LCD彩色滤光片行业调查报告
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第32卷㊀第4期2017年4月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀C h i n e s e J o u r n a l o fL i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ㊀㊀㊀㊀㊀V o l .32㊀N o .4㊀A pr .2017㊀㊀收稿日期:2016G08G23;修订日期:2016G10G18.㊀㊀∗通信联系人,E Gm a i l :ya n r u nb a o @b o e .c o m.c n 文章编号:1007G2780(2017)04G0269G06T F T GL C DS t a geM u r a 的研究与改善肖㊀洋,周㊀鹏,闫润宝∗,郑云友,齐勤瑞,魏崇喜,章㊀旭,张㊀然(北京京东方显示技术有限公司,北京100176)摘要:T F T GL C D 面板在屏幕上有斑点或波浪状M u r a ,影响液晶显示器的品质,经过图形匹配,缺陷与曝光机机台形貌匹配.通过对异常区域特性分析,发现异常区域的B M C D ㊁B M 像素间距存在异常.对原因进行模型分析:玻璃在曝光机基台上局部区域发生弯曲,曝光距离变短,致使B M P R 受光区域变小,B M C D 会偏小,进而导致区域性透过光不均一产生M u r a ;玻璃弯曲后B M 像素间距相对于设计位置也会发生变化,从而导致漏光产生M u r a .经过实验验证,B M C D 和像素间距的偏差主要由机台凸起导致g l a s s 弯曲引起,可以通过降低吸附压力和研磨机台,来改善C D 差异和像素间距偏移,同时像素间距偏移漏光,也可以通过增加C D 来改善.最终通过B M C D 增加㊁研磨机台和降低吸附压力措施,S t a geM u r a 不良率由10.05%下降至0.11%.关㊀键㊀词:薄膜晶体管液晶显示器;色斑;线宽;像素间距中图分类号:T N 141.9㊀㊀文献标识码:A㊀㊀d o i :10.3788/Y J Y X S 20173204.0269R e s e a r c ha n d i m p r o v e m e n t o fT F T GL C DS t a g eM u r a X I A O Y a n g ,Z HO U P e n g ,Y A N R u n Gb a o ∗,Z H E N G Y u n Gy o u ,Q IQ i n Gr u i ,W E IC h o n gGx i ,Z H A N G R a n ,Z H A N G X u (B e i j i n g B O E D i s p l a y T e c h n o l o g y C o .,L t d .,B e i j i n g 100176,C h i n a )A b s t r a c t :T h es p o t t e da n ds t r i p e d M u r ao n T F T GL C D P a n e ld e g r a d e d p r o d u c t q u a l i t y.T h ed e f e c t p a t t e r nm a t c h e d t h e e x p o s u r es t a g eb y a n a l y z i n g.I tw a s f o u n dt h a t t h eB M C Da n dP i x e lP i t c ha r e a b n o r m a l t h r o u g hr e s e a r c h i n g t h ea b n o r m a la r e ac h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r .M o d e la n a l ys i sb a s e do n S t a g eM u r a i n d i c a t e d t h a t t h eb e n d i n g o f g l a s s o ns t a g e s h o r t e d t h eE x p o s u r e g a p ,w h i c hs h r a n k t h e E x p o s u r e a r e a ,a n dm i n i f i e dC Da n d f o r m e d t r a n s m i t t a n c e d i f f e r e n c e .T h e b e n d i n g o f gl a s s a l s o s h i f t e d t h eP i x e l P i t c h ,w h i c h r e s u l t e d i n l i g h t l e a ka n d M u r a .T h e e x p e r i m e n t s h o w e d t h a t t h ed i f f e r e n c eo f B M C Da n dP i x e l P i t c hw e r e c a u s e d b y S t a g e f l a t n e s s ,w h i c h c o u l d b e i m p r o v e d b y p o l i s h i n g s t a ge a n d d e c r e a s i n g v a c u u m a d s o r p t i o n p r e s s u r e .T h el i g h tl e a k o fP i x e lP i t c hc o u l d b ea l s oi m p r o v e d b ye x t e n d i n g C D.F i n a l l y ,t h e C F B M s t a g e M u r a w a si m p r o v e d g r e a t l y b y C D i n c r e a s i n g ,s t a g e p o l i s h i n g ,a n d v a c u u ma d s o r p t i o n p r e s s u r e d e c r e a s i n g ,a n d t h e S t a geM u r a d e f e c t r a t i o d e c r e a s e d f r o m 10 5%t o 0.11%.K e y wo r d s :T F T GL C D ;M u r a ;C D ;p i x e l p i t c h . All Rights Reserved.1㊀引㊀㊀言㊀㊀薄膜晶体管液晶显示器(T F TGL C D)能够产生色彩的变化,主要是来自彩色滤光片(C o l o r F i l t e r,即C F).液晶面板是通过驱动集成电路(I C)的电压改变,使液晶分子排列呈站立或扭转状,形成闸门来选择背光源光线穿透与否,并通过彩色滤光片的红(R)㊁绿(G)㊁蓝(B)三种彩色层提供色相,形成彩色画面.随着T F TGL C D高世代量产线投产以及更大尺寸L C D面板的研制,与之配套的大尺寸㊁高分辨率彩色滤光片的品质显得越发重要,M u r a是评价彩色滤光片宏观视觉品质的关键参数,因此对生产工艺中产生的M u r a 也管控越来越严格.(M u r a一词源自日语,是液晶面板生产过程中出现的各种色斑类不良现象总称[1G2])目前国内主要研究了C e l l和A r r a y工艺的T o u c h M u r a㊁Z a r aM u r a和R u b b i n g M u r a,很少有人进行C F M u r a的研究与改善,尤其是黑矩阵(B l a c k m a t r i x,简称B M)S t a g e M u r a的形成机理研究与改善[3G5].本文通过对21.5T N(T w i s t e d N e m a t i c)产品模组段未确认M u r a,进行与设备图形匹配,找出造成该缺陷的设备,同时进行M u r a区域B M特性数据测量,分析B M C D(C r i t i c a lD i m e n s i o n),像素间距(即B M P a t t e r n相对于设计位置的偏移量)是否存在异常,B M P a t t e r n与玻璃平面的夹角(T a p e 角)和膜层厚度是否异常,对M u r a形成机理进行模型分析,并试验验证,最后提出合理的改善方法,使S t a g eM u r a得到了很大的改善.2㊀现象和试验思路2.1㊀不良现象B M S t a g eM u r a在下游工艺模组段能够被检出,现象为白色发亮的圆斑和波浪线,如图1左侧所示,该不良位置㊁大小等均与B M曝光机特有机台结构相吻合,如图1右侧所示.可以断定这种缺陷形貌是由B M E X PS t a g e产生,在M a c r o(宏观检查机)观察B M工艺产品,在特定光源角度下可以被检出,缺陷形态与图1左侧一致.统计B M S t a g e M u r a从高发期至改善结束(a)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)(c)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(d)图1㊀B M S t a g e M u r a与曝光机基台结构.(a)圆斑M u r a,(b)圆斑曝光机基台结构,(c)波浪线M u r a,(d)波浪线曝光机基台结构F i g.1㊀B M S t a g eM u r a a n d e x p o s u r e s t a g e s t r u c t u r e.(a)S p o t t e d M u r a;(b)S p o t t e de x p o s u r es t a g es t r u c t u r e;(c)S t r i p e d M u r a;(d)S t r i p e de x p oGs u r e s t a g e s t r u c t u r e模组段不良发生率,如图2所示.模组段不良最高时发生率达10.05%,对品质影响巨大,经过后续一系列测试改善,不良发生率最终降至0.11%.图2㊀B M S t a g eM u r a模组段不良发生率F i g.2㊀B M S t a g eM u r am o d u l e d e f e c t r a t i o 2.2㊀试验思路由于B M S t a g eM u r a发生原因明确,因此对B M相关特性参数进行详细测量,通过数据分析不良机理及改善方向.随机抽取一块模组段不良屏,分别测量C D㊁像素间距㊁膜层厚度及T B M p a t t e r n与玻璃平面夹角,测量结果如图3所示.072㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷㊀. All Rights Reserved.(a)(b)(c)(d)图3㊀B M S t a geM u r a 不良屏特性相关参数.(a )不良屏B M C D 数据;(b )不良屏B M P i x e lP i t c hd a t a ;(c )不良屏B M 膜厚数据;(d )不良屏B M T a pe 角数据F i g .3㊀B M S t a geM u r a c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r .(a )B M C Dd a t a o f a b n o r m a l p a n e l ;(b )B M P i x e l P i t c h d a t a o f a b n o r m a l p a n e l ;(c )B M T h i c k n e s sd a t a o fa b n o r m a l p a n e l ;(d )B M T a p e a n gl e o f a b n o r m a l p a n e l ㊀㊀从上述数据可以看出:M u r a 区C D 较O K 区偏小0.5μm ,像素间距发生偏移成对称性偏移,像素间距数值为1.52(S p e c <1),B M T a p e 角和膜厚数据则无变化.由此推断出B MS t a g eM u r a 与上述两种发生变化特性参数有关.基于B M 工艺特点及曝光机结构特点,对S t a g eM u r a 发生机理构建下述模型:①玻璃在曝光机基台上局部区域发生玻璃弯曲,E x p o s u r eG a p 变小,致使B M P R 受光区域变小,由于C F 使用负性光刻胶,故显影后B M C D 会偏小;②玻璃弯曲后B MP a t t e r n 相对于设计位置也会发生变化,故像素间距会呈现对称性偏移.简单机理描绘图如图4所示.图4㊀S t a geM u r a 发生机理模型构建F i g .4㊀S t a geM u r a g e n e r a t i o nm e c h a n i s m m o d e l 通过构建机理模型分析,初步认为B MS t a geM u r a 发生根本原因为玻璃弯曲导致B M P a t t e r n 发生偏移导致漏光,同时B M C D 偏小导致局部区域透光过大.从生产工艺及设备实际情况出发,以曝光工艺变更及设备变更为改善方向.3㊀实验和分析3.1㊀工艺相关3.1.1㊀B M C D 改善测试工艺方面,通过增加B M C D ,达到减弱B M 漏光的目的.由于B M C D 增加后,会导致产品透过率下降,因此为了弥补产品透过率,将R G B 像素膜厚相应减薄,以补偿由于B M C D 增加而降低的透过率,实现平衡.针对21.5T N 产品,B M C D 由28.2μm 增加到29μm (产品透过率下降0.95%),为了弥补透过率的下降,R G B 像素膜厚,相应由2 25μm 下降到2.21μm (产品透过率提高0 95%),实现平衡(见表1),并且相关信赖性评价172第4期㊀㊀㊀㊀㊀㊀肖㊀洋,等:T F T GL C DS t a geM u r a 的研究与改善. All Rights Reserved.无异常(见表2).通过上述工艺优化调整,达到减弱B M 漏光(见图4),最终实现B M S t a g eM u r a 不良发生率(MM T R e s u l t _Q 级)由6.43%降低为2 21%(下降3.62%),改善效果明显.表1㊀21.5T NB M C D 透过率模拟结果T a b .1㊀t r a n s m i s s i o n s i m u l a t i o n r e s u l t o f 21.5T NB M C DB MCD (μm )透过率/%T r ./%R GB150n m 135n m R a t i o/%28.252.3048.705.405.27G28.552.10485.375.240.5728.7552.0047.805.365.230.762951.9047.50G5.220.9529.2551.8047.205.345.211.1429.551.5046.905.315.181.7129.7551.2046.605.285.152.28表2㊀21.5T N R G B 膜厚透过率模拟结果T a b .2㊀T r a n s m i s s i o n s i m u l a t i o n r e s u l t o f 21.5T N R G BT h i c k n e s sR G BT h i c k (μm )色域/%T r ./%150n m135n m R a t i o (ʏ)/%2.2573.7072.3@5.45.27G2.2473.5072.1@5.415.280.192.2373.3071.9@5.425.290.382.2273.1071.7@5.435.300.572.2172.9071.5@5.455.320.952.272.70G5.331.142.1972.5071.1@5.475.341.332.1872.2070.9@5.485.351.52表3㊀21.5T NB M C D29.2μm +R G BT h i c k2.21μm 信赖性评价结果T a b .3㊀R e l i a b i l i t y a s s e s s r e s u l t o f 21.5T NB M C D29.2μm +R G BT h i c k2.21μm T e s t I t e mS p e c A v g.21.5O R TC W 14R e s u l t A v g.C h r o m a t i c i t yW x0.3130.3210.305W y0.3290.3380.320C o l o rG a m u tG74.373.0色温650060307045O KM a xB r i g h t (W 255)C e n t e r 200217265O K M i nB r i gh t (000)C e n t e r G0.2230.298O K272㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷㊀. All Rights Reserved.续㊀表T e s t I t e mS pe c A v g .21.5O R TC W 14R e s u l t A v g.U n i f o r m i t y(W 255)9P o i n t s 808286O KG r a y S c a l e L 255100.00100.00100.00L 12721.5824.1121.36L 00.000.100.11g a mm a 2.21.952.16O KC o n t r a s t r a t i o C e n t e r 600974889O K C r o s s GT a l kH X (%)G0.40%0.37%V X (%)G0.27%0.19%O KR e s po n s eT i m e T r .1.54.243.95T f 3.51.021.39T r +T f 55.265.34O KG r e e n i s h 1D o tG0.0040.0031+2D o t G0.0030.0022D o t G0.0050.005O K T R5.00%5.06%4.97%O K3.2㊀设备相关图5㊀曝光基台C h u c kF l a t n e s sA d ju s tH o l e 结构F i g .5㊀E x p o s u r eC h u c kF l a t n e s sA d ju s tH o l e s t r u c t u r e 3.2.1㊀曝光机基台吸附压力改善测试设备方面,在曝光过程中需要通过真空吸附将玻璃吸附在基台表面,因此在吸附过程中,会导致与基台C h u c kF l a t n e s sA d j u s tH o l e 结构接触区域的玻璃发生凸起,每个基台上有14处C h u c k F l a t n e s s A d ju s t H o l e 结构(见图5),导致E x p o s u r eG a p 变小,光路衍射角较小,曝光后形成的C D 较小.同时,玻璃凸起曝光形成的B M C DP a t t e r n 发生偏移.B M C D 较小导致该区域透过光相对正常区域多,同时C DP a t t e r n 发生偏移,导致此处漏光.最终产生B M S t a ge M u r a .为了减弱基台吸附玻璃过程中,导致的特定区域处玻璃弯曲凸起,因此在保证玻璃可以被正常吸附的前提下,将基台吸附压力由-30k P a 下降到-20k P a.通过上述吸附压力优化调整,实现B M S t a g e M u r a 不良发生率(MMT R e s u l t _Q 级)由2.21%降低为1.24%(ˌ0.97%),改善效果明显.图6㊀改善后B M C D 数据F i g .6㊀I m pr o v e dB M C DD a t a 3.2.2㊀曝光机基台研磨测试设备方面,为了彻底改善曝光过程中由于基台真空吸附导致的玻璃弯曲凸起导致的B M 漏光(见图6),因此采取对基台C h u c k F l a t n e s sA d j u s tH o l e 结构(见图5)进行研磨作业,已达到降低玻璃弯曲凸起的目的,改善B MS t a geM u r a .372第4期㊀㊀㊀㊀㊀㊀肖㊀洋,等:T F T GL C DS t a geM u r a 的研究与改善. All Rights Reserved.C h u c kF l a t n e s sA d ju s tH o l e 结构凸起高度为0.2mm~0.3mm ,使用油石进行研磨,研磨去掉0.02mm .研磨后测量特性数据,B M C D M u r a 区域比正常区域小0.3μm ,相比改善前的0.5μm 有所改善,同时测量像素问题数值为0.53,相比改善前的1.52改善很多(见图7).通过上述基台研磨调整,实现B M S t a ge M u r a 不良发生率(MMT R e s u l t _Q 级)由1.24%降低为0 11%(ˌ1 13%),图7㊀改善后B M 像素间距数据F i g .7㊀I m pr o v e dB M P i x e l P i t c hD a t a 不良彻底改善.4㊀结㊀㊀论本文通过对S t a geM u r a 相关特性数据(B M C D ㊁像素间距㊁膜厚㊁T a pe 角)测量分析,发现S t a g eM u r a 产生原因如下:①玻璃在曝光机基台上局部区域发生弯曲,E x p o .G a p 变小,致使B M P R 受光区域变小,由于C F 使用负性光刻胶,故显影后B M C D 会偏小,容易发生漏光;②同时玻璃弯曲后B M P a t t e r n 相对于设计位置也会发生偏移,故像素间距会呈现对称性偏移,也会导致漏光.通过实验验证,B M C D 偏小和像素间距的偏差可以通过增加B M C D ,曝光机基台吸附压力降低和研磨机台,来进行改善.最终通过上述有效措施,S t a ge M u r a 不良得到彻底改善,模组段不良生率达由10.05%下降至0.11%.参考文献:[1]㊀毕昕,丁汉.T F T GL C D M u r a 缺陷机器视觉检测方法[J ].机械工程学报,2010.46(12):13G19.B IX ,D I N G H.M a c h i n e v i s i o n i n s p e c t i o nm e t h o d o fM u r a d e f e c t f o rT F T GLCD [J ].J o u r n a l o f M e c h a n i c a lE n gi Gn e e r ,2010,46(12):13G19.(i nC h i n e s e)[2]㊀黄锡珉.液晶显示技术发展轨迹[J ].液晶与显示,2003,18(1):1G6.HU A N G X M.R o a d Gm a p o fL C Dt e c h n o l o g y [J ].C h i n e s eJ o u r n a l o f L i q u i dC r y s t a l sa n d D i s p l a ys ,2003,18(1):1G6.(i nC h i n e s e)[3]㊀周雷,徐苗,吴为敬,等.大尺寸金属氧化物T F T 面板设计分析[J ].发光学报,2015,36(5):577G582.Z HO U L ,X U M ,WU WJ ,e t a l .D e s i g na n a l y s i so f l a r g es i z em e t a l o x i d eT F T p a n e l [J ].C h i n e s eJ o u r n a l o fL u m i n e s c e n c e ,2015,36(5):577G582.(i nC h i n e s e )[4]㊀桑胜光,车晓盼,王嘉黎,等.高P P IA D S 产品白M u r a 不良产生原理及改善研究[J ].液晶与显示,2016,31(5):435G441.S HA N GSG ,C H EXP ,WA N GJL ,e t a l .P r i n c i p l ea n d i m p r o v i n g r e s e a r c ho fw h i t e M u r ad e f e c t i nh i g hP P I A D S p r o d u c t [J ].C h i n e s eJ o u r n a l o f L i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ,2016,31(5):435G441.(i nC h i n e s e )[5]㊀车春城.广视角F F S 技术C E L L 研究与设计[D ].成都:电子科技大学,2007.C H ECC .T h e r e s e a r c h a n d d e s i g n o f t h e t e c h n i q u e o f F F SC E L Lw i t hw i d e a n g l e o f v i e w [D ].C h e n gd u :U n i ve r s i Gt y o fE l e c t r o n i cS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ofC h i n a ,2007.(i nC h i n e s e )作者简介:肖洋(1987-),男,天津人,本科,高级工程师,主要从事液晶显示面板的生产和工艺相关工作.E Gm a i l:x i a o y a n g@b o e .c o m.c n 周鹏(1987-),男,湖北人,本科,高级工程师,主要从事液晶显示面板的生产和工艺相关工作.E Gm a i l :z h o u p e n g @b o e .c o m.c n 闫润宝(1983-),男,吉林人,硕士,高级工程师,主要从事液晶显示面板的生产和工艺相关工作.E Gm a i l :ya n Gr u nb a o @b o e .c o m.c n472㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷㊀. All Rights Reserved.。
光刻胶发展至今已有百年历史,现已广泛用于集成电路、显示、PCB等领域,是光刻工艺的核心材料。
高壁垒和高价值量是光刻胶的典型特征。
光刻胶属于技术和资本密集型行业,全球供应市场高度集中。
而目前,我国光刻胶自给率较低,生产也主要集中在中低端产品,国产替代的空间广阔。
随着国内厂商在高端光刻胶领域的逐步突破,未来国产替代进程有望加速。
下面我们通过对光刻胶概述、发展壁垒、相关政策、产业链及相关公司等方面进行深度梳理,试图把握光刻胶未来发展。
01光刻胶行业概述1.光刻是光电信息产业链中核心环节光刻技术是指利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法,将图形传递到介质层上,形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术,是光电信息产业链中的核心环节之一。
以芯片制造为例,在晶圆清洗、热氧化后,需通过光刻和刻蚀工艺,将设计好的电路图案转移到晶圆表面上,实现电路布图,之后再进行离子注入、退火、扩散、气相沉积、化学机械研磨等流程,最终在晶圆上实现特定的集成电路结构。
2.光刻胶是光电工艺核心材料光刻胶,又称光致抗蚀剂,是一种对光敏感的混合液体,是光刻工艺中最核心的耗材,其性能决定着光刻质量。
作为图像转移“中介”,光刻胶是通过曝光显影蚀刻工艺发挥转移作用,首先将光刻胶涂覆于有功能层的基底上,然后紫外光通过掩膜版进行曝光,在曝光区促使光刻胶发生溶解度变化反应,选择性改变其在显影液中的溶解度,未溶解部分最后在蚀刻过程中起保护作用,从而将掩模版上的图形转移到基底上。
3.光刻胶分类(1)按反应机理可分为正性和负性光刻胶根据化学反应机理不同,光刻胶可分正性光刻胶和负性光刻胶。
正性光刻胶受光照射后,感光部分发生分解反应,可溶于显影液,未感光部分显影后仍留在基底表面,形成的图形与掩膜版相同。
负性光刻胶正好相反,曝光后的部分形成交联网格结构,在显影液中不可溶,未感光部分溶解,形成的图形与掩膜版相反。
(2)按应用领域可分为PCB、LCD、半导体光刻胶根据应用领域不同,光刻胶可分为PCB光刻胶、LCD光刻胶和半导体光刻胶,技术门槛逐渐递增。
学习总结目前在商业上应用的玻璃基板,其主要厚度为0.5 mm到0.7 mm,且即将迈入更薄(如0.4 mm)厚度之制程。
一片TFT- LCD面板需使用两片玻璃基板,分别供作底层玻璃基板(TFT)及彩色滤光片(Col or Filter )底板。
所谓TFT-LCD几代生产线,实际是指液晶面板的经济切割尺寸,即TFT-LCD生产线的代数越高,基板经济切割尺寸越大。
业界公认的液晶面板经济切割数值为6片。
5代线和5代线以下主要是以生产笔记本和台式电脑用的显示器为主,液晶材料某些参数要求相对要低些;而6代线、7代线或更高代次则以生产液晶电视为主,液晶材料参数要求相对要高点。
玻璃基板的生产工艺比较复杂,目前该技术主要集中在美国康宁( Corning )公司、日本的旭硝子(AGC)、电气硝子(NEG)、板硝子(NHT)、德国肖特公司等手中,肖特的产销量非常小,并于2008年退出了玻璃基板行业。
超薄平板玻璃基材之特性主要取决于玻璃的组成,而玻璃的组成则影响玻璃的热膨胀、黏度(应变、退火、转化、软化和工作点)、耐化学性、光学穿透吸收及在各种频率与温度下的电气特性,产品质量除深受材料组成影响外,也取决于生产制程整个玻璃基板的制程中,主要技术包括进料、薄板成型及后段加工三部分,其中进料技术主要控制于配方的好坏,首先是在高温的熔炉中将玻璃原料熔融成低黏度且均匀的玻璃熔体,不但要考虑玻璃各项物理与化学特性,并需在不改变化学组成的条件下,选取原料最佳配方,以便有效降低玻璃熔融温度,使玻璃澄清,同时达到玻璃特定性能,符合实际应用之需求。
而薄板成型技术则攸关尺寸精度、表面性质和是否需进一步加工研磨,以达成特殊的物理、化学特性要求,后段加工则包含玻璃之切割、研磨、清洗等制程。
到目前为止,生产平面显示器用玻璃基板有三种主要之制程技术,分别为浮式法(Float Process)、槽口下拉法(SDDP)及溢流法(Fusion overflow)。
中国液晶材料行业研究-行业根本概述及特点 1、根本概述
平板显示作为物联网的显示终端,在信息技术的开展过程中发挥着重要作用, 相对于传统的阴极射线管显示〔CRT〕来说,平板显示〔FPD〕具有节能环保、低 功耗、低辐射、重量轻、厚度薄、体积小等优点,已成为显示技术开展的主流方向.
平板显示〔FPD〕包括液晶显示〔LCD〕、等离子显示〔PDP〕、有机发光二极 管显示〔OLED〕等.液晶显示〔LCD〕凭借其具有的工作电压低、功耗低、分辨率 高、抗干扰性好、
应用范围广、本钱低等一系列优点,已成为平板显示〔FPD〕产 业的主流产品.
平板显示〔FPD〕包括液晶显示〔LCD〕、等离子显示〔PDP〕、有机发光二极 管显示〔OLED〕等.液晶显示〔LCD〕凭借其具有的工作电压低、功耗低、分辨率 高、抗干扰性好、
应用范围广、本钱低等一系列优点,已成为平板显示〔FPD〕产 业的主流产品. 主流技术 〔1〕液晶显示〔LCD〕 液晶显示〔LCD〕产品制造涉及光学、半导体、电子工程、化工、高分子材料 等各领域,所需技术层面较广,上游为各种原材料生产厂商,主要原材料有液晶材 料、彩色滤光片、驱动IC、偏光片、背光模组、玻璃基片等;中游为各式LCD面 板厂商;下游为各类整机产品厂商,其中液晶材料是生产液晶显示〔 LCD〕产品的 关键材料.液晶显示〔LCD〕产业链如下列图所示: 示技术的开展,LCD面板对响应速度、比照度、视角、透过率等关键指标要求不断 提升,对液晶材料的电学特性、光学特性、热稳定性、化学稳定性等指标要求也随
之提升.因此,液晶材料性能及品质的优劣直接决定了LCD面板的整体显示性能.
TFT-LCD作为彩色液晶面板的开展主流,在各领域均有广泛应用.液晶面板属
被动发光显示技术,其背光源可分为 CCFL和LED两种类别.CCFL全称“冷阴极 荧光灯管〞,作为背光源具有制作本钱低,工艺简单,发光均匀,但寿命短,光电转 换效率低的特点.LED全称“发光二极管〞,具有使用寿命长、光电转换效率高、色 彩饱和度高、不含有毒物质等特点,但由于温度升高较快,需配备冷却系统和传感 器,因此本钱有所增加.根据IHS Markit的分析,液晶面板的后续开展方向主要在
2014年液晶材料行业分析报告2014年1月目录一、液晶显示产业概况 (4)1、液晶显示是平板显示的主流技术 (4)2、TFT-LCD是液晶显示的主流产品 (4)二、液晶显示产业链简介 (5)1、液晶显示产业链 (5)2、液晶材料位于产业链“微笑曲线”的前端,毛利率较高 (6)三、液晶材料行业概况 (6)1、第一阶段:TN-LCD用液晶材料 (7)2、第二阶段:STN-LCD用液晶材料 (7)3、第三阶段:TFT-LCD用液晶材料 (7)四、液晶材料行业利润水平的变动趋势及变动原因 (8)五、行业主管部门、监管体制和主要法律法规及政策 (9)1、行业监管体制与主管部门 (9)2、行业主要法律法规和政策 (9)六、进入液晶材料行业的主要障碍 (11)1、技术壁垒 (11)2、人才壁垒 (12)3、客户壁垒 (12)七、行业竞争格局 (12)1、全球市场:高度寡头垄断 (12)2、国内市场:TFT混合液晶刚刚起步 (13)八、液晶材料行业市场规模 (13)1、TN、STN型液晶材料市场需求保持稳定 (13)2、全球TFT型液晶材料市场需求旺盛 (14)3、大陆面板产能扩张带动国内TFT型液晶材料市场需求持续快速增长 (15)4、液晶材料凭借成本优势和服务优势有望率先实现进口替代 (15)九、主要风险 (16)1、知识产权壁垒风险 (16)2、产品被替代风险 (16)一、液晶显示产业概况1、液晶显示是平板显示的主流技术显示技术是信息产业的重要组成部分,其已在信息技术的发展过程中发挥了重要作用。
相对于传统的阴极射线管显示(CRT)来说,平板显示(FPD)具有节能环保、低辐射、重量轻、厚度薄、体积小等优点,已成为显示技术发展的主流方向。
FPD包括液晶显示(LCD)、等离子显示(PDP)、有机发光二极管显示(OLED)等。
LCD依靠其具有的工作电压低、功耗小、分辨率高、抗干扰性好、应用范围广等一系列优点,目前已成为FPD产业的主流产品。
LCD显示面板市场调研侯朝昭 U201011317摘要:LCD显示技术是21世纪的重要显示技术,而彩色滤光片作为LCD面板的重要组成部件,在LCD产业链中占有一定的主导地位,而中国在彩色滤光片的生产水平方面与日本、韩国等有很大差距。
本文在介绍液晶显示器的重要组成部件彩色滤光片结构及制造原理的基础上,概述了目前中国大陆及世界其他国家在LCD及LCD的组成部件彩色滤光片方面的产业发展状况,并对如何发展中国液晶显示面板上游产业,尤其是如何打破垄断,自制彩色滤光片提出了针对性意见。
关键字:LCD;彩色滤光片;受制于人;打破垄断一、LCD行业发展现状概述目前CRT显示技术已经相当成熟,要想在技术上和显示效果上有所突破已经相当困难,在这种情况下,唯有下一代显示技术的主流—LCD(液晶)显示技术获得了极大的发展,随着LCD显示技术的成熟以及产品价格的下降,LCD已成为显示器和电视机市场成长最快的产品[1]。
表1所列世界最大15家电视厂商中,中国大陆虽有6家厂商名列其中,但其规模都偏小,其中最大的TCL公司2012年市占率仅为5.8%,不敌日本的Sony 和东芝,更谈不上韩国三星和LG,中国6家厂商的合计市占率23.8%,也仅比三星一家高近4个百分点,以这样的规模和分散程度去参与世界竞争自当不易,与本土的巨大市场也很不相称。
表1 世界各大液晶生产厂商随着近年多条TFT-LCD高世代生产线的相继投产,我国平板显示产业整体呈现出高速、良性的发展态势,2012年产业规模达700多亿元。
我国在全球市场的占有率提升到11.2%,国内液晶面板的自给率大幅提高,其中电视面板的自给率达到30%,手机面板已能满足境内企业50%的需求[2]。
如此巨大的投资必将极大地拉动产业链上游的巨大需求,带动基板玻璃、液晶材料、偏光片、彩色滤光片、光学薄膜、触摸屏、背光源等相关原材料、元器件及相关设备等上游产业的发展。
据测算,2016年之后,我国TFT-LCD产业每年至少需要液晶材料250吨、1.0亿平方米基板玻璃(含彩膜用玻璃)、1.0亿平方米偏光片、5000万平方米彩色滤光片、十几亿平方米光学薄膜、几亿背光源组件以及数以亿计的驱动IC等,其总价值将接近千亿元[2]。
从产业结构上来看,液晶显示产业可以分为上游基本材料制造、中游液晶面板制造及液晶模组、下游的各种光电显示产品。
在上游产业众多材料制备的工业要求很高,基本上由日本企业和少数的美韩企业所垄断。
中游产业包括液晶面板的制造、模组组装等,其中面板生产基本由日、韩、中国台湾地区所瓜分,由于模组生产对技术要求不高,现阶段许多企业逐步向大陆沿海,例如厦门、上海、深圳等城市转移。
下游产业为终端显示产品相关的制造产业,包括各式家电、信息通讯等消费类产品,当前主要集中在中国大陆,或正在大量向中国大陆的相关城市转移[3]。
整体而言,我国液晶面板的上游配套产业起步要更晚一些。
至今我们还没能建成完整的上游配套产业。
从某种意义上讲,建立一个完整的上游配套工业体系要比建设几条高世代器件生产线更艰巨、更复杂。
中国现在还只是刚刚起步,还有很长的路要走。
二、彩色滤光片的市场调研情况根据最近的走访调研,我参观了苏宁电器、国美电器等电器商场,发现液晶电视的主要品牌如下:三星SAMSUNG、索尼SONY、夏普、LG、飞利浦Philips、海信Hisense、TCL、创维Skyworth、长虹、康佳、东芝等。
其中4K超清电视最为流行,以三星的显示效果为最佳。
如今的液晶显示已经进入4K时代。
而彩色滤光片是液晶显示器中的三大关键件之一,要想发展TFT-LCD产业,彩色滤光片技术是必须掌握的关键技术。
彩色滤光片作为TFT—LCD的最重要组成部件,利用滤光的原理由红、绿、蓝三原色混合产生各种各样的色彩,实现液晶器件的彩色显示,同时也对TFT —LCD的视角宽度、亮度、分辨率等性能起关键作用。
彩色滤光片的基本结构包括玻璃基板、黑色矩阵(black matrix,BM)、RGB彩色层、保护层和铟锡氧化物(ITO)透明导电薄膜层[4]。
彩色滤光片(Color Filter)是直接决定彩色LCD的色特性、对比、色泽、鲜明度及其表面反射性等特性的一项关键性零组件。
彩色滤光片制作难度比较高,需要高深的光学知识和化工知识,且其上游颜料光阻市场主要由日本东洋油墨、JSR、INKTECH、富士胶卷等日本公司垄断。
全球主要大尺寸滤光片专业生产厂家有大日本印刷株会社(DNP)、凸版印刷株式会社(Toppan)和台湾和鑫(技术主要来自DNP),此外则是由液晶面板厂家自家经营(业界称“In-house”)。
韩国、台湾和大陆的彩色滤光片企业中生产5代以下的数量较多,而5代以上的彩色滤光片,由于技术与工艺难度大,市场主要掌握在凸版印刷、大日本印刷、东丽、LGD、三星SDI,三菱ACTI等大厂家手中,正如图1所示[4]。
自日本凸版印刷和大日本印刷分别于1985年和1986年开始量产彩色滤光片以来,大部分专利技术都被日系厂商掌握。
但随着产业发展,台湾、韩国也通过取得授权和自主研发等方式进入到这个行业,而且液晶面板厂商也逐渐认识到,彩色滤光片的自制化是大势所趋。
国内的彩色滤光片生产线少,且多为G4.5以下。
直到今年8月10号,上海的剑腾液晶显示(上海)有限公司的国内第一条G5生产线才正式量产,预计年产量达二十五万片。
相信在不远的将来,国内的彩色滤光片行业将得到巨大的发展。
图1 高世代彩色滤光片市场主要由日韩企业垄断全球彩色滤光片“内制化”趋势明显,CF市场的外购需求持续减少。
“内制化”的原因,一方面是由于面板厂商为了降低关键零组件成本,另一方面也是因为高世代彩色滤光片所用玻璃基板很薄,只有0.4—0.6毫米,而且面积又很大,如5代线的玻璃基板面积达1100×1250毫米。
如此大且薄的玻璃运输和包装成本极高,因此,高世代彩色滤光片几乎都要In-house方式生产。
截至2009年,全球彩色滤光片“内制化”比例高达85%以上。
中国大陆彩色滤光片内制化趋势也比较明显。
现有的三家面板厂上广电、京东方和深天马都有自己的彩色滤光片厂。
其中,上广电富士是上广电与富士胶片合建的5代线彩色滤光片厂,北京康达应彩5代线的合资方是台湾和鑫光电与京东方,而京东方合肥6代滤光片生产线也即将投产。
因此,国内CF外购需求在不断减弱,唯一个专业的CF上市公司莱宝高科也因为市场外购需求减少,而将部分生产线转型做触摸屏。
值得一提的是,目前国内在高世代CF生产方面基本属于空白,在建的高世代面板线的配套主要还是靠引进DNP和台湾和鑫等厂商[5]。
而彩色滤光片的技术重点在于光阻材料的研制,其技术涵盖有机高分子合成、颜料分散、光化学、涂料制造与光微影等专业领域。
目前颜料光阻材料掌握在少数几家日本企业手中,如JSR、住友化学、东洋油墨(ToyoInk)、富士胶卷(FujiFilm)等。
彩色滤光片从技术角度看,其材料特殊,而工艺和材料又是不可分的,彩色滤光片的加工有自己一套工艺技术,要想做好彩色滤光片,并在生产线上大规模生产并不是一件容易的事。
而彩色滤光片的上游材料目前看还属于垄断行业,基本上被日本和欧美厂商垄断。
我国针对彩色滤光片上游材料的生产目前还没有,目前我国彩色滤光片所用材料还只停留在研发阶段,大生产仍主要依靠进口[6]。
彩色颜料光阻剂作为彩色滤光片制造的关键原料,其占了彩色滤光片制造成本的27%,产值很大。
但因为技术门槛,彩色光阻剂几乎由日系厂商垄断,尤其是高端产品。
彩色滤光片制作难度非常高,需要高深的光学知识和化工知识,同时彩色滤光片的厂家必须与颜料光阻剂生产厂家紧密配合,目前我国大陆并无厂商能提供彩色滤光片用的彩色颜料光阻剂。
但值得一提的是,我国台湾永光化学的技术是从台湾工研院转移而来,虽然是低端的CSTN彩色滤光片,但可以说摆脱了日系厂商的专利束缚[6]。
下图2是中国大陆CF厂状况一览:图2 中国大陆CF厂状况一览中国大陆的彩色滤光膜产业是从2003年深圳莱宝从日本MICRO引进一条2.5代旧线开始的。
当初,几条生产线几乎都是为CSTN配套而建立的。
如今,随着CSTN产业走向衰弱,这些生产线先后退出或改作他用。
2008年以后,TFT-LCD用彩色滤光膜生产线基本上都采用内置型的配置方式,包含G4.5、G5、G5.5、G6和G8.5的生产线。
国内所有TFT-LCD用彩色滤光膜生产技术也都是进口的。
目前,国内所有TFT-LCD用彩色滤光膜的供求关系基本保持平衡。
尽管所生产的彩色滤光膜在企业间也有少量调剂,但很少进入市场。
所以市场上基本不存在价格过分竞争等问题。
不过,我国目前生产彩色滤光膜的主要原材料仍然主要依靠国外进口,例如光刻胶,该产品的国产化进展就不大[7]。
彩色滤光片的制作方法主要有:电着法、印刷法、光刻型颜料分散法、非光刻型彩胶法、喷墨法。
不同的制作方法所用的材料不同,各有优缺点。
而彩色滤光片根据透光和反光的一些性质,又分为透过型CF、反射型CF。
图3 彩色滤光片制作方法图4 透过型CF图5 反射型CF光刻胶,又名光阻(Photo Resist)是一种感光材料,广泛被使用在半导体及TFT—LCD面板生产线的微影制程;主要成分包括光阻颜料、树脂、溶剂及其他添加剂。
光阻剂有正负型之分,正型光阻分子键被光线照射后会断裂,因此暴露在光线照射的部分易溶于显影液中,一般被应用在TFT Array制程;而负型光阻的分子键,则会因为光线的照射而产生交联(Cross Link)而紧密结合,所以在黄光制程中,被光罩遮蔽的部分,分子间因没有产生交联作用,将被溶于显影液中洗去。
目前在TFT产业中,应用于彩色滤光片的光阻属于负型光阻。
在彩色滤光片的生产中,光阻剂是其重要的原材料,而颜料在光阻剂中作为着色剂,为充分发挥其着色力和鲜艳性,并取得良好的光谱特性,因此必须使颜料粒子呈微细、均匀、稳定的状态分散于颜料光阻中,而这些技术都不是中国厂商能够熟练掌握和加以运用投入批量生产的。
彩色滤光片作为液晶显示器的重要组成部分,其技术的发展直接影响液晶技术与产业的走向。
彩色滤光片集成技术的发展是液晶面板厂商为提高产品质量、降低成本和提高原材料控制力而努力的结果。
专业彩色滤光片生产厂商为降低成本、提高效率,也在不断地改进其工艺技术,从旋转涂布、非旋转涂布、到喷墨打印,以至干膜转移,生产技术的发展将进一步促使产品性能提高,价格下降[8]。
在液晶面板生产商不断投建高世代线、扩大生产规模的今天,各液晶面板厂商面对强大的市场竞争压力,其液晶面板制造的利润已大大摊薄。
在竞争加剧、价格持续跳水的市场压力下,降低成本已是各面板厂维持生存的必要手段。
彩色滤光片的自制,虽然有利于降低原料成本、省却运输费用,但因技术及上游原料基本由几家公司垄断,彩色滤光片自制也并未能完全缓解成本压力。