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CRT到LCD/PDP：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

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LCD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，其自身进步发展也将与产业生态进步发展相适应、相促进。

在LCD与PDP的竞争过程中，有多方面的原因：从终端来看，LCD抓住了新兴市场-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，LCD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，LCD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

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(半导体技术的逐步渗透)。

TNLCD属于被动矩阵式LCD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LCD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，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

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得LCD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