。而在高分子組件技術(shù)方面，已有 Philips 、Unax 自 CDT 移轉(zhuǎn)技術(shù)。

2 年前由于 Kodak 擔(dān)心 PLED 未來開發(fā)速度超越 OLED ，對于專利權(quán)問題一改過去保守態(tài)度， 目前已授權(quán)包括東北先鋒 （Pioneer） 、日本精機 （Nippon Seiko） 、三洋（Sanyo）、TDK 、日本羅沐（Rohm ，日前剛獲得授權(quán)）、東元激光、錸寶、及一家美國業(yè)者共計全球8 家業(yè)者投入 OLED 研發(fā)生產(chǎn)。而 Pioneer 在獲得 Kodak 授權(quán)后開始加速研發(fā) OLED ，目前已有被動式多彩汽車音響面板產(chǎn)品，去年亦接獲 Motorola 手機面板 （被動式）訂單，而各國際大廠也陸續(xù)推出不少相關(guān)產(chǎn)品。

在國內(nèi)廠商方面， 技術(shù)平均約落后日本廠商三年水準(zhǔn)。 目前在臺面上正式對外宣布者包括錸寶、東元激光、光磊、悠景科技及翰立光電（PLED）等廠商。其中錸寶動作較快，已有小量產(chǎn)品出貨外， 東元激光最近剛與美國尹士曼柯達 （Eastman Kodak） 簽約獲得授權(quán)。光磊則對外宣布與工研院材料所合作開發(fā)出 2.5 吋及 3.3 吋 OLED 面板。以工研院團隊為核心的悠景科技，因自行擁有材料純化、蒸鍍、封裝、測試等技術(shù)，故較無相關(guān)專利技術(shù)授權(quán)問題。 目前基板尺寸 100 毫米 *100 毫米的 OLED 試產(chǎn)線（最大可調(diào)整至200 毫米*200 毫米）已經(jīng)架設(shè)完成， 并有少量樣品試產(chǎn)， 預(yù)計明年可望進行小量量產(chǎn)。翰立光電則和英國 CDT 簽約，且設(shè)立一條生產(chǎn)線，小量生產(chǎn) PLED 中。

結(jié)論

隨著科技迅速發(fā)展，輕、薄、高畫質(zhì)的平面顯示器將成為顯示器的主流。目前顯示器仍以技術(shù)最成熟的液晶顯示器為主，但由于有機發(fā)光二極管平面顯示器具有自然光、廣視角、 制程簡易及對溫度較穩(wěn)定等優(yōu)點， 未來 OLED 非常有機會， 成為下一世代中小型顯示器的主流。