平面面板显示器的应用和市场.ppt

第一章平面面板顯示器的種類、市場、技術及其應用,參考資料：1.平面面板顯示器基本概論二版顧鴻壽/周本達/陳密/張德安/樊雨心/周宜衡編著出版者：高立書號：232526發行日期：2005年8月2.顯示器原理與技術趙中興編著出版者：全華書號：03185-01發行日期：1999,1-1前言1-2平面面板顯示器的種類及其特性1.平面面板顯示器的種類區分平面面板顯示器的結構及其特性1-3平面面板顯示器的市場及其技術1.平面面板顯示器的市場趨勢2.平面面板顯示器的技術趨勢1-4平面面板顯示器的應用領域與未來展望,1-1前言,*平面面板顯示器(FlatPanelDisplay，FPD)意指其顯示器之正面面板之玻璃基板是平面式，而不同於傳統陰極射線映像管的(CathodeRayTube，CRT)弧面式，但是近年來，*由於技術的創新和製造的改善，而有所謂平面面板的陰極射線映像管的顯示器產生。由於微電子技術的進步，進而促使資訊、通訊和網路技術及其相關產業蓬勃地發展，呈現各種文字、數據、圖案和動態影像的顯示器(Display)成為不可缺少的必要零組件，並也成為辦公室、交通工具以及日常生活的必需品。,*平面顯示器是因為輕薄短小，省能源化和多樣化等的要求於1970年代中期所衍生出來而普及化的技術。1980年代則小型文字處理機和筆記型個人電腦的流行，1980年代因個人電腦多樣化及其高性能化，正式地開發出彩色液晶面板在監視器領域的應用。*台灣早期曾是世界知名家電大廠電視機和監視器的主要加工和代工的生產基地，1970年台灣正式地開始生產CRT，隨著顯示器製造技術、影像處理技術的發展以及行動電話和筆記型電腦的全球性需求量大幅地成長，進而促使台灣產業界大規模地投資於超扭曲向列型(STN-LCD)和非晶矽薄膜電晶體液晶平面顯示器(-SiTFTLCD)的生產。,1-1前言,1-1前言,*台灣、日本和南韓主要液晶平面器製造公司,附錄:,參考資料:平面顯示器產業概況與職場發展簡介,附錄:,參考資料:平面顯示器產業概況與職場發展簡介,ScreenDiagonal(inches),500,PCMonitors,20,40,1000,PersonalDisplay,SDTV,60,PCTV,CRT,HomeTheater/HDTV,RPTV,Presentations,AMLCD,Plasma,Definition(Lines),TFTLCD,附錄:,參考資料:平面顯示器產業概況與職場發展簡介,附錄:,平面顯示器的應用尺寸,參考資料:張文固博士-平面顯示器技術,*平面面板顯示器依其光源機制，可分為直視型和反射型，在直射型方面可分為發光型和非發光型，而反射型則有數位微型顯示器和液晶平面顯示器。*在發光型方面的平面顯示器，有交流電式或直流電式的電漿面板顯示器、有機的或無機的電激發光平面顯示器、發光二極體平面顯示器，和冷陰極電子發射平面顯示器。*非發光型方面的平面顯示器，則有二端子型的薄膜二極體元件或金屬絕緣體金屬元件，以及非晶矽低溫多晶矽的薄膜電晶體。,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*面板顯示器中主動元件的結構圖以及分類圖,*陰極射線映像管是所有顯示器中最早發展的。*彩色陰極射線映像管是由映像管玻璃、螢光粉、網狀陰罩、電子槍和偏向軛等所組成。其如下圖所示。其原理是利用靜電聚焦式的透鏡，將電子槍所發射出的電子，予以收斂聚焦，並且利用偏向軛的磁力偏向，來控制掃描電子束，進而經由網狀陰罩，將電子撞擊紅、綠、藍三原色點狀螢光幕，而呈現不同的色彩。*其主要應用是有家庭用的彩色映像管，易及電腦顯示器用的彩色顯示管等影音視訊和資訊類的終端機。,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,CRT顯示器如何展現不同的顔色早期的CRT技術，僅能顯示光線的強弱，展現黑白畫面。當然，對於雷達這一類僅需顯示簡單目標資料的系統來說，黑白CRT的選擇已經是措措有餘了。不過，要輪到電視轉播上頭，彩色CRT技術就變得日形重要了。簡單的說，CRT的彩色原理與自然界光線色彩的產生脫不了關係。,參考網站:http:/www.digital.idv.tw/DIGITAL/Classroom/MROH-CLASS/oh61/index-oh61.htm,自然界所有顔色都是都是由不同波長的光所組合而成（見上圖）。我們讓太陽光通過三棱鏡，可以分色出各種不同波長的光所産生的光譜。回到電腦螢幕和電視機的主要構造，位在螢光幕後端是電子束發射裝置，高壓線圈驅動電子槍將電子打在螢幕玻璃上，加上真空的空腔避免了放射電子受到空氣粒子的阻礙，可以準確的在螢幕玻璃上投影，而彩色CRT具有紅、綠色和藍色三支電子槍，三支電子槍同時發射電子打在螢幕玻璃上磷化物上來顯示顏色。這些磷化物受電子的激化因而發色，產生色點，大量的色點組合就形成了我們所看到的畫面。,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*最早發展出來的顯示器:陰極射線映像管(CRT),參考網站:http:/www.digital.idv.tw/DIGITAL/Classroom/MROH-CLASS/oh61/index-oh61.htm,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*CRT機體後端需容納龐大的電子發射設備,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*CRT關鍵技術,即使是LCD當道的今日，CRT仍有不少死忠的支持者，CRT的色彩與色溫完美表現是其中一個原因之外，另一個重要的因素就是速度；目前LCD號稱進入2ms的時代，但是CRT卻是以s的速度在表現，兩者的差距中間仍橫亙著相當地物理障礙。然而，CRT背後也因技術、專利之糾葛分成兩大系列，一是以ShadowMask（影罩）為主的投射方式，另一種則是ApertureGrille（柵欄）。,參考網站:http:/www.digital.idv.tw/DIGITAL/Classroom/MROH-CLASS/oh61/index-oh61.htm,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,參考網站:http:/www.digital.idv.tw/DIGITAL/Classroom/MROH-CLASS/oh61/index-oh61.htm,影罩技術相當傳統，開發時程也最早，該技術的最大特色就是每一道電子束會對一塊有數千個（畫素）小孔的金屬片進行掃瞄。影罩上的小孔排列呈三角形，以RGB紅，綠，藍三原色點狀分佈，上面密佈著螢光反應劑。一個畫面的產生是由映像管中的電子槍所激發的電子束透過(Shadowmask)定位，精準撞擊在三色螢光點上使其發光，構成畫面，如上圖所示。,*CRT關鍵技術,*CRT關鍵技術,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,參考網站:http:/www.digital.idv.tw/DIGITAL/Classroom/MROH-CLASS/oh61/index-oh61.htm,有別於影罩的結構與缺點，上圖ApertureGrille柵欄式映像管採用垂直條狀的遮罩，狀似柵狀孔。顯像原理則與ShadowMask相同，使用螢光材料塗佈在條狀紅，綠，藍三色之後，利用電子束撞擊條狀的螢光質發光，由於柵狀的面積較點狀來得大，因此擴大了色彩飽和度與發光亮度效率，所以柵狀顯示器可以表現出比一般Shadowmask更加亮麗的色彩效果。此一技術同樣也有缺點，就是可以在畫面依稀看出固定條狀的影像遮罩，適合大屏幕與遠距離觀賞。,參考網站:,什麼是TFT-LCD?TFT薄膜電晶體LCD：液晶顯示器TFT-LCD發明於1960年經過不斷的改良在1991年時成功的商業化為筆記型電腦用面板從此進入TFT-LCD的世代。,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,TFT-LCD結構：簡單的說TFT-LCD面板的基本結構為兩片玻璃基板中間夾住一層液晶。前端LCD面板貼上彩色濾光片後端TFT面板上製作薄膜電晶體(TFT)。當施電壓於電晶體時液晶轉向光線穿過液晶後在前端面板上產生一個畫素。背光模組位於TFT-Array面板之後負責提供光源。彩色濾光片給予每一個畫素特定的顏色。結合每一個不同顏色的畫素所呈現出的就是面板前端的影像。,參考網站:,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,TFTPixelElement：TFT面板就是由數百萬個TFTdevice以及ITO(IndiumTinOxide)，此材料為透明導電金屬)區域排列如一個matrix所構成，而所謂的Array就是指數百萬個排列整齊的TFTdevice之區域，此數百萬個排列整齊的區域就是面板顯示區。,參考網站:,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,TFT畫素的結構圖：,不論TFT板的設計如何的變化,製程如何的簡化，其結構一定需具備TFTdevice和控制液晶區域(光源若是穿透式的LCD，則此控制液晶的區域是使用ITO，但對於反射式的LCD是使用高反射式率的金屬，如Al等。)TFTdevice是一個開關器，其功能就是控制電子跑到ITO區域的數量，當ITO區域流進去的電子數量達到我們想要的數值後，再將TFTdevice關掉，此時就將電子整個關(Keep)在ITO區域。,參考網站:,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,上圖為各畫素點指定的時間變化由t1到tn閘極驅動IC持續選擇開啟G1使得源極驅動IC以D1、D2到Dn的順序對G1上的TFT畫素充電。tn+1時閘極驅動IC再度選擇G2源極驅動IC再從D1開始依序選擇。,液晶站立的角度越垂直,越多的光不會被液晶導引，不同角度的液晶站立角度會導引不同數量的光線，以上面的例子來看，液晶站立角度越大，則可以穿透的光線越弱(TNmode)。(上、下偏光片排列的方向會決定穿透光的強弱，因此只要了解液晶站立的角度會導光的強弱即可)。,不受導引的光線會被上偏光片所吸收掉。自然界的光，其極性是任意方向的，使用偏光片的功能就是過濾掉大部分的不同方向震盪的光，只讓某一特定方向的光通過。,*液晶平面顯示器乃是利用液晶表示文字和影像的裝置，液晶本身並不會發光，而顯示器的明暗度，則是利用反射光或背面輔助光源，而產生不同的顯示作用，由於具有輕薄性、低電壓驅動、低耗電性、彩色化、低價格和其它特點等。*液晶平面顯示器，大致上可分為簡單或被動矩陣方式和主動矩陣方式兩種類型。其代表結構圖如下圖。*簡單或被動矩陣方式，是上下電極間填充有液晶材料，兩個電極是垂直交差的。因電極數少，製程簡單和製造成本低等特點，其應用的範圍，除了用於電算機、手錶和遊樂器等之外。影印機、傳真機和靜態畫面等事務性辦公室機器也在其內。*主動式矩陣方式，則是由主動性薄膜電晶體元件負責開關一個一個的畫像素，把要控制的畫象素一個一個獨立地確定其可行性的方法。,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*本身不會發光的:液晶平面顯示器(LCD),*主動式矩陣方式和被動矩陣方式的代表性結構圖,*電漿面板平面顯示器乃是頂部和底部兩片玻璃基板以0.1mm間隙挾住，而於其間填充氣體;在底部玻璃基板上，塗怖線條狀或瑪賽克狀紅綠藍(RGB)配置的螢光粉體，並使用隔壁層(Rib)或阻隔壁予以隔絕，稱之為畫像素胞，附有數十萬個微細的畫像素胞的玻璃基板，在施加數百伏特電壓，而於其間產生紫外光放電現象，進而使螢光體發光。*電漿平面顯示器的種類，依放電所施加的電壓不同，可分為直流型的電漿平面顯示器和交流型的電漿平面顯示器。*掃描信號的行電極(Row)在PDP的橫方向受到外加電壓，而傳送信號的列電極則是在PDP的縱方向受到外加電壓。*目前電漿平面顯示器以交流型的為主。,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*大尺寸的:電漿面板平面顯示器(PDP),*各種不同電漿平面顯示器的代表結構,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*不同電漿平面顯示器中的代表結構,*場發射平面顯示器，是冷陰極電子放出型的顯示器中最具有代表性的產品。其原理類似於真空管之利用針尖放電，而激發螢光體的一種顯示功能，發光原理與陰極射線映像管是相同的，其代表結構圖如下圖。*FED是在螢幕背面因電場作用，而放出電子之放射體，陣列地分布，以放射體陣列的開關，而將畫像素進行定址及顯示影像。*FED技術依其陽極電壓，而區分為低電壓型和高電壓型兩種，高電壓型FED因使用傳統CRT用的螢光體，而激發的陽極電壓達510kV，而低電壓型FED則其螢光體激發用的電壓為1kV以下。*現在有一種新型的奈米碳管(NTC)場發射平面顯示器，被發展出來並受到各方注目，而其未來潛力是無限的。,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*冷陰極電子的:場發射平面顯示器(FED),*場發射平面顯示器的基本結構,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*電激發光平面顯示器，乃是施加電壓以使硫話鋅的螢光體產生發光功能的一種自發光型薄膜固體元件，與液晶平面顯示器和電漿面板平面顯示器，其具有高對比性，高響應速度、廣視野角、輕薄短小化，高精細度或高畫質性和低耗電性。*依發光螢光體材料的不同而可分為無機電激光平面顯示器，和有機電激發光平面顯示器，其結構圖如下圖所示。*另外依驅動方式又可以區分為被動式和主動式。*有機電激光平面顯示器因全彩化和高功能性，而成為各方研究的焦點，其主要的應用領域有行動電話、車輛音響顯示幕和個人數位助理機等通訊網路的終端機。,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*自發光型的薄膜元元件:電激發光平面顯示器(ELD),*無機和有機電激發光平面顯示器的基本結構圖,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*主動式和被動式有機電激發光平面顯示器(ELD)代表結構,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*主動式和被動式有機電激發光平面顯示器(ELD)製造流程,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*(OLED)代表結構比較圖,1-2.1平面面板顯示器的種類及其特性,*主動式和被動式有機電激發光平面顯示器(ELD)驅動方法特性比較,1-3.1平面面板顯示器的市場趨勢,*全球平面顯示器面板的主要製造生產團，僅有日本、台灣和韓國之電子公司，而電激發光平面顯示器和場發射平面顯示器，則是日本、台灣、歐美和韓國等之電子公司，這其中液晶平面顯示器的成長最快的。*1995年韓國液晶平面顯示器(LCD)製造廠商開始生產銷售LCD產品。*2000年大型TFT-LCD面板之製造公司的市場占有率，分別地是韓國的LG、三星電子、日本sharp、日本DTI、日本日立、日本NEC、台灣各公司總值，台灣受限於面板之主要零組件的調度不足，嫁働率不高，但是若獲得解決的話，台灣TFT-LCD面板市場占有率可達20%，下三張表是台灣、日本以及韓國各家大型TFT-LCD面板製造公司之生產狀況以及平面顯示器應用產品市場成長率預估表。,*台灣製造TFT-LCD公司生產情況,1-3.1平面面板顯示器的市場趨勢,*日本製造TFT-LCD公司生產情況,1-3.1平面面板顯示器的市場趨勢,*南韓製造TFT-LCD公司生產情況,1-3.1平面面板顯示器的市場趨勢,*應用在各產品的成長率,1-3.1平面面板顯示器的市場趨勢,*平面顯示器的技術創新，可分為產品的創新和製程的創新，目前顯示器產品的創新，已由簡單型的單色黑白進展到多功能型的全彩色，可以說是進入完整及成熟階段；至於在製程的創新，則隨著半導體製程及其相關技述的創新，仍有很大的發展空間。*1.彩色映象管雖然是傳統的顯示器，其體積龐大笨重，幅射線和環保性等問題，但是其畫面色彩的優質和價格低簾是其優點，畫面面板的平面化技術已達到商品化階段，如日本新力公司的Wedge型平面電視，和日本三菱公司的Diamond型平面電視成功的進入市場，而頗受人們的歡迎。個種不同的解決方案和衍生技術仍不斷地在進行著。,1-3.2平面面板顯示器的技術趨勢,*2.液晶平面顯示器的發展，由TN-LCD衍變成STN-LCD，在轉變成TFT-LCD，而目前的主流市非晶矽薄膜電晶體液晶顯示器(-siTFTLCD)，由於非晶矽半導體的物性已達到極限，而低溫多晶矽、高溫多晶矽和連續晶矽等TFT半導體層的性能，較非晶矽來的優良。*目前TFT-LCD的主流是低溫多晶矽，未來在雷射射退火製程中，輸出功率的安定性和玻璃面板大型化等問題均應考量，並開發出新型設備的新的製程來因應此一變化。此外，低溫多晶矽TFT-LCD的特點，在於源極/汲極驅動IC、控制IC和週邊驅動系統，均可整合於玻璃基板上成一體化，而節省許多空間。,1-3.2平面面板顯示器的技術趨勢,*3.電漿面板平面顯示器，因應數位化電視的需求，而有很大的發展空間，但是目前其單價仍是每一吋約為一萬元日幣，而目前電漿平面顯示器，的尺寸範圍在3560吋，最基本的40吋為例則價格仍是相當的高。*在電能的消耗上，由於其結構需要許多的高功率IC零件組件，因而是一種相當耗損電能的產品，但是隨著半導體技術的發展，而近年來其消耗的電量改進為100瓦特左右，未來在製程、電路設計和材料等方面技術上均有研究發展的空間。,1-3.2平面面板顯示器的技術趨勢,*4.場發射平面顯示器的市場規模不大，而且多數是處於研發階段，而商品比較成功的，有美國的摩托羅拉、Orion/IAE、PixTech、CandescentTechnologies、韓國三星電子和日本雙葉電子等公司。台灣則是聯友光電公司，另外一家翰立光電公司，則以新材料奈米碳管製作場發射平面顯示器。*日本松下電器公司和東京農工業大學開發42吋節省電能新世代大型平面電視，撞擊電子表面放射顯示技術(BSD)是場發射平面顯示器的一種，其原理是與布朗管的相同而基本結構，如下圖所示，其優點有：1.與PDP相同尺寸大小之元件，其電能可節省1/32.構造及製法簡單，大量地生產將可降低成本。3.一般液晶製程生產線可輕易地轉換，而設備的投資小。4.低真空動作且可靠度高5.平面型結構而容易大畫面化6.自發光以及不需要背光板光源。,1-3.2平面面板顯示器的技術趨勢,1-3.2平面面板顯示器的技術趨勢,*場發射平面器:撞擊電子表面放射顯示技術,1-3.2平面面板顯示器的技術趨勢,*翰立光電公司:以奈米碳管(NanoCarbonTube)製作場發射平面器,1-3.2平面面板顯示器的技術趨勢,*5.電激光平面顯示器可分為無機和有機性的，而目前主流是有機性的，而又其可分為，小分子有機電激光平面顯示器和高分子電激發光平面顯示器兩種，目前最主要的問題，是有些有機材料的生命週期仍未達實用化要求，以及部份的色純度未達標準等。*初期的產品以小型被動試矩陣為主，且市場面集中於車用顯示幕和行動電話的面板，但是當面積急中於大型化時，則因其屬性為電流驅動型而加大其耗電量因而有整合低溫多晶矽技術使其成為主動式矩陣，如此可以擴大其市場應用面，涵蓋個人數位助理機(PDA)的面板和筆記型電腦的顯示器。,1-4平面面板顯示器的應用領域與未來展望,*下表為目前各種液晶的主要表示模式以及特徵，扭曲向列模式(TN-Mode)的優越特性，有對比性高，透射率的波長相依性低；黑白表示性大、響應速度比較快以及驅動電壓低，因為具有此些優點而成為目前最廣泛應用的產品，特別是主動式陣列液晶平面顯示器等高畫質影像顯示器的用途。*主動式陣列液晶平面顯示器，有存在狹窄的上下視野角，以及有嚴重的中間階調的視角相依性的問題點。*改善扭曲向列模式的視野角問題，而被提出的方案有畫面電極分割法和配向分配法，並逐漸大幅地改善其問題點。,1-4平面面板顯示器的應用領域與未來展望,*液晶的主要顯示模式以及特徵,*電視影像顯示器，在鮮明度和美感也要求愈來喻嚴苛，這樣的平面顯示器被愈為第二代的產品且途也朝向，易看而眼力不疲勞之平面顯示器，以及畫面鮮美之平面顯示器二極化的趨勢。就資訊用的平面顯示器，對比和輝度固然地是必備的，然而其解析度，視野角和能見度等顯示能力應是與印刷物相近的。*在液晶平面顯示器中存在著多用途的表示模式，我們所討論的一些對應的用途而適當選所需的表示模式，將有助於大幅度地提升其固有的特性，因此各種液晶表示模式和其驅動方式的特性應去瞭解、討論、分析和研究，以便掌控影像平面顯示器的資訊平面顯示器的未來動向，和尋找待克服的課題。,1-4平面面板顯示器的應用領域與未來展望,*未來平面顯示器的發展還有其應用領域,1-4平面面板顯示器的應用領域與未來展望,*液晶的掃描數與畫面尺寸應用趨勢,1-4平面面板顯示器的應用領域與未來展望,*日本佳能最近成功開發出一種新型電子紙張的顯示器，結構如下圖，其是乃是在兩張非常薄的特製塑膠片間填充和封裝，如影印機中碳粉般的物質，施加10伏特左右的電壓後，此些碳粉將因靜電效應，而發生吸附和分離作用，並產生彩色上的變化。*電子紙張的顯示器的原理，是由微小粒、膠囊和深藍色液體，其操作過程為：1.由數百萬個膠囊所組成而膠囊祝滿身藍色液體和數千百白色小微粒。2.用電流控制小微粒上升和下降。3.當