LCD行业分析报告.docx

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LCD行业分析报告

2017年LCD行业分析报告

一、TFT-LCD产业链：

资本和技术高度密集

1、基本原理和技术类别

LCD的基本原理是：

通过控制液晶分子的偏转角度，利用不同的折射角度来改变透射光线的颜色。

LCD（LiquidCrystalDisplay）即液晶显示设备，是将液晶分子晶体放置于两片导电薄膜玻璃之间。

通过改变导电玻璃上电压而改变电场，从而控制杆状水晶分子改变方向，分子在不同角度下表现出不同的遮光和透光性，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。

若加上彩色滤光片形成的R、G、B三原色点阵，则可显示动态彩色影像。

进一步的，TFT-LCD就是指在屏幕的玻璃基板中制成像素驱动模块，其内是一个薄膜状的半导体元件（TFT元件）。

通过这个TFT元件，可以精确的控制屏幕像素点的色彩、灰度、反应速度，这个元件就被称之为TFT。

采用LCD显示器相比于传统产品，体积更小、更轻薄，因此替代了上一代CRT产品，渗透率早已超过90%。

LCD技术应需求变化而演进，已经经历数代产品。

根据液晶驱动方式分类，可将目前LCD产品分为扭曲向列（TN，TwistedNematic）型、超扭曲向列（STN，SuperTwistedNematic）型及薄膜晶体管（TFT，ThinFilmTransistor）三大类。

LCD液晶屏分为被动矩阵式与主动矩阵式两种。

被动矩阵式LCD在亮度及视角限制较大，反应速度较慢。

被动矩阵式LCD又可分为TN（扭曲向列LCD）、STN（超扭曲向列）和DSTN（双层超扭曲向列LCD）。

目前应用比较广泛的主动矩阵式LCD，就是我们所熟知的TFT-LCD（ThinFilmTransistor-LCD，薄膜晶体管LCD）。

其特点是在每个像素内购建一个微型晶体管，使之获得了更加饱满明亮的色彩。

TFT产品又可以分为a-Si型TFT、poly-Si型TFT（LTPS）和CdSe型TFT和Te型四类。

详见下图。

2、液晶面板和液晶模组的基本制程

传统的CRT的产业链结构相对简单，关键零组件是显象管。

因此，对于具备一定产业基础的国家和地区，要想建立一套完整的垂直产业链结构相对容易。

而LCD产品是数百种半导体材料、膜材料、化工材料的复杂组合，整个制程跨越半导体、光学膜制造、生产线组装、模具成型技术，因此形成一套完整的横向、总想产业链配套体系存在极大难度。

目前在全球范围内，仅有日本形成了一套包括基板、光学膜、LCD设备、化工材料在内的完整产业链。

可以预计，在短期内，其他地区很难形成完整的LCD产业链。

依据生产设备、管线设备特征和无尘室等级来区分，典型的液晶模组（LCDModule）的基本制程分为三段：

阵列制程（Array）、成盒制程（Cell）、模组制程（Module）。

其中阵列是使用镀膜、曝光、显影、刻蚀等技术在玻璃基板上形成电晶体单元（即TFT晶体管）；成盒段主要是形成液晶切割裂片，并注入液晶材料；模组段则是将切割完成的面板加装驱动IC、PWB、背光模组BLM等。

（1）阵列段制程（Array）的主要工序

阵列段工艺与半导体有诸多相通之处，从原理、制程再到设备都比较一致。

阵列段制程的各道工序都要依托ITO导电玻璃展开。

ITO玻璃是一层镀有氧化铟锡导电层的玻璃基板（ITO导电玻璃），具备良好的光学和电学特性，可以为晶体TFT提供导电通路。

ITO导电层上则是通过镀膜、显影、曝光、刻蚀的工序形成的TFT晶体的纹路。

这一层TFT纹路的薄膜晶体层是构成像素的物理基础。

1）清洗环节是液晶面板阵列制程的开始

该环节的主要目的是去除玻璃基板表面的杂质。

得到一片表面平滑、没有任何杂质的玻璃。

在制作之前先将玻璃进行清洗和脱水烘干。

2）真空镀膜，形成导电玻璃

这一工序的目的是在清洗过的玻璃基片上镀上一层均匀的导电薄膜层（ITO氧化铟锡层）。

在真空环境中，让金属上面的化学气体产生等离子，从而使金属原子自动附上玻璃。

一层导电性良好的ITO涂层至此形成。

3）镀上非导电层和半导体层

在真空室内先将玻璃板不断升温（也证实这一环节衍生出了低温加工工艺），再使用直流高压喷洒器喷洒特殊气体。

电子与气体产生等离子并附上ITO玻璃，通过化学反应形成非导电层和半导体层。

4）在薄膜上制作微型电晶体

在要进入黄光室喷上感光极强的光阻液（PhotoResistance，PR）以后套上光罩。

使用蓝紫光（UV光）进行曝光，然后利用光刻蚀原理，进入显影区喷杀显影液（酸性KOH）。

去除照光后的光阻后，被曝光的显影液至此定型。

5）光阻层定型后，可以用蚀刻（Teching）进行湿式刻蚀，使得ITO层薄膜暴露于外；也有的工厂使用干法刻蚀工艺（等离子方式进行蚀刻）。

然后去掉刻蚀工序中的光阻液PR（剥膜工序），导电玻璃基板上即形成了TFT的微型电晶体图形。

6）依照上述流程重复数次（多为4-7次），即可形成足够数量和密度的薄膜电晶体，需要重复清洗、镀膜、光阻、曝光、显影、蚀刻、去掉光阻等过程，至此，阵列段工序完成，TFT阵列成型。

（2）成盒段制程（Cell）的重要工序

经过阵列段数次重复，针对玻璃基板的加工基本完成。

成盒段的主要目的是形成液晶空盒，并且向其中灌入液晶材料。

1）成盒段的第一步是清洗（预洗净），目的是除去Array段后的基片上残留的有机污染物以及>5μm的污染粒子。

主要是利用界面活性剂、毛刷、超声共振原理、IR、UV等，将附着在基片上的油污、有机物和其他污染物清除。

2）PI（配向膜）涂布。

此步骤的目的是令PI液体（聚酰亚胺，Polyimide）在已经洗净的基片上形成一层0.05μm-0.12μm的、均匀的PI膜。

配向膜是可溶性的聚合物，其物理化学特性可以使得液晶分子依照一定的规律排布。

3）定向摩擦的目的是在刚刚布涂的PI层上制造定向的凹槽，使得液晶分子依照顺序整齐、一致的排列。

主要原理是使用带绒布的滚轮在玻璃基板上沿一定角度进行摩擦。

4）框胶印刷和散布间隔剂，目的是预制彩色滤光片CF和ITO层之间贴合时所需的封边用框胶。

此步骤中，主要是利用网版印刷的方式，将下一步所需的框胶预先印刷到CF基片上。

间隔剂则被均匀的散布在对面的基板上，以便使得上下基板之间形成一段空隙，便于形成液晶空盒。

最后通过高温烘烤（150℃，90min），从而确保框胶完全固化。

5）切割裂片，将上述工序后的玻璃基板，按照设计尺寸进行切割/裂片。

主要原理是先用钻石刀在玻璃基片上划出裂痕，再用裂片棒进行分割裂片。

6）液晶滴注制程，主要是将面板空盒置入真空环境，注入口浸泡入液晶后，通过冲入氮气而形成压力差，利用毛细现象是液晶材料进入面板空盒。

这一步的生产率相对较低，傳統LCD的液晶注入方式，是在上下玻璃對組之後以毛細原理將液晶慢慢吸入，這種灌液晶方法的缺點是非常耗時且浪費液晶，需至少三天方能完成；在2010年前后，液晶滴入製程（OneDropFilling，ODF）技術（包含了框膠及點膠設備、液晶滴入設備、面板真空壓合設備、UV（紫外光）框膠熟化設備、自動化載出、載入以及清洗等次系統設備），在第五代及其次世代的面板製造中，已經取代了過去以液晶注入方式所進行的面板顯示器的製造方法。

（3）模组段制程（LCM）的重要工序

在整个液晶模组制造的过程中，模组段工艺属于劳动密集的部分。

这一步骤的定制性比较强，包括背光模组等零组件的加工需要与客户协调设计、共同研发，甚至出现了In-House的合作生产方式（零组件厂商进驻面板厂，就地完成生产组装，以便免除运输等成本并提高生产率）。

此外，模组段制程还需要多道检验检测工序，这些工序需要大量的人力和时间投入。

这一段的工序具体包括：

1）清洗以后，进行驱动IC的装配。

使用TCP（传统方法，最终模组产品较厚）或COG（ChiponGlass，装配后的产品更加轻薄）装配方式。

2）压合工序（Bonding）。

先在玻璃上贴上异方性导电胶（ACF），再将IC置于其上，然后进行定性的预热压。

位置确定完毕进行定位本压。

当ACG的导电粒子被适当的压破，就连通面板和玻璃基板的电路。

3）进行偏光片贴合。

此工序中，偏光片（Polarizer）将被贴附在成型面板Cell的上下表面。

偏光片的原理是吸收轴角度搭配，配合液晶电场效应，是对比明显，显像清楚。

4）FPC压合和UV胶涂布后，加装背光模组BLM。

这一步骤主要是将背光模组的挠性电路板FPC与TFT的FPC进行锡溶焊接，使得背光模组接通电源。

5）TAB绑定和PWB绑定。

主要是精确对准Cell并贴附ACF，然后冲压出TAB，对准后临时绑定TAB。

最后，在恒温恒压环境下实现TAB的永久绑定，并安装驱动IC来驱动阵列中的TFT。

PWB绑定需要先涂布树脂，隔离潮湿气体，然后在恒温恒压环境下完成PWB的连接。

6）老化。

将模组送入机台，在环境加速条件下（60摄氏度，5HR）工作，从而在高温条件下稳定液晶分子的排列方向，并滤除潜在的电路不良。

3、液晶面板成套设备介绍

（1）液晶产业链的设备：

工艺大多源于半导体

TFT-LCD的各段生产工序中，生产设备、管线设备特征和无尘室等级有较大差异，存在很大的工艺跨度。

业内往往生产设备按照工艺技术来源区分为四个类别：

阵列Array设备、成盒CELL设备、模组LCM设备、检测及辅助设备。

阵列段主要设备包括：

PECVD（等离子气相沉积设备）、PVD（物理气相沉积设备）、曝光机、显影机、固烤炉、刻蚀机、清洗机等等。

目前的国际TFT-LCD设备市场几乎为美国、日本、韩国的半导体厂商所完全垄断，主要依靠AKT（美）、TEL（日本东京电子）、ULVAC（日本）、SEMES（韩国）和Canon（日本）等半导体设备制造商供应。

日本厂商在该市场份额巨大，原因包括：

（1）日本厂商在半导体设备市场份额很高，例如日本在全球半导体涂布/显影设备全球占比达到98%；

（2）本国LCD产业的设备需求，促进了半导体设备向LCD阵列设备的改造升级。

“半导体设备的国产化”将有效加速“LCD阵列设备的国产化”。

今年以来，国内半导体清洗、氧化炉、外延等设备相继取得较大突破，我们认为，随着国内半导体设备的晶圆尺寸和线宽的参数提升，数年以内国内LCD阵列段设备实现实质性突破的可能性正在增大，国产设备的导入值得期待。

早在去年，国内厂商已经在供应清洗设备，例如七星就曾经为北京的8.5G生产线提供过清洗设备。

我国的设备国产化：

需要遵循“循序渐进，先易后难”的客观规律。

随着国内若干条高世代TFT-LCD产能的陆续量产，参考国际产业发展过程，大多遵循从设备引进到技术引进的过程。

国内更多的LCD生产线也为国内的设备突破提供了可供参考的蓝本。

进一步的，要实现LCD产品光学膜片的产业化，需要长期的技术、工艺、生产管理经验的积累，考虑到相应的化学工艺和设备为日本、韩国厂商所垄断，我们认为光学膜材料设备的自给仍然需要一定的时间。

成盒段设备与阵列段设备有较大的差异，主要包括PI印刷机、摩擦机、ODF（液晶滴注）设备、切割机、清洗设备等。

其中切割设备和液晶滴注设备的壁垒相对较高，各地区的专利分布情况值得关注。

在LCD裂片与切割设备中，日本厂商所拥有的专利占到60%以上，韩国占到15%左右，美国与德国合计占到17%左右。

三星钻石工业股份公司和三星电子的专利数量全球第一。

而液晶滴注设备的发展趋势是快速精确滴注和节省材料，全球各地区厂商各自围绕上述两个方向，对于设备有较多改进。

典型