[分享]低溫多晶矽TFT-LCD

低溫多晶矽TFT-LCD
長期以來TFT-LCD業界所使用的技術一直是非晶矽(a-Si) 技術，並已大規模地投入量產，截至目前為止a-Si最主要的應用仍如過去一樣，停留在以PC的顯示設備為主的大尺寸顯示設備，雖然a-Si亦被使用在一些中小尺寸的顯示面板上，如汽車導航系統、液晶電視、數位相機等，卻受限於解析度不夠高以及響應速度較慢的先天物理障礙，而無法完全滿足終端應用系統性能的要求。舉例來說，第三代（3G）行動電話手機需要低耗電的彩色動態影像，a-Si在特性上就很難達到其所要求的標準；而DVD隨身看所用顯示面板需要有高速響應、高飽和度色彩和兼顧省電之特性，a-Si亦難符合上述要求。而低溫多晶矽(Low Temperature Poly-Si, LTPS)很早就被業界視為下一代LCD必備的技術，不過由於中小尺寸面板市場成長緩慢，市場規模太小，使得早期業者投入開發的動力並不強烈，直到2000年之後，業界投入轉趨積極，方使LTPS量能有更多的機會在未來數年內綻放。
LTPS相較a-Si，具全面性優勢
由於LTPS的TFT元件較a-Si小，因此有較大的孔徑比，可使光的穿透率提高，增加亮度，並可減少背光的負荷，延長面板的壽命。同時由於面板四側中，只有一邊能裝置PCB，使LCD模組變薄，更適合使用在攜帶型產品上。另外LTPS外部的PCB接腳亦較少，接線的連接點較少，使其產生缺陷的機率較小，增加產品的耐用度，上述優點使得LTPS面板的用途大為擴充。
日本業界在90年代末期已意識到無法在PC用的大尺寸面板上和南韓競爭，便以技術移轉方式，和台灣業界合作，一方面藉以抗衡南韓業者，另一方面在取得權利金之後，有更充分的資源投入LTPS的新一代LCD的開發，進而區隔台日韓在LCD領域的技術能力和市場。
日本業界在LTPS技術的開發進展上，賦予各階段不同的定義。簡言之，所謂第一代的LTPS是將驅動IC與PA轉換器內建於玻璃上，是過渡時期的作法。為了持續強化LTPS的技術，第二代再整合數位界面和其他週邊晶片；第三代LTPS的定義是將除了CPU以外的所有晶片內建於玻璃上，如影像控制器、RAM和週邊界面等。為了達到上述目標，若干技術必須達到一定的指標，如移動度，需從第一代的100cm2/vs，進展至第二代的150~300 cm2/vs，以及第三代的200~350 cm2/vs。部份業者已開發出相當於第三代指標的移動度，但要達到量產，仍需耗時數年的時間，設計法則亦要配合微縮化，從4μm微縮至1μm，可進一步達到高解析度。這種所謂系統面板的發展藍圖將近似於IC，而有異於過去LCD獨立技術發展的方式。現階段業界的開發的重點係擺在第二代，沿用IC領域的製造和設計面著手，達到IC和LCD技術相互融合的目標，使LCD的畫質可以直逼CRT。在這種理念下，日本業界已開始促成半導體和LCD技術人員的整合，共同開發LTPS。
LTPS具成本優勢，惟需先克服量產問題
LTPS技術尚未成熟，以致價格上未必比a-Si有利，不過一旦跨入量產的門檻，並達到和a-Si相當的良率和產出，理論上LTPS的價格要比a-Si低。LTPS成本的競爭力幾乎取決於內建於基板的驅動IC數來決定，目前LTPS的成本要比多晶矽來得高，但在驅動IC內嵌於基板後，情況就大不相同了。未來大型面板上，若再整合數位界面的控制電路，可再進一步降低成本，尤其是面板尺寸愈大，需要的驅動IC愈多，LTPS的價格比a-Si更具競爭力。
儘管LTPS未來有很廣泛的應用領域與市場潛力，惟其技術進展是否能如業界預期仍難預料。LTPS所織畫的系統面板，和十餘年前的半導體技術藍圖有十分類似的方，只是以玻璃基板替代印刷電路板，並以TFT在其上集積的差別罷了。但是兩者最大的差異是半導體是在矽晶圓上形成，製程的溫度達攝氏1000度以上；然而玻璃基板只能承受400~500度的溫度，對於移動度的提高和配線間距的細微化，形成一大瓶頸，業界待努力的問題仍多。以市場情勢來看，LTPS的確逐漸打出市場佳績，在2005年時中小尺寸的TFT-LCD中，將有八成將是LTPS，這正是為何業界不得不加速發展LTPS的原因。