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台湾大尺寸平面显示产业技术下一步

【作者: 鍾榮峰】2007年01月26日 星期五

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光电产值破兆之后

台湾光电产业经年有成,特别是在大尺寸平面显示方面,产值与技术均有所突破。2006年光电总产值已经超过兆元新台币,占全球光电市场的13%。其中光电显示器产值便占总产值的64.6%。大尺寸TFT-LCD面板出货量也达1亿4000万片,产值方面已达240亿美元,全球市占率为50%,均位居世界第1。在进入高峰成长阶段之后,台湾大尺寸平面显示产业与技术的下一步该怎么走,也是破兆之后大家关注讨论的焦点。


大尺寸应用发展概况

一般液晶显示面板是以世代作为技术区隔,大尺寸规格是以面板切割尺寸在10吋以上来定义。扩大面板尺寸和增加面板取片数,就是推动生产线世代进展的动力。目前大尺寸面板技术范围多以低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)和非晶硅TFT为主,20吋以上平面是以a-Si为基础,至于LTPS则将进入成熟阶段。



《图一 TFT LCD制程简图 》 - BigPic:999x333
《图一 TFT LCD制程简图 》 - BigPic:999x333数据源:友达光电(AUO)

大尺寸面板主要应用在笔记本电脑、桌上型显示器以及液晶电视(LCD TV)3大产品领域,未来由于大尺寸LCD TV可全面支持1080p、具备10 bit与120Hz扫描频率的高解析HD规格,国际大厂纷纷大量布局40吋以上LCD TV,业界多集中看好大尺寸面板应用于液晶电视的趋势。三星(Samsung)、乐金飞利浦(LPL)、夏普(Sharp)、友达电(AUO)以及奇美电(CMO)的LCD TV面板总出货量,就占全球需求量的90%。台湾平面显示器投资重心亦明显集中在TFT-LCD,几乎占整体投资额的98%;不仅是面板厂商,甚至桌上型与笔记本电脑代工厂商,也有意参与LCD TV的组装业务。


不过台湾LCD TV订单仍受到国际品牌CE大厂的制约,LCD TV代工毛利率不会比组装NB还高,IT厂商恐有志难伸。例如英业达便黯然退出;能替国际品牌代工LCD TV的神基、仁宝、纬创等,也预估2007年LCD TV出货成长幅度不大。因此研究机构预估2007年台湾LCD TV出货成长只有43%,低于全球成长50%的平均出货量。


整合产业链迎接尺寸规格战

台湾大尺寸平面显示技术产业已进入关键的十字路口。于是问题来了,应不应该犹如在没有交流道的高速公路上加速奔驰,继续加码投资以追寻更大尺寸的面板产品技术?还是跟随国际品牌订单的保护伞,侧身在国际品牌大厂麾下伺机而动?


方兴未艾的尺寸规格战,点出了当前浑沌不明的局势。台湾面板厂在尺寸规格战的漩涡中,并没有迷失方向。友达电与奇美电联合LPL,主推37吋、42吋以及47吋等差距为5吋的7.5代面板规格,着重制造30吋TV产品以及IT产品面板,与Samsung、Sharp以及Sony强打40吋及46吋等差距为6吋、集中开发更大尺寸的面板规格相互竞争。在历经2006年第2季库存过剩的起伏后,友达电及奇美电均对45吋以上的LCD TV市场以及追赶8代面板厂,采取观望态度,先以确保2007年台湾在液晶面板全球市占率能够提升至33%为首要目标,持续扩增6与7.5世代生产线。



《图二 友达首创7.5代玻璃基板 》
《图二 友达首创7.5代玻璃基板 》数据源:友达光电

不过也因大尺寸LCD TV电视规格尚不明朗,台湾面板厂商又缺乏强有力的终端品牌形象,就面临无法主导面板规格标准的局限。日韩面板竞争对手均开始以品牌电视作为策略定位,布局50吋以上面板供货来源,整合品牌形象、面板材料技术与产品营销管道。有鉴于此,台湾面板厂商也已开始与本土研发机构、材料和设备供货商,以水平和垂直并行整合产业链的方式,组成各级研发联盟,以正规战格局迎接市场激烈挑战。


突破专利困局

过去台湾大型液晶显示器产业能够具有领先优势,主要也是获得日本业者在笔记本电脑和监视器画面产品所提供的技术转让保护。由于LCD TV属于高度整合性产品,制造LCD TV所需零组件相关的授权金与专利费,就可能高达数十亿台币,许多零组件技术专利都掌握在跨国大厂手中,这也造就了大者恒大的LCD TV市场。未来大尺寸平面显示包括LCD TV高度整合的研发设计制造整合趋势,过去生产面板的技术保护伞模式已可能无法继续适用。


LCD TV技术整合趋势不可避免,加上一般使用期限约5~7年,相关厂商设计制造LCD TV时,会特别注重光电与图像处理技术的能力。所以在图像处理技术与相关零组件的研发设计上,LCD TV的严谨度并不亚于其他IT产品,也间接促使面板及零组件厂商纷纷以专利形式保护产品成果。因此建立自主性的技术专利数据库,便成为大尺寸平面显示产业应该正视的课题。若以1994年到2005年6月的美国专利数据库作为母体分析,台湾面板四虎加上工研院在LCD液晶相关技术改良的发明专利共计450件,总加起来不及个别的Samsung、LPL、Hitachi 以及Sharp。过去5年来,全球LCD显示器技术在广视角、高反应速度、高对比度等技术改善的专利数,是过去20多年的2倍;面板和零组件厂商结合电视品牌业者,也纷纷成立智财权服务部门或子公司。


无疑地,相较于竞争对手,台湾厂商在专利申请内容数与相关Know-how仍有待加强。


大尺寸平面显示零组件发展动态

零组件材料整合趋势

无论大尺寸平面规格如何发展,延长使用寿命、提升对比度、加强色彩表现、强化视讯处理等,依旧是跨越任何世代尺寸都必须着重加强的技术重点。缩短液晶驱动反应时间、提高画质色彩表现、加强分辨率及整体画面质量,就是面板厂商技术提升的重点,例如友达电在改善低色偏及高对比度的超广视角、动态影像画质、高色彩饱和、以及突显影像层次的图像处理等技术,均有所革新突破。


在大尺寸面板产业链整合趋势下,台湾相关零组件业者也面临整合的关键时刻。为加速架构产业链的完整性,缩短过长的材料与零组件供应链,提升关键零组件的自制率,让上下游厂商生产信息透明化,避免景气波动所造成的产能供需失衡,不让材料厂商过于封闭的生产策略成为景气复苏的生产瓶颈,上述问题的解决就显得非常重要。


寡占性质浓厚

目前台湾在包含彩色滤光片、偏光板、玻璃基板、背光模块等关键零组件的自制率虽然已突破80%,总产值也突破3600亿元台币,不过关键技术及专利依旧掌握在跨国大厂手中。由于各种材料零组件的供货商家数不多,且技术门坎高,使得大尺寸平面显示材料技术具有浓厚的寡占性质,例如玻璃基板仅有4家供货商,增光膜就为3M所寡占,Merck和Chisso占有90%以上的液晶材料,偏光板所用的TAC膜只有Fujifilm与Konica可供应,PAV膜也仅有KURARAY与日本合成化学可供货。



《图三 TFT LCD结构图 》
《图三 TFT LCD结构图 》数据源:友达光电

TFT LCD结构图

垂直整合降低成本不过台湾平面显示产业具备群聚效应,国际材料大厂亦纷纷在台设厂扩产,加上面板大厂为了降低成本,也进行垂直整合的产业链调整,介入上游关键零组件与材料的生产,因此零组件与材料厂商和面板大厂的整合关系越来越密切。例如奇美电因母公司奇美实业拥有化工核心技术,积极投入彩色光阻、导光板材料的生产,并且投资奇景研发设计驱动IC、奇美材料制造偏光板、启耀生产冷阴极萤灯管CCFL、将奇菱科技转型生产背光模块以及内制彩色滤光片,并与台达电合资成立奇达,研发新的平面荧光灯管(FFL),整体强化对上游原物料的掌控能力。


友达电亦不遑多让,除了入股内制彩色滤光片的达虹之外,在驱动IC、偏光板、CCFL厂以及Inverter方面,也透过投资联咏和达信、入股威力盟以及达方等厂商,强化对平面显示材料的垂直整合能力。


以下便从各种关键材料与零组件层面,分析台湾大尺寸平面显示产业链的发展趋势。

背光模块(Back Light Unit;BLU)由于液晶面板属于非自发光显示,因此就需要背光模块(BLU),产值必随着液晶面板的需求而成长。使用5代线以上生产面板,由于面取数增加,设备等固定摊提减少,材料零组件的成本比重可提高到70%以上,其中BLU便占整体材料成本的25%至30%左右。



《图四 高亮度背光技术系统 》
《图四 高亮度背光技术系统 》数据源:奇美光电(CMO)

数据源:奇美光电(CMO)


在全球大尺寸BLU市场方面,台湾的中强光电(Coretronic)与瑞仪(Radiant)分别位居前两名,中强光电因为受到南韩面板厂订单保护,且在策略上提高TV BLU比重,因此稳居全球第一大厂商地位。另外瑞仪则以生产大尺寸液晶电视监视器及笔记本电脑BLU为主,在2007年产线会扩充到TV组装线,比重也将由2006年的10%提高到30%,至于在笔记本电脑BLU方面,由于技术门坎较高,其他竞争对手仍无法威胁。


目前BLU的光源技术主要有冷阴极萤灯管(CCFL)、外部电极荧光灯管(EEFL)、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)与平面荧光灯管(FFL)等等。FFL在所有背光板技术中最受业界期待,因为结构简单,且能以无汞方式驱动发亮,符合未来环保要求,色彩饱和度介于LED与CCFL之间,可满足市场应用,目前问题在于如何提高单片式灯管的实际量产率。LED BLU在色饱和度、厚度以及省电效能上均优于CCFL或EEFL,但LED 必须加装散热系统、发光效率较低、处理反应时间的电子系统复杂度高,因此距离市场化仍有段距离。LED BLU目前成本为CCFL的2.5倍到3倍左右,随着LED发光效率的提升,减少LED晶粒数量,预计到2007年上半年,同尺寸规格的LED BLU成本可以下降到CCFL的2倍左右。


至于在CCFL方面,目前日韩厂商占有全球70%以上的市场,包括Harison、Sanken、Matsushita Electric等等;台湾以威力盟与台达电为主,奇美电的启耀也已在2006年开始量产。EEFL运作原理与CCFL类似,不过启动电压比CCFL高,37英吋以上的大尺寸灯管,会因长度过长而有技术障碍;另外EEFL亮度较低,需要更多的灯管,相关供货商也少。不过EEFL的优点是灯管含汞量较低,寿命因为电极位于外部而较长,电压驱动器的设计也较为简单,因此成本较低。至于OLED BLU因为尚在开发阶段,有机发光材料的寿命过短,因此应用在大尺寸TFT LCD还有困难。


不过奇晶光电(CMEL)改良奇美电LTPS TFT制程技术,结合本身的OLED设备技术,已开发出25吋OLED电视显示器面板,在全球相关技术进展上领先群雄。

玻璃基板(Glass Substrate)


虽然玻璃基板在大尺寸面板成本中所占比例不高,不过对面板分辨率、透亮度、重量、视角等技术影响十分关键。玻璃基板厚度在2007年发展到0.2mm以下,面积增加36倍以上,薄型化与大尺寸化是玻璃基板的未来趋势;另外环保制程也是为未来的发展重点,Corning在去年就发表不含砷以及其他卤化合物的环保型玻璃基板材料。


《图五 工程师正在TFT检测台检测玻璃基板光罩 》
《图五 工程师正在TFT检测台检测玻璃基板光罩 》数据源:友达光电

工程师正在TFT检测台检测玻璃基板光罩


玻璃基板之于TFT-LCD产业,就像硅晶圆之于半导体产业。因为玻璃基板要不含钾或钠等碱金属,同时要能承受强酸强碱的腐蚀以及高温耐热的制程环境,最重要的是必须具备比硅晶圆更精致的表面平坦度与起伏度,所以制程技术要求相当高。一条5代以上的玻璃基板生产线,仅后段的裁切工厂设备就需要1亿美元以上,巨大的玻璃熔炉必须24小时运转,一旦停火减产再次点火所耗费的时间周期和资金成本都相当庞大。


由于台湾面板产业的群聚效应,Corning在台湾台南与台中、旭硝子在云林、NHT在台南,分别设立熔炉生产基地和后段研磨切割生产线。台湾碧悠光电原本预计在竹东试产,不过已在去年年底宣布关厂,台湾玻璃基板厂商欲独立自主的愿望,只能寻求下一次的良机。

CF由于成本比重高,且长期搬运过程有破坏碎裂的风险,因此面板厂均倾向提高in house比重,友达电与奇美电内制比例各占80%和99%,华映也有50%左右。其他台湾专业彩色滤光片厂商有和鑫、展茂、达虹与国际凸版彩光等等。CF重视制程精密度和涂布均一化能力,至于彩色光阻是CF制造的关键因素,因为内制关系也朝向与彩色滤光片厂商密切合作,在技术上以高色彩饱和度、高透光及小粒子颜料为重点发展方向。彩色光阻仍以日本JSR、Toyo Ink、Fuji Film厂商为主,JSR投资台湾JSR Micro,第4座在云林虎尾设厂,就近供应友达、奇美和群创等面板大厂,本土厂商铠旸、新应材、永光等也积极投入。


《图六面板厂房一隅;基板制程AGV搬运机》
《图六面板厂房一隅;基板制程AGV搬运机》资料来源:友达光电

面板厂房一隅;基板制程AGV搬运机

偏光板(Polarizer)与增亮膜(Brightness Enhancement Film;BEF)


目前面板大厂会藉由转投资方式或透过企业母体核心技术的延伸,介入偏光板的制程,像奇美电的奇美材料(CHIMEI Material)加上合并广辉的旗下子公司晶威(Skypola),以及友达电的达信(Daxson)等等,不过专业偏光板厂如日东电工(Nitto Denko)与台湾力特(Optimax)还是掌握多数偏光板市场,其余则为住友化学和LG化学所分食。


偏光板主要关键材料为PVA膜、TAC膜及广视角膜,材料成本就占整体偏光板80%,其中TAC膜又占整体材料成本的50%,只有Fujifilm与Konica可供应,PAV膜也仅有KURARAY与日本合成化学可供货,国际石化原料大涨,会导致PVA和TAC价格大幅上扬。


至于BEF方面,3M是最大的供货商,位于南科新厂也已开始生产,占有全球80%以上的市占率,日本的Mitsubishi Rayon、台湾的迎辉、韩国的LG Electronics也已开始出货。

整合型光学膜台湾在整合性光学膜技术有所突破,研究机构例如工研院也展开整合性光学膜的研发进程。辅祥已经开发完成All in one扩散片(Diffuser),透过特殊配方以及采用压铸成型方式,不需另外采购扩散膜及棱镜片,就具备导光板、扩散片、增亮膜层层黏贴的功能。另外舜茂科技所推出的热压式导光板,利用微雕刻模仁技术(Fly-cut)及热滚压制程,生产出结合导光板、扩散片、棱镜片等3合1功能的新型材料,拥有高亮度与薄型化的特性,也能降低成本。


目前台湾供货商在整合性光学膜产品上密切与液晶电视大厂合作,例如华宏出货给Sharp,瑞仪与联咏供应给LPL,中强光电与联咏提供给Samsung等等。


台湾多家背光模块厂商,已开发出应用于笔记本电脑的V-Cut背光模块,在偏光板上设计V型的沟槽,并搭配逆棱镜片,可以提高30%的亮度;不同于以往使用2片棱镜片开发的NB用背光模块,可降低光学膜的成本。

驱动IC大尺寸平面显示控制IC的功能用途,在于把接收的模拟/数字电视讯号经转换与处理后,传送至前端的LCD TV屏幕输出。面板厂多以掌握驱动IC设计能力,藉此让Source IC以及Gate IC的Channel数增加,进而降低驱动IC的总采用颗数,诸如友达电与联咏(Novatek)和瑞鼎(Raydium)合作、奇美电投资旗下的立景(Himax)、瀚宇彩晶培养乐达(CheerTek)等等,都是显例。


随着LCD TV驱动IC朝向整合芯片的研发趋势,未来只有整合程度越高的厂商,才能降低成本并扩大经济规模,在激烈竞争的市场中胜出。


目前LCD TV控制IC设计持续朝向高整合迈进,SoC方案是主要的设计内容。例如友达电整并旗下瑞鼎、硅达与旭曜3家IC设计公司,集中力量在台积电投片生产,藉以扩大经济规模,降低采购成本,提高本身的竞争力。

(表一) 主要LCD材料厂商动向 <数据源:工研院IEK,2006年8月>

主要生产材料

动向

Corning

玻璃基板

台中厂区量产

推出不含砷的环保的玻璃基板

旭硝子

玻璃基板

旭硝子

云林熔炉点火生产

玻璃基板

日本电气硝子

与LPL于韩国合设坡州电气硝子进行后段加工

NHT

玻璃基板

能登川场新增产能每月40万平方公尺

玻璃基板

JSR

新加坡厂计划扩产每月15万平方公尺,并生产第七代

彩色光阻、配向膜材料

Harrison Lighting

台湾子公司杰时雅云林工厂竣工生产

冷阴极荧光灯管

爱媛现今治市增产CCFL至每月300万支

台湾子公司杰时雅云林工厂竣工生产

爱媛现今治市增产CCFL至每月300万支& 改名「Panasonic Photo

Lighting Co.,Ltd」

台湾子公司杰时雅云林工厂竣工生产

Sanken电气

石川现设立电视用CCFL工厂,每月产能最高达1,000万

3M

支,预计2006年5月亮量产

棱镜片、增亮膜

MN Tech

南科增亮膜厂竣工投产

棱镜片

LCD TV用产品UTE I出货予三星

韩国SKC

扩散膜、PDP光学滤膜

韩国、大陆各增设一条扩散膜生产线

Fujifilm、

TAC膜、补偿膜

于九州岛熊本设立新厂区,预计将陆续设立三间工厂,

Konica

年产能5000万平方公尺的生产线共六条

TAC膜

西神工厂(Fab3)开始运转

日东电工

偏光板、光学膜

Merck

扩产尾道与龟山厂的年产能共3000万平方公尺

液晶

Chisso

于台湾设立液晶研发及生产中心

液晶、配向膜材料


分别于韩国、台湾设立生产据点

整合与技术合作才是关键


从掌握上游关键零组件、到研发调校平面显示画质技术、以及管理布局通路服务与品牌,均考验厂商集团整合产业链的能力。要强化台湾大尺寸平面显示的产业链,必须以既有专业代工厂商为基础,决定主要市场发展项目与资金运用,修正以往面板产业由生产决定市场需求的策略,加速面板及零组件厂商与电视品牌业者结盟,稳定面板市场的供需关系,才能让市场风险降低。


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