液晶是一種幾乎完全透明的物質,同時呈現固體與液體的某些特征。它從形狀和外觀看都是一種液體,但它的水晶式分子結構又表現出固體的形態。光線穿透液晶的路徑由構成它的分子排列決定,這是固體的一種特征。到20世紀60年代,人們發現給液晶充電會改變它的分子排列,繼而造成光線的扭曲或折射,這又屬于液體的特征。
液晶顯示器,簡稱LCD(Liquid Crystal Display),世界上第一臺液晶顯示媒體出現在70年代初,被稱之為TN(Twisted Nematic)-LCD(扭曲向列)顯示器。盡管是單色顯示,它仍被推廣到了電子表、計算器等領域。80年代,STN( Super Twisted Nematic)-LCD(超扭曲向列)出現,同時TFT-LCD(薄膜晶體管)技術被提出,但液晶技術仍未成熟,難以普及。80年代末90年代初,日本掌握了STN-LCD及TFT-LCD生產技術,LCD工業開始高速發展。
TFT(Thin Film Transistor)LCD即薄膜場效應晶體管LCD,是有源矩陣類型液晶顯示器(AM-LCD)中的一種,和TN技術有所不同的是,TFT的顯示采用“背透式”照射方式,即假想的光源路徑不是像TN液晶那樣的從上至下,而是從下向上,這樣的作法是在液晶的背部設置特殊光管,光源照射時先通過下偏光板向上透出,它也借助液晶分子來傳導光線。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極,在FET電極導通時,液晶分子的表現也會發生改變,可以通過遮光和透光來達到顯示的目的,反應時間大大提高到80ms左右。因其具有TN LCD更高的對比度和更豐富的色彩,熒屏更新頻率也更快,俗稱“真彩”。相對于DSTN而言,TFT LCD的主要特點是為每個像素配置一個半導體開關器件,其加工工藝類似于大規模集成電路。由于每個像素都可以通過點脈沖直接控制,因而,每個節點都相對獨立,并可以進行連續控制,這樣設計方法不僅提高了顯示屏的反應速度,同時可以精確控制顯示灰度,這就是TFT色彩較DSTN更為逼真的原因。目前,絕大部分筆記本電腦廠商的產品都采用TFT真彩LCD。早期的TFT LCD主要用于筆記本制造,盡管在當時TFT相對于DSTN具有極大的優勢,但是由于技術上的問題,TFT LCD在響應時間、亮度及可視角度上與傳統的CRT顯示器還有很大的差距,加上極低的成品率導致其高昂的價格,使得桌面型的TFT LCD成為遙不可及的尤物。不過,隨著技術的不斷發展,良品率不斷提高,加上一些新技術的出現,使得TFT LCD在響應時間、對比度、亮度、可視角度方面有了很大的進步,拉近了與傳統CRT顯示器的差距。比如幾年前,TFT LCD的響應時間大都在80ms以下,如今,大多數主流LCD顯示器的響應時間都提高到50ms以下,這些都為LCD走向主流鋪平了道路。
LCD的應用市場應該說是潛力巨大,前景廣闊,但就其面板生產能力而言,全世界的LCD主要集中在中國臺灣、韓國和日本三個主要生產地。亞洲是LCD面板研發及生產制造的中心,而中國臺灣、日、韓三大產地的發展情況各有不同。
目前主流TFT面板有a-Si(非晶硅薄膜晶體管) TFT技術及LTPS TFT(低溫復晶硅)TFT技術。在a-Si方面,臺、日、韓各有千秋。日本廠商曾經研制出分辨率高達2560×2048的LCD產品,因此有些公司認為a-Si TFT技術完全可滿足高分辨率的產品需要,但是,由于技術的不成熟,它還不能滿足高速視頻影像或動畫等的需要。LTPS TFT相對可以節約成本,這對于TFT LCD的推廣有著重要意義。目前,日本廠商已經有量產12.1寸 LTPS TFT LCD的能力,而臺灣已開發完成LTPS組件制造技術與LTPS SXGA面板技術,韓國在這方面缺少專門的設計和研發專家,三星已經推出了LTPS產品,顯示出韓國廠商的實力,不過目前LTPS技術尚不成熟,產品集中在小屏幕,而且良品率低,成本優勢無從談起。
與LTPS相比,a-Si無疑是目前TFT LCD的主流。日本公司的a-Si TFT投資策略上幾乎都以第三代LCD產品為主,通過制造技術及良品率的改善來提高產量,降低成本。日本一直走高端路線,其技術無疑是最先進的。由于研發力量有限,臺灣的a-Si TFT技術主要來自日本廠商的轉讓,但由于臺灣企業一般屬于勞動密集型,技術含量價低,以生產低端產品為主。韓國在a-Si方面有著強大的研發實力,比如三星公司就量產了全球第一臺24寸a-Si TFT LCD—240T,它的響應時間小于25ms,可以滿足一般應用需要;而可視角度達到了160度,使得LCD在傳統弱項上不輸給CRT。三星240T標志著大屏幕TFT LCD技術走向成熟,也向世人展示了韓國廠商的實力不容置疑。
除了以上兩種TFT技術之間的競爭,SED將會成為TFT LCD的強大敵人。但是,SED目前仍屬于概念型產品,其技術還存在較大缺陷,短時間內難以進入主流市場,不過假以時日,或許SED會一鳴驚人。
雖然目前LCD已經大幅降價,但相對于CRT仍然價格較高,所以成本問題是大家關注的焦點。實際上,TFT的生產成本與CRT不相上下,但良品率極低造成了TFT面板成本居高不下的情況。如同生產CPU的硅晶元一樣,TFT面板也是由一塊較大的基板切割而成。而LCD產品還要有大量的晶體管陣列來控制三原色,現在的制造技術很難保證在一大塊基板上數千萬甚至上億的晶體管不出一個問題。如果有一個晶體管出現問題那么那個晶體管對應的點的對應色彩就會出問題(只能顯示某種固定色彩),那么這個點就是通常稱的“壞點”。壞點出現的幾率于位置是不固定的,所以一塊基板很有可能會被浪費很多。目前一般LCD要求壞點在5個以下,而一些大廠把這個標準縮小到了3個,甚至為0,這就會使良品率降低。而一些小廠則將壞點數擴大,這樣一來,成本自然大幅下降,而產品品質隨之下降,這也是某些廠商為何可以大幅降低LCD售價的原因之一。
雖然目前有能力生產液晶顯示器的廠家不少,但真正有制造TFT面板能力的廠家屈指可數。中國臺灣省ACER作為IT業內知名企業,實力相當雄厚,他們雖然沒有自己生產TFT面板的能力,但與臺灣達基關系密切,在技術配合上有一定優勢。不過,限于臺灣企業的技術實力,ACER LCD產品主要集中在中低端,產品線不夠豐富。PHILIPS作為世界知名的顯示設備制造廠,其顯示器銷量在國內一直名列前茅,而且于韓國LG達成同盟,共同研發、制造TFT面板。同樣由于技術原因,以及市場定位問題,PHILIPS目前的產品主要集中在中端,而且在零售市場PHILIPS動作一直不很明顯,而且在接受聯想訂單后,生產能力受到懷疑。三星作為世界最大的顯示設備研發、制造廠商,在LCD方面投入了較大精力,致力于不斷豐富產品線,目前三星產品涵蓋了高中低端市場。而三星又將新技術不斷融入到各層次產品上,主要以新技術、高品質新技術、高品質迎接市場競爭。
LCD技術仍處在不斷發展、完善的階段,中國臺灣、日、韓三大產地的發展方向各有不同,它們之間既存在競爭,又有著合作,正是這些因素促使了LCD向前發展。目前,在a-Si技術方面,日、韓各有千秋,韓國廠商正在逐步縮小與日本的差距,甚至在許多方面已經超越了日本。在高新技術發展日新月異的今天,只有站在技術陣地的最前沿,才能夠使自己立于不敗之地。我們共同期待著LCD技術的不斷發展