第8代TFT-LCD工厂特点分析

第8代TFT-LCD工厂特点分析

作者：李志伟 杨光明

来源：《新材料产业》 2012年第7期

文/李志伟 杨光明

中国电子工程设计院世源科技工程有限公司

我国薄膜晶体管液晶显示器（T F T - L C D）产业是从2004年开始真正发展起来的，经

过近10年的发展，已经有包括上海中航光电子有限公司（简称“上海中航”）（即原上海广电

N E C光电子有限公司）、北京京东方光电科技有限公司（简称“京东方光电”）、昆山龙腾

光电有限公司（简称“龙腾光电”）、深超光电（深圳）有限公司（简称“深超光电”）4条5

代线量产，上海天马微电子有限公司（简称“上海天马”）、成都京东方光电科技有限公司

（简称“成都京东方”）、成都天马微电子有限公司（简称“成都天马”）、武汉天马微电子

有限公司（简称“武汉天马”）4条4.5代线量产，合肥京东方光电科技有限公司（简称合

“肥京东方”）、南京中电熊液晶显示科技有限公司（简称“中电熊猫”）2条6代线量产，

北京京东方显示技术有限公司（简称“京东方显示”）、深圳市华星光电技术有限公司（简称

“华星光电”）2条8代线量产，中国大陆迎来了TFT-LCD面板产业发展的新高潮。

日本夏普（SHARP）公司建设了业界第一座第8代TFT-LCD生产线，其玻璃基板尺寸为

2160mm×2460mm，随后，三星电子有限公司（简称“三星电子”）、乐金显示公司（简称“L G

D”）、友达光电股份有限公司（简称“友达光电”）、奇美电子股份有限公司（简称“奇美电

子”）、京东方科技集团股份有限公司（简称“京东方”）、华星光电等企业建设的8代TFT-

LCD生产线玻璃基板尺寸均为2200m m ×2500m m，为了区别，业内将后者称为8.5代线，二者

被笼统地称为“8代线”。本文所述“8代线”也是笼统的概念，并非有所特指，有些统计分析

也涵盖了7代、7.5代、8代、8.5代TFT-LCD生产线等范围。

一、全球现有8代线简介

2005年1月，夏普公司宣布在龟山建设全球第一条第8代T F T - L C D生产线，并于

2006年3季度量产，随后，三星电子、L G D的8代线也分别在2007年7月和2008年3月建

成，京东方显示和华星光电8代线分别在2011年建成，目前全球已建成的8代线共有9条，在

建的有3条，见表1。8代线生产技术、工艺设备、原辅材料供应协作已经比较成熟。

1.夏普8代线夏普8代T F T - L CD厂是全球第

一座8代TFT-LCD厂，该厂坐落于日本中部三重县（Mie Prefecture）龟山（Kameyama）

市，该厂区包括龟山一厂（Gen6）和龟山二厂（Gen8），总占地面积达33万m2，主要从事液

晶面板的生产和液晶电视的装配，是世界上唯一一个既生产液晶面板同时还制造液晶电视机的

工厂。

夏普龟山厂除拥有世界上最先进的液晶生产技术外，厂房本身也是各种先进技术的完美结

合，它有“世界上最干净的工厂”之称。

2.三星8代线

三星电子共有2条8代线，分别为T8-1和T8-2，是与索尼公司合资建设的，2条线建设间

隔2年，位于同一座厂房，厂区位于韩国牙山市的汤井县。三星电子在汤井的厂区号称“汤井

液晶谷”，该厂区总面积约100万m2，已经建成了2条7代线、2条8.5代线、1座模块工厂，

并规划预留了2座更高世代工厂的位置。

8代线

韩国LGD的8代厂位于韩国坡州，厂区占地面积超过150万m2，目前集中了7代、8代面

板、模块及上游配套企业，在8代厂还预留的更高世代生产线的空间，8代线加工玻璃基板尺

寸为2200mm×2250mm，月产能达到13万片。

4.友达光电8代线

友达光电8代厂位于中国台湾省台中市台中科技园区，与其5代、6代、7.5代厂在一个厂

区。友达光电8代厂自称为“双子星”工厂，是因为该工厂包含了8代线和7.5代线2种基板

尺寸，7.5代线产能为6万片/月，8.5代线产能约为4.5万片/月。

值得一提的是，友达光电的“双子星”工厂是全球第一座通过绿色能源与环境设计先锋奖

（Leadershipin Energy and EnvironmentalD e s i g n，L E E D）认证的8.5代工厂。该厂

在设计、建设和运营阶段无不体现了节能环保的绿色制造理念，通过图1我们可以看到，其绿

色理念简直做到了无孔不入的地步。

5.奇美光电8代线

奇美光电8代线即奇美电子八厂，位于中国台湾省高雄市高雄科学园区，一期设计产能为

3万片/月。

关于奇美光电8代厂，值得一提的是其洁净室采用了奇美光电发明的“奇氏管”带孔地板

方案，“奇氏管”是奇美光电建厂团队发明的专利技术，该技术的采用取消了华夫板系统的玻

璃钢模具，同时取消了上部传统的高架地板，降低了建厂投资。目前,该技术主要还是应用于奇

美光电各个世代工厂中（在中国大陆也有应用），还未在业内大范围采用，对其优缺点的看法

也不是很统一。

6.京东方8代线

京东方显示8代线由京东方自主设计、自主建设，2011年6月底投产后3个月即实现量产，

目前产品综合良品率已经达到85%。该生产线总投资280.3亿元，玻璃基板设计产能为9万片/

月，预计达产后年产量达1300万片液晶屏，京东方在全球平板显示产业将进入前6名。

京东方北京8.5代线的成功量产，使京东方成为中国大陆唯一可提供1.8 ～ 55英寸全系

列液晶屏的高科技企业，并带领中国大陆平板显示产业驶入液晶屏全面国产化时代。

7.华星光电8代线

华星光电8代线坐落于深圳市光明新区高新技术园区，是国内另一条完全依靠自主创新、

自主团队、自主建设的高世代面板线，项目于2010年1月16日开工建设，2011年8月8日建

成投产，2011年10月12日开始量产，其主要产品为26英寸、32英寸、37英寸、46英寸以及

55英寸液晶面板，设计产能为月加工玻璃基板10万张。

二、8代线广视角技术

高世代生产线主要应对的产品是电视，而影响各家工艺的关键是电视产品的广视角技术。

目前，各家T F T -L C D企业的广视角技术也是各具特点，但从基本原理上来看依然是脱胎于

垂直配向（Vertical Alignment，VA）和平面转换（In-Plane Switching，IPS）2种广视角技

术。

京东方采用的是边缘场切换（FFS）广视角技术，该技术脱胎于I P S显示技术，在色饱和

度等方面与多象限垂直配向（Multi-domain VerticalAl i g nme n t，MVA）广视角技术相比

具有一定优势，这是我国企业唯一拥有自主知识产权的广视角技术。

三、8代线工厂特点

目前，中国大陆T F T - L C D面板迎来了又一轮的投资高峰，已经有建设10代线的消息

传出，因此，对现有高世代生产线进行全面的总结，将为更高世代线的建设打下良好的基础，

以提升中国大陆TFT-LCD产业的综合竞争力。

1.组线特点

T F T - L CD生产线发展到7代以上，由于玻璃的尺寸不断增大，对自动化搬送系统（A

M H S）服务能力要求也越来越高，在第8代生产线中，工装篮存放架（S t o c k e r）的宽

度达到10m以上，高度达到7 ～10m左右，几乎相当于一个独立的库房，而一个工装蓝（C a s

s e t t e）的质量多在1.5t以上。传统的自动搬运车（Automatic GuidedV e h i c l e，A

G V）、轨道搬运车（R a i lGuided Vehicle，RGV）、天车搬送系统（Overhead Handling

System，O H S）等自动化搬送系统设备，由于应对如此大的玻璃尺寸时需要增加很大的设备投

资并占用更大的洁净室空间，因此在高世代线中逐渐被弃用，取而代之的是St o c k e r、空

中传送带（Overhead Conveyer VehicleSystem，OHCV）、传送带（Conveyor，CV）及垂直搬运

梯（Lifter）等设备。日本村田机械株式会社已经开发出应用于高世代TFT-LCD线的OHS系统。

为了应对玻璃基板尺寸加大带来的搬送困难，8代线主要采取了机器人在线（Robot in

line）和传送带在线（Conveyor in line）的方式来应对，这2种组线技术有效地减少了自动

化搬送系统的负荷，尤其是Stocker的负荷。

2.厂房体量

8代厂较之低世代厂厂房高度有较大的增加，主要原因有2条，一是工艺设备空间高度需

求增加，另外一个主要原因是厂房占地面积过大，而通常场地受到限制，只能采用将洁净室进

行堆叠的方案。部分8代线厂房体量对比见表2。

3.绿色制造技术

高世代TFT-LCD生产线建筑体量大、原材料消耗量大，动力、化学品及特气的消耗量也特

别大，因此更需要强调绿色制造技术，主要包括如下内容：

(1)绿色产品设计技术

①背光源设计

使用发光二极管（L E D）代替含汞的冷阴极萤光灯管（C C F L），减少有害物质对环境

的不利影响；使用动态背光调节技术，提高对比度从而节省电力消耗；使用增亮膜（D u a

lBrightness Enhancement Film，DBEF）和微透镜（Micro-Lens）光学膜，增强透过率，降低

背光源功耗；采用新型反射式偏振片和高效扩散光学薄膜，配合使用U形C C F L灯管减少灯

管数量，降低功耗。

②驱动IC设计

绿色驱动集成电路（I C）设计的主要目标是减少驱动I C数量，从而节省材料和产品功耗。

采用在阵列基板上制作栅极驱动I C技术，可以完全取消外部行驱动I C，利用非晶硅薄膜晶

体管制作栅极信号的驱动I C，能够有效减少材料消耗和费用，同时有助于降低功耗。

③成盒设计

成盒设计包括2部分：提升液晶面板透过率和低阻配线技术。

背光源和逆变器是液晶显示器中最耗能的部件，消耗模块全部功耗的80%以上，所以，提

升液晶面板透过率是降低成本和节省功耗的有效手段。

提升液晶面板透过率，能够在维持亮度的同时，减少背光源灯管数量、逆变器和光学膜的

使用。

低阻配线技术可以降低电阻-电容延迟（R C延迟），减少导线截面积，提高像素开口率。

(2)绿色制造工艺技术

①少光刻工艺

少光刻技术能够使阵列基板制备中的光刻工序减少。减少光刻工序，不仅可以缩短工艺时

间，减低生产成本，减少原材料消耗，并且可以显著提高设备利用率，减少设备投资。

②喷墨打印技术

喷墨打印技术与传统的旋转涂布技术相比，可以节省60%以上的材料，同时减少工艺步骤

并节省能耗。

(3)绿色工程建设技术

①绿色气体

腔室清洗是化学气相沉积工艺中很重要的一步，传统清洗气体使用的是三氟化氮（N F3），

它是一种很强的温室气体，对气候变暖的影响效应是二氧化碳的1.7万倍。研究表明，液晶面

板工厂3%的N F3气体都被排放到大气中，从1978年到2008 表3 合理使用化学药液的改善效

果年，大气中N F3的含量（指质量分数）已从0.02×10-12（0.02p p t）上升到0.454×10-

12（0.454p p t）。使用工厂现地生产的氟气（F2）替代N F3是一种可行的解决方案。由于

F2是一种绿色清洗气体，可以通过电解氢氟酸来制备，此外，现地生产F2还可以节省密封瓶

和运输费，同时增加安全系数，目前Linde和BOC Edwards两家公司都可提供现地F2的生产。

研究表明，F2比N F3气体对于化学气相沉积腔室具有更好的清洗效果，在提高生产率7%～10%

的同时，还可减少气体使用量20%，比使用NF3节省材料成本约10%，但由于使用F2的总体成

本还偏高，所以，大范围推广还需要一定时间。

②化学品使用绿色方案

在清洗工序中用纯水替代异丙醇：为减少化学品使用及污染物的排放，取消异丙醇将有效

减轻废气排放对大气环境的影响。

削减刻蚀液使用量，通过工艺改进延长刻蚀液使用时间，降低废液排放量。

改善光刻胶涂布和清洗方式（图2），低世代T F T - L C D生产线是用狭缝（S l i t）

方式将光刻胶涂布在玻璃表面，用旋转（S p i n）方式控制厚度，并且用稀释液清洗玻璃边缘

和旋转壳（S p i n c u p）。随着玻璃基板尺寸的增大，8代线将不再采用S p i n方式，而

是在S l i t方式涂布光刻胶后，用减压干燥的方式控制厚度，使光刻胶使用量减少60%，且

废液产生量减少90%，另外，此种方式仅需要用稀释液清洗喷嘴，使稀释液使用量减少90%。

将玻璃传送方式由水平移动改为倾斜移动，从而使积存在基板表面的药液量降低40%。用

纯水清洗玻璃基板表面药液时，所排放的废水浓度和纯水使用量都相应降低。

通过合理使用化学药液，来改善8代线的环保运营，效果显著，详见表3。

10.3969/.1008-892X.2012.07.009