显示技术发展历程及市场变革

显示技术发展历程及市场变革 一 技术发展历程 在 2013 年 FPD 峰会上 京东方董事长王东升将显示技术进行了一个分类 将 CRT 和 PDP 归类为真空显示 把 TFT LCD AMOLED 柔性显示等归类为半导体 显示 半导体显示是指通过半导体器件独立控制每个最小显示单元的显示技术统称 它有三个基本特征 一是以 TFT 阵列等半导体器件独立控制每个显示单元状态 二 是主要应用非晶硅 a Si 低温多晶硅 LTPS 氧化物 Oxide 有机材料 Organic 碳材料 Carbon Material 等具有半导体特性的材料 三是主要采用半导体制造工艺 与半导体显示技术和产品相关的材料 装备 器件和相关终端产业链统称为半导体 显示产业 王东升总结 LCD 替代 CRT PDP 的原因为 TFT LCD 脱颖而出是因为脱颖而出是因为 它顺应了半导体技术替代真空电子技术这一历史大趋势 它顺应了半导体技术替代真空电子技术这一历史大趋势 1 1 从从 CRT 到到 LCD PDP 平板显示与球面显示的竞争 平板显示与球面显示的竞争 1897 年 CRT 诞生 CRT 包含一个能够通过电子束触及磷光表面创造出图像的 真空管 之后 此项技术被用于早期电视和电脑显示器上显示图像 一直到 20 世纪 80 90 年代 CRT 逐步被 LCD 显示所替代 到目前为止 CRT 已基本退出历史舞台 1964 年首个 LCD 液晶显示器 和首个 PDP 等离子显示器 双双问世 LCD 技术使 得平板显示成为可能 1972 年首台液晶电视的诞生 2005 2006 年 LCD 液晶显示的 销售份额超过 CRT 成为显示主流技术 到 2010 年市场上已基本没有 CRT 产品 CRT 被淘汰的原因 由于本身重最重且很厚 加之结构 阴罩技术的限制 三基 色荧光粉不能做小 因此无法实现屏幕大型化和轻便化以及像素性高清晰显示 只能 达到 800 600 像素 还有闪烁 X 射线辐射 几何失真 清晰度和亮度不高等缺陷 表 CRT LCD PDP 性能对比 项目CRTLCDPDP 峰值亮度较高较低高 亮度均匀性较差差好 彩色还原能力好较好较好 对比度高低较高 响应时间小于 0 001ms约 4ms0 002ms 可视角大小较大 X 射线有无无 电磁辐射大小大 耗能大较小较大 成本低一般高 重量重轻轻 适宜尺寸小于 41 英寸小于 82 英寸37 105 英寸 适应 HDTV一般较好好 寿命大于 25 千小时大于 60 千小时大于 50 千小时 性价比高一般较好 CRT 无法在新兴市场 笔记本电脑屏幕取得竞争优势 不能适应大屏化 轻便化 与高清化的要求 同时非常成熟的技术也无法取得更多的技术红利 迫使厂商在性 能不完全占劣势的情况下完全停产 1 2 PDP 与与 LCD 的竞争 半导体技术与真空技术的对决的竞争 半导体技术与真空技术的对决 发展到 21 世纪 等离子技术一直都主要用于大尺寸的屏幕 40 英尺及以上 2007 年左右 LCD 液晶电视凭借着更大的尺寸和更低廉的价格取代等离子电视 PDP 成为主流 LCD 是典型的薄膜制造工艺 制造工艺复杂 成品率低 大屏幕成本高 但清 晰度有可能达到 HDTV 的要求 PDP 是典型的厚膜制造工艺 制造工艺相对简单 成品率高 大屏幕成本低 未来在大屏幕 HDTV 显示器领域有一定的优势 LCD 为低压驱动 驱动集成电路数量少 可以采用常规的半导体 CMOS 工艺兼 容 集成电路成本低 而 PDP 为高压驱动 驱动电路成本高 数量多 而且集成电 路需要封装 制造工艺复杂 因此 PDP 的驱动电路成本是 LCD 的 5 10 倍 长时间 使用容易出现局部点的烧屏现象也是其不足 在 PDP 模块中 电路成本占 60 模 块成本占 40 LCD 模块则相反 以半导体技术为基础的 LCD 技术由小尺寸向大尺寸发展的速度远快于以真空电 子技术为基础的 PDP 技术由大尺寸向小尺寸渗透的速度 半导体技术自身持续的快半导体技术自身持续的快 速进步 极大推动了整个电子信息产业生态进步和发展 速进步 极大推动了整个电子信息产业生态进步和发展 极大改变了人类生活 生 产方式和产业生态 人类迎来了发展新纪元 电子信息产业生态链的基本价值体现 就是更快速 更便利 更舒适 更安全的将一部分人的知识 智慧 经验和体验与 另一部分人进行互动 分享和升华 从而改变人类生活 生产方式 实现人类更美 好未来 从电子信息产业生态看到 显示器件是基础和骨架 是人与人互动分享不 可或缺的界面 显示器件在电子信息产业生态链的影响力和带动力将不断提升 其显示器件在电子信息产业生态链的影响力和带动力将不断提升 其 自身进步发展也将与产业生态进步发展相适应 相促进 自身进步发展也将与产业生态进步发展相适应 相促进 在在 LCD 与与 PDP 的竞争过程中 有多方面的原因 从终端来看 的竞争过程中 有多方面的原因 从终端来看 LCD 抓住了新抓住了新 兴市场兴市场 智能手机领域 在与智能手机领域 在与 PDP 的竞争过程中不断扩大规模 从竞争参与者来看 的竞争过程中不断扩大规模 从竞争参与者来看 LCD 阵营的三星 阵营的三星 LG 夏普等多家企业联合开发推广 为扩大规模相对开放 而 夏普等多家企业联合开发推广 为扩大规模相对开放 而 PDP 阵营则是以松下为主 为保护技术领先优势相对封闭 从技术发展来看 阵营则是以松下为主 为保护技术领先优势相对封闭 从技术发展来看 LCD 与半导体技术的结合更为紧密 大尺寸玻璃基板 与半导体技术的结合更为紧密 大尺寸玻璃基板 LTPS 技术的采纳有助于成本的降技术的采纳有助于成本的降 低与性能提高 并实现大尺寸化 低与性能提高 并实现大尺寸化 1 3LCD 的技术变革 半导体技术的逐步渗透的技术变革 半导体技术的逐步渗透 1 驱动技术的变更 从单色到多色 由低性能到高性能液晶显示 驱动技术的变更 从单色到多色 由低性能到高性能液晶显示 半导体技术的半导体技术的 逐步渗透逐步渗透 TNLCD 属于被动矩阵式被动矩阵式 LCD 器件器件 显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴 垂直偏光板之透明导电玻璃间 通过水平方向控制电场 垂直方向控制液晶材料的 方式来显示图像 TN LCD 的缺点在只能显示黑色 同时尺寸越大显示效果越差 STN 型液晶也属于被动矩阵式被动矩阵式 LCD 器件器件 不同的是 TN 扭转式向列场效应的液 晶分子是将入射光旋转 90 度 而 STN 超扭转式向列场效应是将入射光旋转 180 270 度 它的好处是比 TN LCD 对比度高 比 TFT LCD 功耗小 具有省电的优势 其产 品主要应用在计算机 闹钟 低端手机等领域 TFT LCD 用液晶材料由于采用薄膜晶体管阵列直接驱动液晶分子薄膜晶体管阵列直接驱动液晶分子 消除了交叉 失真效应 因而显示信息容量大 配合使用低粘度的液晶材料 响应速度极大提高 能够满足视频图像显示的需要 因此 TFTLCD 较之 TN 型 STN 型液晶显示屏技 术有了质的飞跃 表 TN STN TFT 原理 特性和应用范围的对比 类别TNSTNTFT 原理液晶分子扭转 90 液晶分子扭转 240 270 液晶分子扭转 90 以上 特性黑白 单色 低对比度 黑白 彩色 26 万色 低对比 度 较 TN 佳 彩色 1667 万色 高对比度 较 STN 佳 全色彩化否否全彩色 动画显示否否可以 视角狭窄 30 以下 狭窄 40 以下 狭窄 40 以下 面板尺寸1 3 英寸1 12 英寸12 英寸以上 应用范围 电子表 计算器 简单的 掌上游戏机 移动电话 电子词典 移动低档笔记本电脑 移动电话 笔记本电脑 液晶 彩显 液晶彩电 2 半导体技术的结合 TFT LCD 的生产中大量应用到了半导体工艺 非常成熟的半导体工艺与设备使非常成熟的半导体工艺与设备使 得得 LCD 的大规模生产成为可能的大规模生产成为可能 在制造 TFT 基板时 除了在厚约 0 7 1 1mm 的玻 璃基板上集成薄膜晶体管外 与现在的主流半导体或集成电路制造工艺几乎完全相 同 玻璃基板大型化 长期以来 人们认为 LCD 的面板尺寸很难超过 76cm 30in 以上 然而 随着基 板尺寸的迅速增大 尺寸已经不再是束缚 LCD 的问题了 随着第 5 代甚至更大基板 的采用 已经有人认为 LCD 的优势恰恰在于可以通过简单的半导体工艺做成大尺寸 显示 大尺寸基板的采用无疑是 LCD 业界重要的技术与产业进展 低温多晶硅技术的成熟 由于多晶硅的电子迁移率是非晶硅的几十 几百倍 因此就可将驱动 IC 设计在 基板的面板上 从而带来 LCD 外部电路的大幅简化 最终使得 TFT LCD 的制造成 本降低 10 15 同时多晶硅还可使屏的开口率提高 10 这意味着相同耗电量 下可使亮度提高 10 即相同的亮度下省电 10 此外多晶硅中载流子的迁移率高使 得像素和 TFT 晶体管布线的精细化成为可能 这样就带来了显示屏分辨率的提高 2015 年 LTPS 在所有面板中的占比己经达到 32 表不同背板技术性能对比 技术 Si TFT LCDOxide TFT LCDLTPS TFT LCD 电子迁移率较差好很好 制程温度200 350180 350250 400 电子稳定性较差好很好 制程光罩数4 64 69 11 成本低中高 分辨率中等较高最高 良率高不易控制较低 1 4 OLED 技术 LCD 技术的延伸与发展 OLED 技术与 LCD 技术同源 TFT LCD 有六个部分组成 分别为 偏光片 彩 膜 液晶 TFT 阵列 偏光片 背光源 顶发光 AMOLED 有三个部分组成 从人的 视线方向往里看分别为 密封层 有机发光层 TFT 阵列 但 TFT 阵列的半导体材 料已发生变化 其采用的是 LTPS 或 Oxide 材料和工艺发生了革命性进步 器件结 构也简单多了 但半导体显示的基本特征和技术基础并没有改变 柔性显示也同理 它们之间技术相关性和资源共享性高达之间技术相关性和资源共享性高达 70 因此 因此 OLED 可以看做可以看做 LCD 的延伸与的延伸与 发展 发展 OLEDOLEDLCDLCD OLEDOLED 产品与技术优势产品与技术优势 视角宽度不受限制受限制视角宽 可达 160 度 侧视画面色彩不失真 响应时间响应时间1010 6 6秒 秒1010 3 3秒 秒更适合播放动态图像 无拖尾现象更适合播放动态图像 无拖尾现象 发光方式主动发光被动发光不需要背光源 发光转化效率高 能耗比液晶低 温度范围 40oC 80oC 20oC 60oC高低温性能优越 适应严寒等特殊环境 工艺过程简单复杂制作成本更低 性价比更高 器件材料全固态液态OLED 器件为全固态机构 无真空 液体物质 抗 震性好 可以适应巨大的加速度 振动等恶劣环 境 显示方式显示方式柔性柔性刚性刚性OLEDOLED 可采用塑料为背板材料 实现柔性化显示 可采用塑料为背板材料 实现柔性化显示 超轻薄显示或透明显示超轻薄显示或透明显示 LCD VS OLED 与 LCDvsCRT PDP 竞争对比 相似性 LCD 在与 CRT PDP 的竞争过程中都把握了新兴市场 笔记本电脑与 智能手机 有利于 LCD 在竞争中扩大规模从而降低成本 OLED 在 VR 与可穿戴式 设备中的应用有借鉴意义 差异性 LCD 与 CRT PDP 竞争时 本质上是其背后的半导体技术与真空显示 技术在竞争 LCD 的发展经历了液晶材料 驱动电路技术 玻璃基板 背板技术的 变革后 到 OLED 与 LCD 竞争时 回到了材料与工艺的竞争上 LCD 在与 CRT PDP 的竞争过程中 决定淘汰的不是性能是否更优 而是生产 商是否能取得更多的技术红利 LCD 是一个相对成熟的技术 而 OLED 技术则有更 大技术发展空间 如柔性化 透明化等趋势 有利于取得更多的技术红利 二 行业应用市场发展 1972 年初 日本夏普 SHARP 公司买下美国 RCA 公司的 LCD 技术 并在次 年推出了第一款采用 TN LCD 为显示面板的计算器 SharpEL 805 1987 年 夏普已经开始批量生产笔记本电脑用的小尺寸 STN LCD 1989 年 8 月至 1990 年秋季 NEC DTI 和夏普 相继启动了各自的第一条大尺 寸 TFT LCD 量产线 拉开大尺寸液晶显示器产业的序幕 1992 年 9 月 美国 IBM 公司完成了个人电脑事业部重组 两个月后推出了划时 代的产品 IBM700C 它是第一款使用彩色 TFT LCD 显示屏的笔记本电脑 采用 DTI 的 10 4 英寸彩色液晶屏 售价 4350 美元 1995 年属于 TFT LCD 开始真正实现商业 与 CRT 相比 关键核心竞争优势是关键核心竞争优势是 轻薄 大尺寸化轻薄 大尺寸化 切人第一个利基市场为笔记本电脑 当时液晶显示屏的价格极高 1995 年一款 15 英寸的产品 价格就要 3000 多美元 后面厂商通过扩大规模逐步将 成本降低 2002 年 液晶面板在桌面电脑上替代 CRT 并批量应用于电视 2005 年 LCD 超越 CRT 成为主流技术 当时电视和 PC 电脑很大程度是使用 CRT 显示 随着随着 LCD 成本的逐步下降及各项指标提高如响应时间缩短成本的逐步下降及各项指标提高如响应时间缩短 PC 电脑逐 步走向 LCD 电视领域出现 LCD 和 PDP 两者竞争 PDP 的缺点就是只能实现大尺 寸 终端智能手机的出现 苹果将智能手机 LCD 市场引爆 2007 年以后智能手机的出现 需求量大幅增加 将 将 LCD 的成本进一步降低 的成本进一步降低 PDP 在某些领域性能由于在某些领域性能由于 LCD 但成本一直居高不下且技术主要垄断几家企业手中 但成本一直居高不下且技术主要垄断几家企业手中 导致导致 PDP 走向消亡 走向消亡 手机市场的同质化严重 显示厂商追求差异化手机市场的同质化严重 显示厂商追求差异化 2009 年三星搭载 OLED 进入智能手机领域 一个原因是液晶显示面板的盈利能 力在逐年下降 竞争加剧 二是 OLED 显示能实现低成本 以及曲面柔性化等优势 其他的色彩鲜艳等并没能给用户带来量级提升 仅为改进 先发优势可获得较 好的盈利能力 2010 年 LED 应用作为 LCD 背光源 2009 2015 年三星都保持一家独大的优势 2015 年在获知国内上海和辉将会量产 年底就开始向国内手机厂商供应 OLED 面板 产能释放以及成品率的提高 2016 年一季度 OLED 生产成本与 LCD 相当 即以即以 OLED 是以成本优势在智能是以成本优势在智能 手机实现手机实现 LCD 替代 是以响应时间较快实现作为新市场替代 是以响应时间较快实现作为新市场 VR 的应用 的应用 在大尺寸领域 OLED 显示由于制程工艺不成熟 虽在显示视觉方面有些改进 但居高不下的成本 用户难以接受 预计 2017 年三星 LG 将导入喷墨印刷制程 2019 2020 年进入正式 生产 2020 年左右大尺寸 OLED 面板将迎来发展机遇 三 衰退周期与竞争格局变迁 第一次衰退 日本企业进场 1992 年 进入第一次衰退周期 夏普 NEC DTI 等领先企业为满足笔记本电 脑的需求 建设了大批生产线 出现了产能过剩的危机 衰退释放出来的技术资源 为新的日本企业创造了进场机会 1991 年到 1996 年 全球至少兴建了 25 条 TFT 液晶面板生产线 其中有 21 条 建在日本 第二次行业衰退 韩国反周期投资 TFT LCD 真正商业化 在 1995 1996 年的第二次衰退周期里 韩国企业大规模投资新生产线 反周期 投资 帮助他们获得了巨大成功 用不到 10 年时间 硬是把日本人挤下了世界第一 的宝座 第三次行业危机 韩国反周期投资抢占市场 日本扶持台湾转让技术 1997 年亚洲金融危机爆发后 全球面板市场也陷入了第三次液晶产业衰退期 日本厂商虽然占据绝对垄断地位 但大多面临亏损的窘境 在这种情况下 三星电 子和 LG 却再一次采取了反周期的投资战略 果断投入数十亿美元 建设大尺寸液晶 面板生产线 积聚了惊人的爆发力 同时给了台湾企业机会 1998 年 日本企业在韩国人的凶猛攻势下 刻意高调地将技术转让给台湾企业 作为反击 共有 6 家台湾企业相继获得了日方的技术许可 从而进入大尺寸 TFT LCD 产业 是年被称为 台湾 TFT LCD 产业元年 1998 年 9 月 吉林彩晶 由吉林电子集团和中科院长