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Kyungwon Univ.
디스플레이디스플레이 제조장비제조장비 및및 시장동향시장동향
한국정보디스플레이학회 장비연구회
권 상 직
경원대학교 전자 · 전기정보공학부 교수
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Kyungwon Univ.1
LCD
Non Emissive Display
Light Valve
PDP
Electronic Information Displays
CRT Flat Panel Display Projection
Emissive Display
Cathode RayTube
VFD ELD LEDFED OLED ECD DMD
DC Type AC Type Hybrid Type
DISPLAY 소개Display Class
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Kyungwon Univ.2
LCD•PDP 시장전략
» SRI 조사
3” 5” 10” 20” 30” 40” 50” 100”
Cellular phone CNS Note PC Monitor TV Projection
STN-LCDM/S 94%2,234
TFT-LCDM/S 68%1,174
TFT-LCDM/S 98%7,168
TFT-LCDM/S 99%12,112
PDPM/S 97%4,218
TFT-LCDM/S 84%1,382
Application
Rev
enue
(M$)
LCD 공략방향PDP 공략방향
Diagonal Size
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Kyungwon Univ.3
디스플레이 세계시장전망
0.0
200.0
400.0
600.0
800.0
1,000.0
1,200.0
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
평판디스플레이
CRT
((Unit: Unit: 억억$)$)
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
CRT 195.8 175.8 155.2 140.2 129.1 121.4 114.6 97.3
FPD 413.5 584.8 645.1 727.0 809.3 876.6 927.9 956.5
계 609.3 760.5 800.3 867.2 938.4 998.0 1,042.5 1,053.7
∗ Source: 디스플레이 뱅크 ‘05
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Kyungwon Univ.4
FPD 용도별 시장전망
((Unit: Unit: 억억$)$)
0.0
200.0
400.0
600.0
800.0
1,000.0
1,200.0
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
기타DSC핸드폰용산업용 모니터TV용노트북용모니터용
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 CAGR
모니터용 131.8 191.0 205.6 192.2 192.0 179.4 175.6 163.3 3.1%
노트북용 73.8 97.5 75.7 70.5 72.0 76.5 74.3 70.3 -0.7%
TV용 54.0 102.9 152.0 249.8 315.9 359.6 393.5 419.1 34.0%산업용 모니터 5.7 8.8 9.3 9.2 9.0 9.5 9.8 10.0 8.3%
핸드폰용 108.1 134.0 143.0 140.1 146.7 164.3 178.4 187.4 8.2%
DSC 8.9 12.1 14.4 15.2 16.7 18.6 19.6 20.2 12.4%
기타 31.1 38.4 45.1 49.9 57.1 68.7 76.7 86.2 15.7%
계 413.5 584.8 645.1 726.9 809.3 876.6 927.9 956.5 12.7%
•기타 : 10.4” 이상 사이즈의 어플리케이션(대형 기타)과 VFD,EL등의 소형 어플리케이션을 말함.
∗ Source: 디스플레이 뱅크 ‘05
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Kyungwon Univ.5
TV 세계시장 전망
LCD는 35인치 이하의 중소형, PDP는 42인치 이상의 대형 TV 시장을 선도할것으로 예측됨
03 04 05 06 07 08
174.6
180.8185.1
198.7
207.1211.4
PDPLCDPTV
(Unit : Million set)
Total TV Market
28%72%
5.9 (3%) 50%
46%
14.2
4%
(7%)
56%
38%
18.6
6%
(9%)
58%
31%
22.6
11%
(11%)
56%
26%
27.8
18%
(13%)
62%
9.4 (5%)
37%1%
∗ Source: LG Analysis based on Each Research Data (“04, 1Q~ 2Q)
7/29
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Kyungwon Univ.6
TFT-LCD TFT-LCD Panel 구조
컬러 TFT-LCD panel 구조 (직시형, 투과형)
편광판
LCD Panel
TFT
PCB
회로 부품 TCP
LDI
Backlight UnitChassis
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Kyungwon Univ.7
Cell 구조 및 기본원리
SpacerPassivation
Black Matrix Color FilterCommon Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
C/F Substrate
LiquidCrystal
Insulator Stg. Cap.
a-Si:H
Glass
TFT Substrate
V=0 V=±Voff
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Kyungwon Univ.8
Cell 제조공정 순서
TFTInput
ModuleFab.
C/FInput
Cleaning PI printing RubbingSeal print
Align and solidification
CuttingLC injectionInspection Seal
++
Spacer coating
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Kyungwon Univ.9
TFT-Array 제조공정기술
Process Flow for TFT-Array
SUBSTRATE
Al
DCAlAlAl
Al
Ar+
Al
Ar+
TARGET
SPUTTER
R F
H
Si SiNSi N
HSiH
H
HN
N
H H
HHH
PECVD(Wet Etch)
(Dry Etch)
FOSi
SiF4
Si
PLASMA
Gas RF
(Cleaning)(Depo’n) (PR Coating) (Exposure) (Develop) (PR Strip) (Insp.)(Etch)
(Deposition & Patterning Process in Detail)
Patterning Patterning Patterning Patterning Patterning
대체 공정 개발
Gate Elec. Active (Insulator & a-Si) Data Elec. Pass. & Via Pixel Elec.Glass Sub.
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Kyungwon Univ.10
박막공정기술
Sputtering
Heater기판
Sputtering Target
기판
RF-Power
13.56MHz
Vacuum Chamber
Ar+Plasma
Ar+Plasma
Cr, Al, Ta, W, MoITO (Reactive Sputtering)
+Ar Ion
+
-Sputtered
Atoms
SecondaryElectrons
ReflectedIon
Surface
ImplantedIon Target Material
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Kyungwon Univ.11
PECVD
•RF power•기판온도, Chamber 압력•반응 gas 유량과혼합비•전극과기판간의거리
공정 Parameters
a-Si : SiH4 + H2n+ a-Si : SiH4 + H2 + PH3SiNx : SiH4 + NH3 + H2SiOx : SiH4 + N2O
(SiH4, N2O, H2, Ar)Gas In
Gas OutTFT-Array기판
Plasma
Ar+e-
SiH* SiH2* H+NO* SiOx
RF-Power13.56MHz
반응 Gas
(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)
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Kyungwon Univ.12
Photolithography 공정기술Photolithography (사진공정)
노광
현상
도포
PR
박막Glass 기판
PR
박막Glass 기판
PR
박막Glass 기판
u.v.
Align & Exposure
Develop
Hard-Bake
Inspection
Soft-Bake
Spin Coating
Pre-Bake
MASK
Cr Pattern
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Kyungwon Univ.13
Color Filter 제조기술
Color Filter 구조
Glass 기판
① BM(Black Matrix)
② Red
③ Green④ Blue
⑤평탄화막(Over Coat)
⑥공통전극(ITO)
단위화소(Dot)
R G B
Sub-Pixel
TFT-Array 기판
Color-Filter 기판
R G B R G
R G B R G
R G B R G
~0.1mm
~0.3mm
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Kyungwon Univ.14
CF Glass 기판
BMCr: 1500Å
CrOx: 500Å
Destructive interference
BM
MASK (Stripe Pattern)u.v.
Negative Color PR(Red)노광
Red 현상 & Bake
노광
Green
u.v.
현상 & Bake
MASK (Stripe Pattern)
Negative Color PR(Green)
Red
노광
Blue
u.v.
현상 & Bake
MASK (Stripe Pattern)
Negative Color PR(Blue)
GreenRed
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Kyungwon Univ.15
LC Assembly 공정기술
Printing에 의한 LC Alignment Layer 형성공정
배향막(T
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Kyungwon Univ.16
Rubbing에 의한 LC Alignment 형성
배향막
기판
Roller 회전방향
이동
Rubbing 방향(CF 기판)
Rubbing 방향(TFT-Array 기판)
6 O’clock 최적시야각
N: Rubbing 횟수l : Rubbing Depth(mm)R: Roller r.p.m.r: Roller 반경(mm)V: Rable 이동속도(mm/sec)
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Kyungwon Univ.17
Spacer 형성기술
습식법 건식법
Color Filter 기판 Color Filter 기판
Spacer
Solvent
N2 Gas
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Kyungwon Univ.
Seal Print 형성기술
Screen Print 법 Dispense 법
TFT-Array 기판
액정주입구
배향막
Screen Mask
TFT-Array 기판
Seal
Sealant
Sealant Dispenser
TFT-Array 기판
배향막Seal
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Kyungwon Univ.19
Align and Hot Press
▶상하판 Align ▶열압착 : Sealant Curing ▶ Cell Gap Control: Spacer
TFT-Array기판
C/F 기판
Spacer
Hot Press(~180℃)
Seal
Short
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Kyungwon Univ.20
LC Injection
진공Pump
V
V
LCD 패널
진공 Chamber
액정
V
주입구
Seal
VacuumPump
V
V
N2
LCD Cell
진공 Chamber
액정
N2
-
Kyungwon Univ.21
New LC assembly techniquesVacuum
CF plate
TFT plate
LC drops
Printed seal
Patterned spacers
Photolithographic spacers - improved cell gap control
Drop filling - much faster, better utilization of LC
Plate-to-plate alignment and assembly in vacuum
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Kyungwon Univ.22
PDPPDP 구조 및 기본원리
Structure
AC Operation
(Front Glass Substrate)
Sustain Electrode
Dielectric LayerProtection Layer(MgO)
Bus Electrode
(Back Glass Substrate)
Barrier Rib
Dielectric Layer
Under Layer
Phosphor(R,G,B) Address Electrode
Plasma
UVPhosphor(R,G,B)
Front Glass Substrate[*]
Visible Light Address Electrode
Back Glass Substrate
Sustain Electrode
Dielectric Layer
Protection Layer(MgO)
Dielectric Layer
Visible Light
Bus Electrode
Under Layer
Barrier rib
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Kyungwon Univ.23
Panel 제조공정 순서
General PDP Process
Attach/Exh.
Attach
Sealing
Aging
Aging
Exh./Gas
1st.
Glass
ID Mark
Cleaning
ITO
Expose
Develop
Etching
Strip
Bus Elect. Inspection
DFR
Dry
Expose
Print
Dry
Expose
Print
Develop
Fire
O/S
P.
Review
Repair
Insulator
Dry
Print
Fire
DFR
Fire
MgO Layer
Glass
ID Mark
Cleaning
Address Elect.
Expose
Develop
Inspection
O/S
P.
Repair
Barrier Rib
Lami
Inspection
Dry
Print
Fire
Rib
Review
RepairExpose
Develop
Dry Clean
Etch
ProtectiveLayer
Cutting
Phosphor
Dry (R)
Print (R)
Fire
Dry (G)
Print (G)
Dry (B)
Print (B)
P. 검사
Seal
Seal Disp.
Dry
Pre-baking
Front Plate
Rear Plate
Exhaust/Seal
MgO
Cutting
Laser
Laser
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Kyungwon Univ.24
투명전극 형성공정
-
Kyungwon Univ.25
보조전극 형성공정
-
Kyungwon Univ.26
유전체-MgO 형성공정
유전체 MgO
E-Beam
Sputtering
Ion-Plating
-
Kyungwon Univ.27
Barrier-Rib 형성공정
Screen PrintingScreen Printing
Screen Printing
Glass Paste
Repetition(10-15회)
Sandblasting Method
Sandblasting Method
Glass Paste
Resist
Sandblast
Strip
EtchMethodEtch
Method
Etching Glass Paste
etching
Strippingof Resist
Photolithography Method
Photolithography Method
Photosensitive Glass Paste
Exposure
Develop
Firing
Resist
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Kyungwon Univ.28
형광체 형성공정
사용재료막형성방법
주재료 부재료
Pattern인쇄법
R, G, B 형광체 Paste -
감광성
Paste법R, G, B 감광성 Ag Paste 현상액
DryFilm법
R, G, B 형광체 Green
Sheet현상액
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Kyungwon Univ.29
Seal/Exhaust/Gas Fill 공정
Process Flow 일체형 설비 개략도
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Kyungwon Univ.30
Aging 및 Assembly 공정
Panel Aging
+ + ++ + +
-- -
- -
-
Address(X)
Sustain(Z) Scan(Y)
COF 압착 Panel PCB + 방열판 Module Aging 검사
Assembly
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Kyungwon Univ.31
FPD Process Innovation TrendFPD Process Innovation Trend
Mask-less Process for Large Screen Size
High Resolution Process for Full HD
Multi-cell process for Mass Production
Lead Time Reduction for Cost Reduction
-
Kyungwon Univ.32
액정 배향막 형성방법
Laser를 이용한 AM의 Poly화
rubbing roll
glass
Polyimide
KaufmanIon gun
Gas inlet
shutter substrate
Pumping out
Conventional Rubbing Method
IB&DLC Alignment Method
Substrate
Silicon
Laser Beam
• 러빙법의 문제점해결(먼지, 정전기등)• 대형 glass에 적용가능, 생산비용 절감• 멀티도메인 가능
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Kyungwon Univ.33
상압플라즈마 장비응용
CleaningAshing Etching
N2
N2
C C H C C C
C CC
O
C CC
O
C C C
O
C
OC O
C H
O
H
O
C
C
Substrate
C
C
Increasing of C-O Bond
Gas Flow(N2+Air)
Ceramic Electrode
O2
N2
H.V Electrode
++ - - N2N2
O+O-O2
O2O2 O2
N
N
N
NN
O
Cooling Jacket
Effective Cleaning by HighDensity & Various Radicals
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Kyungwon Univ.34
ITO Direct Patterning using Laser Beam
Electrode Patterning using Nano Silver Ink-jetting
GlassITOPR PR
ITOGlass Glass GlassGlass
ITOPR
ITO ITOPR
PR Coating Exposure Develop Etching Strip
Photo Lithography
• Full HD • Mask-less
ITO LaserPatterning
• Mask-less• Lead Time ↓
Nozzle
Ink Drop
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Kyungwon Univ.35
Phosphor Dispensing using Fine Nozzle
Vacuum Sealing Process
• for Large Size• Lead Time ↓
TMPTMP
GAS
Tip-Off UnitPDPPanel
HoleMounting a glasstube after sealing
Sealingin the air
Front GlassRear Glass
배기Gas주입Tip-off
Alignment
MgO성막
Firing
MgO-실장 일체형
• Lead Time ↓• High Performance
R Dispensing G Dispensing B Dispensing
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Kyungwon Univ.36
FPD FPD 장비장비 시장시장 현황현황디스플레이 산업규모반도체·LCD의 세계전체 시장은 2,680억불 규모
한국은 14.1% 비중 점유
’04년 국내 총 수출중 반도체·LCD는 15.6% 비중
반도체 265억불
10.4%
LCD 132억불
5.2%
총 수출2,538억불
반도체반도체
LCDLCD
2,200억불
480억불
217억불
160억불
9.8%
42%
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Kyungwon Univ.37
세계 시장동향
반도체·LCD 세계시장은 매년 두자리 수로 빠르게 성장 중
장비는 노광, 박막증착, 식각 장비 중심으로 빠르게 성장
반도체 장비시장은 LCD에 비해 3 ∼ 4배 수준
비메모리 메모리
2003 1,664 1,339 325 3402004 2,129 1,656 473 4922005 2,095 1,653 443 522
LCD반도체 전체
(단위 : 억불)
82.3
334.9
’05
Stepper 24.8%, Dry Etch 14.5%Clean 8.8%110.761.628.620.3LCD 장비
Stepper 18.6%, CVD 17.6%Dry Etch 16.4%353.1221.9195.0245.9반도체장비
비중(’04)’04’03’02’01
(단위 : 억불)
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Kyungwon Univ.38
국가별 디스플레이 장비시장 비중
한국 및 대만이 최대 디스플레이 장비시장으로 부상
일본은 설비투자 위축으로 급격히 감소
(단위 : %)
’01 ’02 ’03 ’04 ’05
한국 15.2 33.5 45.8 46.3 50.4
대만 31.7 33.5 36.1 40.3 37.5
일본 53.0 18.3 18.1 8.5 5.4
기타 - 14.7 0.1 7.2 6.7
※자료 : 삼성전자
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Kyungwon Univ.39
국내 시장동향
디스플레이 장비
’04년 국내 디스플레이 장비시장 규모는 약 50억불 수준• 이중 국내 장비업체가 약 10억불 규모를 공급
국내 시장점유율 : 약 25%
(단위 : 억원, %)
2003 2004 2005
전체국내업체
공급규모전체
국내업체
공급규모전체
국내업체
공급규모
시장규모 33,360 5,004 52,800 13,300 45,720 13,716
국산화율 (%) - 15 - 25 - 30
구분
※자료 : KODEMIA (2004. 12)
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Kyungwon Univ.40
중소기업 기술개발의 현주소
국내 중소기업의 기술개발 수준 (LCD)
• Lens설계/제작, 광원기술 등핵심기술 미확보 상태
• 대규모 투자에 따른 개발비부담이 큼, 공동개발을 통한기술격차 줄여나가고 있음
• 국산화 완료부분으로 외자대비동등수준이며 일부는 우수함
외자 선진사
국내 협력사
Litho
Etch, CVD
Sputter
검사설비
세정/자동화
기술격차
10년
3년
5년
동등
동등
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Kyungwon Univ.41
주요 업체
일본 TEL → 한국 ADP (dry etcher)
미국 AKT → 한국 주성 Eng. (PECVD)
미국 AMAT → 한국 KDNS, 케이씨텍
업체별 ’04 매출 실적국내 업체는 외국 업체에 비하여 1/50의 영세한 수준
AMAT(미) TEL(일)
93,000
54,000
주성Eng. 케이씨텍 KDNS
1,600 1,600 2,000
< 외국 업체 > < 국내 업체 >
(단위 : 억불)
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Kyungwon Univ.42
결결 론론
주요 전공정 장비의 실용화로 디스플레이 경쟁력 강화
Photo, Etching, Deposition etc.LCD, PDP의 생산성 향상, 효율 증대를 위한 신개념 공정장비의 개발 필요
Mask-less, Ink-jet, Direct patterning, etc.장비산업의 성장 잠재력 확충
수요기업의 국산장비 활용 확대
장비산업 발전 인프라 구축
‘산 · 학 · 관’ 간의 장비개발 집적화 센터를 통한 중 · 장기적연구역량 강화
New LC assembly techniques