從SID 2012看OLED Lighting、顯示器之新型應用、透明顯示技術的技術發展
The Society for Information Display(SID)為世界最大的顯示技術研討會，每年六月舉辦，今年於6月4日至6月8日在美國波士頓的Boston Convention and Exhibition Center舉行，此研討會由全球頂尖的學者、研究員及各大公司發表最新顯示及照明技術進展之研究成果，世界各國之產學界藉由此會發表最新之技術進展與最新成果。本次會議總計涵蓋73個技術領域，包含274場Oral Presentation與159篇Poster Paper，以及台灣、日本、韓國與歐美各國，超過千名人員參與。本文將針對OLED Lighting、顯示器之新型應用、透明顯示技術等三大主題，對研討會所發表的技術論文及各大公司現場展示之相關產品做一介紹。
下文內容乃摘錄材料世界網文章SID 2012特別報導，討論有關OLED Lighting之封裝、Stacked結構、光取出、有機材料及R2R上發光的技術。欲瞭解更詳細SID 2012研討會內容的讀者，可參閱SID 2012特別報導-從SID 2012看OLED Lighting的技術發展(上)、SID 2012特別報導-從SID 2012看OLED Lighting的技術發展(下)。
■ OLED Lighting技術發展
SID本屆會議總計發表595篇的技術論文，其中在Session 9、15、21、27、33、39、45、51、57及68中，均與OLED技術相關，例如OLED Display、OLED Lighting、OLED Lifetime、OLED Transport、OLED Manufacturing、OLED Optics and Modeling、OLED Materials、Solution Processed OLEDs技術等。唯目前最主要焦點仍在於高效率及長壽命之OLED元件技術，此為未來OLED能否廣泛應用於照明與顯示器之發展關鍵。放眼當今，白光照明元件的開發已為OLED重點項目之一，在今年的2012 SID研討會中，不論是元件製程或是材料設計，全球各研究單位均積極地在這些領域開發更新穎、效率更好、壽命更佳的元件，許多論文亦針對元件或是材料提供新的方向及改善方式。對白光OLED照明而言，從材料的研發方向、元件的膜層結構、光取出技術都有所助益。
1.封裝技術：Flexible OLEDs for Lighting Applications (Universal Display Corp.)
各家大廠所展示的OLED Lighting原型，如圖所示。UDC一再強調，OLED Lighting未來將會是磷光材料主導效率的改善。而Flexible OLED Lighting發展的趨勢，大致會從輕薄平面型往Rugged、Bendable、Rollable乃至於最後的Free Form方向發展，代表任何形狀均可以套用OLED Lighting。
各家大廠所展示的OLED Lighting
2.Stacked 結構技術：White OLEDs for General Lighting (Yamagata University)
Kido教授在1995年發表第一篇白光OLED元件(Science)，使得OLED的應用在顯示器之外，也發展出在Lighting的應用空間，接著2003年在SID闡述Stacked OLED的結構，讓OLED的壽命有延長的效果。下圖為早期與改良後的OLED技術，不僅從螢光材料轉換成磷光材料，最近這幾年也開始注重光取出技術的開發，讓OLED Lighting的效率成長不少。
一般與改良後的OLED技術
下圖是目前文獻上藍色磷光元件較佳的數據。
文獻上較佳數據之藍色磷光元件
3.有機材料技術：Efficient Phosphorescent OLEDs for Warm-White and Cool-White Lighting Applications (Universal Display Corp.)
有機磷光材料目前仍是以UDC為領先龍頭，目前UDC市售的RGB磷光材料如下圖，在Display方面已經有紅色及綠色發光材料；照明方面則有紅色、綠色及藍色發光材料供應，另外，針對不同顏色的發光材料也有相對應的主發光體材料供應。
UDC市售的RGB磷光材料
4.R2R上發光技術：Top-Emitting OLEDs for Solid-State Lighting High Efficiency by Optical Modeling (IAPP)
OLED是有機會做在軟性基板上的顯示與照明技術，同時也能採用低成本的R2R製程。如下圖是IAPP研究機構在R2Flex計畫中所建制的R2R Vacuum機台，若能採用Thin Metal Sheet作為軟性基板，將可有效阻絕濕度與氧氣的侵蝕，同時也可以是一個熱的良導體，但是，由於此基板屬於不透明基板，因此上發光OLED(Top-emitting)的開發變得相對重要。
IAPP研究機構之R2R Vacuum機台
R2R Vacuum機台之配置示意圖
唯，上發光OLED仍面臨相當大的挑戰；上下兩層金屬電極會導致元件具有很強的Micro-cavity問題，同時也會造成發光光譜變窄，進而在不同角度下，光色會有很大變化，且效率也會降低不少。
由於OLED照明具省電及環保效益，先進國家如美、日、歐等皆已大力推動，此一技術更被視為未來照明產業之重要發展課題。然而白光OLED要成為照明光源則必須先克服以下要點：(1)高效率，必須能夠產生100 %內部量子效益；(2)長壽命，最低需達到50,000小時以上；(3)優良的白平衡，一般要求演色性需大於70，而在較高要求時，演色性需大於80；(4)高亮度，至少要1000 cd/m2；(5)低成本。唯有達到上述五項要求，白光OLED才可能在照明領域發揚光大。
■ 顯示技術未來發展趨勢
本次SID會議邀請之首位Keynote Speech講題為"Display Transformation for Continuous Growth of the Display Industry"，Keynote speaker為三星LCD R&D center資深副總，主要內容為顯示器之後續發展趨勢，由於三星目前已成為顯示器之最大供應與技術開發商，所以此次之技術展望亦格外受到重視。講者表示，由於現今顯示產業已逐漸驅向飽和，為求新一波之企業成長，必須開發顯示技術之新領域發展。作者並進一步揭示未來顯示器之發展，包含兩部分。一為現行技術之規格提升，可作為Smart TV與平板電腦之應用。一為新技術或新應用之開發，包含軟性顯示與透明顯示等。在新技術之開發方面，作者認為透明顯示具有很大的成長潛力，並可應用於Shopping Window與數位看板等。但目前技術之穿透率尚不足，仍待提升其穿透率。由上述不難看出，未來顯示產業之發展，將聚焦於兩大部分，原有顯示技術之新應用，與新型顯示技術開發。其中新型顯示技術，又以透明顯示技術更為重要。下文摘錄材料世界網文章SID 2012特別報導的內容，將針對此兩大領域，整理說明本次研討會中所提出之技術開發進展。
欲瞭解更詳細SID 2012研討會內容的讀者，可參閱SID 2012特別報導-從SID看顯示器之新型應用與透明顯示技術。
■ 顯示技術之新應用
1. Kyocera公司之Mirror display (LCD) Kyocera公司開發後照鏡應用之Mirror Display，如下圖。結構為直接將LCD面板嵌於後照鏡中，並利用鏡子之低穿透率效果，可使得LCD不易被看到。所以，就視覺上，看起來就像是一片可顯示面的鏡子。由於Mirror Display之正面必須為反射鏡，模組穿透率勢必較低，所以搭配之顯示面板亮度也必須較高，才較易看到顯示影像。故以整體亮度與耗能看來，若用LCD搭配反射鏡，其功耗將大幅提高。
2.友達光電(AUO)公司之Mirror display (OLED)
友達光電今年發表一篇Mirror Display相關技術論文：39.3-A Mirror Display Based on AMOLEDs and Transflective Mirror Designs，AUO針對Mirror Display提出可能之應用情境與市場，如下圖，包含家用、服飾展示與車用後照鏡等。
AUO提出之結構為於原有面板上，製作一金屬反射層，作為反射鏡之用。當面板關閉時，由於金屬反射層之高反射率特性，可作為鏡面之用；當面板打開時，影像穿透鏡面，進而顯示影像。
3.DonTech-sunlight readable LCD
DonTech開發之產品為Sunlight Readable LCD，如下圖。其技術特點為，為達成日光下可閱讀之需求，希望提升LCD之光強度。所以，該公司提出兩個方向，一為提升LCD之背光強度。二為針對LCD中之各膜層間，進行折射率的調整，降低內反射之發生，進而提升光利用率。
4.Samsung之Super Dual-view OLED
今年三星于SID展覽中大多為OLED之顯示器產品，其中大部分為原有市場之產品，如電視、手機等。但有一款電視產品"Super Dual View OLED"，其特點為可讓兩位觀看者，看到不同之顯示畫面。其原理為，利用快速切換兩個不同之影像，搭配用高速切換之LC shutter，進而使的觀看者僅看到其中一個影像。其產品展示如影片所示。
SID 2012- Samsung之Super Dual View OLED
5.Hleewainwright之Light Technology & Flexible Display
Hleewainwright推出的Light Technology & Flexible Display產品展示如影片所示，其技術原理主要為利用特殊製程，將光纖植入各類材料中，由LED發光，將光線由光纖導出。其驅動電壓為4.5V，搭配電流50mA。且由於是使用光纖，其損耗極低，單一LED光源可供給至少1,000個輸出畫素。
Hleewainwright展示Light Technology & Flexible Display
6.3M-Virtual Presenter
3M今年展出一款投影技術，如下圖。其技術為利用投影機，將影像投影於屏幕之上。同時，廠商也將屏幕裁切成人型。與一般透明顯示或透明投影不同的是，3M廠商所使用之屏幕為不透明屏幕。原因是，3M表示，此產品之應用並不在商品櫥窗，而是在賣場之走道上。希望透過此技術，達成於走道上進行產品廣告或促銷說明之目的。也因為是在走道上，所以無法在其背後設計特定擺設，為達成高對比之目的，就使用不透明之屏幕。此外，其不透明之屏幕也並非黑色屏幕。若為黑色屏幕，投影於其上之影像易將受到影響，進而造成影像效果不佳。所以，廠商所用之屏幕為一具微結構之屏幕，該為結構可吸收大角度入射之光線，僅有特定角度之光線才可穿透。所以，僅需將投影機設定於特定位置，即可達成高對比之影像品質。
■ 新型透明顯示技術
1.AUO之Transparent OLED
友達於本次研討會提出52.1-Transparent AMOLED and Its Integration with an Electrophoretic Display，此一顯示結構為整合透明OLED與EPD之雙模顯示結構，以期可於戶外使用反射式顯示、戶內則使用穿透式模式。
此產品雖然是雙模顯示，但針對透明OLED產品，亦可單獨應用於透明顯示之各類應用上，包含手機、電腦、公共資訊與擴增實境等。
2.Planar展示Transparent LCD
本次展覽中，Planar於展場展出透明LCD產品，由於LCD基本結構包含偏光片與彩色濾光片，故穿透率並不高，約僅8-10%。且模組中搭配側光源，可取得更高的顯示亮度。產品展示影片如下所示。
Planar展示Transparent LCD
3.Asahi glass展示Transparent Window
Asahi glass公司之產品為一新型之透明顯示技術，如產品展示影片所示。其所用之技術為reverse mode cholesteric liquid crystal，即搭配polymer dispersed的ChLCD。其特點為可呈現normally transparent，於通電後，可將液晶轉至散射態。此類技術無偏光片與金屬電極線路設計，故穿透率較高。但由於僅為segment type驅動，無法呈顯動態影像。
Asahi glass展示Transparent Window
4.Maradin之Micro projector Maradin公司之產品為微投影系統，如下方上圖。此類產品亦可呈現彩色影像，主要之原理為，由雷射系統高速輸出RGB三種光線，照射在可快速掃描之反射鏡上，再透過第二個鏡面後，照射在屏幕上，如下方下圖。
Maradin公司之產品為微投影系統
此類系統雖可產生彩色影像，但需要搭配三色且可高速切換之雷射系統，亦需開發可快速掃描之反射鏡控制機構，顯然成本應該較高。此外，為達到快速切換顏色，廠商利用雷射作為光源。但若用雷射作為透明顯示之光源系統，是否會傷害人眼，此亦為一需要考量之問題。此產品為微投影系統，若將屏幕更換為透明玻璃，將可呈現透明顯示效果。但應用於透明顯示，還有兩點技術待突破。一為此技術所需之光學結構較大，不易隨身攜帶。二為透明玻璃無散射處理，顯示效果易受限。
5.Frunhofer Institute展示Headmount Transparent Display
Frunhofer Institute之產品為微光學投影系統，主要可應用之產品包含微投影機與頭戴式顯示器。
其投影技術之影像來源為AMOLED之微顯示器，電源系統之電壓為2V，而但電流則不確定。
該公司之產品僅可顯示segment單色之影像，但此應為該公司之成本考量。若欲呈現高畫質，可更換為全彩OLED顯示器。
然而，此技術之缺點為，他們所使用之投影模式為利用beam splitter將影像反射至人眼。從上方上圖可看到，模組上方即為顯示器之顯示畫面。此類雖可避免影像於玻璃上散射或washout之缺點，但亦將造成顯示模組體積較大之問題。
6.Emagin之Headmount Microdisplay
Emagin以AMOLED微顯示器搭配光學模組，展示頭戴式顯示模組之產品。其中，頭戴式顯示器之畫素尺寸為9.6，而右方之微顯示器則更進一步為8.1。其亮度為150nits，且若作為頭戴式顯示器，則需搭配光學模組。產品展示影片如下所示，此類產品之應用或許不廣，因為配戴後，將無法看到身前之影像，不易為消費者之使用習慣所接受。但若作為微透明顯示投影之用，將可提供高解析度之彩色影像。
Emagin展示AMOLED微顯示器
7.Lumus之Headmount Transparent Display
Lumus公司之產品為頭戴式顯示器，如下圖所示。
此頭戴顯示器可直接呈現彩色影像，重量與體積皆較輕，而且畫質也較佳。模組右側為LCOS顯示器，中間為一為投影模組，右邊為壓克力鏡片。顯示原理可詳原文，以LCOS顯示影像，並透過投影機將影像，從鏡片側面送入鏡片中間，到達人眼之前之區域後，再由於微結構之散射特性，而將影像呈現出來。產品展示影片請參閱展覽現場直擊。
8.Sun Innovation
Sun Innovation利用雷射搭配微控制元件，控制光線出射之方向，並打在屏幕上，達成顯示之效果。下方上圖為該公司所使用之雷射系統。
其中，與一般投影機制不同之原因為，於透明屏幕塗上一層螢光材料，可吸收不可見之雷射光，並發出可見光(如下方下圖)。
所以，該透明屏幕並不需要進行散射處理，其透明度亦可較高。故若將此技術與前述之微投影技術相結合，將可成為高穿透之透明顯示技術。產品請參閱展覽現場直擊。
作者：林晉聲、李國昶；材料世界網編輯室整理
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從SID 2012看OLED Lighting的技術發展(上)
從SID 2012看OLED Lighting的技術發展(下)
從SID看顯示器之新型應用與透明顯示技術
參考資料（出處均來自於SID 2012演講內容）
1. Flexible OLEDs for Lighting Applications (Universal Display Corp.)
2. White OLEDs for General Lighting (Yamagata University)
3. High-Efficiency White OLEDs with Built-Up Outcoupling Substrate (Panasonic Corp.)
4. Efficient Phosphorescent OLEDs for Warm-White and Cool-White Lighting Applications (Universal Display Corp.)
5. Top-Emitting OLEDs for Solid-State Lighting High Efficiency by Optical Modeling (IAPP)