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共存发展的LCD和OLED显示技术

编辑:songqiuxia 2018-12-19 17:00 浏览 评论 评论 0 赞    来源:  中华显示网

 每当在百度中搜索LCD显示屏的关键字,立刻会弹出其将被下一代显示技术OLED显示屏替代的新闻,但是实际上这些文章并未深入地讨论过两种技术背后的演进过程,也忽视了LCD本身的特点。真正专业从事新型显示器材相关行业的人都知道,关于“OLED将替代LCD”的相关说法从十年前就开始散见于各类新闻媒体之中,但在这十年以来,TFT-LCD显示屏不仅没有被替代,其整体出货量反而年年攀升,仍然处于市场主流地位;而OLED技术也逐步产业化,开始应用于高端智能手机,两项显示技术共同推动着整个行业的蓬勃发展。

一、OLED简介及其制作流程的高成本和复杂性

(1)OLED简介

有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)又称为有机电激光显示,是继CRT(Cathode Ray Tube阴极射线管)、LCD(Liquid Crystal Display液晶显示器)之后的第三代显示技术。OLED的基本结构是由一薄而透明且具半导体特性的铟锡氧化物(ITO)与电力正极相连,再加上另一个金属阴极,包成如三明治的结构。整个结构层中包括空穴注入层、空穴传输层、发光层(有机材料)、电子传输层与电子注入层。当电力供应至适当电压时,正极空穴与阴极电荷就会在发光层中结合,产生光亮,依其配方不同产生红绿蓝三色。OLED是双注入型发光器件,将电能直接转化为有机半导体材料分子的光能,采用的是电致发光物理机制。所以与LCD显示方式不同,OLED无需背光灯,具有自发光的特性,采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,这些有机材料就会发光。

(2)LCD与OLED制程比较

TFT-LCD与OLED生产工艺均可分为前段Array、中段Cell与后段Module三部分。在前段Array制程上,由于OLED采用LTPS TFT背板,相较于传统a-Si TFT LCD的Array制程,添加了激光结晶设备和离子掺杂机。在中段Cell制程,TFT-LCD与OLED在工艺流程上差异是最大的。TFT-LCD的Cell制程设备涉及PI涂覆/固化设备、定向摩擦设备、灌注液晶/封口设备、基板对位压合机等一系列传统液晶面板制作设备,而OLED由于采用有机材料制作自发光的RGB画素,在工艺流程上引入了蒸镀设备、喷墨打印设备以及封装机等设备。两者的后段Module制程设备基本相同。根据业内消息人士透露,OLED在设备上的投入数倍于LCD,仅设备折旧计入生产成本就不是一笔小数目。

(3)AMOLED制程属性决定了其低良率和高成本的现状

无论是AMOLED(目前主流的OLED技术)还是TFT-LCD,其制作过程的第一步是背板段工艺,即制作TFT基板。由于OLED属于电流驱动器件,对电流的稳定性要求很高,而电流的稳定性又与电子的迁移率有关,因此LTPS是适合做OLED用TFT的最佳半导体薄膜,一般来说AMOLED均采用LTPS基板搭载TFT。

值得注意的是,TFT薄膜晶体管,在LCD中起驱动开关的作用,通过TFT开关控制液晶的电压大小,进而控制液晶分子的旋转角度,通过遮光和透光来达到显示的目的;在OLED中同样起开关的作用,通过TFT开关控制电流大小进而控制发光亮度。LCD和OLED在制备TFT阵列中的不同点:1)OLED对TFT需求数量较多,LCD中一个像素只需要一个TFT,而OLED中至少需要4个TFT;2)OLED对TFT的制备工艺要求极高,同样是TFT,OLED中的TFT良率要远低于LCD中的TFT。

除了良率问题和TFT制备难度更高以外,AMOLED相比于LCD多出的蒸镀环节也进一步拉升了其制造成本。AMOLED的像素点全部都是蒸镀到LTPS上的。所谓蒸镀,就是真空中通过电流加热,电子束轰击加热和激光加热等方法,使被蒸材料蒸发成原子或分子,它们随即以较大的自由程作直线运动,碰撞基片表面而凝结,进而形成薄膜。可以说,蒸镀是OLED制造工艺的精华部分,而且不仅是发光材料,金属电极等等之类也是蒸镀上去的。蒸镀工艺难度极高,需要专用的蒸镀机才能够完成。目前业界公认日本Canon旗下子公司Tokki的技术能力最佳,全球范围内拥有大规模量产蒸镀设备的也仅有日本Tokki一家,实际上Tokki基本垄断了全球蒸镀机的供应。

二、OLED的市场渗透 需要过程

(1) 目前 OLED 屏 较难 渗透 到2000元 以下 智能手机市场

目前,正是由于上文所描述的蒸镀机的垄断供应、极高的工艺要求和低良率等原因,导致OLED显示屏成本远高于LCD显示屏成本。根据业内人士透露,目前,京东方为华为Mate 20供货的OLED屏幕价格为每片80美元左右,而同类型同等显示质量的LCD显示屏价格最高不超过17美金每片。因而,消费者可以更加直观的通过终端手机市场看到的是,2000元人民币售价以下的智能手机很少会搭载OLED屏幕。而实际上在国内市场以及非洲、印度等地区,70%以上出售的手机价格都在2000元以下,也就是说在未来较长一段时间内,智能手机市场还将继续被LCD屏幕主导。

(2)OLED短期内也无法渗透大屏显示等市场

大尺寸液晶显示面板(TFT LCD)出货量在2018年第三季达到历史新高水平。出货面积年比年成长14%,达到5,200万平米,而出货量则年比年成长7%,达到1亿9,700万片。而根据Trend Force的数据,2017年全年全球品牌液晶金沙线上娱乐出货量2.1亿台,其中OLED金沙线上娱乐市场全球出货量150万台,占比不到1%。根据群智咨询在2017年的估测,即使到2022年,OLED在大屏金沙线上娱乐领域的渗透率也不会超过3%。

OLED单位面积的成本劣势,在大屏幕领域被进一步放大。同时,大屏OLED产品还容易出现色衰、残影、寿命短等缺点,更加进一步制约了OLED在大屏显示市场的渗透速度。

三、LCD与OLED将在未来5-10年处于共存关系

(1)TFT-LCD技术的蓬勃发展并没有影响TN-LCD、STN-LCD的市场

在显示技术发展的历史上,当TFT-LCD刚出现时,也被认为会立刻替代当时流行的黑白屏显示技术TN-LCD和STN-LCD。但事实上,TN-LCD和STN-LCD作为黑白显示器件,具有技术成熟程度高、性能可靠、产业链配套齐全、成本低等优势,可以满足个人消费电子产品、办公用品、设备、汽车上等一些基本的显示需求。今天,我们仍然可以在生活的各个地方见到黑白屏的产品:医疗设备显示器,电力行业例如电表(因为有国家支持需求量很大),汽车电子行业例如各种仪表盘,工业设备用的仪器仪表,消费类电子mp3、玩具,家电行业如冰箱、洗衣机、空调面板的显示屏等等。

针对许多低使用频率或者低显示质量需求的应用场景,TN和STN型的LCD屏幕已经可以很好的满足使用需求,而显示质量更高、色彩更为丰富的TFT-LCD屏则在各种智能显示设备中大显身手。由此可以侧面反映出,平板显示行业存在多层次多种类的结构,不同的显示技术是可以找到各自特定的目标市场而共存的。

(2)显示行业 市场规模巨大,可以同时容纳 LCD 及 OLED 等 多种技术

短期来看,近年来市场对显示产品的需求强劲,京东方、天马等厂商满产满销获得了良好的效益。随着LCD显示产能持续向我国转移,各大厂商一致看好我国LCD显示产业未来的进一步增长,持续加大产能建设投资力度。根据最新披露的隆利科技(66.20 +2.32%,诊股)招股说明书统计,富士康计划在美国威斯康星州投资建立新LCD面板工厂、信利拟在眉山仁寿投建G5代线、合力泰(5.12 -0.78%,诊股)拟在井冈山投建准G6代线。同时,受益于国内面板厂商亟需国产化产业链配套,包括背光显示模组、偏光片等在内的液晶显示模组关键组件行业澳门金沙线上娱乐场也在不断增加产能投入。如康得新(8.68 -1.03%,诊股),计划投资建设“张家港康得新年产1.02亿平方米先进高分子膜材料项目”;激智科技(13.60 -0.80%,诊股),拟投资建设大框宽、薄厚度导光板板材生产基地;沃格光电(42.73 -1.18%,诊股)拟募集约3.4亿元用于TFT-LCD玻璃精加工项目建设。由此可见,LCD市场仍处于发展阶段,为当下主流显示技术。

长期来看,液晶显示屏应用范围涵盖手机、平板电脑、笔记本、显示器、车载、工控、智能家居及穿戴、健康医疗等万物互联人机交互使用领域,市场规模巨大达到千亿级以上,可以同时容纳LCD及OLED在内的多种技术的发展。

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