AUO Proprietary & Confidential 中興大學影像顯示科技學程 液晶顯示器發展 Sep. 21 2007 AUO Proprietary & Confidential

講師簡介 姓名：張業成 學歷：大同工學院化工所 經歷：’00年 加入聯友光電L1廠(G1)擔任黃光製程工程師 ’01年 達碁科技與聯友光電合併成為友達光電，合併後轉至 製程技術處擔任研發工程師 ’03年 參與L6A(G6)建廠，並擔任Array整合測試副理 ’06年 參與L7B(G7.5)建廠，並擔任Array整合測試副理 ’07年 轉調至製造技術處擔任LCD製造技術部副理

Outline Application of Flat Panel Display TFT-LCD Introduction Evolution of TFT-LCD Industry Challenge of New Generation Factory TFT LCD Performance improve New Tech. for TFT LCD Process AUO Profile

Application of Flat Panel Display AUO Proprietary & Confidential

Can You See the Future Can You See the Future

Displaying the Future is What We Do Public Hospital Fashion Newspaper Classroom

Product Trend : LCD TV CRT replacement Digital TV & HDTV

Product Trend : LCD Monitor Larger & Wide Personal Entertainment

Product Trend : Notebook PC Wide Wireless & Mobility Multi-Media & Personal Entertainment

Product Trend : General Display CRT Replacement ATM, POS, Gaming, Instruments New Applications Digital Signage / Public Information Digital Home

Product Trend : Mobile Phone & Audio Visual Devices Video Contents : Wi-Fi, 3G, DTV… New Applications : PMP…

TFT-LCD 的成長 : 液晶電視 電視科技的演進… Source: DisplaySearch 2005~2010年, 全球LCD TV面板產值之複合成長率(CAGR)預估為30%, 達到940億美金.

TFT-LCD 的成長 : 行動裝置應用 行動裝置顯示技術，將由TFT-LCD技術獨占鰲頭 Source: DisplaySearch

AUO Proprietary & Confidential TFT-LCD Introduction AUO Proprietary & Confidential

我們為什麼要用TFT LCD 優點 缺點 輕薄短小(體積薄，重量輕) 可實現大面積化 低耗電量 無輻射危險 平面直角顯示 影像穩定不閃爍 彩色化容易 缺點 視角限制 外加被光源或投射光源 溫度操作範圍限制(-10~80) 反應速度

TFT LCD基本結構 我們一般在市面上看到的TFT LCD，若拆開看其橫截面結構，如下圖： Color filter 基版 Array(TFT) 基版

LCD Cross Section     我們若不看背光板模組，而仔細觀察LCD面板和TFT面板組裝後的橫截面 CF TFT

Color Filter Structure R,G,B為一個pixel 單一顏色為一個sub-pixel dpi = Pixel/inch

TFT Pixel Active Array Matrix 控制流到ITO Pixel區域的電荷量就可以決定了電場大小了 Pixel 液晶會受到上下兩塊板子之間的電場大小所控制而變動不同的垂直角度，電場愈大液晶改變的角度也愈大 TFT Array Array Matrix Gate line Signal line TFT device Pixel Gate IC Source IC Active (Switch) (Scan line) (Data line)

液晶顯像原理(TN mode normally white) 為何我們需要控制數百萬個pixel區內液晶的角度呢？ 因為我們要利用液晶的旋光性來控制光線通過TFT LCD面板的強弱。 - Polarizer Liquid Crystal TFT面板 LCD面板 Light ITO電極 下偏光片 上偏光片 1.當液晶站立起來時（和面板方向呈現90度）時，光線是不受液晶導引的。 2.液晶站立的角度越垂直，越多的光不會被液晶導引，不同角度的液晶，其站立角度會導引不同數量的光線。以上面的例子來看，液晶站立角度越大，則可以穿透的光線越弱。（上、下偏光片排列的方向會決定穿透光的強弱，因此建議：只要了解液晶站立的角度會導光的強弱即可）不受導引的光線會被上偏光片所吸收掉。 (Field off) (Field on)

Array Process Flow

Cell Process Flow CF Glass Array Glass

Module Process Flow

Evolution of TFT-LCD Industry AUO Proprietary & Confidential

TFT-LCD 世代演進 ’02 液晶電視 ’98 桌上型顯示器 42”x8 46”x6 32”x8 37”x6 ’91 筆記型電腦 ’06 ’05 ’04 ’02 ’00 ’99 ’98 ’97 ’96 ’95 ’94 ’91 G8 G7.5 中國量產 G7 ’02 G6 液晶電視 G5 G4 ’98 42”x8 桌上型顯示器 台灣量產 46”x6 32”x8 37”x6 G3.5 G3 ’91 筆記型電腦 韓國量產 G2 G1 日本量產

玻璃基板隨新世代放大 玻璃基板尺寸平均每年放大3倍 玻璃基板隨新世代放大 玻璃基板尺寸平均每年放大3倍 G8 2m x 2m 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 May-90 Jan-93 Oct-95 Jul-98 Apr-01 Jan-04 Oct-06 G8 2160x2460 G7.5 G7.5 1950x2250 G6 G7 1870x2200 K mm2 G6 1500x1850 G5 G5 1100x1300 1m x 1m G4 680x880 G4 G3.5 600x720 G3 G3 550x670 G2 370x470 G2 G1 300x400 各世代玻璃尺寸對應圖 TFT LCD 世代演進

玻璃基板尺寸 vs. 面板尺寸 42”W x 8 G7.5 G6 G5 G4 G3.5 32”W x 8 22”W x 8

Panel Size vs. Mother Glass Size 因光罩大小的限制，如Panel尺寸大於光罩可使用尺寸，則必須採光罩接合方式以(M)表示，如 Panel尺寸小於光罩可使用尺寸以(S)表示。

Product vs. Generation Notebook Monitor LCD TV Mobile Phone / Audio Visual Devices Notebook Monitor LCD TV G2 G3 G3.5 G4 G4.5 G5 G5.5 G6 G7 G7.5

G6 & G7.5 Mother Glass 六代線(1500mmx1850mm) 32吋產品(八片切割) 42吋產品(八片切割)

Challenge of New Generation Factory AUO Proprietary & Confidential

建廠用地 中科友達 60公頃 友達 中科友達 因應玻璃基版尺寸愈來愈大，機台尺寸也 相對的必須放大，為建構一有效率的生產 工廠(約90~120K sheets/M)，工廠尺寸也 相對放大許多，以中科友達六代廠為例， 廠房約為6座足球場大小，所使用鋼材約為 10萬噸(LCD Fab.)，約為台北101的1.25倍 (8萬噸)。 中科友達

Next generation Fab steel usage Glass Size( m2 ) 14 7 12 6 10 5 8 4 6 3 4 2 2 1 萬噸 G10+ 101 G5 G6 G7.5 Base on 120K /month

Clean Room (C/R) Size v.s. Glass Size 雖然玻璃基板持續放大，但在設備製造商及建廠工程師的努力下，整個工廠的面積並未隨著玻璃面積等比放大。

FA(Factory Automatic) System Stock Cassette AGV(Auto. Guide Vehicle) FA System如同人體的血管般，在廣大 的TFT-LCD工廠裡，如何有效率的載運 重約六百公斤的Cassette(G7.5)到各製 程設備，在廠房建設之初，謹慎的規劃及 計算是相重要的。 天車

製程設備 化學氣相沉積 CVD 真空濺鍍機 Sputter 濕式蝕刻機 Wet Etch 雖然因應玻璃基版尺寸放大，機台尺寸也跟著放大，但客戶對於panel的performance可是一點也沒有放寬。所以如何在機台放大後去克服各種物理及化學上的問題，而達到與舊式代機台相同的穩定度，均勻度或是良率，是新世代製程設備工程師的重大考驗。

設備運輸 除考量如何將機台用海空運運至台灣外，使用路運從港口或機場運至工廠也是一大挑戰，各種高度寬度障礙的限制也必須調查清楚。 4.7 m 中棲路弘光大學前天橋 除考量如何將機台用海空運運至台灣外，使用路運從港口或機場運至工廠也是一大挑戰，各種高度寬度障礙的限制也必須調查清楚。

TFT LCD Performance improve AUO Proprietary & Confidential

液晶螢幕規格(友達42“ FHD)

New Tech. for TFT LCD Process AUO Proprietary & Confidential

LTPS(Low Temperature Poly Silicon)

OLED(Organic Light Emitting Display) 1.自發光 2.組成結構超薄 3.高亮度 4.高對比 5.高發光效率 6.反應速度快 7.超廣視角 8.低功率消耗 9.使用溫度範圍大 10.可撓曲面板

Color Filter Ink Jet Process 一般Color filter製程均是採黃光製程(Coater->Exposure->Develop)，且Red,Green,Blue各需一次黃光製程才能完成，如採Ink Jet製程可如同彩色印表機般在一次process就將製程完成，可大幅縮短製程的時間，廠房的空間及機台的數目。 Normal Photo Process BM Over Coat R G B PS Cell ITO MVA Ink Jet Process Ink Jet (RGB) Over Coat BM (Photo or Ink Jet) PS Cell ITO MVA

Cu Process Provide by CPT Web.

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友達概況 公司歷史: 財務狀況: 營運狀況: 成立時間 1996年8月12日 台灣上市 (TAIEX: 2409) 2000年9月8日 NYSE 上市 (NYSE: AUO) 2002年5月23日 市值 新台幣3,804億元 (2007年8月28日) 資本額 新台幣 760 億元 營業額 新台幣 1,681億元 2004年 新台幣 2,174億元 2005年 新台幣 2,931億元 2006年 員工人數 42,000 (2007年8月) 研發技術 TFT-LCD, LTPS 主要產品 TFT-LCD (1.5” ~ 65”) LTPS (1.5” ~ 6.5”)

企業願景﹑使命與核心價值 願景 創新光電技術 美化資訊生活 使命 成為世界頂尖的顯示器企業 核心價值 誠信 熱情務本 追求卓越 關懷社會

營業額與出貨量成長 2001~2006 CAGR:

季營業額與出貨量 (2006 Q2 – 2007 Q2)

全球營運據點 總部 海外分公司 製造據點 客戶服務據點 台中 龍潭 新竹 林口 聖地牙哥 首爾 新加坡 阿姆斯特丹 台灣 東京 休士頓 總部 海外分公司 製造據點 客戶服務據點 台中 龍潭 新竹 林口 聖地牙哥 首爾 新加坡 阿姆斯特丹 台灣 東京 休士頓 奧斯丁 Cupertino 深圳 蘇州 廈門 松江 大阪 布諾 檳城 曼谷

大事記 2007 2006 2005 2003 2002 2001 1999 1996 廈門模組廠量產 台灣第一座七．五代廠 併購廣輝電子 營業額近新台幣3000億元 2005 台灣第一座六代廠 營業額超過新台幣2000億元 2003 台灣第一座五代廠 營業額超過新台幣1000億元 2002 紐約證交所上市 蘇州模組廠量產 2001 台灣第一座四代廠 與聯友光電合併更名為友達光電 成為全球第三大TFT-LCD製造商 營業額達新台幣380億元 1999 台灣第一座3.5代廠 1996 達碁科技成立

LCD世代廠配置 G7.5 G6 G5 G4 G3.5 L7A L6B L6A L5A L5C L5D L5B L4A L3B L3C 60K G5 L5A L5C L5D L5B G4 L4A G3.5 L3B L3C L3A L3D

模組廠設置 大尺寸 中小尺寸 台灣 蘇州 松江 廈門 台灣 蘇州 廈門 S01, 02 S03 S11 M11 M01 M02 S06

友達各產品別營收比重

國際地位– 大尺寸面板 2007年第二季市佔率與全球排名 國際地位– 大尺寸面板 2007年第二季市佔率與全球排名 全球第二名 大尺寸TFT-LCD 大尺寸TFT-LCD 資料來源: DisplaySearch 2007年第二季出貨量報告

國際地位– 大尺寸面板 2007年八月市佔率與全球排名 –from display search 出貨片數 出貨金額

國際地位– 中小尺寸面板 2007年第一季市佔率與全球排名 國際地位– 中小尺寸面板 2007年第一季市佔率與全球排名 中小尺寸面板 中小尺寸面板 全球第三名 一般視訊應用面板 資料來源: TSR, 2007年第一季出貨量報告 (a-Si + LTPS)

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色飽和度(Color Saturation) 色飽和度是指螢幕顯示顏色的能力，通常以CIE1931表來表示，一般公認的色度規格為CIE表中NTSC(National Television System Committee)的百分比來表示，一般CRT電視 NTSC約為72%，目前TV用TFT-LCD均可達此規格，但如果要達更佳的色飽和度，有幾種方式提昇： 1.LED back light 2.彩色光阻材料提昇

亮度(Brightness) 亮度佳 亮度差 亮度通常取決於人眼所在的距離及環境以及使用上的需求，太亮或太暗都不好，一般而言TV亮度約需大於500cd/m2，Monitor約大於250cd/m2，NB約大於150cd/m2。通常提昇亮度的方式有下列幾種： 1.增加燈管使用量或使用更高亮度的燈管。 2.使用增亮膜。 3.更有效率的擴散板設計。 4.穿透度更佳的彩色光阻原料。 5.高開口率的製程。 亮度佳 亮度差

高開口率製程 Organic COA(Color filter on Array) 因Pixel內ITO面積決定開口率的大小，高開口率製程就是儘量的加大ITO的面積。通常使用低介電常數的有機物將ITO墊高，以降低雜散電容(Cpd)的影響。常見的有Organic or COA製程。 LC 低介電層 ITO P-SiNx M1 G-SiNx AS M2 Cpd Organic COA(Color filter on Array)

CR < 20 對比(Contrast ratio) 亮度佳 亮度差 對比是指灰階在最亮態與最暗態的比值，通常比值越大畫面也就越銳利，TFT-LCD因背光always亮，所以在暗態時會有一些漏光產生，與其他自發光顯示器(PDP,CRT)在暗態不發光的狀態，在對比上會較差，但這只是指環境光暗態情形，如環境光為亮態，因PDP等產品螢光粉會有反光的現象，TFT-LCD不會，所以在一般收視環境對比反而是TFT-LCD較佳。通常改善的方式為: 1.改善彩色光阻材料。 2.產品設計上使用BM(Black matrix)去阻擋漏光發生的位置。 亮度佳 亮度差

反應速度(Response time) Normal Over Driving 因LCD採Hold type驅動方式，與CRT的pulse type驅動方式不同，使得在動態畫面容易產生拖影，使得在觀看影片及打電玩時會產生畫面不流暢的現象，通常解決的方式有： 1.使用快速反應的液晶材料 2.降低cell gap 3.Over driving技術 4.Back light 插黑畫面技術 Normal Over Driving

視角(View Angle) TN MVA IPS TN TFT-LCD除反應速度外最為人詬病的就是視角的問題，在上下左右觀看超過一定角度後會產生顏色失真及亮度的差異，通常我們對視角的定義是指對比大於10的角度，為此業界發展出許多改善的方式，如TN+廣視角膜、MVA(Multi Vertical Alignment)、IPS(In-Plane Switch)尤其後兩者技術以可達到接近180度全視角的水準，雖然由圖可發現IPS的視角特性較佳，但考量製程良率，開口率，反應速度等因素後業界大廠除LPL外均採用MVA技術。 TN MVA IPS TN Provide by CMO Web.

AMVA Design(Advance MVA) 為解決在大視角的色差問題，AUO發展出新的AMVA結構，主要是利用Array layout的設計將原本4 domain切割為8 domain，使大視角的performance能夠追上甚至超越IPS結構。 使用AMVA產品有下列優勢 1.高解析度 2.高亮度 3.低色偏 4.廣視角 5.高對比 6.高色彩飽和度 7.快速反應時間

低色偏 運用了AMVA技術的的液晶面板，其大視角Gamma曲線與正視極為接近，因此就算在大角度觀賞，依然有非常生動鮮明的色彩表現。 On-Axis Gamma Off-Axis On-Axis Gamma Off-Axis Normal MVA AMVA 運用了AMVA技術的的液晶面板，其大視角Gamma曲線與正視極為接近，因此就算在大角度觀賞，依然有非常生動鮮明的色彩表現。 當液晶面板運用了友達光電獨創的AMVA 技術後， 從正視到大視角的色彩偏移立即被大幅的改善。相較於傳統的MVA 技術，大角度的顏色嚴重失真情形不會再出現。只要面板使用了友達的AMVA技術，不管你從任何角度觀賞，色彩仍舊艷麗如新。

高對比 MVA AMVA CR < 20 CR=800 All viewing angle CR > 10 CR=1200 All viewing angle CR > 30 AMVA技術同時整合色阻材料與畫素設計最佳化，讓面板對比由800：1提升至1200：1，大幅改善畫面品質 液晶顯示器的對比同樣是影響影像品質的重要因素，尤其是在呈現暗態畫面的時候最為明顯。友達光電AMVA技術結合創新的彩色濾光片，整合色阻材料與畫素設計最佳化，將原先800:1的對比大幅提昇至1200 : 1，能降低面板在暗態下的漏光現象，大大的改善暗態畫面下的層次表現。並且能達到上下左右1780的超廣視角，讓顯示畫面色彩更鮮豔、更具立體感。

Original on-axis image Off-axis Demo of AMVA Original on-axis image MVA AMVA S-IPS Serious color washout Slight color washout Similar brightness Clear detail image Slight color washout Lower brightness Unclear detail image

Power reduction 雖然TFT-LCD相較於其他顯示器以具有省電的優勢，但在個人行動電子系統不斷普及的今天，如何能降低行動系統的耗電也是持續改善的課題，就TFT-LCD來看就發展出反射式(reflective)的LCD，又考量在環境明暗態皆能使用且performance均能維持的要求下，又發展出半穿反式(transflective)LCD。