Kyungwon Univ.

디스플레이디스플레이 제조장비제조장비 및및 시장동향시장동향

한국정보디스플레이학회 장비연구회

권 상 직

경원대학교 전자 · 전기정보공학부 교수

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

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

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

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

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

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

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

Kyungwon Univ.8

Cell 제조공정 순서

TFTInput

ModuleFab.

C/FInput

Cleaning PI printing RubbingSeal print

Align and solidification

CuttingLC injectionInspection Seal

++

Spacer coating

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.

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

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)

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

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

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

Kyungwon Univ.15

LC Assembly 공정기술

Printing에 의한 LC Alignment Layer 형성공정

배향막(T

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)

Kyungwon Univ.17

Spacer 형성기술

습식법 건식법

Color Filter 기판 Color Filter 기판

Spacer

Solvent

N2 Gas

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

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

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

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

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

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

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

Kyungwon Univ.29

Seal/Exhaust/Gas Fill 공정

Process Flow 일체형 설비 개략도

Kyungwon Univ.30

Aging 및 Assembly 공정

Panel Aging

+ + ++ + +

-- -

- -

-

Address(X)

Sustain(Z) Scan(Y)

COF 압착 Panel PCB + 방열판 Module Aging 검사

Assembly

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

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

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

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

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%

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)

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

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)

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

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)

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