有機(jī)TFT的實(shí)用化進(jìn)程
[導(dǎo)讀]美國Plastic Logic備受關(guān)注的全球首款有機(jī)TFT電子書終端預(yù)計(jì)將推遲到2010年夏季供貨（參閱本站報(bào)道）。作為一款有望為FPD開辟新的可能性的商品，其供貨的推遲令人頗感遺憾，不過說實(shí)話，有機(jī)TFT要進(jìn)入全面量產(chǎn)階段，
美國Plastic Logic備受關(guān)注的全球首款有機(jī)TFT電子書終端預(yù)計(jì)將推遲到2010年夏季供貨（參閱本站報(bào)道）。作為一款有望為FPD開辟新的可能性的商品，其供貨的推遲令人頗感遺憾，不過說實(shí)話，有機(jī)TFT要進(jìn)入全面量產(chǎn)階段，也許還的確為時(shí)尚早。為何要采用有機(jī)TFT？真的必須是有機(jī)TFT嗎？這樣的疑問經(jīng)常出現(xiàn)在筆者腦中。
Plastic Logic曾在2009年6月舉行的顯示器領(lǐng)域最大的學(xué)會(huì)“SID”上發(fā)表過主題演講。其發(fā)表資料宣稱，該公司的制造工藝可使用低價(jià)位的 PET（Polyethylene Terephthalate）底板，能夠使用基于標(biāo)準(zhǔn)FPD生產(chǎn)設(shè)備的印刷工序來制造有機(jī)TFT陣列。而且該公司認(rèn)為，利用變形校正技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)大尺寸化（參閱本站報(bào)道）。不過，該公司并未公布具體的技術(shù)內(nèi)容，因此詳細(xì)情況不得而知。
對(duì)此，可供參考的是2005年舉行的顯示器相關(guān)學(xué)會(huì)“IDW/AD'05”上發(fā)表的論文，做法是在PET底板上形成聚芴類有機(jī)半導(dǎo)體層，并在上面涂布聚合物絕緣膜，由此形成TFT。這是一種像素電極也采用導(dǎo)電性聚合物（PEDOT/PSS），完全以涂布工藝直接進(jìn)行印刷的極為前衛(wèi)的技術(shù)。假如利用這一技術(shù)開始量產(chǎn)的話，就會(huì)實(shí)現(xiàn)巨大突破。不過，憑自己長年從事FPD研究的經(jīng)驗(yàn)來看，筆者感覺要想解決成本及可靠性問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全面普及，還需要相當(dāng)長的時(shí)間。
有機(jī)TFT的應(yīng)用范圍
以前業(yè)界就在對(duì)有機(jī)TFT進(jìn)行各種應(yīng)用研究，但有機(jī)TFT實(shí)際能夠在什么領(lǐng)域發(fā)揮出無機(jī)TFT所不能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)呢？圖1根據(jù)可以組合的技術(shù)，對(duì)有機(jī) TFT的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了大致分類。在該圖中，越往下的領(lǐng)域，其技術(shù)上的難度就越高（也就是說，對(duì)TFT的性能要求就越嚴(yán)格）。
圖1：有機(jī)TFT的應(yīng)用范圍該圖由筆者制作。(點(diǎn)擊放大)
其中，最被看好的是與電泳顯示器（EPD：Electrophoretic Display）組合的柔性電子紙應(yīng)用。電泳顯示器不以視頻顯示為前提，因此要求的電流值比液晶顯示器（LCD：Liquid Crystal Display）低，而且擦寫次數(shù)也遠(yuǎn)比LCD少，所以可大幅減緩由驅(qū)動(dòng)條件造成的特性下降。雖說不是不可以應(yīng)用于LCD也，但優(yōu)點(diǎn)不如EPD那么突出。
要想應(yīng)用于有機(jī)EL（OLED：Organic Light Emitting Diode）顯示器的話，也許還要大幅改善特性。而應(yīng)用于無線電路時(shí)，成本和性能要求會(huì)更為苛刻。
另外，在醫(yī)療器械領(lǐng)域應(yīng)用有機(jī)TFT時(shí)，不僅期望值大，而且也存在市場(chǎng)。原來采用無機(jī)器件的傳感器芯片等容易損壞，而且難以進(jìn)行循環(huán)再利用，而只在樹脂底板上構(gòu)成有機(jī)物的傳感器芯片既不易損壞，也可100％循環(huán)再利用，十分環(huán)保。在該領(lǐng)域的應(yīng)用雖說技術(shù)上難度極大，但長期來看市場(chǎng)有望增長，對(duì)FPD技術(shù)實(shí)現(xiàn)新的發(fā)展也頗具意義。
柔性顯示器用背板技術(shù)的比較
如果說有機(jī)TFT最看好的應(yīng)用領(lǐng)域是EPD等柔性顯示器的話，那么與其他TFT技術(shù)比較又有哪些優(yōu)勢(shì)呢？這里通過表1試著對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行了匯總。
表1：柔性顯示器用背板技術(shù)的比較 SUFTLA：Surface Free Technology by laser Annealing/Ablation（向剝離層照射激光剝離玻璃底板上的TFT后轉(zhuǎn)印至另一種底板的方法。由精工愛普生開發(fā)。）。 SAIL：Self-Aligned Imprint Lithography（只需一次光刻膠印刷結(jié)合數(shù)種蝕刻即可形成TFT，因此無校正誤差。由美國Phicot、美國Power Film及美國惠普（HP）組成的研究小組開發(fā)）。該表由筆者制作。(點(diǎn)擊放大)
雖然以前業(yè)界已利用非結(jié)晶硅（a-Si）TFT試制出了LCD、EPD及有機(jī)EL等多種柔性顯示器，但遺憾的是一直未實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。其最大原因在于，為了確保a-Si TFT的特性，需要在300℃以上的溫度下進(jìn)行等離子體CVD成膜，降低處理溫度的話，特性和可靠性就會(huì)大幅降低。而氧化物半導(dǎo)體是以濺射法形成，因此能夠在低于a-Si TFT的溫度下成膜。從為了確?？煽啃远J(rèn)所需的退火條件來看，可以說氧化物半導(dǎo)體已經(jīng)具備足以使用樹脂底板的可能性。也就是說，有機(jī)TFT的最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手就是氧化物TFT。
除此以外，目前還有一種將原來的低溫多結(jié)晶硅（LTPS）TFT從玻璃底板轉(zhuǎn)印至樹脂底板上的技術(shù)。筆者認(rèn)為，有機(jī)TFT及氧化物TFT要實(shí)現(xiàn)全面量產(chǎn)還需要時(shí)間，因此也許還可采取運(yùn)用LTPS技術(shù)穩(wěn)步開辟柔性市場(chǎng)的戰(zhàn)略。雖然該技術(shù)在大尺寸化方面存在難度，但如果對(duì)日本大量存在的、折舊結(jié)束后的 LTPS生產(chǎn)線進(jìn)行改造，作為基于轉(zhuǎn)印技術(shù)的柔性顯示器專用生產(chǎn)線進(jìn)行再利用的話，也許就可形成所希望的業(yè)務(wù)。
在有機(jī)TFT的優(yōu)點(diǎn)中常常被人提到的一點(diǎn)是可用于卷對(duì)卷（RTR：Roll To Roll）生產(chǎn)。對(duì)于印刷行業(yè)來說，也許RTR確實(shí)是一種可有效降低成本的手段，但從制造電子器件這一目的來考慮的話，RTR反而存在成本升高的危險(xiǎn)。其原因在于，即使是采用涂布工藝直接形成圖案，也仍然要對(duì)各層進(jìn)行干燥及退火處理，往往需要投入額外的成本來校正由此產(chǎn)生的變形及拉伸。在利用有機(jī)TFT以外的手段來實(shí)現(xiàn)RTR的事例中，惠普（HP）、Phicot及PowerFilm三家美國公司共同開發(fā)的“SAIL（Self-Aligned Imprint Lithography）”可謂獨(dú)具特色（參閱本站報(bào)道）。
該技術(shù)采用a-Si TFT而非有機(jī)半導(dǎo)體，因此還需使用濺射及等離子體CVD裝置，但優(yōu)點(diǎn)是只需以一次印刷形成光刻膠后再結(jié)合使用干、濕蝕刻技術(shù)，即可形成TFT元件。由于器件結(jié)構(gòu)特殊，要確保成品率并不容易。但是要通過RTR來生產(chǎn)大面積顯示器的話，定位精度就會(huì)成為致命問題，因此這種思路轉(zhuǎn)換或許也是有必要的。
與原來的TFT相比，也許以非真空工藝（涂布工藝）直接形成圖案的方法的確能夠大幅降低成本，而反過來也可以說，有機(jī)TFT只有實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)才會(huì)擁有存在價(jià)值。首先要能夠放心地在粘貼于玻璃底板上的樹脂底板上使用，這就需要開發(fā)能夠確保制造出高質(zhì)量產(chǎn)品的制造設(shè)備，在可靠性上還可經(jīng)受長期保存考驗(yàn)的材料，以及可使這些材料的特性穩(wěn)定再現(xiàn)出來的溶劑。
從論文發(fā)表情況看技術(shù)開發(fā)動(dòng)向
表2列出了09年顯示器國際學(xué)會(huì)“SID”、“IMID”及“IDW”的口頭報(bào)告會(huì)上發(fā)表的主要有機(jī)TFT應(yīng)用器件的開發(fā)事例。由此可以看出，所有開發(fā)均以使用樹脂底板的全印刷工藝為目標(biāo)，方向上與筆者的上述觀點(diǎn)吻合。但從實(shí)際商品的性能指標(biāo)來看，閾值電壓（Vth）漂移量等還不夠完善，今后需要進(jìn)行大幅改進(jìn)。而反過來說，在這種行業(yè)技術(shù)水平下，Plastic Logic做出量產(chǎn)決定，其本身就是常識(shí)上難以置信的事情。[!--empirenews.page--]
表 2：2009年“SID”、“IMID”、“IDW”的口頭報(bào)告會(huì)上發(fā)表的主要有機(jī)TFT應(yīng)用器件 TSP-μCP：Two Step Process micro Contact Printing。fCP：Flat Contact Printing（Ink transfer with unpatterned PDMS）。DNTT：二萘并噻吩并噻吩。CYTOP：非晶態(tài)氟化樹脂（旭硝子研制）。PXX：Peri-Xanthenoxanthene Derivative。PVP-OTS：在聚乙烯吡咯烷酮中混合十八烷基三氯硅烷而成。PQT-12：Poly(3,3 '''-didodecylquaterthiophene) 。該表由筆者制作。(點(diǎn)擊放大)
從該表中可以看出，日本廠商在掌握技術(shù)主導(dǎo)權(quán)的情況不斷進(jìn)行著開發(fā)。另外，韓國廠商及韓國大學(xué)也有多篇論文發(fā)表，但內(nèi)容多與基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)有關(guān)，致力于 FPD試制的事例并不多。也許可以說，這些均是在最近的FPD技術(shù)中日本占有統(tǒng)治地位的重要領(lǐng)域。筆者認(rèn)為，要想使有機(jī)TFT實(shí)現(xiàn)實(shí)用化并在實(shí)際業(yè)務(wù)中獲得成功，必須要同時(shí)滿足兩個(gè)條件，具體為：1）要在使用樹脂底板的氧化物TFT開始量產(chǎn)之前啟動(dòng)有機(jī)TFT的生產(chǎn)；2）即便使用樹脂底板的氧化物搶先實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，也要在成本上確立優(yōu)勢(shì)地位，（在全印刷等領(lǐng)域）努力奪取份額。
韓國廠商對(duì)實(shí)現(xiàn)有機(jī)TFT的實(shí)用化并不積極，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為氧化物TFT的實(shí)用化可能性更高。希望日本企業(yè)能夠抓住這一機(jī)會(huì)，拿出勇氣努力達(dá)到上述條件，重新成為FPD業(yè)界的領(lǐng)頭羊。（特約撰稿人：松枝 洋二郎，松枝咨詢）
Plastic Logic曾在2009年6月舉行的顯示器領(lǐng)域最大的學(xué)會(huì)“SID”上發(fā)表過主題演講。其發(fā)表資料宣稱，該公司的制造工藝可使用低價(jià)位的 PET（Polyethylene Terephthalate）底板，能夠使用基于標(biāo)準(zhǔn)FPD生產(chǎn)設(shè)備的印刷工序來制造有機(jī)TFT陣列。而且該公司認(rèn)為，利用變形校正技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)大尺寸化（參閱本站報(bào)道）。不過，該公司并未公布具體的技術(shù)內(nèi)容，因此詳細(xì)情況不得而知。
對(duì)此，可供參考的是2005年舉行的顯示器相關(guān)學(xué)會(huì)“IDW/AD'05”上發(fā)表的論文，做法是在PET底板上形成聚芴類有機(jī)半導(dǎo)體層，并在上面涂布聚合物絕緣膜，由此形成TFT。這是一種像素電極也采用導(dǎo)電性聚合物（PEDOT/PSS），完全以涂布工藝直接進(jìn)行印刷的極為前衛(wèi)的技術(shù)。假如利用這一技術(shù)開始量產(chǎn)的話，就會(huì)實(shí)現(xiàn)巨大突破。不過，憑自己長年從事FPD研究的經(jīng)驗(yàn)來看，筆者感覺要想解決成本及可靠性問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全面普及，還需要相當(dāng)長的時(shí)間。
有機(jī)TFT的應(yīng)用范圍
以前業(yè)界就在對(duì)有機(jī)TFT進(jìn)行各種應(yīng)用研究，但有機(jī)TFT實(shí)際能夠在什么領(lǐng)域發(fā)揮出無機(jī)TFT所不能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)呢？圖1根據(jù)可以組合的技術(shù)，對(duì)有機(jī) TFT的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了大致分類。在該圖中，越往下的領(lǐng)域，其技術(shù)上的難度就越高（也就是說，對(duì)TFT的性能要求就越嚴(yán)格）。
圖1：有機(jī)TFT的應(yīng)用范圍該圖由筆者制作。(點(diǎn)擊放大)
其中，最被看好的是與電泳顯示器（EPD：Electrophoretic Display）組合的柔性電子紙應(yīng)用。電泳顯示器不以視頻顯示為前提，因此要求的電流值比液晶顯示器（LCD：Liquid Crystal Display）低，而且擦寫次數(shù)也遠(yuǎn)比LCD少，所以可大幅減緩由驅(qū)動(dòng)條件造成的特性下降。雖說不是不可以應(yīng)用于LCD也，但優(yōu)點(diǎn)不如EPD那么突出。
要想應(yīng)用于有機(jī)EL（OLED：Organic Light Emitting Diode）顯示器的話，也許還要大幅改善特性。而應(yīng)用于無線電路時(shí)，成本和性能要求會(huì)更為苛刻。
另外，在醫(yī)療器械領(lǐng)域應(yīng)用有機(jī)TFT時(shí)，不僅期望值大，而且也存在市場(chǎng)。原來采用無機(jī)器件的傳感器芯片等容易損壞，而且難以進(jìn)行循環(huán)再利用，而只在樹脂底板上構(gòu)成有機(jī)物的傳感器芯片既不易損壞，也可100％循環(huán)再利用，十分環(huán)保。在該領(lǐng)域的應(yīng)用雖說技術(shù)上難度極大，但長期來看市場(chǎng)有望增長，對(duì)FPD技術(shù)實(shí)現(xiàn)新的發(fā)展也頗具意義。
柔性顯示器用背板技術(shù)的比較
如果說有機(jī)TFT最看好的應(yīng)用領(lǐng)域是EPD等柔性顯示器的話，那么與其他TFT技術(shù)比較又有哪些優(yōu)勢(shì)呢？這里通過表1試著對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行了匯總。
表1：柔性顯示器用背板技術(shù)的比較 SUFTLA：Surface Free Technology by laser Annealing/Ablation（向剝離層照射激光剝離玻璃底板上的TFT后轉(zhuǎn)印至另一種底板的方法。由精工愛普生開發(fā)。）。 SAIL：Self-Aligned Imprint Lithography（只需一次光刻膠印刷結(jié)合數(shù)種蝕刻即可形成TFT，因此無校正誤差。由美國Phicot、美國Power Film及美國惠普（HP）組成的研究小組開發(fā)）。該表由筆者制作。(點(diǎn)擊放大)
雖然以前業(yè)界已利用非結(jié)晶硅（a-Si）TFT試制出了LCD、EPD及有機(jī)EL等多種柔性顯示器，但遺憾的是一直未實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。其最大原因在于，為了確保a-Si TFT的特性，需要在300℃以上的溫度下進(jìn)行等離子體CVD成膜，降低處理溫度的話，特性和可靠性就會(huì)大幅降低。而氧化物半導(dǎo)體是以濺射法形成，因此能夠在低于a-Si TFT的溫度下成膜。從為了確?？煽啃远J(rèn)所需的退火條件來看，可以說氧化物半導(dǎo)體已經(jīng)具備足以使用樹脂底板的可能性。也就是說，有機(jī)TFT的最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手就是氧化物TFT。
除此以外，目前還有一種將原來的低溫多結(jié)晶硅（LTPS）TFT從玻璃底板轉(zhuǎn)印至樹脂底板上的技術(shù)。筆者認(rèn)為，有機(jī)TFT及氧化物TFT要實(shí)現(xiàn)全面量產(chǎn)還需要時(shí)間，因此也許還可采取運(yùn)用LTPS技術(shù)穩(wěn)步開辟柔性市場(chǎng)的戰(zhàn)略。雖然該技術(shù)在大尺寸化方面存在難度，但如果對(duì)日本大量存在的、折舊結(jié)束后的 LTPS生產(chǎn)線進(jìn)行改造，作為基于轉(zhuǎn)印技術(shù)的柔性顯示器專用生產(chǎn)線進(jìn)行再利用的話，也許就可形成所希望的業(yè)務(wù)。
在有機(jī)TFT的優(yōu)點(diǎn)中常常被人提到的一點(diǎn)是可用于卷對(duì)卷（RTR：Roll To Roll）生產(chǎn)。對(duì)于印刷行業(yè)來說，也許RTR確實(shí)是一種可有效降低成本的手段，但從制造電子器件這一目的來考慮的話，RTR反而存在成本升高的危險(xiǎn)。其原因在于，即使是采用涂布工藝直接形成圖案，也仍然要對(duì)各層進(jìn)行干燥及退火處理，往往需要投入額外的成本來校正由此產(chǎn)生的變形及拉伸。在利用有機(jī)TFT以外的手段來實(shí)現(xiàn)RTR的事例中，惠普（HP）、Phicot及PowerFilm三家美國公司共同開發(fā)的“SAIL（Self-Aligned Imprint Lithography）”可謂獨(dú)具特色（參閱本站報(bào)道）。
該技術(shù)采用a-Si TFT而非有機(jī)半導(dǎo)體，因此還需使用濺射及等離子體CVD裝置，但優(yōu)點(diǎn)是只需以一次印刷形成光刻膠后再結(jié)合使用干、濕蝕刻技術(shù)，即可形成TFT元件。由于器件結(jié)構(gòu)特殊，要確保成品率并不容易。但是要通過RTR來生產(chǎn)大面積顯示器的話，定位精度就會(huì)成為致命問題，因此這種思路轉(zhuǎn)換或許也是有必要的。
與原來的TFT相比，也許以非真空工藝（涂布工藝）直接形成圖案的方法的確能夠大幅降低成本，而反過來也可以說，有機(jī)TFT只有實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)才會(huì)擁有存在價(jià)值。首先要能夠放心地在粘貼于玻璃底板上的樹脂底板上使用，這就需要開發(fā)能夠確保制造出高質(zhì)量產(chǎn)品的制造設(shè)備，在可靠性上還可經(jīng)受長期保存考驗(yàn)的材料，以及可使這些材料的特性穩(wěn)定再現(xiàn)出來的溶劑。
從論文發(fā)表情況看技術(shù)開發(fā)動(dòng)向
表2列出了09年顯示器國際學(xué)會(huì)“SID”、“IMID”及“IDW”的口頭報(bào)告會(huì)上發(fā)表的主要有機(jī)TFT應(yīng)用器件的開發(fā)事例。由此可以看出，所有開發(fā)均以使用樹脂底板的全印刷工藝為目標(biāo)，方向上與筆者的上述觀點(diǎn)吻合。但從實(shí)際商品的性能指標(biāo)來看，閾值電壓（Vth）漂移量等還不夠完善，今后需要進(jìn)行大幅改進(jìn)。而反過來說，在這種行業(yè)技術(shù)水平下，Plastic Logic做出量產(chǎn)決定，其本身就是常識(shí)上難以置信的事情。[!--empirenews.page--]
表 2：2009年“SID”、“IMID”、“IDW”的口頭報(bào)告會(huì)上發(fā)表的主要有機(jī)TFT應(yīng)用器件 TSP-μCP：Two Step Process micro Contact Printing。fCP：Flat Contact Printing（Ink transfer with unpatterned PDMS）。DNTT：二萘并噻吩并噻吩。CYTOP：非晶態(tài)氟化樹脂（旭硝子研制）。PXX：Peri-Xanthenoxanthene Derivative。PVP-OTS：在聚乙烯吡咯烷酮中混合十八烷基三氯硅烷而成。PQT-12：Poly(3,3 '''-didodecylquaterthiophene) 。該表由筆者制作。(點(diǎn)擊放大)
從該表中可以看出，日本廠商在掌握技術(shù)主導(dǎo)權(quán)的情況不斷進(jìn)行著開發(fā)。另外，韓國廠商及韓國大學(xué)也有多篇論文發(fā)表，但內(nèi)容多與基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)有關(guān)，致力于 FPD試制的事例并不多。也許可以說，這些均是在最近的FPD技術(shù)中日本占有統(tǒng)治地位的重要領(lǐng)域。筆者認(rèn)為，要想使有機(jī)TFT實(shí)現(xiàn)實(shí)用化并在實(shí)際業(yè)務(wù)中獲得成功，必須要同時(shí)滿足兩個(gè)條件，具體為：1）要在使用樹脂底板的氧化物TFT開始量產(chǎn)之前啟動(dòng)有機(jī)TFT的生產(chǎn)；2）即便使用樹脂底板的氧化物搶先實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，也要在成本上確立優(yōu)勢(shì)地位，（在全印刷等領(lǐng)域）努力奪取份額。
韓國廠商對(duì)實(shí)現(xiàn)有機(jī)TFT的實(shí)用化并不積極，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為氧化物TFT的實(shí)用化可能性更高。希望日本企業(yè)能夠抓住這一機(jī)會(huì)，拿出勇氣努力達(dá)到上述條件，重新成為FPD業(yè)界的領(lǐng)頭羊。（特約撰稿人：松枝 洋二郎，松枝咨詢）
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