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印刷电路与平板显示 PCB and FPD
庞春霖 SUPERMASK CO ., Ltd 2006
2006-7 COPY RIGHT 庞春霖 1

PCB and FPD

SHENZHEN.2006

提纲: 1 前言 2 平板显示器件的种类 3 PCB与TN/STN-LCD 4 PCB与TF

T 5 PCB与PDP 6 PCB与OLED 7 从掩膜视角展望PCB发展 8 中国大陆FPD现状与未来 9 致谢

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1 前言 – 光电行业的分类
第一种:产业链划分 材料 + 器件 + 整机 第二种:终端用途划分 感应与控制系统(激光制导等) 显示(TFT-LCD、PDP、OLED等) 光学器件(透镜、光栅等) 材料(荧光材料等) 信号传输与通讯(光缆、光纤、BMW等)

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1 前言 – 公司介绍
(美维科技集团) 清溢精密光电(深圳)有限公司 SUPERMASK Co . , Ltd 中国大陆最大的掩膜(PHOTOMASK)制造企业 服务于IC外围、PCB、FPD、半导体分立器件等36个行业 ISO9000、14000、BS7799认证单位 中国大陆全国质量管理奖获得企业

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1 前言 – 公司介绍

日本SONY战略合作伙伴、美国3M最佳供应商 PHILIPS、SHARP、TOSHIBA、Samsung等企业长期供应商 两岸FPC掩膜市场占有率第一 两岸STN-LCD掩膜市场占有率第一 大陆大面积掩膜市场占有率第一

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1 前言 – 自我介绍
庞春霖 Sailing Pang 清溢精密光电(深圳)有限公司 信息产业部《中国电子报》 北京新华信管理咨询有限公司 Mobile : 13823282110 Email : pclb2000@163.com

副总经理 特约撰稿人 管理顾问与讲师

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2 平板显示器件的分类 – 发光原理

首先按照是否自主发光将FPD分为主动发光(PDP、OLED)与被动发光(LCD)两种;在 被动发光显示中,按照驱动方式,又分为被动矩阵和主动矩阵两种。

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2 平板显示器件的分类 – 显示尺寸

面板尺寸 1 小尺寸(10英寸以下)

对应显示产品 TN MSTN、CSTN OLED TFT FED VFD TFT

使用终端 手机、PDA等移动系统 数码相机 移动电视(MP4) 车载电视与GPS 工业仪器仪表 固定电话 电脑显示器 NOTEBOOK 电视 电视 户外显示屏

2

中尺寸(10~20英寸)

3

大尺寸(20英寸以上)

PDP TFT L-COS

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3 PCB与TN/STN-LCD – 1 TN/STN LCD的显示原理
TN-LCD (Twisted Nematic) 扭曲向列型液晶显示器

未加电场,入射光经第一张偏光片进入,被扭曲排列的液晶分子作经90度的偏转,与另一偏 光片的角度一致,因此导致光线顺利通过,整个液晶屏幕呈现光亮现象。

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3 PCB与TN/STN-LCD – 1 TN/STN LCD的显示原理
TN-LCD(Twisted Nematic) 扭曲向列型液晶显示器

外加电场,液晶分子改变扭曲阵列,其光轴与入射光一致,失去光线扭转的功能。导致入射 光角度与另一偏光片的角度垂直,光线无法通过,整个液晶屏幕呈现黑暗现象。

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3 PCB与TN/STN-LCD – 1 TN/STN LCD的显示原理
STN-LCD(Super TN) 超扭曲向列型液晶显示器

STN-LCD的显示原理与TN-LCD的显示原理相同,只是液晶分子的扭曲角度从90度变化为更 高的180度或270度。但是单纯的TN或STN只能显示单色(黑白)效果,而无法体现彩色。 但如果在STN上增加彩色滤光膜并进行有机的组合,则可以实现彩色化显示。

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3 PCB与TN/STN-LCD – 2 TN/STN LCD的驱动
单纯驱动方式

单纯驱动方式是由水平与垂直方向的电极构成,其中选址功能由水平方向电压完成,垂直方 向电压则负责对液晶分子的驱动。整个显示,采用X-Y轴交叉扫描的方式进行,每个交叉点可看作 一个显示像素。因此显示面积越大,扫描所需要的周期也越长,响应速度越慢。

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3 PCB与TN/STN-LCD – 3 TN/STN LCD对PCB的要求
主要显示模块的组合方式 1 单PCB方式 使用于传统的黑白TN显示, 普通的双面PCB,并无特殊的要求 使用于仪器仪表等简单的固定显示上 1个TN-LCD模组带1块PCB 使用导电薄膜进行连接

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3 PCB与TN/STN-LCD – 3 TN/STN LCD对PCB的要求
主要显示模块的组合方式 2 COG 方式 使用于目前的MTN与CSTN显示, PCB使用双面或四层PCB FPC主要使用COG方式 使用于移动通讯终端等显示产品上 1个LCD模组带1块PCB和1块FPC

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3 PCB与TN/STN-LCD – 3 TN/STN LCD对PCB的要求
主要显示模块的组合方式 3 COF 方式 用于CSTN显示,以实现轻、薄、巧目的 驱动IC制作在FPC上 背光、导光等无源器件也制作在FPC上 根据功能,需要双层、多层FPC 使用于移动通讯终端等显示产品上 1个LCD模组带1块FPC和1块PCB

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3 PCB与TN/STN-LCD – 4 TN/STN LCD的终端与市场
主要的服务终端 种类 1 2 3 4 通讯 娱乐 教育 其他 设备 手机、PDA、固定电话 游戏机、MP3 E-BOOK、学习机、画板、电子词典 电子表、工业仪表、医用仪表

但随着一些终端产品级别与档次的提高,TN与STN在这些方面的应用也将接受挑战

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3 PCB与TN/STN-LCD – 4 TN/STN LCD的终端与市场
未来趋势

在移动产品上,STN将逐步退出主要的市场地位,但由于印度、俄罗斯、巴西等国家移动通讯 市场的兴起,在未来的2~3年内,STN还将保持在移动显示上的一定地位。 同时,在其他产品,例如钟表、仪器仪表、学习机、电子词典等方面,目前STN依旧保持着 稳定的市场地位。

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3 PCB与TN/STN-LCD – 4 TN/STN LCD的终端与市场
市场状况与PCB需求
项目 1 2 3 4 5 6 TN-LCD厂家 STN-LCD厂家 总出货数量 未来增长比例 未来价格趋势 生产转移趋势 70家 37家 字符型模块 90000万块 图形型模块 35840万块 字符型:20~30% 图形型:10~20% 10~15% 海外企业都将转移到大陆 主要拉动: 家用电器、消费电子、通讯设备等 备注 基本集中与中国 大部分集中于中国大陆与台湾

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4 PCB与TFT-LCD – 1 TFT LCD的显示原理
TFT-LCD(Thin Film Transistor) 薄膜晶体管显示器

结构比较STN来说更为复杂,主要是在ITO之间使用半导体的制作工艺,衍生出产生开关作用 的晶体管结构(TFT),以实现光线的通断,达到显示之目的。

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4 PCB与TFT-LCD – 2 TFT LCD的驱动
主动式矩阵驱动方式
Source Driver

每个像素下俨然一个个晶体管,而每个液晶像素则类似电容,在电压作用下,起到储存或释 放的作用,并控制液晶分子的排列,使光线通过或阻断,以便达到显示的目的。

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Gate Driver 20

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4 PCB与TFT-LCD – 3 TFT LCD对PCB的要求
主要显示模块的组合方式: 3 or 4 PCB + N PFC模式 1 1块电源板 2 2块扫描板 3 1块信号板 4 N块FPC

区别于传统的CRT产品,TFT-LCD主要使用双面板,主板主要使用四、六或八层的多层 板,而FPC则是多是以COF方式出现,并且对密致排列的管脚要求较高。

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4 PCB与TFT-LCD – 3 TFT LCD对PCB的要求 - FPC

由于驱动能力以及响应速度的要求,因此在大面积TFT显示上,如液晶电视、Notebook、 Monitor等,往往将像素区分为若干个组,而每组则使用一个驱动IC进行驱动,同时也需要一片 FPC作为承载,例如1024×768×3像素的TFT显示,需要横向8颗能控制384列、纵向3颗能控制 256行的IC实现X、Y轴的扫描,即总共需要11颗IC和11张FPC。

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4 PCB与TFT-LCD – 3 TFT LCD对PCB的要求
模组的形成 – 1 集成电路压合

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4 PCB与TFT-LCD – 3 TFT LCD对PCB的要求
模组的形成 – 2 FPC连接

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4 PCB与TFT-LCD – 3 TFT LCD对PCB的要求
模组的形成 – 3 PCB连接

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4 PCB与TFT-LCD – 3 TFT LCD对PCB的要求
模组的形成 – 4 加装背光与总成

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4 PCB与TFT-LCD – 4 TFT LCD的终端与市场
主要服务终端 种类 1 2 3 4 娱乐 通讯 广告 其他 设备 液晶电视、MP4 Notebook、Monitor、手机、PDA 户外显示屏 电子记事本

在TFT终端显示中,特别是电视、NB和显示器三大类,成为拉动其快速增长的主动力。单单 面对全球15亿台CRT-TV市场,其市场广阔无边。

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4 PCB与TFT-LCD – 4 TFT LCD的终端与市场
代数分工
TFT代数 1 2 3 4 5 6 7 8 1G 2G 3G~3.5G 4G~4.5G 5G~5.5G 6G 7G~7.5G 8G 数量 11 20 24 15 14 6 2 2 94 其中3.5G及以下代数主要供应于10英寸以下的移动显示产品;4~5G主要供应于NB和Monitior 产品;而6G及以上主要供应于TV产品 应用终端 手机、MP4、手持游戏机等 手机、MP4、手持游戏机等 手机、MP4、手持游戏机等 Monitor、Notebook Monitor、Notebook TV、户外显示 TV TV 主要集中地区 日本 日本 日本 日本、韩国、台湾 台湾/7、韩国/4 台湾/4、日/1、韩/1 韩国/3、台(筹)/2 日(筹)/1、韩(筹建)/1

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4 PCB与TFT-LCD – 4 TFT LCD的终端与市场
未来趋势

在TFT终端显示中,特别是电视、NB和显示器三大类,成为拉动其快速增长的主动力。单单 面对全球15亿台CRT-TV市场,其市场广阔无边。

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4 PCB与TFT-LCD – 4 TFT LCD的终端与市场
市场状况与PCB需求
终端 1 2 3 4 Monitor Notebook TV Mobile 05年出货总量 / 万块 10000 6350 1960 30000 比较04年,35%的增长速度 比较05年,50%的增长速度 到09年达到0.7亿的出货量 05年手机总出货为8.1亿只,近4成为TFT主屏 未来增长为15%并且半数以上为TFT主屏 未来增长比例

在TFT终端显示中,特别是电视、NB和显示器三大类,成为拉动其快速增长的主动力。单单 面对全球15亿台CRT-TV市场,其每年10%的更换比例 ,就使其市场空间就非常巨大。 但在未来的几年内,TFT价格的下降也对PCB产生重要的影响,目前一些主要的TFT企业在面 板上提出的年度价格下降目标为15%~30%不等。

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4 PCB与TFT-LCD – 4 TFT LCD的终端与市场
对FPC的积极影响

FPC种类 1 2 驱动IC承载体 FPD面板与主板连接体

FPC数量 / 片 8 ~ 14 4~6

市场价格 USD/m2 500 ~ 650 250 ~ 400

由于TFT所服务的终端:液晶电视、NB、Monitor等产品的迅猛发展,以及TFT与FPC之间在 使用数量和金额上密切关系,使FPC在最近几年得到长足的发展。 苏州SONY、NITTO等一批国际一流的FPC企业,则主要提供TFT用的COG FPC产品。

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5 PCB与PDP – 1 PDP的显示原理
PDP(Plasma Display Panel)的显示结构

放电使特殊气体产生的UV光,轰击R、G、B三色的荧光粉而发出的可见光。与被动发光只是 控制光线的通断不同,该显示原理属于主动发光的显示器类型,不需要背光等。

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5 PCB与PDP – 2 PDP对PCB的要求
PDP的驱动与设计要求

PDP采用的是电压驱动,由于功率高,峰值电流大(200安培左右),所以驱动板在面对 500~600伏的高压时,有耐压的要求; 进行PCB设计时,注意线路宽度并保持足够的安全间隙。并要注意电磁干扰与散热。

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5 PCB与PDP – 2 PDP对PCB的要求
主要显示模块的组合方式: 4 PCB + N PFC模式 1 2 3 4 5 1块电源板 1块驱动板 1块数据与控制板 1块图像接口板 N块FPC

其PCB的组合模式与TFT TV的组合模式类似。驱动IC附载在COF型的FPC上,再通过FPC连 接到主板。 除COF型的FPC有高的技术要求外,驱动板要求耐压,而数据与控制板及图象接口板都是四 或六层板,引线比较密集,并有BGA或QFP的封装方式。 电源板为双面板。

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5 PCB与PDP – 2 PDP对PCB的要求 - FPC

FPC种类 1 2 驱动IC承载体 FPD面板与主板连接体

FPC数量 / 片 16 ~ 20 4~6

市场价格 USD/m2 500 ~ 650 250 ~ 400

与TFT一样,PDP与FPC关系也非常密切,同样也需要承担驱动IC和主板连接作用的。因此 在数量上也同样需要比较多的FPC,甚至在数量上有比TFT更多的要求。

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5 PCB与PDP – 3 PDP的终端与市场
市场状况与PCB需求

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5 PCB与PDP – 3 PDP的终端与市场
市场状况与PCB需求
项目 1 2 3 4 主要生产企业 主要终端产品 目前市场地位 目前趋势 松下、先锋、富士通、三星SDI、LG 40英寸以上的TV和广告显示屏 约占世界TV市场3%~5% 向50英寸以上的TV发展 05年出货总量为715万 06年总出货量将突破1000万 液晶TV约10~13% 备注 1 松下上海、日本新厂投入使用 2 LG新建42寸新厂投入使用

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6 PCB与OLED – 1 OLED的显示原理
Organic Light Emitting Display 有机发光显示器

在电压驱动下,电子和空穴从阴极和阳极向电子和空穴传输层注入的过程中,在有机发光层 相遇并产生激发发光分子而产生显示现象

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6 PCB与OLED – 2 OLED的驱动
无源/被动矩阵驱动方式
控制电路

Driver Voltage

单片机 内存

OLED Panel

+

-

Driver IC
Logic Voltage

Data Line

在OLED的无源/被动矩阵驱动方式类似于STN的单纯驱动方式,单片机将储存的图象信号发 送到驱动芯片的内存,驱动芯片以桢频的方式刷新屏幕,并实现黑白单色显示。

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6 PCB与OLED – 2 OLED的驱动
有源/主动矩阵驱动方式

因为OLED使用电流驱动方式,不同的电流对应着不同的亮度。为了得到足够的亮度,因此往 往采用LTPS-TFT的驱动技术,先获得稳定的电压,再获得稳定的电流进行驱动。

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6 PCB与OLED – 3 OLED对PCB的要求

对于无源的OLED驱动模组往往采用COG或COF方式,并通过FPC与PCB进行连接,PCB主 要提供控制信号和图象处理的功能。由于是电流驱动的原因,因此对PCB的连接或接触电阻有比 较高的要求。而有源OLED的驱动,则类似于TFT模组,但由于其每个像素的TFT较多(两个以 上),因此在大尺寸OLED制造上,PCB的布线密度较高。 2006-7 COPY RIGHT 庞春霖 41

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6 PCB与OLED – 3 OLED对PCB的要求

主要显示模块的组合方式: 3 or 4 PCB + N PFC模式 1 2 3 4 1块电源板 2块扫描板 1块信号板 N块FPC

其PCB的组合模式与TFT TV的模式类似。驱动IC附载在COF型的FPC上,再通过FPC连接到 主板。而电源、信号、扫描等电路附载在PCB上。除COF型的FPC有高的技术要求外,其他的 PCB只是普通的双面或四、六层板,并无其他的特别要求。

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6 PCB与OLED – 4 OLED的终端与市场

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6 PCB与OLED – 4 OLED的终端与市场
10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

出货量/万只

2004

2005

2006

在行业内,OLED是一种争议很大的产品,但目前来说,其终端还主要在于10英寸以下的 小尺寸显示,主要运用于MP3、手机、汽车音响、汽车仪表、工业仪表等。特别是MP3,几乎 一半的OLED主要使用在该种产品上。

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6 PCB与OLED – 4 OLED的终端与市场

厂家 1 2 3 4 5 SAMSUNG SDI 铼宝科技 悠景科技 Pioneer LG

05年出货量/万只 1658 1570 780 620 440

未来动向 新增1座2000万能力新厂 开发重点为手机显示

05年底关闭1座OLED工厂

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7 从掩膜的角度展望PCB发展 – 掩膜的定义
掩膜:光罩、玻璃底片、PhotoMask 在FPD、PCB、IC制造中提供图形转移的曝光工具

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7 从掩膜的角度展望PCB发展 – 掩膜的种类
种类:分干版(乳胶版)和铬版两种产品,分别适用于PCB行业的 HDI大规模生产和IC Substrates 、FPC两大方向

Protection layer(0.3~1um) Em layer(5~7.5um) Glass:2.3 、 5.0、8.0、10mm Anti-lighting layer (0.2~1um)

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7 从掩膜的角度展望PCB发展 – 掩膜的精度
按照不同精度等级,分别适用于不同的产品
Minimum Lines and Spaces [?m] Address Grid Resolution [?m] Line width Uniformity [CD] um Overlay (3σ) [?m] Orthogonality [?rad] Laser spot size Position error (um) Plate or drawing pattern centrality [mm]: Linearity [um] 1 25 ±0.2 0.6 1.5 0.8 1(Quartz) ±0.5 < 0.1 2 100 ±0.5 1 2 1.3 1.5 ±0.5 < 0.2 5 100 ±0.8 1.5 2 2.9 2 ±0.5 < 0.25

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7 从掩膜的角度展望PCB发展 – 掩膜与菲林的对比

菲林 1 2 3 4 5 6 最小线缝 线缝精度 温度影响 湿度影响 使用寿命 市场价格 20um/50um ±2um 7.2×10-5mm/℃ 有影响 2000~3000张 200元

铬版 1um ±0.2um 8.6×10-6mm/℃ 无影响 10万次以上 20000元

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7 从掩膜的角度展望PCB发展 – 掩膜的领域
IC TFT MEMS Bumping

Color Filter STN TN PCB OLED

FlipChip

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7 从掩膜的角度展望PCB发展 – 使用厂家趋势

16 14 12 10 8 6 4 2 0 2003 2004 2005 HDI FPC IC Substrates

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7 从掩膜的角度展望PCB发展 – FPC精度分布
40 35 30 25 20 15 10 5 0 0~40 40~70 70~100 100 精度分布

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7 从掩膜的角度展望PCB发展 – HDI精度分布
70 60 50 40 30 20 10 0 0~40 40~70 70~100 100 精度分布

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7 从掩膜的角度展望PCB发展 – 掩膜在PCB中的作用

FPC:
1 主要使用于COF、COG和部分TAB上的产品,主要是TFT与PDP类使用 2 最小线缝在100微米或以下,目前最高精度为30微米,非商业水平可到15微米 3 可以帮助有效改善温湿度变化所带来的良品率下降

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7 从掩膜的角度展望PCB发展 – 掩膜在PCB中的作用

HDI:
1 主要使用于HDI类的产品,重点是移动通讯、程控交换设备和电脑主机类 2 最小线缝在75~100微米之间,大量生产的情况下,也有在100微米以上的情况下使用 3 与菲林比较,可以有效地提高曝光后的良品率,约3~5%

IC substrates:
1 主要使用于CSP、BGA等类的产品,主要是电脑CPU和其他主芯片连接用 2 最小线缝在50微米或以下,非商业水平可到15微米

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8 中国大陆FPD的现状与未来 – 面板的现状
企业种类 1 2 3 4 5 6 TFT TN MSTN CSTN PDP OLED 其他 Total 厂家数量 / 个 6 60 18 1 2 3 90 备注 包括BOE控制的韩国Boe-Hydis 基本包揽了世界该类产品的生产 大部分在03~04年完成投资建厂 上海松下,05年新增生产线1条 正在昆山建立一个产业化生产线 包括VFD、EL等

目前,中国大陆的FPD面板企业,还是以TN与STN为主力。在未来,随着日本STN工厂的 关闭,以及台湾STN工厂向大陆的转移,在STN产品上,大陆将继TN之后,形成新的主力加工 基地。

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8 中国大陆FPD的现状与未来 – 模组的现状
企业种类 1 2 3 4 5 6 7 TFT Mod TN MSTN CSTN PDP OLED 其他 Total 数量 / 家 18 100 18 2 2 3 143 包括VFD、EL等 部分可进行升级改造为TFT模组厂 备注 不包括正在升级改造的STN模组单位

而与PCB密切相关的模组企业,在大陆则有比面板企业更多的建立,特别是在TFT面板企业 未到之前,不少后道的模组单位已经在中国设立企业,也进一步带动了相关的PCB,特别是FPC 企业来华投资与企业建立。

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8 中国大陆FPD的现状与未来 – 未来的面板生产线计划
企业种类 1 2 3 4 5 TFT PDP CSTN OLED Total 生产线数量 / 条 5 ~ 6条 2条 0条 2条 9 ~ 10条 但台湾的STN单位可能大量转移到大陆 备注 1主要是4.5G及以上 2不包括未来转移的日本生产线

在FPD产业中,起核心作用的是面板企业,在未来,中国大陆新增的面板企业主要以 TFT等新兴显示器为主,而传统的STN等企业,则以转移投资的方式大量进入中国,以便 满足未来大量的、廉价的各种普通民用显示,例如电话、电子词典、游戏机、电器等,的 需要。

2006-7

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SHENZHEN.2006

8 中国大陆FPD的现状与未来 – 终端的刺激
2005年与TN、STN相关的终端产品总生产量
产品名称 移动通信手持机(GSM CDMA) 小灵通手机 电话单机 传真机 微型电子计算机 其中:笔记本计算机 计量 单位 万部 万部 万部 万部 万部 万部 年度累计 30354.2 1632.7 16953.7 1067.9 8083.8 4564.9 生 产 数 量 去年同期 23344.6 2631.9 13959.8 1380.4 5974.8 2750.0 同比增长% 30.0 -38.0 21.4 -22.6 35.3 66.0

其中带显示屏的电话单机和电子计算机将成为未来拉动STN产品的主要动力

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8 中国大陆FPD的现状与未来 – 终端的刺激
2005年与TFT、PDP相关的终端产品总生产量
产品名称 移动通信手持机 (GSM CDMA) 电视机 其中:彩色电视机 其中:背投电视机 其中:液晶电视机 其中:等离子电视机 显示器 其中:液晶显示器 彩色显像管 数码照相机 计量 单位 万部 万台 万台 万台 万台 万台 万台 万台 万只 万台 本月累计 30354.2 9124.7 8283.2 85.5 452.2 77.4 16057.6 13076.4 8616.9 5522.9 生 产 数 量 去年同期 23344.6 8439.2 7431.6 112.7 87.2 24.5 10148.9 7726.5 9832.4 2490.6 同比增长% 30.0 8.1 11.5 -24.1 418.6 215.9 58.2 69.2 -12.4 121.7

TV和显示器将成为拉动大尺寸TFT和PDP的主要动力,而手机和数码相机则带动中小尺寸TFT的发展 2006-7 COPY RIGHT 庞春霖 60

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8 中国大陆FPD的现状与未来 – 终端的刺激
1 在05年,中国平板电视的增长率为329% 2 在06年第一季度,中国PDP电视出货为13.6万,同期增长45% 3 在2005年5月,平板电视零售额超过CRT电视并不断增长 4 平板电视出口不断增加(见下图)
出口 (万台) 2003年 2004年 2005年 220.4 319.05 753.38 44.76 136.13. 增长 (%) 出口金额 (万美元) 18520.64 77180.5 238983.2 316.73 209.64 增长 (%)

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9 致谢
资料来源: DisplaySearch、 第一波士顿、isuppli、信息产业部、中
国电子报、中国光学光电子行业协会、飞达光学网…

相关人事:1 TCL部品事业本部:

朱昌昌、付东 2 SVA-NEC: 金波 3 PHILIPS中国技术中心:冯珏 4 上海海晶电子: 涂亚 5 北方彩晶集团: 荆海 6 国家平板显示工程中心:王绪丰

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谢谢
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