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未来五年LCD大尺寸面板发展趁势

2020-10-14新闻17

原标题:未来五年LCD大尺寸面板发展趁势

LCD 市场多技术并存,LTPS TFT-LCD 是发展趋势

1888 年,奥地利植物学家莱尼茨尔在做胆甾醇苯酸酶加热实验时发现,这种晶体在温度超过 145.5℃时会融化成浑浊的液体,继续加热到 178.5℃时,浑浊的液体透明化了。同年,莱尼茨尔的朋友莱曼使用自制的偏光显微镜观察发现,这种液体看似像液体,但是显示出与晶体类似的双折射性,因此与莱曼将其命名为“液态晶体”(liquid crystal),即后来所谓的液晶。液晶被发现后很长一段时间没有得到应用,直到 1968 年才被制作成液晶显示器(Liquid Crystal Display)。

未来五年LCD大尺寸面板发展趁势

从第一块液晶屏被发明后,LCD 技术发展大致经历了五个阶段,从实验室中的科研产品到走进千家万户的大众消费品,LCD 液晶显示器已经成为了我们生活中的必需品。

未来五年LCD大尺寸面板发展趁势

和主动矩阵式 LCD。被动矩阵式 LCD 又可分为 TN-LCD(扭曲向列 LCD)、STN—LCD(超扭曲向列 LCD)和 DSTN-LCD(双层超扭曲向列 LCD)。主动矩阵式 LCD 也被称为 TFT-LCD,全称为 Thin Film Transistor LCD(薄膜晶体管液晶显示器),是目前应用最广泛的 LCD 技术。

未来五年LCD大尺寸面板发展趁势

TN-LCD、STN-LCD 和 DSTN-LCD 这几种被动矩阵式 LCD 原理类似,接下来以TN-LCD 为例,简单介绍被动式矩阵 LCD 的原理。在 TN-LCD 面板中,最外面的是偏光片,用来规范光的前进方向和光通量的最大值;再往内是玻璃基板,两个基板内部夹着彩色滤光片、配向膜等,彩色滤光片是制作在玻璃基板上,拥有红绿蓝三种颜色;再往内就是双电极以及双电极夹着的液晶。

当有光线照射时,先经偏光片矫正然后进入夹层内,如果电极层没通电,液晶会保持原本状态,入射光会被液晶扭转 90 度方向,从而可以全部通过下偏光板,显示屏显示为白色;当加了电压后,液晶分子会调整初始状态,变成竖直的状态,光线会被下层偏光片吸收,进而屏幕呈现出黑色。

未来五年LCD大尺寸面板发展趁势

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被动矩阵式 LCD 由于可视角度小、色彩还原能力有限等多种缺陷已经被逐步淘汰,目前最主流的 LCD 技术是 TFT-LCD。

TFT-LCD中文全称是薄膜晶体管液晶显示器,其与被动矩阵式LCD的结构基本相同,只是把被动式 LCD 上夹层电极变为 FET 晶体管,下夹层改为共通电极。在工作原理上,两者却差别较大。与被动 LCD 不同的是,TFT-LCD 采用“背透式”照射方式,光线从面板底部向上照射。

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TFT-LCD 具有更快的响应时间和更丰富的色彩。液晶层需要电压来控制偏转角度,从而控制显示器的灰阶,被动式 LCD 电压由电极施压,而 TFT-LCD 电压由薄膜晶体管控制。TFT-LCD 的每个子像素都配置了一个这样的晶体管开关,都可以通过点脉冲直接控制。这样的设计不但缩短了显示屏的反应时间,同时也可以精确控制显示灰度,因此 TFT-LCD 显示效果比被动式 LCD 更加丰富逼真。

目前 TFT 的基底材料主要有三种,分别是 a-Si、IGZO 和 LTPS。a-Si 指的是非晶硅,早期的 TFT-LCD 都是采用 a-Si 作为基底材料。a-Si 成本低廉,技术含量较低,初期普及速度很快,但是 a-Si 电子迁移率低,而屏幕的 PPI(像素密度)与电子迁移率成正比,因此采用 a-Si 作为基底材料的 LCD 面板分辨率偏低。同时,a-Si 晶体管开关本身面积过大,导致面板的亮度无法做高,这也限制了 a-Si 面板的发展。

现代消费者对数码产品显示屏的要求在不断提高,更高的分辨率、更快的响应速度、更轻薄的体积和更丰富的色彩是面板技术永恒的追求。因此,IGZO与 LTPS 技术孕育而生,大大拓宽了 LCD 的发展空间。

IGZO (indium gallium zinc oxide)是铟镓锌氧化物的缩写,用作新型薄膜晶体管中的沟道材料。IGZO 是金属氧化物(Oxide)面板技术的一种,具有电子迁移率高、透明、均一性好和易于制造的优点。与 a-Si 相比,IGZO 的光稳定性好,且具备很强的弯曲性能,能用于柔性显示。然而 IGZO 也有使用寿命短、对水和氧敏感等缺点,因此需要覆盖一层保护层,对量产有阻碍。

LTPS 技术优势明显,高端产品使用率高。a-Si 和 IGZO 技术都存在或多或少的缺点,目前发展最为迅速的技术是 LTPS 技术。LTPS(Low Temperature Poly-silicon)中文全称是低温多晶硅,它是由非晶硅经过镭射光均匀照射后非晶硅吸收内部原子发生能级跃迁形变成为多晶结构而形成的。相比于 a-Si 和 IGZO 技术,LTPS 的电子迁移率更高,从而可以支持更高的分辨率,且其反应速度更快、亮度更亮。更重要的是,LTPS 技术是 OLED 面板的完美搭配,OLED 面板堆基板的导电性要求很高,只有 LTPS 才能符合要求。

未来五年LCD大尺寸面板发展趁势

目前三种晶体管基底技术都是各有优劣,没有哪一种技术可以独占市场:a-Si 技术由于低成本和成熟的技术更多是被大尺寸面板生产所采用;LTPS 更适合对分辨率和刷新率等要求更高的中小尺寸面板;IGZO 介于两者之间,价格较 LTPS 低,性能比 a-Si 好,在中大尺寸面板更有优势。观点认为,随着消费升级和面板技术的进步,制约先进技术发展的成本问题会逐步得到解决,LTPS种综合性能最高的技术渗透率必然得到进一步提升。

面板行业兴起于美国,成熟于日本,之后在韩国及我国台湾地区发展壮大。2010 年以前,我国对高世代线生产的液晶面板进口需求非常大,其中 32 英寸以上的液晶面板全部依赖进口,为促进我国液晶显示产业的健康发展,近年来,我国政府加大了对液晶显示产业的扶持力度,我国已经成为了面板投产最多的地区。

未来五年LCD大尺寸面板发展趁势

目前 55 英寸已经成为了彩电的主流尺寸,下一阶段的主流尺寸将是 65 英寸。由于小世代线难以实现 65 英寸及以上大尺寸面板的经济切割,因此发展 10.5 代线至关重要。2017 年 12 月,京东方全球首条 10.5 代线在合肥提前投产,随着京东方、华星光电、鸿海等厂家的 10.5 代线陆续建成投产,2018 年到 2020 年,全球将多出 7 家 10.5 代线。

未来五年LCD大尺寸面板发展趁势

世代线与经济切割对照表

大尺寸LCD面板成本主要由人工工资、固定资产折旧费用、无形资产摊销费用、长期待摊费用、材料费、动能费、维修费及其他制造费用等组成。而其中占比最大的两部分的分别是原材料成本(53%),折旧(22%)。

液晶面板成本结构占比

未来五年LCD大尺寸面板发展趁势

新投建面板产线以先进制程(4mask),提高稼动率,合理规划产品设计,提升运转效率。从而显著降低现金成本。中游制造端的产能转移也带动上下产业链的转移,进一步增强了制造端的成本优势。

液晶面板材料成本结构占比

未来五年LCD大尺寸面板发展趁势

DIGITIMES Research展望至2025年全球大尺寸LCD面板(对角线9吋或以上)产业及市场发展,2018~2019年产能年增率达9.4%以上情境将不再发生,整体供需趋于健康。供给方面因2025年国内两大业者京东方、TCL华星可望掌控近49%产能比重,将主导市场动向。

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由于韩国业者缩减在韩国的LCD产线,三星显示器(Samsung Display;SDC)在苏州的8.5代厂主控权也移转至TCL科技,预估SDC今后重心仍将以中小尺寸AMOLED为主,并扩大量子点(QD) OLED面板新产品的投资。国内面板业者京东方、TCL华星继续扩大10.5/11代面板产能,加上预计于2021年以内分别完成对中电熊猫南京与成都8.5/8.6代厂、SDC苏州8.5代厂股权收购,此两大面板业者合计产能比重可望由2019年24.5%至2025年达到趋近倍增的影响力。

2019年起,国内已是全球大尺寸LCD产能最大的地区(包括韩国业者在国内设置的LCD厂产能)。2020年国内大尺寸LCD产能占比将达到56.6%,预估2021年达68.2%。

比较2020及2025年全球大尺寸LCD产能占有率前五大业者变化:2020年依序将是京东方(占20.9%)、群创(13.9%)、LG Display(12.0%)、TCL科技/TCL华星(11.8%)及友达(11.3%)。预估2025年前五大业者依序为京东方(占30.0%)、TCL科技/TCL华星(18.8%)、群创(12.5%)、惠科(11.7%)及友达(10.1%) 。

#面板#大尺寸#液晶

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