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PDP材料發展
 

【作者: 蘇靖璇】   2001年08月05日 星期日

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《圖一 AC型電漿顯示器結構》
《圖一 AC型電漿顯示器結構》

自從1994年美國紐約證券交易所向日本富士通公司購入1200台電漿顯示器(Plasma Display Panel,PDP)開始,電漿顯示器具有重量輕、厚度薄、廣視角的優點逐漸被世人重視,各國廠商紛紛投入電漿顯示器的生產研發活動,在日本擁有龐大用戶基礎的類比廣播衛星(BS),也於2001年改為數位廣播,更帶動了民眾對於電漿顯示器的注意。


PDP的原理與市況

電漿顯示器係利用惰性氣體在高電壓之情形下,產生電漿效應而放出波長143nm之紫外線,利用紫外光照射螢光體時,使螢光體被激發而發出光線。電漿顯示器的結構(圖一),主要為兩片玻璃基板,中間有阻隔壁、電極、螢光體、保護層等等。整體來說,電漿顯示器是一種以矩陣(Matrix)形狀佈置的放電管集合體,每一個放電管與日光燈同樣是冷陰極放電管,利用由電荷造成的記憶效應顯示影像。PDP的每一個顯示放電管即是顯示器上的一個畫素(Pixel),其構造就像是一個具有三層結構的日光燈,在間距只有0.1mm的上下兩片(或稱為前後兩片)玻璃基板中填入特殊的氣體(主要為氖【Ne】和氙【Xe】的混合氣體);當由外部加上適當的電壓,將因放電效應而放射出不可見的紫外線光,這些紫外線光激發RGB(紅、綠、藍)螢光體而發出各種色彩之可見光。


依據日本的統計,2000年PDP的市場僅有15萬7千台,主要的銷售地區為歐洲、美國,日本。預估PDP的市場將從2001年起開始大幅成長,從2001年42萬台開始起跳,每年皆有100%以上的成長;2004年市場需求將會達到260萬台的規模。市場需求增加,除了數位視訊的發展,吸引消費者更換之外,價格下跌的吸引力更大。原本PDP銷售不佳主因即是價格過高,相較於同一尺寸的背投影電視,PDP的價格超過一倍有餘。現在廠商致力降低價格,最終目標是將現在60吋級的產品,由現在的100萬日圓降至20萬日圓,預料將吸引眾多消費者購買PDP產品。


《圖二 PDP成本結構》 - BigPic:570x290
《圖二 PDP成本結構》 - BigPic:570x290

PDP製作流程

表一
項目 Data IC Scan IC
電壓(V) 80-150 100-200
電流(mA) 25-75 100-400
放熱(W) 1-3 1-2
頻率(MHz) 20-40 12
封裝型態 COB/COF QEP/COB/COF

在電漿顯示器成本中,材料佔有相當大的比例,約58%,其次是設備攤提與人工成本。材料的部分,以驅動IC、電源供應等電子材料佔有比例最高,達51%,而使用的玻璃將料、氣體等化學材料佔有35%,機構元件佔有10%(圖二)。


彩色AC型PDP面板製作為在其前玻璃基板(前板)上配置成對的放電電極(Bus電極),以便進行放電,在這些Bus電極上設置透明介電體層(Transparent Dielectric Layer),並在透明介電體層覆蓋一層蒸鍍MgO膜的保護層以保護電極。


另一方面,在其相對方向的後玻璃基板(背板)配置可將資料寫入的資料電極(Data電極)或位址電極(Address電極)。接著在Address電極間安排條狀的阻隔壁(Barrier Rib),防止與相鄰Cell放電的Cross Talk,並在阻隔壁內壁塗上RGB螢光體,而完成後玻璃基板的製作,最後,再以密封材料將這兩片基板黏合在一起,並於其內部封入放電氣體(主要為Ne-Xe氣)。


《圖三 電漿顯示器面板之製造流程》 - BigPic:561x309
《圖三 電漿顯示器面板之製造流程》 - BigPic:561x309

PDP主要零件及其供應商

玻璃基板

表二
項目 使用材料 要求特性 未來發展
玻璃基板 鹼玻璃

對熱之低膨脹性

高應力

薄形化、低價化

改使用一般玻璃

透明電極 ITO或SnO2    
Bus電極 Cr-Cu-Cr 導電性、透過率  
誘電體層 低熔點玻璃漿料 低熔點、透過率  
Data電極 Ag漿料或Al 導電性、表面反射率  
阻隔壁 含RuO2之玻璃漿料 低熔點、誘電率  
螢光材料 螢光體 輝度、塗佈特性、色度、殘光時間

耐製程之高溫

延長使用壽命

驅動IC   高驅動電壓

降低驅動電壓

低價化


關於玻璃基板,XGA以上的高精細面板,大多使用高應變點玻璃,但如果是40英吋VGA等級的話,由於鹼石灰玻璃亦能充分確保精度,故目前採用便宜的鹼石灰玻璃廠商佔大多數。旭硝子、康寧、日本電氣硝子、日本板硝子、中央硝子皆供應PDP用的玻璃基板,目前旭硝子居於領先的地位,它供應的PD200,除了具有550℃以上高應變點的特性外,因鈉含量少,有較高電阻的特點。


電極


《圖四 PDP用驅動IC全球市場狀況》
《圖四 PDP用驅動IC全球市場狀況》

在電極方面,前板的透明電極可使用ITO(氧化銦錫)或是SnO2(氧化錫)薄膜,Bus電極可以使用Cr-Cu-Cr,後板的Address電極可以使用Ag(銀);但因為使用的製作方式仍有變數,可能會因為面板PDP廠商使用的製程不同而更動材料。


表三
材料 主要供應商
玻璃基板 旭硝子、康寧、日本電氣硝子、日本板硝子、中央硝子
透明電極 旭硝子、康寧、日本電氣硝子、日本板硝子、本莊光學
Bus電極 旭硝子、康寧、日本電氣硝子、板硝子
誘電體層 康寧、日本板硝子、中央硝子
阻隔壁 旭硝子、奧野製藥、日本電氣硝子、住友金屬、JSR、DNP、東麗、杜邦、日立化成、東京應化、Noritake
保護層 Tateho化學、宇部興產
螢光材料 化成Optonix、日亞化學
驅動IC 日本德儀、NEC、富士電機、日立


誘電體層

誘電體層以低熔點玻璃粉為主要成分,日本電氣硝子、旭硝子等均有供應。保護層覆蓋在電極上,主要的功用在於產生放電電子、限制過多的放電電流、維持放電的狀態,所以必須具有絕緣性與高透光性,目前具有此特性的材料是MgO(氧化鎂)。


阻隔壁

阻隔壁是間隔每一放電的空間,同時具有支撐的功能,有印刷法、噴砂法、轉寫法等眾多製作方式,主流的方法尚未確定;但是目前使用的材料都是以含有RuO2之玻璃漿料為主,除了旭硝子、日本電氣硝子等玻璃廠有供貨之外;奧野製藥、住友金屬、JSR、DNP、東麗、杜邦、日立化成、東京應化、Noritake也從事生產。


驅動IC

PDP操作的電壓高,相對地,驅動IC所使用的電壓也較高;擁有高壓製程的公司很少,產能不足,使得驅動IC之價格高居不下。


PDP驅動IC輸出的Pin數較少,每一片PDP面板所使用的驅動IC較LCD多,VGA級PDP須使用30顆Data IC,8顆Scan IC;如果產品的解析度增加,使用的IC將更多,驅動IC佔整體PDP的材料成本將超過20%;業界希望在2002年,驅動IC的價格能下降一半,降低整體PDP材料成本。驅動IC的市場隨著PDP的市場興起,將逐漸擴增,2003年的市場規模將會達到2億2千萬美元。目前的供應商有日本德儀、NEC、富士電機與日立等。


我國目前有達碁、華映、台塑三家廠商投入電漿顯示器面板生產的行列,另外聲寶、明碁、松下、大同、普騰多家家電廠商也開始生產下游產品;但是上游部分,僅有合邦電子、中國製釉、友士、敘豐、美祈、群錄自動化、聯星科技等投入設備與材料的研發;與日、韓兩國相較,投入的程度尚且不足。


結論

電漿顯示器是未來最有潛力的大型顯示器,日韓台三地廠商正積極投入。由富士通、日立與SONY合資成立的FHP,在宮崎縣的第一工廠,月產能可達一萬片,第二工廠月產能達六萬片,總計FHP年產能可達80萬;PIONEER有甲府、靜岡兩工廠,年產能可達十四萬片;NEC位於鹿兒島的工廠,未來將擴產至三萬片,可生產33吋及50吋面板之玉川工廠正在試驗中;松下的茨木工廠在2002年將提高至三萬片,同時,委由東麗生產後面板,而高槻工廠目前有四千片的月產能,預期2002年將提高到20-30萬片。韓國方面,三星SDI,位於天安的工廠今年四月開始量產,月產能達二萬片,初期投資206億日圓,在2005年前將再投資900億日圓,將年產能擴產至150萬片,生產37吋、42吋、50吋、55吋、63吋及65吋的產品;LG初期投資167億日圓,月產1萬5千片的龜尾工廠今年二月開始量產,在2005年前將再投資800億日圓,將年產能擴產至110-140萬片,生產36吋、40吋、42吋、50吋、及60吋的產品。台灣方面,達碁位於龍潭之PDP工廠,將在9月開始量產,年產能一萬片,預計生產32吋、42吋、50吋的產品;中華映管目標為生產46吋及50吋的產品,預計到2002年開始量產(表四)。


國內廠商才投入電漿顯示器面板的製造,材料仍需仰賴進口,同時電漿顯示器之製程尚未完全確立,未來製程發展及成本降低,與材料的開發息息相關,國內廠商欲發展電漿顯器必須與相關材料廠商相結合,共同研發,建立完整的上中下游關係,我國的電漿顯示器產業方有競爭力與日韓一拼。


表四
公司 2001年產能 工廠 未來計畫
三星SDI 18萬台 韓國‧天安 150萬台(05年)
LG電子 15萬台 韓國‧龜尾 150萬台(05年)
達碁 4萬台 台灣‧龍潭 -
中華映管 - 台灣‧桃園 -
台塑 時線 台灣‧三峽 計畫設置量產線
FHP 80萬台 日本‧宮崎 -
Pioneer 14萬台 日本‧甲府、靜岡 -
NEC 1萬台 日本‧鹿兒島 3萬台
松下 6萬台 日本、大阪 30萬台(02年)
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