Hintergrund
Sharp und die wunderbare Welt der LCDs
Lange Zeit galt der Name Sharp als Synonym für LCD-Technik. Jetzt will die Firma zurück an die Spitze – in allem Sparten der Flüssigkristallschirme.
Riesige LCDs dank des Geistes von Kameyama.
Mini-LCDs besser und billiger dank CGS.
CGS-Projektion mit raffinierter Farbführung.
Und ein Fazit.
Heute hat Sharp nur in einem Marktsegment die Nase vorn, nämlich bei LCD-Fernsehern. Weltweit tragen mehr als 52 Prozent der LCD-TV-Geräte den Namen Sharp, bei den verwendeten Panels ist die Überlegenheit mit rund 58 Prozent sogar noch größer. Doch das war's dann schon: Bei den TFT-Panels für Notebooks und PC-Monitore sind die beiden koreanischen Hersteller Samsung und LG.Philips-LCD führend, bei den winzigen Hochtemperatur-LCDs (High-temperature Poli-silicon, HTPS) bestimmt Epson die Entwicklung, der Markt für kleinformatige Handy- und Organizer-Displays in Niedrigtemperatur-Technik (LTPS) ist stark zerspittert.
An allen Fronten will nun Sharp Boden gutmachen, mit:
-LCD-Glas mit zwei Metern Diagonale
-Mini-Displays in höchster Auflösung
-Projektion in neuartiger Technik.
Sharp-Mitarbeiter und LCD-Glas: Da geht's hin, zu Glas von
1,5 mal 1,8 Metern in der neuen Fabrik von Kameyama. Vorne
das Glas aus der heutigen Fabrik in Mie.
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Riesen-LCDs: Der Geist von Kameyama
Im Frühjahr nächsten Jahres, genau im Mai 2004, soll in Kameyama die erste Fabrik der nächsten LCD-Generation in Betrieb gehen. Verarbeitet werden hier Glas-Substrate ("Motherglass") in einem Format von 1,5 mal 1,8 Metern. Zum Vergleich: Die im letzten Oktober angelaufene Samsung-Fabrik in Cheonan kommt auf Dimensionen von 1,1 mal 1,25 Meter, zweitgrößtes Format weist die LG.Philips-Fabrik in Kumi mit 1,0 mal 1,1 Metern auf. Wichtig ist die Größe des Glases deswegen, weil die Herstellkosten bei LCD vor allem im Fertigungsprozess liegen (bei Plasma dagegen mehr im Material). Eine große Glasfläche kostete also nur unwesentlich mehr als eine kleine – man kann größere Bildschirme praktisch zum Preis von kleineren fertigen, oder mehr von den kleineren. Die bisherige Fabrik von Sharp in Mie ist mit dem 37-Zöller voll ausgereizt, auch von dem 30 Zoll großen LCD kann immer nur ein Stück produziert werden. Auf das neue Glas passen dagegen acht Exemplare im 30-Zoll-Format.
Doch der "Kameyama-Spirit", der Sharp-intern bereits beschworen wird, bezieht sich nicht nur auf die schiere Größe. Auch im Prozess selbst hat man zahlreiche Verbesserungen integriert: So dauert zum Beispiel das Befüllen mit der nur wenige Mikrometer dicken Flüssigkristallschicht nicht mehr ein bis eineinhalb Tage wie bisher, sondern nur noch acht Stunden. Auch damit wächst die Produktivität enorm, die Kosten pro Stück sinken entsprechend. Außerdem werden weitere Prozessschritte von Aufzucht- auf Druck-Technik umgestellt, wodurch einige Reinräume überflüssig werden. Starten soll die Fabrik in Kameyama mit 15.000 Substraten monatlich, was bis 2005 nochmals verdoppelt werden soll.
Marktforscher erwarten angesichts dieser Stückzahlen, dass 30-Zoll-LCD-Fernseher ab 2006 nur noch rund 1.000 Dollar beziehungsweise Euro kosten sollen – heute kostet er bei Sharp rund 5.500 Euro.
Natürlich schläft auch die Konkurrenz nicht: Neben den zwei bereits arbeitenden Fabriken der fünften LCD-Generation sind nicht weniger als zehn weitere in Planung oder im Bau – sechs in Taiwan, zwei in China, zwei zusätzlich in Korea (neben LG.Philips will nun auch Samsung eine zweite Fabrik dieser Art bauen). Das ist, grob geschätzt, mehr als das Doppelte der Kapazitäten, die bereits in Betrieb sind, und auch die werden ja deswegen nicht abgeschaltet.
Doch Sharp hat, konsequenter als die anderen Hersteller, seine Technik auf TV-Anwendung hin entwickelt, von den Reaktionszeiten bis hin zu verbessertem Farbumfang. Denn mit Notebooks und PC-Monitoren wird man diese gewaltigen Kapazitäten nicht auslasten können; viel Glasfläche brauchen vor allem die Fernseher. Und die Größenvorteile sollten die höheren Kosten am Standort Japan mehr als wettmachen.
Sharp-Panel mit 37 Zoll: Mehr geht nicht auf der
heutigen Produktionsanlage in Mie.
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Mini-LCDs: besser und billiger mit CGS
Die Riesen-Bildschirme sind eigentlich immer noch erste Generation der LCD-Technik, zumindest im Bereich der Thin Film Transistoren (TFT), wie Aktivmatrix-LCDs heute gebaut werden. Verwendet wird für diese Transistoren amorphes Silizium (a-Si), das aufgrund seiner inhomogenen Beschaffenheit die Elektronen nur langsam vorwärts kommen lässt. Wesentlich flotter geht es in den Displays mit poli-kristallinem Silizium (Poli-Si), die sowohl bei kleinformatigen Schirmen als auch bei Projektion verwendet werden. Je höher die Beweglichkeit der Elektronen, umso kleiner können die Stege zwischen den LC-Zellen werden, umso größer sind Lichtdurchsatz oder Auflösung und umso geringer der Stromverbrauch. Bei Poli-Si hat sich Sharp abhängen lassen, Sony und vor allem Epson dominieren die HTPS-Produktion, bei LTPS kommen noch Samsung, Toshiba-Matsushita LCD und diverse andere Hersteller dazu.
Sharp wollte schon seit einigen Jahren eine eigene, noch bessere Technologie dagegen setzen: CGS, Continuous Grain Silicon. Hier liegt die Mobilität der Elektronen im Silizium nochmals um den Faktor drei bis vier höher gegenüber Poli-Si. Das gibt jede Menge Möglichkeiten: Man kann nochmals höher auflösende Minischirme bauen, man kann die Schaltgeschwindigkeit erhöhen, man kann sogar Teile der Signalverarbeitung auf der Glas integrieren. An die Eigenschaften eine Monokristalls, wie er für die Chipfertigung in 20- oder 30-cm-Wafern verwendet wird, kommt das auf dem Glas aufwachsende Silizium nicht ganz heran. Aber man hofft doch, in eine Größenordnung zu kommen, die etwa einer 100-MHz-CPU entspricht; damit lassen sich dann schon diverse Schaltungen integrieren, etwa die Videoverarbeitung oder der LCD-Driver. Für den Kunden ist das uninteressant, aber es spart dem Hersteller eine Menge Geld für zusätzliche Bausteine.
Schon seit fünf Jahren redet man bei Sharp nun schon von CGS, seit Ende 2002 läuft endlich die Produktion in der Fabrik von Tenri; sie geht dieses Frühjahr auf volle Kapazität, ist aber bereits ausverkauft. Sharp braucht die hochauflösenden Kleinschirme für eigene Organizer und Digitalkameras, daneben wird ein weiterer Kunde beliefert. Um den zusätzlichen Bedarf, vor allem für Handies mit Kamerafunktion, abdecken zu können, wird nun eine zweite CGS-Fertigung unweit der LCD-Fabrik in Mie hochgezogen. Die Glasgröße entspricht mit 720 mal 930 Millimetern der aktuellen LCD-Anlage in Mie, die Panels bis zu 37 Zoll herstellen kann. So große CGS-Schirme sind aber nicht geplant.
Und die Konkurrenz: Sony hat unlängst ein selbst entwickeltes System-on-glass vorgestellt, also ein LCD mit integrierten Schaltungen. Es baut auf HTPS-Basis auf, erreicht aber noch nicht ganz die Leistungsfähigkeit von CGS. Bessere Minischirme zeigte auch Samsung auf der Electronica mit seinen Ultra-Fine-Bright-Displays, die wie CGS vor allem für Handies und Organizer gedacht sind; hier kommt passive LCD-Technik, also ohne Transistoren, zum Einsatz, was die Panels günstig in der Produktion, aber träge in der Reaktion macht.
Der Rest der Branche, aber ebenso Sony, Samsung und Sharp, sehen die Zukunft vor allem in den Kleinbildschirmen nach OLED-Verfahren, also Leuchtdioden mit organischen Materialien (siehe auch mein Sony-Spezial). Da aber auch diese Technik nicht ohne Schalt-Matrix auskommt, könnte Sharp CGS genauso gut dafür nutzen. Das notwendige Know-how hat zumindest Forschungspartner Pioneer (siehe Meldung vom 4. 8. 2000), einer der ersten OLED-Hersteller weltweit.
CGS-Panel fürs Auto: Sieben Zoll (18 cm) mit
Auflösung von 1.280 mal 720. Andere Panels haben
nur zwei Zoll und Viertel-VGA.
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CGS-Projektion: Raffinierte Farbführung
Angesichts des atemberaubenden Wachstums der flachen Fernseher will Sharp nicht mehr in Rückprojektoren investieren – eine "sterbende Gattung" nennt man das. Aber in Frontprojektion. Der CGS-Rückprojektor, der in winzigen Stückzahlen vor drei Jahren angeboten wurde, ist nicht mehr aktuell (siehe Meldung vom 30. 12. 1999).
Bei Frontprojektion, wo Sharp lieber DLPs bei Texas Instruments kauft als LCD-Panels bei Epson, will man mit CGS ganz neue Wege gehen. Aufgrund der wesentlich schnelleren Schaltzeiten eines CGS-Panels, verglichen mit anderen LCDs, ist sequentielle Farbdarstellung möglich. Weniger als fünf Milliselunden reichen, um selbst ein NTSC-Bild in drei Farbauszügen nacheinander zu projizieren. Für den CGS-Projektor ist ein Panel von 1,2 Zoll Diaginale mit 1.284 mal 720 Pixel geplant, das eine Öffnung von 58 Prozent der Fläche aufweist – in diesem Punkt sind die Poli-Si-Panels sogar etwas besser. Eine Filterung mit Farbrad wie bei DLP verbietet sich schon wegen des Lichtverlusts von zwei Dritteln, angesichts des eher bescheidenen Öffungsgrades.
Also dachten sich die Entwickler um Hiromi Katoh einen Trick aus, der aus der Kombination zweier bekannter Elemente besteht. Zum einen werden die Farben durch Miniprismen vor dem Panel separiert, so dass jeweils nebeneinander liegende Pixel für Rot, Grün und Blau zuständig sind. Dieses Prinzip wurde bereits beim JVC-Rückprojektor mit D-ILA-Technik eingesetzt (siehe D-ILA-Spezial), verlangt aber normalerweise die dreifache Pixelzahl. Daher kommt zusätzlich eine Ablenkungstechnik zum Einsatz, die von Olympus entwickelt worden war, das Optical Image Shift Device. Es besteht aus zwei Flüssigkristall- und zwei Quartzkristallschichten. Bei Anlegen einer Spannung an eine Schicht verschiebt sich der Lichtaustritt seitlich um ein Pixel, bei zwei Schichten um zwei Pixel. Damit lässt sich zum Beispiel das Blau, das vom Miniprisma dem dritteln Subpixel zugeordnet wurde, wieder auf das erste Pixel legen. So können alle Pixel mit jeder Farbe versorgt werden, wenn auch nacheinander. Da der Farbwechsel aber nur pixelweise erfolgt, gibt es keinen Regenbogeneffekt wie bei DLP.
Insgesamt soll die CGS-Projektion recht kostengünstig zu realisieren sein: Die Panels sind dank großer Substrate nicht sehr teuer, außerdem braucht man nur eines; hohe Lichtausbeute durch Farbseparation statt Filterung hält ebenfalls die Kosten niedrig. Als Prototyp haben Katoh und Co einen Rückprojektor gebaut, der 50 Zoll groß ist und einen Kontrast von 360:1 liefert. Die Entscheidung über eine Serienproduktion scheint noch nicht gefallen, dürfte aber zugunsten eines Frontprojektors ausfallen – als preiswerte Alternative zu dem teuren DLP-Moddellen von Sharp.
Gegenber konkurrierenden Technologien wie DLP mit SCR-Farbrad (siehe 24. 6. 2001) oder LCoS mit rotierenden Prismen (siehe 8. 2. 2001) hat die CGS-Projektion den Vorteil des geringeren mechanischen Aufwands. Es wird nur geschaltet, nichts bewegt. Sharp könnte also mit CGS das liefern, was LCoS schon seit Jahren verspricht: hochauflösende, preiswerte Projektoren.
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Das Projektions-Prinzip: Jeder Pixel auf dem Panel ist für eine Farbe vorgesehen; das Shift Device verschiebt die Farben um bis zu zwei Pixel. Oben das 1,2-Zoll-Panel.
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Und ein Fazit
Geht die Entwicklung so weiter wie in den letzten zwei Jahren, kann Sharp bald Marktführer bei Fernsehern werden. Schon jetzt ist in Japan der Umsatz mit flachen Fernsehern, also LCD und Plasma, genauso hoch wie mit Röhrengeräten. Doch freilich wird Sharp den Marktanteil nicht auf heutiger Höhe halten können, wenn Schwergewichte wie Sony, Panasonic und andere verstärkt angreifen. Aber dass die Firma einen beträchtlichen Sprung nach vorne macht, das ist schon jetzt klar.
Immerhin ist Sharp die einzige japanische Firma, die Fernseher und LCD-Panels gleichermaßen in bedeutender Stückzahl herstellt. Die anderen waren entweder zu sehr mit der eigenen Krise, mit dem Internet-Hype oder mit anderen Technologien beschäftigt, so dass sie diesen Zug verpasst haben. Japan, einstmals beherrschend bei Flüssigkristallschirmen, ist auf den dritten Rang hinter Korea und Taiwan abgerutscht.
Nennen Sie es Glück oder Beharrlichkeit; ich würde sagen, die Konzentration auf das, was man am besten kann, zeichnet eine erfolgreiche Firma aus.
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