还剩13页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
显示器的种类FPDFPD=FlatPanelDisplay平板显示器平板显示(FPD)已经成为未来电视的主流是大势所趋,但目前在国际上尚没有严格的定义,通常这种显示屏厚度较薄,看上去就像一款平板,平板显示的种类很多,按显示媒质与工作原理分,有液晶显示(LCD)、等离子显示(PDP)、电致发光显示(ELD)、有机电致发光显示(OLED)、场发射显示(FED)、投影显示等FPD的进展趋势平板显示器与传统的CRT(阴极射线管)相比,具有薄、轻、功耗小、辐射低、没有闪烁、有利于人体健康等优点目前,在全球销售方面,它已超过CRT估计到2010年,二者销售值的比将达到51o21世纪,平板显示器将成为显示器中的主流产品据著名的StanfordResources公司预测,全球平板显示器的市场将从2001年的230亿美元增加到2006年的587亿美元,未来4年的年均增长率将达到20%各有千秋的平板显示技术平板显示器分为主动发光显示器与被动发光显示器前者指显示媒质本身发光而提供可见辐射的显示器件,它包含等离子显示器(PDP)、真空荧光显示器(VFD)、场发射显示器(FED)、电致发光显示器(LED)与有机发光二极管显示器(OLED)等后者指本身不发光,而是利用显示媒质被电信号调制后,其光学特性发生变化,对环境光与外加电源(背光源、投影光源)发出的光进行调制,在显示屏或者银幕上进行显示的器件,它包含液晶显示器(LCD)、微机电系统显示器(DMD)与电子油墨(EL)显示器等.液晶显示器(LCD)液晶显示器包含无源矩阵液晶显示器(PM-LCD)与有源矩阵液晶显示器(AM-LCD)oSTN与TN液晶显示器均同属于无源矩阵液晶显示器90年代,有源矩阵液晶显示器技术获得了飞速进展,特别是薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)它作为STN的换代产品具有响应速度快、不产生闪烁等优点,广泛应用到便携式计算机及工作站、电视、摄录像机与手持式视频游戏机等产品中AM-LCD与PM-LCD的差别在于前者每象素加有开关器件,可克服交叉干扰,可得到高对比度与高分辨率显示当前AM-LCD使用的是非晶硅(a-Si)TFT开关器件与存储电容方案,可得到高灰度级,实现真彩色显示然而,高密度摄象机与投影应用对高分辨率与小象素的需求推动了P-Si(多晶硅)TFT(薄膜晶体管)显示器的进展P-Si的迁移率比a-Si的迁移率高8到9倍P-SiTFT的尺寸小,不仅适合用于高密度高分辨率显示,且周边电路也能够集成到基板上总而言之,LCD适合作薄、轻、功耗小的中小型显示器,广泛应用于笔记本电脑、移动电话等电子设备中30英寸与40英寸的LCD已研制成功,有的已投入应用VA是“verticalalignment”的简称,意为垂直排列只是单从字面上看会产生一些误解,由于液晶分子并不是如图所示的“突起protrusion完全垂直请看图8所示黑色示意图当电压生成一个电场时,液晶分子如图相互平行排列,这样背光光源就能穿过,而且能将光线向各个方向发散,从而扩大了可视角度另外,MVA还提供了比IPS与TN+Film技术都快的反应时间,这关于取得良好的视频回收与残视觉效果都是非常重要的MVA液晶显示器的对比度也有所提高,只是同样也会随着可视度的变换而变化在使用光学补偿弯曲技术OCB的基础上进展起来的场序列全彩色FSFCLCD技术不仅取消了占成本三分之一的彩色滤光膜CF还可使分辨率提高3倍透过率提高5倍,同时简化了工艺,降低了成本彩膜技术与背光源技术的进展使TFT-LCD的彩色再现能力达到甚至超过了CRTo作为商品显示器TFT-LCD的要紧技术指标综合性能在各类显示器件中是最优秀的,特别是TFT-LCD产品的大规模生产技术的完善,多品种、多系列的产品进展空间,应用范围无所不至最近韩国三星电子已经生产出了38英寸单一基板的TFT-LCD液晶电视与40英寸TFT-LCD显示器,以其优良的性能向公认的应为PDP霸占的大尺寸彩电市场进军LCD是所有显示器中耗电最低的产品,以
13.3英寸XGATFT-LCD为例,其功耗1998年为
4.4瓦,1999年为
3.3瓦,到2001年将小于
2.5瓦,特别是反射型TFT-LCD的研制成功,由于取消了背光源,其功耗比透射式TFT-LCD低了一个数量级同时由于几改进,低温激光退火多晶硅P・Si技术成熟,以至最近进展起来的单晶硅技术使得TFT-LCD的响应速度更快,电路集成化水平更高,锁相环技术的应用,一种功能更新,更全的周边电路的使用,系统集成Systemonglass技术的进展,使得TFT-LCD更轻、更薄
13.3英寸TFT-LCD其厚度在1998年为
7.2mm1999年为
5.5mm2001年降到5mm下列,其重量1998年为580克,1999年为450克,到2001年降到400克下列TFT・LCD的大生产技术也已成熟,已实现全自动生产,其第五代生产线在2002年将进入有用生产阶段,生产成本将不断下降TFT-LCD在技术上的成熟与进步与其特有的性能优势确定了TFT-LCD最终取代CRT的格局
四、总结目前TFT-LCD已达到的技术水平状况1水平与垂直角都达到170度;2显示亮度达到500尼特,对比度5001;3寿命超过3万小时;4场序列全彩色FSFC技术开始应用于工业生产;5大屏幕薄膜晶体管液晶显不彩色电视TFT-LCTV已经开始进入大规模工业生产,TFT-LCTV的画质已经达到甚至超过了CRT如28英寸TFTLCTV的分辨率为1920x1200水平垂直视角均为170度;38英寸的TFTLCTV已研制成功;40英寸的TFT-LCD也已研制成功;6大面积低温多晶硅TFT-LCD已经开发成功,并投入工业生产,非晶硅TFT的自扫描LCD已经商品化;7反射式TFT-LCD彩色显示器开始商品化比如分辨率是400x234画面为169的
5.8英寸反射式显示器的反射率为30%响应速度为30ms消耗功率为
0.15瓦730x920mm基板大屏幕生产线已经研制成功,更大尺寸基板的大屏幕生产线正在建设之中9塑料基板TFT-LCD开始商品化日本现有5个品种的塑料基板产品10背光源与逆变器,虽在积极开发反射式LCD但用背光源的透射型TFT-LCD在相当长时间内还是主流产品背光源是其重要配件德国研制成用于液晶模块的平板荧光灯背光源,亮度达到5000・7000cd/m2寿命达到10万小时一些新型自热式背光源能够在-40C到85℃范围内正常工作OEL背光源与高亮度LED背光源已开发成功,并开始用于TFT-LCD、LinfinityMicroelectrunies发明了冷阴极背光源长寿命逆变器,光源调制范围达到5001oTFT-LCD市场分析
一、国际市场分析与预测TFT-LCD彩色薄膜晶体管液晶显示器要紧应用于计算机、视频终端、通讯及仪器仪表等行业要紧应用领域有笔记本电脑、台式计算机监视器、工作站、工业监视器、全球卫星定位系统GPS、个人数据处理、游戏机、可视电话、便携式VCD、DVD及其它一些便携装置1995年往常,TFT—LCD的应用要紧集中在高档摄像机监视器、高档掌上游戏机、微型电视机与大屏幕投影仪等贵族类消费产品其过高的价格使下游整机厂家更多的选用了低档TN与STN液晶1995年后,随着TFT生产厂家生产技术水平的提高、投入加大、基板尺寸提高到300mm-400mm以上,实现了10英寸VGA以上大尺寸TFT—LCD的大规模生产,加上上游原材料厂家的成熟带来的成本降低,从而为TFT-LCD在笔记本电脑、监视器等潜力巨大的市场应用建立了基础因此迎来了TFT历史上的第一次高速成长期在此期间,日本多家公司投资大型生产线,下游厂家积极开发推广应用产品,由于原材料价格降低与大规模生产成本减低与成品率的提高,TFT的价格呈逐步降低的态势,进一步促进应用领域的扩大,同时TFT厂家也保持了较高的利润空间此种情形一直保持到1996年上半年1996年第二季度至年底,全球FTF产业进入了一个相对停滞徘徊期其原因并非市场需求不足,而是由于.TFT产品的价格相关于CRT仍然偏高,难以被家庭、个人与中小企业这个最大的市场所同意;.用户心理上对当时主流产品I
0.4英寸VGA不满足,而11寸以上产品由于生产技术不成熟、生产能力低下,其价格与供货能力均使下游产品厂家望而却步;.前期TFT厂家的投入使生产能力相关于当时的市场需求有微量的过剩假象;.日本企业由于占有大部分生产能力,不愿降低自己的利润空间而造成事实上的价格障碍此后1997年,由于韩国三星、现代、LG等公司第二代以上生产线纷纷投产,打破了日本独家垄断市场、操纵价格的局面,TFT的价格趋于合理的定位,生产能力的扩增又刺激了下游产品特别是笔记本电脑中TFT应用的迅速增加,使得TFT行业又进入了一个相对非常短暂的快速进展期市场容量急剧扩大,主流产品档次迅速提升
11.3英寸、
12.I英寸TFT成为当时笔记本电脑的上流配置,并呈现被更高档次产品取代的态势同时日本、韩国企业迅速跟进,扩产增线,由此再一次迎来了与全球半导体行业进展规律一致的平台式停滞阶段这一阶段从1997年持续到1998年7月1998年下半年,由于TFT的性能价格比已达到了可同CRT一较长短的地步,同时,原先增长缓慢的中小尺寸TFT市场,由于消费类电子应用范围的急剧扩张而得到从未有过的增长,这其中部分原回应归功于INTERNET技术成熟导致的个人便携式信息终端与GPS与可视电话、游戏机等产业的进展TFT业界迎来了期盼已久的第三个飞速进展的阶段TFT行业取代了一直高速进展的DRAM半导体存储器行业成为了半导体工业中最耀眼的明星特别是东亚经济危机抑制了包含日本、韩国与东南亚地区国家的盲目跟进,使得TFT生产能力的提高没能跟上市场需求的飞速扩张,从而避免了前两次进展中不正常的价格竞争,TFT产业能够说终于走向良性进展的正确道路由于以上原回,从1998年中至今,12—18英寸TFT—LCD产品价格涨幅超过30%到1999年年底才达到一个稳固的价格平台阶段1998年第三季度开始,中小尺寸的价格增幅也达到15%以上,并将于2000年初酝酿进一步涨价与此同时,市场的需求并不因价格的增长而减少,反而持续扩大,供个应求的卖方市场现象短期内没有完全解决的迹象中国台湾、韩国包含日本的TFT应用整机厂家,由于缺货基本上不能达到满产各大TFT生产厂家的定单已经排到2001年,甚至更远那么今后TFT行业的进展会是什么情况呢?这里我们结合1997年、1998年TFT一LCD市场实际,对TFT—LCD市场需求情况进行统计与预测,详见表1表1TFT-LCD要紧应用产品的市场需求统计与预测199719981999200020012005笔记本电脑TFT-LCD01450149318242200400台式监视器01302504008005000个人数字助理PDA802403004005001200全球卫星定位系统GPS201501802203001000液晶投影仪2501203006001500摄录一体机14411001200140015002000VCD一体机1006007409001200300近日,日本鸟取三洋LCD事业部总经理福好雅先生指出尽管到2001年会出现TFT—LCD供需平衡的局面,但这种平衡将是短暂的估计至2002年第四季度,全球TFT-LCD面板仍将出现供不应求的局面我们认为作为高投入、高回报、高技术含量的TFT行业在可预期的10年到15年内仍将持续进展其进展的通常规律还将遵循前面所表现的阶段式阶梯进展态势过去的与将来的跃升阶段的推动力是生产技术的提高与生产能力的增加使得TFT找到了新的应用领域;而过去的与将来的平台式停滞阶段则缘于生产能力提高,巨处于新的应用市场的准备时期导致的相对市场饱与,但迄今为止每一次的供过于求并非生产能力的绝对过剩,而是产品结构调整时期的相对过剩;供大于求的相对幅度只在10%以内,同时持续时间是非常短暂的作为新兴的、未来十数年内不可替代的产业,其新的应用领域的生产空间在目前来说仍是无限的而且,由因此资金投入高、技术含量大、人材要求高,有能力投身此行业的国家、企业不时能太多;因此不可能出现像TN与STN那样的恶性竞争因此在条件具备的情况下,周密组织,精心准备,在不断学习完善自身的同时,积极跟进提高、投身国际市场,其商机是无限的具体到本阶段,业界的普遍看法是由于目前15英寸、17英寸应用市场的前期开发阶段己接近完成,目前的上升势头有可能迅速过度到下一个进展阶段,也就是说即使有短暂的供需平衡期或者供过于求期,总的进展与增长势头仍将持续到2004年并等待另一轮的进展循环面对TFT—LCD市场如此诱人的局面,日本、韩国与中国台湾纷纷投入巨资进行大尺寸TFT—LCD的生产线建设原有的中小尺寸生产线也积极扩产,比如台湾元太基板投入数量将有6000片/月增加到1500片/月,其近日接到的日本的一个5英寸定单5年总金额为1亿美金日本作为TFT-LCD的生产王国,不管技术或者生产都处于世界领先地位今年开始,日本TFT-LCD业界计划投入二十亿美元进行扩产,其中东芝公司己启动第四代生产线的建设,玻璃基板尺寸为800mmx950mm一次可切割6片17TFT-LCD面板在韩国,三星、LG、现代三大TFT—LCD厂商,均看准TFT—LCD是未来的骨干产业,从1998年年底开始,这三家大公司计划投入三十亿美元进行扩厂建设,三星、LG两家公司都雄心勃勃,争取成为下一代显示器市场的主导企业在中国台湾,TFT-LCD被视为第二个半导体产业,1998年以来,台湾利用日、韩先后陷入金融危机之时,对TFT—LCD加紧投资,出现投资热潮,中华映管、达基电子已于1999上半年投入量产,瀚宇彩晶等四家厂商将于今明两年进入量产,迄今为止,台湾地区已投入40亿美元韩国与中国台湾厂商的投资扩产情况见表2与表3o表2韩国TFT-LCD厂商扩产情况公司名称扩产基板尺寸扩产量投产时间三星600x720mm6万片1999年底LG590x670mm2万片1999年底现代620x720mm2万片1999年底表3中国台湾TFT-LCD厂商投产情况公司名称基板尺寸月产能投产时间广辉620mmx750mm3万片2001年达基600mmx720mm3万片1999年7月中华映管550mmx650mm
2.5万片1999年5月奇晶620mmx750mm3万片1999年12月潮宇550mmx650mm3万片2000年1月联友610mmx720mm3万片1999年10月市场供应量的增加,势必给整个TFT—LCD行业的结构带来一定的变化,供需状况会呈现出如何的趋势?结合TFT—LCD的市场需求与投产扩产情况,我们对大尺寸TFT-LCD的供需情况进行了分析预测结果示于表1与表2O表1大尺寸TFT-LCD供需预测一(单位千片)指标1998199819991999199919992000200020002000三季度四季度一季度二季度三季度四季度一季度二季度三季度四季度月供给1098136413991488156216561870204822252391月需求1092119512591346147516271730190120522304需求减供给・5169140143882914014717287表2大尺寸TFT-LCD供需预测二(单位千片)指标1998199819991999199919992000200020002000三季度四季度一季度二季度三季度四季度一季度二季度三季度四季度月供给1087136413121290152116771770193820122156月需求1092119512591346147516271730190120522304需求减供给-5169534546504037-41-148由表1能够看出到2000年第四季度TFT-LCD基本维持在供需平衡局面上,有供不应求的情况出现由表2能够看到至2000年第四季度将出现供过于求的情况但从整个液晶行业的进展历史来看,尽管是一个新兴的行业,但整个行业的进展一直呈阶梯式的上升趋势,不管是TN、STN还是新兴的TFT其供应、需求的差额变动部基本维持在10%左右随着液晶应用领域的不断拓展及其地位与作用的稳步提升,未来的市场前景必将极其广阔
二、国内市场分析与现状我国是世界上TN与STN-LCD的最大生产国,但在1999年往常TFT-LCD的生产处于空白吉林彩晶数码高科显示器有限公司先导工程引进了国内第一条TFT一LCD生产线,于1999年12月28日正式全线贯穿投产,从而改变了国内应用TFT一LCD的整机厂商依靠于进口的局面随着2000年的量产,TFT—LCD在国内将广泛地应用于笔记本电脑、液晶监视器、个人信息助理(PDA)、全球卫星定位系统、游戏机、可视电话等各个领域在国内的计算机显示器行业,TFT—LCD显示器的应用尚属初级阶段尽管国内笔记本电脑市场从1993〜1998年间平均增长率高达30%但是由于基数低,市场销售量占PC机的比率远远落后于发达国家据CCID发表的最新资料说明1999年上半年国内共销售PC机
217.4万台,其中笔记本电脑
13.3万台,约占整个PC机市场的
6.I%而同期国际上笔记本电脑约占PC机市场的18〜20%同时,PC机市场成长较快,初步统计1999年可达500万台,台式液晶监视器刚刚投入市场目前,联想、方正己先后推出带液晶显示器的台式PC机(天鹭、天问),长城、海尔、海信等厂商也计划今年内可出台式液晶显示器的PC样机,并将陆续进入批量生产估计今后几年内,随着TFT—LCD显示器生产成本的下降,笔记本电脑与液晶显示器台式PC机也会像普通台式计算机一样获得快速进展目前,公司己与国内十余家厂商达成了意向性协议,上海康泰克、上海均诚、长城集团、西安伟仪等公司合作意向极其明确、购买意愿强烈初步统计,通过前期的销售准备工作,购买意向的协议总金额已达38亿人民币,就我们目前这条生产线而言,相当于我们不停生产三年的产量从当前公司掌握的资料说明国内市场不管中小尺寸还是大尺寸TFT—LCD都处于正式启动阶段,需求极其旺盛但由于我们生产线产量及品种的原因,尽管上述公司愿意提供其所需品种的研发费用,但公司为了占据主动,只与这些厂商达成意向性协议新建一条产能更大、产品尺寸覆盖更广、更能发挥规模经济效益的先进生产线,已成为更多人的愿望机遇难得,再L规模,势在必行TFT—LCD的出现与进展,使得显示器技术产生了革命性的飞跃液晶产业在国民经济各个领域中的地位与作用愈来愈重要,其市场前景极其广阔LCD通过规模化生产,成本在不断降低目前,己面市500美元的15英寸LCD监视器它的未来进展方向是取代PC的阴极显示器并在液晶电视中应用2等离子体显示器(PDP)等离子体显示是利用气体(如氛气)放电原理实现的一种发光型显示技术等离子体显示器具有阴极射线管的优点,但制造在很薄的结构上目前,主流产品尺寸为4042英寸5060英寸的产品正在开发中.真空荧光显示器(VFD)真空荧光显示器是一种广泛用作音/视频产品与家用电器的显示器它是将阴极、栅极与阳极封装在真空管壳内的一种三极电子管式的真空显示器件它是阴极发射的电子经栅极与阳极所加的正电压而加速,并激励涂覆于阳极上的荧光粉而发光的其栅极使用的是蜂窝结构.电致发光显示器(ELD)电致发光显示器使用固态薄膜技术制成在2个导电板之间放置一个绝缘层,一个薄的电致发光层便沉积而成该器件使用宽发射频谱的涂锌板或者涂锢板作电致发光部件其电致发光层为100微米厚,能达到象有机发光二极管(OLED)显示器一样清晰的显示效果它的典型驱动电压为10KHz200V的交流电压,因而需要较昂贵的驱动器集成电路使用方源阵列驱动方案的高分辨率微型显示器已研制成功5发光二极管显示器(LED)发光二极管显示器由大量发光二极管构成,能够是单色或者多色彩的高效率的蓝色发光二极管已面市,使得生产全色大屏幕发光二极管显示器成为可能LED显示器具有高亮度、高效率、长寿命的特点,适合作室外用的大屏幕显示屏但是,使用这种技术制造不出用于监视器或者PDA(掌上型电脑)的中等显示器但是,发光二极管单片集成电路能用作单色的虚拟显示器6微机电系统显示器(DMD)这是一种使用微机电系统技术制造的微型显示器在这种显示器中,微型的机械结构是使用标准的半导体工艺加工半导体与其它材料而制造出来的在数字微镜器件中,其结构是一种由较链支持的微镜其钱链由连接到下面的一个存储单元的极板上的电荷所激励每一微镜的尺寸大约为人头发的直径该器件要紧用于便携式商用投影机与家庭影院投影机.场发射显示器(FED)场发射显示器的基本原理与阴极射线管相同,即由极板吸引电子并使其碰撞涂覆在阳极上的荧光体而发光它的阴极由为数众多的微细电子源依阵列排列而成,即以一个象素一个阴极的阵列形式排列就像离子体显示器一样,场发射显示器需要高压才能工作,其电压范围为200V〜6000V但是至今,由于其制造设备的生产成本高使之没有成为主流的平板显示器•有机发光二极管显示器在有机发光二极管显示器(OLED)中,电流通过1层或者多层塑料,就会产生象无机发光二极管发光的那种现象这意味着OLED器件所需的是衬底上的固态膜叠层然而,有机材料对水蒸气与氧非常敏感,因此密封是必不可少的OLED是主动发光器件,并显示出极好的光特性与低功耗特性它们具有在可弯曲的衬底上以一卷接一卷的加工方式进行批量生产的巨大潜力,因此其制造成本非常低廉该技术具有很宽的应用范围,从简单的单色大面积发光到全色视频图形显示器.电子油墨显示器E-inkE-ink显示器是在一种双稳态材料上加上电场而进行操纵的显示器它由大量微型密封的透明球体所构成,每一个球体的直径大约为100微米,并包含黑色液体染色材料与数千个白色二氧化钛的微粒当在双稳态材料上加上电场时,二氧化钛粒子根据其电荷状态将向其中一个电极迁移这样导致象素发光或者不发光由于这种材料是双稳态的,因此它储存信息的时间可达数个月由于用电场操纵其工作状态,因此用很小的能量就能改变其显示的内容薄膜晶体管TFTThinfilmTransistor薄膜晶体管屏幕,它也是目前中高端彩屏手机中普遍使用的屏幕,分65536色及26万色,1600万色三种,其显示效果非常出色TFT技术解析TFTThinFilmTransistorLCD即薄膜场效应晶体管LCD是有源矩阵类型液晶显示器AM-LCD中的一种与TN技术不一致的是,TFT的显示使用“背透式”照射方式一一假想的光源路径不是像TN液晶那样从上至下,而是从下向上这样的作法是在液晶的背部设置特殊光管,光源照射时通过下偏光板向上透出由于上下夹层的电极改成FET电极与共通电极,在FET电极导通时,液晶分子的表现也会发生改变,能够通过遮光与透光来达到显示的目的,响应时间大大提高到80ms左右因其具有比TN-LCD更高的对比度与更丰富的色彩,荧屏更新频率也更快,故TFT俗称“真彩”相关于DSTN而言,TFT-LCD的要紧特点是为每个像素配置一个半导体开关器件由于每个像素都能够通过点脉冲直接操纵因而每个节点都相对独立,并能够进行连续操纵这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应速度,同时也能够精确操纵显示灰度,这就是TFT色彩较DSTN更为逼确实原因目前,绝大部分笔记本电脑厂商的产品都使用TFT-LCD早期的TFT-LCD要紧用于笔记本电脑的制造尽管在当时TFT相关于DSTN具有极大的优势,但是由于技术上的原因,TFT-LCD在响应时间、亮度及可视角度上与传统的CRT显示器还有很大的差距加上极低的成品率导致其高昂的价格,使得桌面型的TFT-LCD成为遥不可及的尤物只是,随着技术的不断进展,良品率不断提高,加上一些新技术的出现,使得TFT-LCD在响应时间、对比度、亮度、可视角度方面有了很大的进步,拉近了与传统CRT显示器的差距如今,大多数主流LCD显示器的响应时间都提高到50ms下列,这些都为LCD走向主流铺平了道路LCD的应用市场应该说是潜力巨大但就液晶面板生产能力而言,全世界的LCD要紧集中在中国台湾、韩国与日本三个要紧生产基地亚洲是LCD面板研发及生产制造的中心,而台、日、韩三大产地的进展情况各有不一致目前主流的TFT面板有a—Si(非晶硅薄膜晶体管)TFT与LTPSTFT技术与LTPS相比,a・Si无疑是目前TFTLCD的主流日本公司的a—SiTFT投资策略上几乎都以第三代LCD产品为主,通过制造技术及良品率的改善来提高产量,降低成本日本一直走高端路线,其技术无疑是最先进的由于研发力量有限,台湾的a-SiTFT技术要紧来自日本厂商的转让,但由于台湾企业通常属于劳动密集型,技术含量价低,以生产低端产品为主韩国在a-Si方面有着强大的研发实力,比如三星公司就量产了全球第一台24寸a-SiTFTLCD—240T它的响应时间小于25ms能够满足通常应用需要;而可视角度达到了160度,使得LCD在传统弱项上不输给CRTo三星240T标志着大屏幕TFTLCD技术走向成熟,也向世人展示了韩国厂商的实力不容置疑除了以上两种TFT技术之间的竞争,SED将会成为TFTLCD的强大敌人然而,SED目前仍属于概念型产品,短时间内难以进入主流市场尽管目前LCD已经大幅降价,但是相关于CRT仍然价格较高因此成本问题是大家关注的焦点实际上,TFT的生产成本与CRT不相上下,但良品率极低造成了TFT面板成本居高不下的情况TFT面板是由一块较大的基板切割而成而LCD产品还要有大量的晶体管阵列来操纵三原色,现在的制造技术很难保证在一大块基板上数千万甚至上亿的晶体管不出一个问题假如有一个晶体管出现问题,那么那个晶体管对应的点的对应色彩就会出问题(只能显示某种固定色彩),那么这个点就是通常称的“坏点”坏点出现的几率于位置是不固定的,因此一块基板很有可能会被浪费很多目前通常LCD要求坏点在5个下列,而一些大厂把这个标准缩小到了3个,甚至为0这就会使良品率降低而一些小厂则将坏点数扩大,这样一来,成本自然大幅下降,而产品品质随之下降,这也是某些厂商为何能够大幅降低LCD售价的原因之一尽管目前有能力生产液晶显示器的厂家很多,但真正有制造TFT面板能力的厂家屈指可数ACER作为IT业内知名企业,实力相当雄厚,虽没有自己生产TFT面板的能力,但与台湾达基关系密切,在技术配合上有一定优势只是,限于台湾企业的技术实力,ACERLCD产品要紧集中在中低端PHILIPS作为世界知名的显示设备制造厂,其显示器销量在国内一直名列前茅,而且于韩国LG达成同盟,共同研发、制造TFT面板同样由于技术原因,与市场定位问题,PHILIPS目前的产品要紧集中在中端,而且在零售市场PHILIPS动作一直不很明显三星作为另一实力强劲的显示设备研发、制造厂商,在LCD方面投入了较大精力,致力于不断丰富产品线,目前三星产品涵盖了高中低端市场LCD技术仍处在不断进展、完善的阶段,三大产地的进展方向各有不一致,它们之间既存在竞争,又有着合作正是这些因素促使了LCD向前进展TFT-LCD技术
一、前三进入新千年,作为信息产业的重要构成部分一显示器件正在加速推进其平板化的进程目前,世界已进入“信息革命”时代,显示技术及显示器件在信息技术的进展过程中占据了十分重要的地位,电视、电脑、移动电话、BP机、PDA等可携式设备与各类仪器仪表上的显示屏为人们的日常生活与工作提供着大量的信息、没有显示器,就不可能有当今迅猛进展的信息技术显示器集电子、通信与信息处理技术于一体,被认为是电子工业在20世纪微电子、计算机之后的又一重大进展机会科学技术的进展日新月异,显示技术也在发生一场革命,特别是自90年代以来,随着技术的突破及市场需求的急剧增长,使得以液晶显示(LCD)为代表的平板显示(FPD)技术迅速崛起据Stanford公司预测,FPD市场规模正在以年增长率
16.2%的速度进展着,到2000年FPD与CRT的产业都达到300亿美元,CRT平均年增长率不足
6.3%远低于FED的平均增长率,且FPD增长率仍在继续提高,CRT在继续下降,替代趋势十分明朗,能够说平板显示将成为21世纪显示技术的主流,其产业与市场在不断扩增之中通过二十多年的研究、竞争、进展,平板显示器已进入角色,成为新世纪显示器的主流产品,目前竞争最猛烈的平板显示器有四个品种
1、场致发射平板显示器(FED);
2、等离子体平板显示器(PDP);
3、有机薄膜电致发光器(OEL);
4、薄膜晶体管液晶平板显示器(TFT・LCD)o场发射平板显示器原理类似于CRTCRT只有一支到三支电子枪,最多六支,而场发射显示器是使用电子枪阵列(电子发射微尖阵列,如金刚石膜尖锥),分辨率为VGA(640x480x3)的显示器需要
92.16万个性能均匀一致的电子发射微尖,材料工艺都需要突破目前美国与法国有小批量的小尺寸的显示屏生产,用于国防军工,离工业化、商业化还很远等离子体发光显示是通过微小的真空放电腔内的等离子放电激发腔内的发光材料形成的,发光效应低与功耗大是它的缺点(仅
1.2lm/W而灯用发光效率达80lm/W以上,6瓦/每平方英寸显示面积),但在102〜152cm对角线的大屏幕显示领域有很强的竞争优势业内专家分析认为,CRT、LCD与数字微镜(DMD)3种投影显示器能够与PDP竞争,从目前大屏幕电视机市场来看,CRT投影电视价格比PDP便宜,是PDP最有力的竞争对手,但亮度与清晰度不如PDPLCD与DMD投影的象素与价格目前还缺乏竞争优势尽管彩色PDP在像质、显示面积与容量等方面有了明显提高,但其发光效率、发光亮度、对比度还达不到直观式彩色电视机的要求,最重要的是其价格还不能被广大家用消费者所同意,这在一定程度上制约了彩色PDP市场拓展目前要紧在公众媒体展示场合应用开始普遍起来半导体发光二极管(LED)的显示方案由于GaN蓝色发光二极管的研制成功,从而一举获得了超大屏幕视频显示器市场的绝对操纵权,但是这种显示器只适合做户外大型显示,在中小屏幕的视频显示器也没有它的市场显示器产业的专家一直期望有机薄膜电致发光材料能提供真正的象纸一样薄的显示器有机薄膜电致发光真正的又轻又薄,低功耗广视角,高响应速度(亚微妙)的固体平板显示器大规模工业生产的成本很低,使用寿命目前只有几千小时,OLED在能够预见的将来将首先应用作为TFT-LCD的要紧竞争对手,但目前还处于研究试制阶段液晶平板显示器,特别TFT-LCD是目前唯一在亮度、对比度、功耗、寿命、体积与重量等综合性能上全面赶上与超过CRT的显示器件,它的性能优良、大规模生产特性好,自动化程度高,原材料成本低廉,进展空间广阔,将迅速成为新世纪的主流产品,是21世纪全球经济增长的一个亮点
二、TFT-LCD在众多的平板显示器猛烈竞争中,何以TFT-LCD能够脱颖而出,成为新一代的主流显示器决不是偶然的,是人类科技进展与思维模式进展的必定液晶先后躲开了困难的发光问题,利用液晶作为光阀的优良特性把发光显示器件分解成两部分,即光源与对光源的操纵作为光源,不管从发光效率、全彩色,还是寿命,都已取得了辉煌的成果,而且还在不断深化之中LCD发明以来,背光源在不断地进步,由单色到彩色,由厚到薄,由侧置荧光灯式到平板荧光灯式在发光光源方面取得的最新成果都会为LCD提供新的背光源随着光源科技的进步,会有更新的更好的光源出现并为LCD所应用余下的就是对光源的操纵,把半导体大规模集成电路的技术与工艺移植过来,研制成功了薄膜晶体管(TFT)生产工艺,实现了对液晶光阀的矩阵寻址操纵,解决了液晶显示器的光阀与操纵器的配合,从而使液晶显示的优势得以实现
1、TFT工作原理TFT是如何工作的TFT就是“ThinFilmTransistor”的简称,通常代指薄膜液晶显示器,而实际上指的是薄膜晶体管(矩阵)一一能够“主动的”对屏幕上的各个独立的象素进行操纵,这也就是所谓的主动矩阵TFT(activematrixTFT)的来历那么图象毕竟是怎么产生的呢?基本原理很简单显示屏由许多能够发出任意颜色的光线的象素构成,只要操纵各个象素显示相应的颜色就能达到目的了在TFTLCD中通常使用背光技术,为了能精确地操纵每一个象素的颜色与亮度就需要在每一个象素之后安装一个类似百叶窗的开关,当“百叶窗”打开时光线能够透过来,而“百叶窗”关上后光线就无法透过来当然,在技术上实际上实现起来就不像刚才说的那么简单LCD(LiquidCrystalDisplay)就是利用了液晶的特性(当加热时为液态,冷却时就结晶为固态),通常液晶有三种形态类似粘土的层列(Smectic)液晶类似细火柴棒的丝状(Nematic)液晶类似胆固醇状的(Cholestic)液晶液晶显示器使用的是丝状,当外界环境变化它的分子结构也会变化,从而具有不一致的物理特性一一就能够达到让光线通过或者者阻挡光线的目的一一也就是刚才比方的百叶窗大家明白三原色,因此构成显示屏上的每个象素需上面介绍的三个类似的基本组件来构成,分别操纵红、绿、蓝三种颜色目前使用的最普遍的是扭曲向列TFT液晶显示器(TwistedNematicTFTLCD)下图就是解释的此类TFT显示器的工作原理现存的技术差别很大,我们将会在本文的第二部分中全面介绍在上、下两层上都有沟槽,其中上层的沟槽是纵向排列,而下层是横向排列的而下层是横向排列的当不加电压液晶处于自然状态,从发光图2a扭曲向列TFT显示器工作原理图示意图层发散过来的光线通过夹层之后,会发生90度的扭曲,从而能在下层顺利透过当两层之间加上电压之后,就会生成一个电场,这时液晶都会垂直排列,因此光线不可能发生扭转一一结果就是光线无法通过下层TFT象素架构如图4示,彩色滤光镜根据颜色分为红、绿、蓝三种,依次排列在玻璃基板上构成一组(dotpitch)对应一个象素每一个单色滤光镜称之为子象素(sub-pixel)o也就是说,假如一个TFT显示器最大支持1280x1024分辨率的话,那么至少需要1280x3x1024个子象素与晶体管关于一个15英寸的TFT显示器(1024x768)那么一个象素大约是
0.0188英寸(相当于
0.30mm)关于
18.1英寸的TFT显示器而言(1280x1024)就是
0.011英寸(相当于
0.28mm)大家明白,象素关于显示器是有决定意义的,每个象素越小显示器可能达到的最大分辨率就会越大只是由于晶体管物理特性的限制,目前TFT每个象素的大小基本就是
0.0117英寸(
0.297mm)因此关于15英寸的显示器来说,分辨率最大只有1280x1024o
2、TFT的技术特点TFT技术是二十世纪九十年代进展起来的,使用新材料与新工艺的大规模半导体全集成电路制造技术,是液晶(LC)、无机与有机薄膜电致发光(EL与OEL)平板显示器的基础TFT是在玻璃或者塑料基板等非单晶片上(当然也能够在晶片上)通过溅射、化学沉积工艺形成制造电路必需的各类膜,通过对膜的加工制作大规模半导体集成电路(LSIC)o使用非单晶基板能够大幅度地降低成本,是传统大规模集成电路向大面积、多功能、低成本方向的延伸在大面积玻璃或者塑料基板上制造操纵像元(LC或者OLED)开关性能的TFT比在硅片上制造大规模IC的技术难度更大对生产环境的要求(净化度为100级),对原材料纯度的要求(电子特气的纯度为
99.999985%对生产设备与生产技术的要求都超过半导体大规模集成,是现代大生产的顶尖技术其要紧特点有1大面积九十年代初第一代大面积玻璃基板300mmx400mmTFT-LCD生产线投产,到2000年上半年玻璃基板的面积已经扩大到了680mmx880mm最近950mmx1200mm的玻璃基板也将投入运行原则上讲没有面积的限制2高集成度用于液晶投影的
1.3英寸TFT芯片的分辨率为XGA含有百万个象素分辨率为SXGA1280x1024的
16.1英寸的TFT阵列非晶体硅的膜厚只有50nm与TABONGLASS与SYSTEMONGLASS技术,其IC的集成度,对设备与供应技术的要求,技术难度都超过传统的LSI3功能强大TFT最早作为矩阵选址电路改善了液晶的光阀特性关于高分辨率显示器,通过0-6V范围的电压调节其典型值
0.2到4V实现了对象元的精确操纵,从而使LCD实现高质量的高分辨率显示成为可能TFT-LCD是人类历史上第一种在显示质量上超过CRT的平板显示器现在人们开始把驱动IC集成到玻璃基板上,整个TFT的功能将更强大,这是传统的大规模半导体集成电路所无法比拟的4低成本玻璃基板与塑料基板从根本上解决了大规模半导体集成电路的成本问题,为大规模半导体集成电路的应用开拓了广阔的应用空间5工艺灵活除了使用溅射、CVD化学气相沉积MCVD分子化学气相沉积等传统工艺成膜以外,激光退火技术也开始应用,既能够制作非晶膜、多晶膜,也能够制造单晶膜不仅能够制作硅膜,也能够制作其他的II-VI族与III-V族半导体薄膜6应用领域广泛,以TFT技术为基础的液晶平板显示器是信息社会的支柱产业,也技术可应用到正在迅速成长中的薄膜晶体管有机电致发光TFT-OLED平板显示器也在迅速的成长中
3、TFT-LCD的要紧特点随着九十年代初TFT技术的成熟,彩色液晶平板显示器迅速进展,不到10年的时间,TFT-LCD迅速成长为主流显示器,这与它具有的优点是分不开的要紧特点是1使用特性好低压应用,低驱动电压,固体化使用安全性与可靠性提高;平板化,又轻薄,节约了大量原材料与使用空间;低功耗,它的功耗约为CRT显示器的十分之一,反射式TFT-LCD甚至只有CRT的百分之一左右,节约了大量的能源;TFT-LCD产品还有规格型号、尺寸系列化,品种多样,使用方便灵活、维修、更新、升级容易,使用寿命长等许多特点显示范围覆盖了从1英寸至40英寸范围内的所有显示器的应用范围与投影大平面,是全尺寸显示终端;显示质量从最简单的单色字符图形到高分辨率,高彩色保真度,高亮度,高对比度,高响应速度的各类规格型号的视频显示器;显示方式有直视型,投影型,透视式,也有反射式2环保特性好无辐射、无闪烁,对使用者的健康无损害特别是TFT-LCD电子书刊的出现,将把人类带入无纸办公、无纸印刷时代,引发人类学习、传播与记栽文明方式的革命
(3)适用范围宽,从-20℃到+50℃的温度范围内都能够正常使用,通过温度加固处理的TFT-LCD低温工作温度可达到零下80℃既可作为移动终端显示,台式终端显示,又能够作大屏幕投影电视,是性能优良的全尺寸视频显示终端
(4)制造技术的自动化程度高,大规模工业化生产特性好TFT-LCD产业技术成熟,大规模生产的成品率达到90%以上
(5)TFT-LCD易于集成化与更新换代,是大规模半导体集成电路技术与光源技术的完美结合,继续进展潜力很大目前有非晶、多晶与单晶硅TFT-LCD将来会有其它材料的TFT既有玻璃基板的又有塑料基板
三、国际技术水平与现状TFT-LCD技术已经成熟,长期困扰液晶平板显示器的三大难题视角、色饱与度、亮度已经获得解决使用多区域垂直排列模式(MVA模式)与面内切换模式(IPS模式)使液晶平板显示的水平视角都达到了170度MVA模式还使响应时间缩短到20mSo从技术角度来看,TN+Film解决方案是最简单的一种,TFT显示器制造商将过去用于老式LCD显示器的扭曲向列(TN:TwistedNematic)技术,同TFT技术相结合,从而有了TN+Film技术这项技术要紧就是通过显示屏覆盖一层特殊的薄膜,来扩大可视角度——能够把可视角度从90度扩大到大约140度如图6所示TN+Film同标准TFT显示器一样都是通过排列液晶分子来实现对图象的操纵,它在上表面覆盖一层薄膜来增大可视角度只是TFT显示器相对弱的对比度与缓慢的反应时间这些缺点仍然没有改变因此TN+Film这种方式并不是做好的解决方案,除了它的造价最便宜之外没有任何可取之处IPS就是In-PlaneSwitching的简称,意思就是平板开关,又称之SuperTFT最早由Hitachi(日立)开发,现在NEC与Nokia也使用此项技术制成显示器这项技术同扭曲向列显示器(TN-Film)的不一致就在于液晶分子相关于基本排列方式不一致,当加上电压之后液晶分子与基板平行排列使用这项技术的显示器的可视角度达到了170度,已经同阴极射线管的可视角度相当了,只是这项技术也有缺点为了能让液晶分子平行排列,电极不能象扭曲向列显示器(TN-Film)一样,在两层基板上都有,只能放在低层的基板上一一这样导致的直接结果就是显示器的亮度与对比度明显的下降,为了提高亮度与对比度,只有增强背光光源的亮度这样一来,反应时间与对比度相关于普通TFT显示器而言更难提高了因此这项技术大概也不是最好的解决方案MVA多区域垂直排列技术,是由日本富士通(Fujitsu)公司开发的,单从技术的角度看,它兼顾了可视角度与反应时间两个方面找到了一个折中的解决方法MVA技术使得可视角达到了160度——尽管不如IPS能达到的170度的可视角度,只是它、仍然是好的,由于这项技术能够提供更好的对比度与更短的反应时间MVA中的M代指“multi-domains”——多区域的意思图8所示,那些紫色的突起(protrusion)构成了所谓的区域富士通目前生产的MAV显示器中通常就有这样4个区域。