LCD液晶顯示器的發(fā)展狀況及應用前景

1、LCD 液晶顯示器的發(fā)展狀況及應用前景摘要：本文首先闡述了 LCD 的發(fā)展歷程，對 LCD 行業(yè)發(fā)展的軌跡及未來的發(fā)展趨勢進行探討和研判，最后在前面大量分析、預測的基礎上，研究了 LCD 行業(yè)今后的發(fā)展與投資策略,為 LCD 行業(yè)生產、貿易、經銷等企業(yè)在激烈的市場競爭中洞察先機，根據市場需求及時調整經營策略，能夠更好的把握現(xiàn)代競爭格局。關鍵詞：LCDTFT-LCD 顯示器引言液晶顯示器件（LCD）是本世紀初最有活力的電子產品之一。由于 LCEM 有低工作電壓、微功耗、體積輕薄、適于 LSI 驅動、易于實現(xiàn)畫面顯示、全色顯示性能優(yōu)良等特點已被公認為是媒體時代的關鍵器件。LCD 勺開發(fā)與發(fā)展大大擴

2、展了顯示器的應用范圍，使顯示便攜化成為可能，應用個人化成現(xiàn)實目前 LC 莊 DCRT5 大類產品在顯示技術上已形成互補、共同發(fā)展的局面。據預測到 2010 年，全世界 LCD 勺銷售額將接近 6930 億美元。近一、二十年來世界許多國家和地區(qū)都十分重視 LCD業(yè)的發(fā)展，加強了對 LCD 勺投入。盡管現(xiàn)在在平板顯示領域，將出現(xiàn) PDR 有機 EL、FFD?強有力挑戰(zhàn)者.LC 城今后相當長的一段時間里仍將是最重要的顯示器件之一。1 LCD 應用發(fā)展歷程液晶的發(fā)現(xiàn)是由奧地利植物學家 F-Reinetzer 在一百年前完成的，然而長期以來并未給人類帶來多少實用。直到 20 世紀 60 年代，幾個年輕的

3、電子學家才打破了沉寂。1961 年，美國 RC 淤司普林斯頓試驗室有一個年輕電子學者 F-Heimeier 正在準備博士論文的答辯，他的專業(yè)是微波固體元件。他在這方面很有造詣。這天，他的一個朋友向他講述了正在從事的有機半導體方面的研究，跨學科的課題引起了他的極大興趣。他征求了導師的意見，在導師的支持、鼓勵下，他毅然放棄了學有所成的專業(yè)領域，進入了一個他還知之甚少的新領域。他把電子學方面的知識應用于有機化學，很快便取得了成績。不久，他對另一個新課題-激光又產生了興趣，從而又與晶體打上了交道。為了研究外部電場對晶體內部電場的作用，他想到了液晶。他將兩片透明導電玻璃之間夾上摻有染料的向列液晶。當在液

4、品層的兩面施以幾伏電壓時，液晶層就由紅色變成了透明態(tài)。出身于電子學的他立刻意識到這不就是彩色平板電視嗎。興奮的小組成員與他立即開始了夜以繼日的研究，他們相繼發(fā)現(xiàn)了液晶的動態(tài)散射和相變等一系列液晶的電光效應。并研制成功一系列數(shù)字、字符的顯示器件，以及液晶顯示的鐘表、駕駛臺顯示器等實用產品。RC 於司對他們的研究極為重視，一直將其列為企業(yè)的重大機密項目，直到 196 孫，才在一項最新科技成果的廣播報導中向世界報導。這一報導立刻引起了日本科技界、工業(yè)界的重視。日本將當時正在興起的大規(guī)模集成電路與液晶相結合，以“個人電子化”市場為導向，很快開發(fā)了一系列商品化產品，打開了液晶顯示實用化的局面，掌握了主動

5、，致使這一發(fā)展勢頭促成了日本微電子業(yè)的驚人發(fā)展。而在美國，RC 於司中一些生產間部門的領導人一方面局限于傳統(tǒng)的半導體產品，一方面又過分強調了初出茅廬的液晶顯示器件的缺點，以市場還未開拓為借口，極力抵毀液晶顯示的產業(yè)化。為此，“液晶”小組成員開始外流，“液晶顯示”的專利也被賣出?，F(xiàn)代液晶顯示模塊具有低電壓、微功耗、易彩色化、被動顯示等特點，具顯示器種類非常繁多，屏幕面積從幾平方毫米到近一平方米，液晶顯示方式可分為直視式顯示、投影顯示及虛擬式顯示。因而液晶顯示應用幾乎覆蓋所有顯示應用領域。盡管近幾年來 OLEDPDRFED 等顯示技術發(fā)展很快， 呼聲很高， 但 2002 年度 SID 會議論文統(tǒng)計

6、表明， 液晶顯示方面論文仍占整個顯示論文的 40%,是 OLED 論文的 4 倍多。 20 年內液晶顯示的主要應用分為四大類：a） 便攜式顯示： 移動電話、 PDA電子書等；b）車載顯示：GPS、安全駕駛顯示、多媒體顯示等；c）計算機顯示：筆記本電腦、監(jiān)視器等；d）家電和辦公室顯示：電視、互聯(lián)網絡終端、電子報紙等。19902010 年平均年增長率為 20%,至 U2010 年液晶顯示器產值將超過 10 兆日元（約 800 億美元）。這些充分說明，液晶顯示是主流的顯示技術，TFT-LCD 是主導的平板顯示技術。2 LCD 材料發(fā)展趨勢LCD 技術的發(fā)展已歷經兩代，第一代技術以小型化、輕量化和薄型

7、化為主攻方向，主要應用對象是筆記本電腦；第二代技術則以高亮度、高色再現(xiàn)性和寬視角為代表，主要應用領域是電視機和監(jiān)視器。目前的發(fā)展階段介于第二代和第三代之間，其技術開發(fā)的重點是：突破 LCD 自身的各種局限性，提高其作為多媒體電視顯示器的動畫顯示性能，并大力簡化制造工藝以確保其在價格上具有競爭力。本文將對近期 LCD 技術的一些主要動向做簡要介紹。2.1寬視角技術與現(xiàn)有的 TN 奠式液晶相比，視角更寬的 IPS（In-PlaneSwitching,平面內開關）和 PVA（PatternedVerticalAlignment,圖形化垂直校準）模式在性能上各有優(yōu)劣（見表 1）。為此，人們在開發(fā)過程中

8、采取了各模式相互取長補短的做法。比 PVA 視角更寬的 IPS 在向超級 IPS（Super-IPS）發(fā)展的同時引入了 Vf 像素（ChevronPixel）結構，消除了彩色偏移的不對稱現(xiàn)象，并利用高電壓驅動和小單元間隙（CellGap）改善了液晶響應速度；而在對比度比（C/R）和亮度方面優(yōu)于 IPS 的PVA 也通過采用 V 形像素結構壓縮了黑色矩陣（BlackMatrix）的寬度，并減少了域（Domain）的數(shù)量，從而實現(xiàn)了高數(shù)值孔徑和較快的響應速度。2.2液晶響應速度對動畫顯示性能影響最大的因素就要算液晶的響應速度了。如果液晶的響應速度較慢，則在顯示運動物體時就會出現(xiàn)圖像的“拖曳”現(xiàn)象。

9、而且，由于 LCD 是電壓保持型器件，因此圖像邊緣的模糊現(xiàn)象會變得愈發(fā)嚴重。為此，人們開發(fā)了多項旨在解決上述問題的技術，其中被業(yè)界廣泛采用的方案有兩種， 一種是動態(tài)驅動(DynamicDriving)方式， 另一種是過驅動(Overdriving)方式。當液晶在灰度等級之間變動時，由于是以低于接通/關斷(On/Off)時的電壓來進行驅動的，因而導致驅動(DrivingForce)減弱，這樣，灰度等級間的響應速度比接通/關斷時下降了 35 倍。過驅動方式采用的是高于普通驅動電壓的高電壓，從而給液晶施加了更大的驅動力，以提高其響應速度。最近，人們提出了一種旨在改善液晶響應速度的新提案，名為 OCB

10、(OpticallyCompensatedBirefringence,光補償雙折射)。與 TN 方式不同，OCB 方式使上下板的取向平行，在將液晶的排列形態(tài)變?yōu)槔刃沃螅┘?1.52V 的彎曲取向電壓來形成彎曲狀態(tài)。這樣就消除了在“標準白”(NormallyWhite)狀態(tài)下進行驅動的 TN 方式中常見的“黑色流效應”，并能夠將液晶響應速度提升至 5m&2.3動畫技術不過，單憑響應速度的提高還不足以獲得令人滿意的動畫質量，這是因為 LCD 是保持型顯示器件，它在傳遞下一幀圖像之前將對目前顯示的這一幀圖像加以保持，所以當圖像發(fā)生瞬變時就會引發(fā)畫面模糊現(xiàn)象。為此，人們開發(fā)出了與 CRT

11、 相似的各種脈沖方式。第一種是“黑幀插入(BlackFrameInsertion)方式，其優(yōu)點是能夠有效地消除活動圖像的模糊現(xiàn)象，但黑幀插入時間的增加會使畫面亮度下降，導致液晶的響應時間必須短于幀周期的二分之一；第二種方式是背光燈閃爍(BlacklightBlinking),即使在液晶響應速度不高的情況下也能起到良好的畫面模糊消除效果，但是，其缺點是會產生高達 50%的亮度降幅。因此，如需維持現(xiàn)有的亮度就必須增加背光燈的燈管電流，以提高背光燈的亮度；第三種方式是 120Hz 驅動方式(即在 60Hz 幀中插入黑幀)，這種方法必須在原有的圖像幀之間生成新的圖像幀，因而需要開發(fā)新型低電阻配線材料和

12、新型幀倒相(FrameInversion)方式，以解決顯示屏的充電問題。2.4色再現(xiàn)技術在努力提高液晶的動畫顯示質量的同時， 人們還在開發(fā)各種旨在表現(xiàn)豐富自然色的技術。 色溫、白平衡和丫校正等對于自然色的表現(xiàn)具有較大的影響。為此，研究人員在致力于改善色再現(xiàn)性和亮度的同時，還在嘗試開發(fā)更加精巧的色表現(xiàn)技術，而且，相關技術的商用化也在加緊進行。目前，采用 CCFL 和 C/F(濾色器)實現(xiàn)的最佳色再現(xiàn)性為 72%fc 右。為了進一步提高這一數(shù)值，正在開發(fā)一些新的技術。然而，當把現(xiàn)有的 CCFL 和 C/F 作為基板時，色再現(xiàn)性每提高 5%就會導致亮度下降 7%因此， 如何在盡量減小亮度下降幅度的情

13、況下提高色再現(xiàn)性便成為了技術開發(fā)的關鍵所在。為此必須采用 C/F 來遮斷黃光的波長，以抑制光源的黃光強度。由此造成的亮度下降可通過優(yōu)化 C/F 和背光燈的光譜匹配來補償。當采用 LED 時，可通過縮減 R、GB 的波長范圍來發(fā)出高色純度的光，故色再現(xiàn)性有可能達到 100%以上。因此，人們正在加緊開發(fā)采用 LED 勺背光源。通過采用精確彩色捕獲(AccurateColorCapture,ACC 算法（即借助灰度等級變化來對灰度系數(shù)進行校正），可實現(xiàn)更加精巧的色表現(xiàn)性能。ACC 邏輯電路將 8 位 256 灰度等級的數(shù)據擴大至 10 位數(shù)據之后，再通過幀頻控制以 8 位 256 級灰度顯示。這樣就

14、能夠利用灰度等級變化來縮小色坐標和色溫的偏差，以實現(xiàn)精巧的色表現(xiàn)。與此同時， 人們還在開發(fā)利用彩色控制 （即調整像素的排列和色彩） 來提高圖像質量的技術。 與現(xiàn)有的 RGB像素排列相比，子像素復（Sub-PixelRendering）技術的像素排列是由 6 個（RBG/GBR）子像素形成一個像素，在顯示實際圖像時通過共用拼接像素的子像素獲得了更加精巧細致的畫面和色彩。通過在三色（RGB）子像素結構中增加白色而形成四色子像素結構，可大幅度地提高亮度。雖然可采用多種四色子像素結構，但是，將采用子像素復制技術的六子像素排列的下端的藍色變成白色（RBG/GWR）的做法可取得最佳的效果。這是因為數(shù)值孔徑

15、的增加實現(xiàn)了亮度的進一步提升，而且，子像素復制技術的運用還有望通過減少驅動器 IC 的數(shù)目而達到降低成本的目的2.5背光源技術為了確保 LCD 電視能夠在各種平板電視技術的競爭中脫穎而出，除了不斷提高性能之外，降低成本也是至關重要的。其中，背光源首當其沖。背光源在大屏幕電視的總成本中所占的比例高達40%因此，背光源的成本和性能指標的優(yōu)劣是決定其競爭力高低的關鍵因素。為止匕，人們正在開發(fā) EEFL（ExternalElectrodeFluorescentLamp,外部電極熒光燈）和 FFL（FlatFluorescentLamp,扁平熒光燈）技術。其中，EEFL 是最具實用性的提案，目前正在步入

16、商用階段（已在 30 英寸電視產品中得到應用）。EEFL 最大的特點是可由一個逆變器對全部的熒光燈進行并聯(lián)驅動，因而能夠大幅度地削減成本；不僅如此，通過優(yōu)化逆變器還可將光效率提高 25%左右。另外，由于 FFL 的裝配性得到了顯著改善，因此，大屏幕電視模塊工藝的自動化變得容易起來。人們目前最為關注的就是進一步提升 LED 背光源的發(fā)光效率，LED 燈的 RGB 波長與 CCFL 不同，通過縮減波長范圍能夠去除其他彩色的波長，所以可獲得100%以上的色再現(xiàn)性。作為半導體元件的 LED 的調光范圍約為 1:30000,這適合于那種能夠使光源快速閃爍的脈沖驅動方式，因而只需采用 3V 左右的低 DC

17、 電壓，省去了逆變器。還有，由于它是一種無汞光源，故工作溫度范圍較寬，達-30C+85C,同時也有利于環(huán)保。但是，LED 背光源的成本比 CCFL 高出三倍以上，光效率也較低，其功耗中僅有 15%被轉換成了光，剩余的 85%全部作為熱量散失掉了，因此散熱問題十分突出。不過，隨著 LED 光效率的不斷提高以及成本的下降，它對今后 LCD 電視市場的成長將起到不可低估的作用。3 LCD 材料構成TFT-LCD 主要組成材料及組件有液晶材料、彩色濾光片、玻璃基板、偏光片、背光模組、驅動IC、PCB 其他耗材等，其他尚有生產過程用到的一些化學品（如高純試劑、光刻膠等）TFT-LCD的用途、代別、質量、

18、采購源等的不同，都影響著原材料占總體成本的比例。TFT-LCD 產業(yè)鏈包括上游薄膜晶體管液晶顯示用材料、 中游面板及組件、 下游電子產品三個部分。我國內地下游電子產品市場巨大，并擁有很大發(fā)展?jié)摿Γ杏蚊姘寮敖M件也在迎頭趕上，但上游材料產業(yè)則明顯滯后，有些關鍵材料產量很少甚至為零，整個產業(yè)鏈已經嚴重失衡。以下分別介紹 TFT-LCD 用主要材料的國產化情況。3.1 液晶液晶材料是指在某一溫度范圍內，從外觀看屬于具有流動性的液體，但同時又是具有光學雙折射性的晶體。目前國際上大的液晶材料生產廠商主要有三家，即德國的 Merck 公司、日本的 Chisso 公司和 Rodic 公司。我國內地企業(yè)還只能

19、生產 TNSTN 液晶材料，高檔 TFT 液晶材料仍需要進口。2003 年石家莊永生華濤液晶有限公司(原石家莊實力克)、西安瑞聯(lián)等四家液晶材料企業(yè)共出售 80 噸左右液晶(含單體和 yM 合液晶)，基本能滿足國內 TNSTN 企業(yè)的需求。但由于TFT 器件對材料性能要求更高、更嚴格，不僅要求混合液晶具有良好的光、熱、化學穩(wěn)定性、高的電荷保持率和高的電阻率，還要求混合液晶具有低黏度、高穩(wěn)定性、適當?shù)墓鈱W各相異性和閾值電壓，因此，我國 TFT 用液晶產業(yè)化還有一定困難。3.2 玻璃基板及導電玻璃玻璃基板及導電玻璃(ITO)也是 LCD 的重要結構材料。玻璃基板具有透明度高、耐化學性佳、有一定的機械

20、硬度、容易加工等特點，使其成為顯示器中不可或缺的結構體之一。它主要用于保護顯示器主要發(fā)光單體、構成像素所需的空間，并作為顯示器的支撐物。ITO 導電玻璃是采用濺射或其它沉積技術在玻璃上制作一層很薄的 ITO 膜而成的，因而，生產用的原材料主要有玻璃基板和濺射靶材兩部分，我國這兩種材料基本依靠進口?？傊?，我國 LCD 用玻璃基板還未形成產業(yè)化能力，導電玻璃生產企業(yè)的原材料也要從國外進口，這對下游液晶顯示面板及組件來說是極為不利的。目前，玻璃基板的供貨主要由 Corning、旭硝子、日本電氣硝子、NHT 等幾家大公司所控制603.3 彩色濾光片彩色濾光片基本結構是由玻璃基板(GlassSubstr

21、ate)、黑色矩陣(BlackMatrix)、彩色層(ColorLayer)、保護層(OverCoat)、ITO 導電膜等組成。我國深圳萊寶公司、南玻集團能夠提供少量彩色濾光片，但也只限于 STN 和小尺寸 TFT 彩色濾光片，根本不能滿足第五代 TFT-LCD產線需要。3.4 偏光片全球偏光片的市場主要由四家日本公司(日本電工、三立、住友化學和 Polatechno)所壟斷。我國偏光片的生產企業(yè)有深圳盛波偏光器件有限公司和溫州市僑業(yè)經濟開發(fā)有限公司，但還主要以低檔次 TN 為主，而高檔次的、產值和利潤更高的 TFT-LCD 用偏光片還基本依賴進口。我國應加大對TFT-LCD 用偏光片研發(fā)及產

22、業(yè)化的支持力度。3.5 驅動 IC驅動 IC 是液晶面板所用的 IC 的總稱，其中包括門電路及時鐘控制器等 IC。其成本與液晶面板的尺寸沒有直接的關系，反而與液晶面板的分辨率關系較為密切。我們基本上沒有自主開發(fā)的 LCD 驅動 IC、控制 IC 等專用集成電路。我國 IC 設計企業(yè)及院所完全有能力開發(fā)液晶面板用驅動 IC，但都未介入這一領域，最主要原因可能是行業(yè)競爭過于激烈，利潤不是很高。3.6 背光模組背光源組件主要包括：光源(CCFI 或 LED)、導光板、反射板、擴散板、棱鏡、框架等元器件及材料。為了配合液晶模塊生產線需要，日、韓及我國臺灣都在我國內地設有背光模組廠家，內地也有企業(yè)生產，

23、基本能滿足液晶模塊生產需要。從以上的分析可以看出，我國的 TFT-LCD 材料生產企業(yè)已經嚴重滯后，TFT-LCD 生產用的關鍵原材料基本靠進口，已經形成受制于人的局面，不利于我國液晶產業(yè)鏈的良性發(fā)展。因此，國家應加大對關鍵材料的支持力度，相關企業(yè)和科研院所也應加大研發(fā)投入，爭取技術有所突破并快速形成產業(yè)化。由于這些關鍵材料的利潤空間相對較大，因而，材料企業(yè)在獲利同時，也支持了下游產業(yè)的發(fā)展，同時有利于建立完整的上、中、下游配套的產業(yè)鏈。4 LCD 市場分析液晶顯示器(LiquidCrystalDisplay,LCD)分為：(1)扭曲向列型液晶顯示器(TwistedNematic-Liquid

24、CrystalDisplay,TN-LCD):國內從事 TN-LCD勺生產線有 60 多條，總產量占世界市場的 70%(2)超扭曲向列相液晶顯示器(SuperTwistedNematic-LiquidCrystalDisplay,STN-LCD):國內有從事 TN-LCD(勺生產十幾條生產線， 產品主要用于 PDA 翻譯機、 遙控器及儀表屏。 國內生產的 TN-LC比要企業(yè)有：天馬微電子公司、河北冀雅公司、汕頭超聲公司、汕尾信利公司、無錫夏普公司、上海廣電液晶中心、深圳京華公司等。下一步需要發(fā)展的是彩色 TN-LCD 主要用于手機、PD 影屏。深圳天馬微電子公司、汕尾信利公司、汕頭超聲公司已建

25、成或正在建設彩色 TN-LCm 產線。深圳萊寶公司和南玻集團分別建立了一條彩色濾光片生產線，供 TN-LCD 工廠使用。(3)薄膜晶體管液晶顯示器(ThinFilmTrasistor-LiquidCrystalDisplay,TFT-LCD):TFT-LCD1 微電子技術與液晶技術相結合的平板顯示技術，具有廣闊前景。TFT-LCEg 前主要用于筆記本電腦、臺式計算機和大屏幕彩電。中國 TFT-LCD業(yè)始于 1988 年，由吉林彩晶電子股份有限公司從日本 DTI(東芝與 IBM 的合資公司)引進了第一代 TFT-LCD產線，目前由于產品型號單一及研發(fā)的滯后，已無法適應市場的需求及變化。國內正在籌

26、建的第五代 TFT-LC阱產線有 2 條：一條是由上海廣電集團與日本 NEC 公司合資籌建，已 2004 年底試投產；另一條是由北京京東方集團于 2003年 6月與其在韓國的全資子公司 BOE-HYDIS資籌建， 在 2005年第一季度正式投產。另外，擁有 TFT-LCDfc 產技術的日、韓、臺三地廠商紛紛在中國大陸建立或準備建立TFT-LC 用工序本 g 塊（LCM 工廠，已建成的主要包括：臺灣友達光電在蘇州、中華映管在吳江、瀚宇彩晶在南京的工廠，韓國三星電子在蘇州、LG-PHILIPS*南京工廠，日本夏普在無錫的工廠。 北京京東方集團的模塊工廠也于 2003 年 11 月在北京建成投產。

27、但上述企業(yè)的-TFT-LCD面板全部依靠進口。日、韓、臺三地企業(yè)也正在醞釀在大陸籌建 TFT-LCM 工序生產線。在大陸的工廠中，蘇州工業(yè)園區(qū)內的 TFT-LC 頃目發(fā)展情況良好，園區(qū)初步形成了以集成電路和 TFT-LC 時特色的電子信息產品群。三星、友達光電、日立等 TFT-LCD 面板產業(yè)巨頭齊聚園區(qū)，模塊關鍵零組件配套廠商在園區(qū)也越來越集中，初步形成了較為完整的 TFT-LCD產業(yè)配套環(huán)境。2005 年后，各大顯示器廠商亦將關注重點紛紛轉向 LCD 顯示器產品，紛紛加強在 LCD顯示器產品領域的投入和宣傳力度，以期能擴大在 LCD 顯示器產品市場的占有量并能搶占LCD 顯示器產品市場的制

28、高點。中國顯示器市場的激烈競爭加快了 LCD 顯示器產品和概念的更新?lián)Q代速度， 從 2005 年 2 月份灰階 4msLCD 顯示器產品的出臺,到近期灰階 2msLCD 顯示器產品的登場，2005 年廠家們絞盡腦汁地推出自己的高端 LCD 顯示器產品來迎合市場、占領市場。但隨著消費者對于 LCD 顯示器產品的逐漸了解和熟悉，單純追求概念和指標參數(shù)的現(xiàn)象逐漸淡漠下來，消費者購買 LCD 顯示器產品參考因素逐步回到了 LCM 示器產品本身的綜合性能的表現(xiàn)以及功能表現(xiàn)上來，這些因素促進了 LCD顯示器產品在技術領域與消費市場兩方面的成熟化程度。隨著三星、LG 飛利浦等廠商第七、第八代 7 晶生產線的籌建和竣工，LCD 面板的產量將會繼續(xù)提高，價格將會繼續(xù)下降，充足的上游 LCD 面板供應將會為廠商提高 LCD 顯示器產品生產量奠定良好的基礎。市場需求的不斷加大以及 LCD板價格持續(xù)的下降，將會加速 LCD 顯示器產品市場規(guī)模的增長，同時也會加大各大品牌之間在價格上的競爭。同質化無疑是 LCD 顯示器產品一個無法避免的問題，由于同質化而引起的價格競爭將會越發(fā)激烈，2006 年 LCD 顯示器產品價格將會呈現(xiàn)出下降趨勢，尺寸大的 LCD 顯示器產品降價幅度將會越高70隨著 LCD 顯示器產品價格的下降，LCD 顯示器產品的利潤也在逐漸下降