中小尺寸顯示面板主要生產技術

中小尺寸顯示面板(一般為10.4”以下)應用的領域與大尺寸面板不同，在技術及品質 上的要求也有所差異。在需求方面，小尺寸面板必須符合輕薄短小的要求，而且為配合 隨身攜帶需要，勢必在電力的節省上加以著墨。在生產方面，中小尺寸顯示面板市場屬 於客製化市場(Customer design)，其面板尺寸規格多樣化，而且多種競爭技術呈現並存 的狀態。在成本方面，同一世代基板中小尺寸面板的產值遠較大尺寸來得高，前段製程 的成本相對較低，後段模組的材料/組裝成本比重較NB及Monitor等大尺寸高。目前主要 中 小 尺 寸 顯 示 面 板 生 產 技 術 包 括LCD(Liquid Crystal Display) 以 及 OLED(Organic Light-Emitting Diode)。

以 目 前 佔 比 重 最 大 以 及 未 來 最 具 發 展 潛 力 的 生 產 技 術 有TN/STN LCD 、 a-Si TFT-LCD、LTPS TFT-LCD及OLED。一般而言，TN/STN LCD在色彩呈現及反應速度上 處於劣勢，不過由於在省電及低價的優勢下，仍能在中低階市場佔有一定的比重。單色 STN-LCD以滿足文字顯示爲主的低檔市場，彩色STN-LCD則專攻以彩色文件及一般圖 型顯示的中階市場，而LTPS TFT-LCD/a-Si TFT-LCD以其優勢的色彩顯示功能，將以高 分辨圖型及動畫需求的高階市場爲目標。OLED則雖在產品特性上具有相當多的優點，

但生產技術還有進步的空間，未來發展值得期待。

4.1.1.TN/STN LCD

(1) 原理：TN-LCD(Twisted Nematic LCD)和STN-LCD(Super Twisted Nematic LCD)的顯 示原理相同，只是液晶分子的扭曲角度不同。STN-LCD的液晶分子扭曲角度為180 度甚至270度，TN-LCD則旋轉90度。TN/STN LCD都是被動式驅動的方式，和主動 式(TFT-LCD)的產品相比，反應速度較差，但在電力節省上較佳。

圖21 STN-LCD 工作原理示意圖 資料來源：PHILIPS 公司網站 (2) 特性：如表7所示。

表7 各式顯示技術特性

資料來源: 拓墣產業研究所

(3) 應用範圍：由上表可知，在動態影像需求較高的中小尺寸面板上，TN/STN LCD的 表現處於相對劣勢。但在色彩表現上，彩色STN-LCD(CSTN)已可達到一般靜態顯 示的要求，因此整體來說，TN/STN LCD適合用於中低階或是靜態顯示畫面。

STN-LCD可應用於尺寸較大的電子字典、電子娛樂產品、PDA、行動電話、低階筆 記型電腦等。TN-LCD則應用於手錶或是計算機產品。

(4) 廠商動態與未來發展：日本廠商已逐漸退出TN/STN LCD市場，台灣廠商對TN-LCD 及單色STN-LCD(MSTN)的投資動作也減緩。在彩色手機逐漸盛行之際，台灣廠商 在CSTN的佔有率將持續增加。

4.1.2.TFT-LCD

(1) 原理：以薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT)“主動式”同時驅動面板畫素的色彩明 暗程度，與TN/STN“被動式”逐次點亮畫素的方式不同。TFT-LCD面板主要有二種 生產技術：非晶矽(Amorphous Silicon) a-Si TFT-LCD及低溫多晶矽(Low Temperature Poly-Si) LTPS TFT-LCD。二者結構大同小異，主要為兩片玻璃基板中間夾著一層液 晶，上層的玻璃基板是與彩色濾光片(Color Filter)，而下層的玻璃則有電晶體鑲嵌 於上。當電流通過電晶體產生電場變化，造成液晶分子偏轉，藉以改變光線的偏極 性，再利用偏光片決定畫素(Pixel)的明暗狀態。此外，上層玻璃因與彩色濾光片貼 合，形成每個Pixel各包含紅藍綠三顏色，這些發出紅藍綠色彩的畫素便構成了面板 上的影像畫面。技術規格上如果僅標明TFT-LCD，一般係指a-Si TFT-LCD。

(2) 特性：與TN/STN LCD相比，TFT-LCD在顯色能力、對比、亮度以及反應時間上，

具明顯優勢。但在電力的消耗上，則居於劣勢。

(3) 應用範圍：由於TFT-LCD在色彩的表現上較具優勢，近年來價格大幅下滑的結果，

目前普遍應用於手機、PDA、數位相機以及各種電子書上。

(4) 廠商動態及未來發展：日商在逐漸退出大尺寸TFT-LCD後，仍將小尺寸面板視為發 展重點，紛紛將舊世代產線移做小尺寸面板的生產，只是技術發展重心會偏重LTPS 或是與OLED的結合，目前中小尺寸面板以日商的佔有率最高。韓國以三星SDI在行 動電話的佔有率較高，LG在小尺寸面板的發展仍在起步階段。台灣以友達的佔有 率最高，奇美成立建美電子，未來在行動電話以及數位相機領域將有所發展。

圖22 TFT-LCD 結構圖 資料來源：友達光電公司網站

表8 2005Q4 中、小尺寸 LCD 面板供應商於各應用產品的出貨量排名

Rank 1 2 3 4 5

數位相機 Casio ST-LCD 友達 Sanyo Epson 統寶 行動電話 SDI Philips Sanyo Epson Sharp 勝華

數位攝影機 ST-LCD 友達 Optrex Sharp TMDisplay PDA Sharp ST-LCD 統寶 NEC Sanyo Epson

車用面板 TMDisplay Sharp 友達 Sanyo Epson Philips 資料來源:Display Search, 2006/01/03

4.1.3.LTPS TFT-LCD

(1) 原理：LTPS(Low Temperature Poly-Si) TFT-LCD技術將玻璃基板利用雷射回火 (annealing)，使得原先非晶矽的結構(Amorphous Silicon, a-Si)轉變為多晶矽(Poly-Si) 的結構。由於多晶的結構有利於電子的移動，有助於基板上電路的整合，以達到產 品輕薄短小的要求。

(2) 特性：與TFT-LCD比較起來，LTPS TFT-LCD具有下列特性上的優勢：a)電子反應 速度更快；b)電路數目降低/零組件數量減少；c)消耗更少電力(電阻減少)；d)較大 的開口率(Aperture Ratio)使得發光效率更佳。

(3) 應用範圍：LTPS TFT-LCD的應用多以數位相機、行動電話、PDA、12”以下顯示面 板的次筆記型電腦市場為中心。

(4) 廠商動態及未來發展：以日本而言，由於具備數位相機功能手機的畫素等級已提昇 至百萬畫素等級，a-Si TFT-LCD已不足以滿足其高畫質需求，將促使LTPS TFT-LCD 對非晶矽TFT-LCD市場的取代效應加速，各家LCD廠商的LTPS TFT-LCD動作也越 來越積極。

a. LTPS技術日本廠商居領先優勢

日本廠商在LTPS技術上的發展及量產時間較早，目前產能居世界第一的是 TMDisplay(東芝與松下電器合作)。另一液晶大廠Sharp採用的是較LTPS技術電子 移動速度更高的連續結晶矽CGS（Continuous Grained Silicon）技術，其電子移動

速度已接近單晶矽的水準，在行動電話及次筆記型電腦等可攜式IT市場有相當的 競爭優勢。

b. 南韓廠商

三星及LG表示將積極開發此一市場，未來將把舊世代生產線轉移作為生產中小 尺寸之用。三星及LG雖已開始少量生產LTPS面板，但都不脫實驗生產的階段。

c. 台灣廠商

台灣LTPS生產廠商以統寶光電較具代表性，其LTPS技術主要來自工研院電子 所，產品線涵蓋大、中、小尺寸LCD。友達光電目前為台灣最大的中小尺寸 TFT-LCD面板廠商，友達光電改裝現有第3.5世代的L3B生產線加裝LTPS的生產 設備而成。友達也在進行OLED的研發。

4.1.4.OLED

(1) 原理：有機發光二極體顯示面板(Organic Light-Emitting Diode, OLED)，是利用一薄 而透明具導電性質的銦錫氧化物(ITO)為正極，與另一金屬陰極以如同三明治般的 架構，將有機材料層包夾其中，有機材料層包括電洞傳輸層(HTL)、發光層(EL)、

與電子傳輸層(ETL)。當通入適當的電流，此時注入正極的電洞與陰極來的電荷在 發光層結合時，即可激發有機材料產生光線，而不同成分的有機材料會發出不同顏 色的色光，屬於自發光的性質，與LCD需要背光源的性質不同。

圖23 OLED 基 本 構 造 資 料 來 源 ： 錸 寶 公司網站

a. 就材料的組成分子來看，可分為小分子OLED及高分子PLED二種，小分子 OLED及高分子PLED在材料特性上可說是各有千秋，但以現有技術發展來 看，小分子OLED現在是處於領先地位，目前投入量產的OLED元件，全是使 用小分子有機發光材料。但小分子材料極易為氧氣及水分所破壞，所以必須 使用真空蒸鍍及封裝設備，這使製程的複雜及困難度大為提高，製程設備由 於需要有高度的真空性能，設備成本相對較高，也使得大尺寸化有其實現上 的困難。目前小分子OLED的應用多為小尺寸面板。

b. 就驅動方式來看，可分為主動式(Active Matrix, AM)及被動式(Passive Matrix,

PM)，目前市面上推出的OLED產品幾乎全為PM-OLED(被動式OLED)，但其 製 程 技 術 仍 未 完 全 成 熟 ， 無 法 大 幅 提 高 產 量 及 減 少 成 本 。PM-OLED與 AM-OLED(主動式OLED)相比，雖然有消費電力高、壽命短、顯示元件較易 劣化、不適合大畫面高解析度發展等缺點，但其優點亦多，例如開口率高，

可提昇畫質及亮度。此外，由於構造簡單，與AM-OLED相比生產時間不僅為 短良率亦高，成本相對有利。AM-OLED因基本構造需要穩定的電流來控制發 光，與TFT-LCD利用穩定電壓控制發光不同，為了達到足夠的亮度，需要有 較 大 電 流 流 動 度 的TFT， 此 時 電 子 流 動 度 高 的 LTPS TFT技 術 ， 便 成 為 AM-OLED的主要驅動考量，利用LTPS TFT先行取得穩定電壓後，再轉換成 穩定的電流來控制OLED發光，因此LTPS TFT技術為AM-OLED所必備的技 術。

(2) 特性：OLED本身有自發色光性質(不需背光源、彩色濾光片)可大幅降低成本及顯 示模組厚度，使其更輕薄(≦2 mm)、高亮度、較無視角限制(＞165度)、高反應速度 (10μs以下)、低驅動電壓(5~15V)、低耗電(目前耗電仍較TFT-LCD為高，在理想情 況下應可以達到更低的耗電量)、可撓曲(適用於塑膠基板)與製程簡單等優點，為眾 多業者看好其未來市場潛力及產品競爭力的主因。

(3) 應用範圍：以PM-OLED來看，目前應用最多的是行動電話的次面板以及車用面板。

以AM-OLED來看，目前應用最多的是行動電話、PDA以及數位相機。

(4) 廠商動態與未來發展：AM-OLED在實際量產上，遭遇到不少困難，2003年3月初，

日本三洋電機(Sanyo)、美國柯達(Kodak)及雙方合資的SKDisplay宣佈正式量產2.16” 率會由2003年的40%成長至達到70%，使得CSTN-LCD、a-Si TFT-LCD、LTPS TFT-LCD 的出貨比重大幅提升。研究機構預估未來數位相機手機的比重逐漸提升，對於強調解析 度 以 及 動 態 顯 像 能 力 的a-Si TFT-LCD及LTPS TFT-LCD，其滲透率會逐漸提高。

CSTN-LCD成長率會趨緩，應用領域也會限制在中低階手機或是手機的次顯示面板