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液晶背光源产业及其发展趋势

发布时间：2007-09-10 来源：统计整理阅读次数：1671 分享到：

FPD显示技术自九十年代开始迅速发展，并逐步走向成熟，由于其具有清晰度高、图像色彩好、环保、省电、轻薄、便于携带等优点，已被广泛应用于家用电器、电脑和通讯产品，具有广阔的市场前景。随着平板显示技术的进一步发展，平板显示产品的市场也随之不断扩大，并对传统的CRT形成了强力冲击和挑战。

图1 显示市场未来预测资料来源：DisplaySearch，2005.12

从产品产值来看，整个FPD产业在经过1998年到2004年高速的增长之后，从2002年开始，FPD产品的销售额就超过了60%，已经明显超过了传统的CRT市场（图1）；到2006年预计在整个显示领域，FPD产品产值渗透率将超过90%，具有绝对的独占地位。FPD经过1998到2009年，产值从不到100亿美金成长到1000亿美金——10年成长10倍！而相应的CRT产品的市场将不断的被压缩，到2009年，CRT所占的市场份额将不足5%。FPD产品以高速而稳定的发展态势，占据了未来显示市场的绝对主力地位。

在FPD市场中，TFT-LCD则占据整个平板显示技术的主导地位，据DisplaySearch发布的数据资料显示，TFT-LCD产品将一直保持80%以上的市场份额，是来平板显示的主流产品，全球重要的支柱性产业之一。

据DisplaySearch统计数据显示，全球平面显示器的市场在2004年达到了620亿美金的市场规模（这里单指的是Flat Panel Display面板的产值，而不包含面板的上游以及下游的产值）。对2005年而言，全年出货量达到700亿美金的规模，相较于2004年成长了10%左右，其中a-Si (非晶硅)TFT-LCD是目前占平面显示器产值最大的一部分，约占其中80%的份额。

TFT-LCD市场需求在近几年一直呈几何的增长趋势，年复合增长率一直保持在30%以上，并在未来几年里，仍然将保持市场销售量每年超过100亿美元的速度增长。到2009年，据DisplaySearch预估全球FPD 市场产值可以逼近1000亿美金，其中80%以上是TFT-LCD。就年度成长率而言，在2005年以后，虽然成长幅度便会有所下降，但仍将维持在15%到20%之间的增长势头。

图2 平板市场产值预测（仅指面板）资料来源：DisplaySearch，2005.12

全球巨大的市场需求和TFT-LCD制造工艺技术的不断提高，都表明TFT-LCD技术将是未来平板显示的主流技术，TFT-LCD产品将主导未来的平板显示市场，LCD产品也将取代CRT产品，成为未来显示领域的主流产品。

2、TFT-LCD产能持续增加，新生产线向大尺寸产品集中

从各厂商的长期规划和产业发展来看，TFT-LCD产业未来投资将持续增长，国际金融机构及资本市场投资者对TFT-LCD行业的未来发展充满信心，主要TFT-LCD厂商取得了大量的外部融资，纷纷加大了投资力度，竞相宣布其建立新线的计划。而且，随着今年液晶电视市场的开拓，很多国际大厂纷纷投入巨资，扩充其现有生产线，以扩大竞争优势。IPS Alpha在今年的三月份宣布，将投入7亿美元来扩充其6代线的规模，使其产能增加一倍；三星电子已决定将其7-1生产线的产量从每个月6万片提高到7.5万片；7-2生产线在今年中期之前达到每个月4万5000片，在年底达到9万片。LG-Philips LCD则已将其六代厂的产量从每个月9万片提高到12万片，其七代厂则希望在今年底达到每个月9万片的产量。中国台湾的主要供货商以及中国大陆的京东方和上广电也都有类似扩增产量的实施计划。

图3 大尺寸玻璃基板面积增长预测资料来源：DisplaySearch，2005.12

据DisplaySearch预计，未来大尺寸TFT-LCD的产能将继续增大。从显示屏的数量来看，在2000年到2009年的这段期间，产出量净增2.5倍，在2005年之前一直维持20%以上的增长幅度；由于更高世代线和更大基板的应用，按面积产出的预计来看，其增长的幅度将更高。从图3中可以看到，在2000年到2009年的这段时间内，九年时间增长达到创纪录的20倍——2000年这个数字是456万平方米，而到2009年就超过9000万平方米的显示屏面积。从上图可以看到，显示屏面积的增长速度一直保持在30%以上的年增长率，到2008年以后开始回落，增长逐渐趋于平稳。

表1 G5以上LCD-TV切割数

代数	基片mm	22”	27”	32”	37”	46”	52”	57”
G5	1100x1300	8	6
G6	1500x1850	15	10	8	6
G7	1870x2200		15	12	8	6
G8	2160x2460			15	12	8	6
G9	2400x2800			18	15	12	8	6

受基板尺寸和经济切割的限制，不同世代线均有各自的产品定位。如表1所示，第五代线主要针对26英寸以下的产品设计，市场定位在15英寸、17英寸和19英寸MNT和NB面板以及22英寸、27英寸的液晶电视。第六代线主要针对37英寸及以下的面板设计，主要用于32英寸和37英寸液晶电视。第七代线主要是针对40英寸以上液晶电视设计的，以切割生产40英寸和46英寸面板为主。八代线以上则主要针对50英寸以上的超大液晶电视面板而设计，是未来大尺寸PDP市场最有威胁的世代线。而五代线以下，基本是以中小尺寸的NB用面板和移动通讯用屏为主。

图4 全球世代线分布预测资料来源：DisplaySearch，2006.05

随着液晶电视市场的开拓以及TFT-LCD制造技术的发展，为了获取更大的面板尺寸和更好的经济切割，更高的世代线将逐步量产和持续投入。如图4所示，在未来几年内，5代线以下面板产能被逐步压缩，转而生产更小尺寸的面板产品，整体面积产出呈现比较明显的下降趋势；而5代及其以上代数线的产能逐步释放，从结构比例来看，04年5代及其以上生产线产能为45%，而到2010年其比例将就达到90%；六代及其以上世代线产能则从2004年的5%增长到接近60%。

从目前各方报道的情况看，7代线已趋成熟，并逐步发挥效益。而8代线已建成两条，并投入生产。10代线的建设也已提到议事日程。

3、液晶电视将是TFT-LCD未来的主要增长点

图5 未来TFT-LCD市场前景预测（按产品分类）资料来源：DisplaySearch，2005

液晶电视从2003年开始真正进入市场，市场销售量一致保持了100%的增长率，到2005年，销售额突破了100亿美元，被业界定义为液晶电视元年。在未来五年里，随着全球各条高世代生产线的纷纷投产，液晶电视的成本将进一步降低，市场份额将逐年上升。从图5可以看出，液晶电视将是未来TFT-LCD产业增长最快的应用领域，年增长率保持在30%以上的水平，并将保持年增长50亿美元以上的销售量；液晶电视将成为TFT-LCD最主要的应用领域，到2009年，其产品产值占整个产业的40%以上，成为TFT-LCD产业最主要的经济增长点。

二、背光源在液晶器件总成本中占有重要地位

液晶显示器不论有源还是无源，除了液晶材料外，还需要基片玻璃（导电玻璃）、彩色滤色片、偏振片、背光源等，所用辅助材料有取向剂、封接胶和衬垫材料等。当然对于TFT-LCD来说，需要在一个玻璃基片上制作TFT阵列，它所需要的材料，几乎与半导体工业一样。图6给出液晶盒结构及其相关材料的相互关系。

图6液晶盒结构及其相关材料

不同的液晶显示器，其材料的成本构成是很不一样的。图7给出TFT-LCD两种显示器材料的成本构成。

17”(5G)

32”(6G)

图7 TFT-LCD显示器材料成本构成

从图7可见，背光源的成本在32”和17”两种不同的显示器（电视机）中所占比例分别为32.8%和25.4%。对于更大的显示屏，这个比例还要高。

进入2006年以来，平板显示器的竞争态势与过去大不相同。以投资规模和玻璃基板大型化为主的时代即将结束，包括零部件及材料策略、设备策略在内的总体能力把握着这场竞争胜负的关键。

原材料的成本占面板总成本的比例明显增加，对于大型液晶面板而言，其零部件成本已达到75%，预计到2010年将会增加到80%（见图8）。显然，零部件材料的削减直接关系到面板成本的降低。

因此，能够大幅度削减材料成本的“材料革命”成了关键，与减少设备费等固定费用相比，材料成本的降低对于有效控制面板成本更为重要，对产品的冲击也更大，由于这种材料上的革新同时会带来生产技术的改进，与此相应的设备制造商将扮演重要角色。

图8 材料成本占面板总成本的比例来源：Nikkei Microdevices

三、背光模快

背光模块主要包括：光源（CCFL或LED）、导光板、反射板、扩散板、稜镜、框架等。其结构如图9所示。

图9 背光模快主要元件结构

背光模块除背光源外，其它主要元部件的功能如下：

导光板

常用聚甲基丙烯甲酯制作导光板。其作用是将点（线）光源转换为面光源，并使光能导出、对于光强均匀分配起着十分重要的作用。但是光强的最大方向基本是背离光源，并不是垂直于导光板的上表面出射，所以需要其他辅助的光学器件。

扩散板

塑料材质（PET或者PC）中加入有机或者无机颗粒构成散射板。它将光束引向垂直于LCD面板的方向，并把光能均匀化。

棱镜片（膜）

要弥补散射造成光强更为弥散的任务，就只有落到了棱镜片（BEF）的身上。棱镜片（膜）能缩小立体角，从而提高亮度的作用，并可以进一步将光束纠正到垂直方向。

背光模块的成本构成如表2所示。

表2 背光模块的成本构成(单位%)

	NB	MNT	TV	TV	TV	TV
尺寸	15.4”	17”	26”	32”	40/42”	46/47”
CCFL	9	17	23	22	19	23
导光板	10	12	0	0	0	0
扩散板	0	0	8	10	16	16
扩散片	13	8	5	7	3	2
反射片	6	6	2	5	3	2
BEF&DBEF	25	12	11	9	24	20
外框	12	13	8	7	5	5
其它材料	8	12	6	7	5	6
组装、包装等	17	19	9	9	7	6
逆变器	0	0	29	24	18	20
合计	100	100	100	100	100	100

背光系统的主流还是CCFL。作为TFT-LCD的核心配件,CCFL的需求随着全世界TFT-LCD的良好发展势头，出现了年平均23%的成长率。尤其，受到TFT-LCD TV用新款大型生产线的投产的影响，预计TV用CCFL需求从将2006年的8亿7千7百万余个,到2007年将增长到约13亿2千6百万余个的规模，如到了2010年将大幅度增加至25亿4千万余个。

从销售额看，2006年大型背光源市场的规模超过了100亿美元，预计2007年将会达到120亿美元，而从2005年开始到2010年的年平均增长率将会达到15.6%。大型背光源市场中，TV用背光源市场规模的比重到2006年已经超过了一半，占52.6%。这样的增长趋势在今年也将会保持下去，今年市场的60%以上将会是TV用背光源的份额。最终，为了持续性的销售增长，市场将会集中于TV用背光源领域。

图10 大型背光源市场展望 Source: Dispaybank, April 2007

生产CCFL背光模块的企业有几十家，大多来自台湾，日本和韩国这两年也转移进来不少。全球背光模块一半的产量出自我国台湾厂家，其次是韩国和日本（见表3）。其中，台湾大约占据48%的市场，韩国厂家33%的市场，日本厂家占据16%的市场。

表3 2005年全球背光模块各厂家（按出货量）市场占有率

企业名称	所属国家或地区	市场占有率（%）
中强光电	中国台湾	16
瑞仪	中国台湾	14
科桥	中国台湾	8
辅祥	中国台湾	6
福华	中国台湾	4
Tesan	韩国	10
喜星	韩国	6
DS-LCD	韩国	4
HANSOL	韩国	3
WOOYOUNG	韩国	5
L&F	韩国	5
STANLEY	日本	7
夏普	日本	7
YUKA	日本	2
其它		3

2005年中光电以全球市占率16%，跃居全球最大的大尺寸背光板厂；其次是居龙头宝座多年的瑞仪，全球市占率为14%；第三名是韩国的Taesan，全球市场占有率为10%；第四名是科桥的8%。

中国华东地区聚集了大量的笔记本电脑厂家和显示器厂家。笔记本电脑厂家有广达、仁宝、纬创、英业达、蓝天、华宇、华硕、志和、伦飞、精英、大众、神基。显示器厂家有三星、飞利浦、LG、明基。这些厂家都是TFT-LCD面板的下游厂家，为了本地化供应，大批TFT-LCD面板厂家也随着这些企业投资华东地区，把技术含量较低，人力成本较高的模块工厂搬来。TFT-LCD模块厂家有LG飞利浦、友达、夏普、日立、三星、广辉、彩晶、华映。这些模块厂家又吸引了大批背光模块厂家进驻华东。其中主要有：

上海

TFT-LCM厂：广辉之达辉。背光模块厂：中强光电。

南京

TFT-LCM厂家：LG飞利浦、南京夏普、南京瀚宇彩欣。

背光模块厂家：中强光电、大亿科技、南京喜星、瑞仪。

苏州

TFT-LCM厂家：三星、友达、日立、夏普。苏州背光模块厂：泰山苏州光电、中强光电。

苏州吴江TFT-LCM厂家：华映。

苏州吴江背光模块厂家：辅祥、瑞仪、福华、科桥、奇菱。

宁波

TFT-LCM厂家：奇美。

背光模块厂家：大亿科技、奇菱科技子公司菱茂光电、中强光电。

福州

TFT-LCM厂家：华映。背光模块厂家：科桥。

厦门

TFT-LCM厂家：友达。背光模块厂家：辅祥。

除华东外，华南也是背光模块产业重镇，东莞和深圳则是华南背光产业集聚地。其中中国大陆搞得比较早，规模比较大的要数深圳帝光。最大的台资背光模块企业是科桥，位于东莞的黄江。

为京东方提供背光模块的厂家共有3家，他们是 2004年先后成立的盛纳路光电（北京）、北京京东方茶谷及世元达光电。而上广电则主要从中强光电和日本厂家采购背光模块。

四、背光光源

目前在LCD上用的最多的是背光源是CCFL（冷阴荧光灯）和LED（发光二极管）。

冷阴极荧光灯(CCFL)是填充了惰性气体的密封玻璃管。当在管子上加高压时，气体电离产生紫外(UV)光。UV 光激励内部磷光粉涂层，产生可见光。CCFL 具有很多非常好的特性，包括，极佳的白光源；低成本；高效率(72 lm/W)；长寿命(>25K 小时)；稳定性好、操作方便等。

CCFL已广泛用于笔记本电脑、台式机和电视机，作为LCD显示屏的背光源。由于成本低廉、技术成熟等原因，CCFL仍将是未来几年内LCD背光源绝对主要的光源。

但是近年受到LED的挑战。主要是CCFL被认为不够环保，含汞；色彩表现不够，只能达到NTSC的70～80%。此外，对于大的电视机屏，CCFL不仅是电压加高，而且加长管子加工也有困难。

LED 因採单点发光、耗电量低，再加上寿命長、短小轻薄、具环保等优势，使得目前LED 已逐渐取代CCFL 大量应用于中、小尺寸面板背光源，未來更將逐步朝向LCDMonitor、NB、LCD TV 等大尺寸面板背光领域迈进。此外，由於LED 的色彩饱和度可达到接近100%，远优CCFL 一般70～85%的表現水准，因此，即使目前LED 应用在大尺寸LCD TV 的成本，仍高於CCFL，市场对于未來LED 在一定程度上取代CCFL 成为大尺寸面板背光源的应用，仍持高度期待。这里还要特别提出的是由于LED驱动较CCFL快得多，CCFL的驱动需时1~2秒，而LED只需要50 ns，所以无彩膜（Color Filter-less）技术，采用LED做背光源就可以实现。

目前较为成熟的CCFL替代光源，除LED外，还有FFL（Flat Fluorescent Lamp，平面光源），OLED以及碳纳米管等技术，后两项虽有原型机的开发，但是尚未达到成熟应用的地步。FFL有组装简单，无汞等优点，在稳定的生产合格率之下，FFL的成本可以是所有背光源技术最具竞争力者，因此也开始有厂商顺利量产并应用在32英寸以上的大尺寸LCD TV模块。 EEFL（外置电极荧光灯）的电极在灯管的外面，这与一般的荧光灯是不大相同的。由于高频电压是外电极通过电容偶合导入管内的放电空间，从而改变了一般气体放电灯的负阻抗特性。使得灯组可良好地采用并联方式连接，实现多灯共用一个电源。

上述几种背光源的各项技术性能指标列于表4。

表4 各种背光技术比较

	CCFL	EEFL	LED	OLED	FFL
价格(目前)	1x	1x	2.5x-3x	?	?
价格(2H’06-1H’07)	1x	0.9x	1.8x-2x	?	?
起始电压	1-1.2kv	1.5-2.5kv	＜10v	＜10v	＜10v
色彩(NTSC)	70-72%	70-72%	100%	100%	100%
寿命(小时)	50-60k	＞60k	50k	12-15k	100k
气体	Ar.Ne	Ar.Ne	-	-	-
省电	很差	好	很好	好	不太好
驱动器设计/成本	简便/低	更低	简便/低	简便/低	横简便/很低
灯(32”)	16	20
汞含量	4mg	＜4mg
颜色均匀度	好	好	不太好	好
发光效率(Lu/W)	60-80	60-80	20-30	20	20
供应状态	充足	有限	受限制	?	?
待解决问题	汞问题,色彩饱和度	供应40”及大尺寸	成本,散热控制,设计	寿命,产能, 设计	产能,耗能, 成本

来源:Display Search

生产冷阴极荧光灯管的企业很少。国内最早进入该产业主流市场的是南京朗光，2006年出货量约3000万只。还有湖北的宜昌劲森，自2005年来也发展迅猛。据了解，两家企业都在积极扩产，以满足市场的成长需要。国际上比较大的也只有HORISON（日本）、SANKEN（日本）、锦富电机（韩国）、威力盟（中国台湾）四家。

目前CCFL在背光模块市场中仍占有绝对的主导地位。尽管LED具有显而易见的优势，但真正要能取代或相当部分取代CCFL，不是轻而易举的事，它至少要考虑下列几个问题：

1．成本是影响LED背光模块普及的主要因素

虽然LED厂商针对LED于背光源技术较弱部分已做大幅度改善，然而LED与CCFL背光模块仍存在极大价差。2006年下半年40英寸LED背光模块价格预估平均约为610美元，CCFL为210美元，2者差距约为3倍。
LED背光模块价格若以每年平均跌幅30％乐观预估，到2009年后才能与CCFL背光模块价位接近；若保守预估，LED背光模块价格以每年跌幅约20％计算，则LED背光模块与CCFL背光模块价格持平时间，恐须在2010年以后（如图11所示）。这只是考虑LED降价的情况，如果考虑其间CCFL也有10%的跌幅，达到两者价格持平则分别需要到2010年和2015年以后。

现在一般认为，2011年前后，在大尺寸市场，LED开始逐步取代CCFL；小尺寸市场上这个过程也许要早些开始。

图11 LED背光模块价格趋势

2．LED背光用于TV　需要等待无彩膜（Color Filterless）技术成熟

　笔记本电脑面板使用侧入光，只需要一条光源，亮度既不用太高，也不需用到power chip；但是，LCD TV却需要用到直下光源，LED分布得好像洒芝麻一样，如果想把每一颗都连在一起通电点亮，即便只是PC板，都已经很贵了。而且目前CCFL的色彩饱和度也已经可以达到NTSC 90％以上，与一般CRT的色彩饱和度已经相差无几。LED的耗电量由于使用power chip，耗电量比CCFL还要高，散热问题也待解；这些因素使得LED背光源虽然有其先天上的优点，但却没有办法在市场上应用开来。

　真正能使LCD TV利用R、G、B三色LED混色技术得以应用，可能要等到另一个技术发展成熟，即不用彩膜（Color Filterless），利用场序（Field Sequential Color）技术，实现彩色化。该技术不需要使用彩色滤光片所用的光刻胶来滤光，出光量大，所需LED个数少，因此减少了耗电，也就降低了成本。

　然而无彩膜的场序技术则要求液晶响应速度要足够快。一般来说，液晶速度要快到1ms，才能在R、G、B 3色转换下，达到3ms的视觉残留，有效消除LCD动画残影的问题。

　为解决现在液晶应答速度不够快的问题，需要靠液晶“过电压 overdrive”技术及背光源场序技术改善，同时能够改善对比，使画面足够清楚。其实画面清不清楚并不是背光源够不够亮的问题，对比度是不是足够才是主因，因此不需要追求亮度，使用大量LED。

　这样，LED用于TV背光源，若采用RGB LED，对比值可以达到5万比1配以使用无彩膜（Color Filterless）技术，消耗功率可以降到82W，甚至比CCFL还要低。该技术较有机会使LED背光技术真正应用于TV之中。

3．透光效率低是背光模块最大致命点

　以目前LED亮度技术来看，在这一方面，提高亮度并不是太大的困难，但是因为伴随而来的高耗电量以及散热的问题，却是困扰着所有的工程师，再者，一味的朝这一方面发展，而期望得到问题的解决也是不切实际。
　因为亮度的提升总是会有到达瓶颈的时候，如果因为在这一方面努力却造成使用寿命的减短，似乎有点得不偿失。所以就整体而言，还是必须从改善背光模块的透光率开始进行，才是解决的根本之道。
　由于背光光源必须使用反射膜、扩散膜等等的光学薄膜，来达到光源平均投射的目的，但是往往光耗损的现象就会因此而产生，根据研究，从传统背光光源所发射出来的光是100％的话，经过反射膜、扩散膜等等的光学薄膜之后，只会有约60％的光通过背光模块进入到偏光膜，最后经过LC、Surface出来只剩下4％的光（图12）。

图12 背光模块透光能力

　也就是说，如果背光光源是1万nits，那么，最后投射出来的光只会有400nits，假设LCD面板规格需要500nits，那么背光光源的亮度就必须能够提供1.2∼1.3万nits的亮度。

五、结论

综上所述，我们大体上可以得出如下结论：

1．液晶显示器，尤其是TFT-LCD，仍然是当前发展势头最好的平板显示器。大尺寸TFT-LCD显示器，特别是液晶电视是其发展重点；

2．由于液晶本身不发光，背光模块就成为液晶器件不可缺少的关键元件。它在液晶器件成本构成中占有重要地位；

3．冷阴极荧光灯(CCFL)是目前的主流产品。除手机等少数小尺寸产品外，占有绝对多数的市场份额。而且在近几年仍然有发展空间；

4．发光二极管（LED）与CCFL相比，具有许多显而易见的优势，是CCFL潜在的竞争对手。

但是LED要能够真正取代CCFL，构成对CCFL的实际威胁，还需要时间。其中，价格是影响LED背光模块普及的最主要因素。同时在这个过程中，还要把CCFL技术的进步考虑进去。所以如果存在所谓“替代问题”的话，那么这过程将会是较长的过程，而且很可能是长期并存的态势。

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