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[導(dǎo)讀]根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)NPD與DisplaySearch的研究指出,近來(lái)在智慧型手機(jī)與平板電腦跳耀式成長(zhǎng)發(fā)展下,使得新一代TFT的制程,包括LTPS(low temperature polysilicon,低溫多晶矽)和IGZO(indium gallium zinc oxide,組成的

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)NPD與DisplaySearch的研究指出,近來(lái)在智慧型手機(jī)與平板電腦跳耀式成長(zhǎng)發(fā)展下,使得新一代TFT的制程,包括LTPS(low temperature polysilicon,低溫多晶矽)和IGZO(indium gallium zinc oxide,組成的非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體技術(shù))等生產(chǎn)高解析度顯示器的技術(shù)日趨重要。

經(jīng)由這些新技術(shù)所采用的高遷移率半導(dǎo)體材料,可縮小TFT尺寸,提高開(kāi)口率,使得解析度超過(guò)每英寸300畫(huà)素(300 PPI)的顯示面板,逐漸應(yīng)用于智慧型手機(jī)與平板電腦,而這些新面板生產(chǎn)技術(shù)也將逐漸成為市場(chǎng)的主流。


非晶矽成本低 最廣泛被應(yīng)用

目前,TFT面板的生產(chǎn)制程大致可分為a-Si非晶矽、LTPS低溫多晶矽、以及IGZO氧化銦鎵鋅非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體技術(shù)等三種。而這三種生產(chǎn)技術(shù)中,傳統(tǒng)的a-Si制程具備產(chǎn)能大、制程短、成本低的優(yōu)勢(shì)。因此,a-Si制程也是目前使用最廣泛的技術(shù),產(chǎn)品應(yīng)用涵蓋大部分手機(jī)、平板電腦、筆記型電腦的螢?zāi)缓蛶缀跛械囊壕щ娨曃災(zāi)弧?br>
然而,在矽晶結(jié)構(gòu)上,a-Si的排列較為分散零亂,也使得電子遷移率平均在0.5~1cm2/Vs,速率較差。因此,在需要高解析度及高亮度的產(chǎn)品上處于劣勢(shì)。


低溫多晶矽成本高 適用高階產(chǎn)品

而相對(duì)于a-Si制程,LTPS制程透過(guò)高溫的方式形成結(jié)晶(一般須高于400度或500度以上),使矽晶排列較a-Si制程來(lái)的整齊有序,從而提高電子遷移率至100cm2/Vs左右,較a-Si TFT高100倍以上。因此,利用LTPS制程可將TFT元件做得更小,并且提升單畫(huà)素開(kāi)口率(aperture ratio)、增加解析度、降低功耗。

目前,以日系業(yè)者為主的中小尺寸面板業(yè)者,以及供應(yīng)市面上大多數(shù)AMOLED產(chǎn)品的三星,較為專(zhuān)注在LTPS制程上。只是,相對(duì)于a-Si制程,LTPS雖然解析度較精細(xì),但制程設(shè)備以及生產(chǎn)的制程也復(fù)雜許多,產(chǎn)能擴(kuò)張的資本投資驚人,以致產(chǎn)能受限且成本居高不下,因此現(xiàn)階段多半鎖定在高階的應(yīng)用上。

此外,LTPS制程在結(jié)晶過(guò)程中,必須利用準(zhǔn)分子雷射作為熱源,讓雷射光經(jīng)過(guò)投射系統(tǒng)后,產(chǎn)生能量均勻分布的雷射光束,投射于玻璃基板上的非晶矽結(jié)構(gòu)薄膜,當(dāng)非晶矽結(jié)構(gòu)薄膜吸收準(zhǔn)分子雷射的能量后,就會(huì)轉(zhuǎn)變成為多晶矽結(jié)構(gòu)。然而這個(gè)制程很容易因?yàn)槔咨淠芰康募?xì)微變化,造成局部結(jié)晶狀況不同,進(jìn)一步使面板有Mura的現(xiàn)象。同時(shí),也因?yàn)榻Y(jié)晶設(shè)備和其他相關(guān)設(shè)備的限制,使得LTPS制程局限于五點(diǎn)五代線(xiàn)以下,而難以運(yùn)用在大尺寸的產(chǎn)品上,影向了LTPS制程全方位的發(fā)展。


IGZO結(jié)合技術(shù)優(yōu)勢(shì) 提供最高性?xún)r(jià)比

就因?yàn)閍-Si制程及LTPS制程各有其先天上的優(yōu)缺點(diǎn),因此結(jié)合這兩種制程優(yōu)點(diǎn)的IGZO氧化銦鎵鋅技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。

這種氧化物半導(dǎo)體薄膜電晶體技術(shù),最早是由東京工業(yè)大學(xué)細(xì)野秀雄教授于2003年所發(fā)表,原理是使用由銦(Indium;In)、鎵(Gallium;Ga)、鋅(Zinc;Zn)三種金屬的氧化物所組合成的材料作為T(mén)FT的主動(dòng)層,由于具有特殊的電子組態(tài),當(dāng)電子透過(guò)IGZO進(jìn)行傳導(dǎo)時(shí),其遷移率可較a-Si提高20倍以上,一般而言其速度仍可高達(dá)10~20 cm2/Vs。

也因?yàn)楦唠娮舆w移率可使得TFT元件做得更小、耗電量更低,使單畫(huà)素的開(kāi)口率得以增加,因此能實(shí)現(xiàn)高解析及高亮度面板的需求。而由于IGZO制程不需要用到結(jié)晶與摻雜等步驟,使得其制程較LTPS簡(jiǎn)單,也不會(huì)受到尺寸的限制,讓?xiě)?yīng)用也無(wú)所局限,因此業(yè)者普遍看好其未來(lái)的發(fā)展。此外,非晶系的IGZO可以用較低溫的方式制作,所以也很適合應(yīng)用在軟性顯示器上。

對(duì)于IGZO的未來(lái)發(fā)展,美商電子材料公司Polyera極度看好其市場(chǎng)前景。因此,Polyera臺(tái)灣子公司(登記名稱(chēng)為「臺(tái)灣波利亞股份有限公司」)也積極在IGZO材料與制程上投入研究。今年除了增加一倍的研發(fā)人員,更邀請(qǐng)了曾在日本細(xì)野秀雄教授實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究、在臺(tái)灣也一直是IGZO研究先驅(qū)的謝信弘博士加入,并擔(dān)任臺(tái)灣波利亞資深經(jīng)理,帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行前瞻元件與應(yīng)用的開(kāi)發(fā),包含IGZO與軟性AMOLED顯示器技術(shù),使得臺(tái)灣波利亞對(duì)IGZO材料、制程、與應(yīng)用的研發(fā)能量更加完整。


日商掌握技術(shù) 搶搭先機(jī)
從事氧化物半導(dǎo)體TFT研究已超過(guò)十年的謝信弘博士表示,目前各大面板廠針對(duì)IGZO的制程技術(shù)均已投入研發(fā),而其中又以夏普(Sharp)對(duì)技術(shù)的開(kāi)發(fā)最為積極,甚至已在日前推出了商品化的產(chǎn)品,例如有幾款現(xiàn)今在日本熱銷(xiāo)的智慧型手機(jī)即使用該公司的IGZO面板。就目前而言,夏普所推出的產(chǎn)品為當(dāng)今市場(chǎng)上唯一大量生產(chǎn)的IGZO產(chǎn)品,其他面板廠商則最快在明年才會(huì)有相同的產(chǎn)品問(wèn)世。


三星、LG不同調(diào)

相對(duì)于夏普對(duì)IGZO制程的積極,南韓的三星與LG則展現(xiàn)完全不同的兩種態(tài)度。

謝博士指出,雖然自從細(xì)野秀雄教授提出IGZO制程的研究報(bào)告之后,三星與LG隨即投入大量人力與資金深入研究,甚至早夏普一步于2006~2007年即提出IGZO制程的實(shí)驗(yàn)性展示品。但是,因?yàn)槿窃贚TPS制程上原本就擁有領(lǐng)先業(yè)界的優(yōu)勢(shì),這使得三星對(duì)于IGZO制程的產(chǎn)品投入顯得意興闌珊。反觀極度希望能追上三星的LG,則因?yàn)镮GZO制程有機(jī)會(huì)與LTPS制程的產(chǎn)品一較長(zhǎng)短,因此投入的資金與人力也就較三星增加許多,甚至可能在2014年就進(jìn)入量產(chǎn)。


臺(tái)商陸商急起直追

而臺(tái)灣面板廠商在IGZO制程上的發(fā)展,友達(dá)于2008年啟動(dòng)了IGZO相關(guān)研究,并在2009年即首次推出實(shí)驗(yàn)性展示品,至今也累積了相當(dāng)豐沛的研發(fā)能量,有機(jī)會(huì)在2014~2015年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),與日、韓大廠并駕齊驅(qū)。其他臺(tái)灣面板廠商則因?yàn)橥度氲难邪l(fā)資源相對(duì)較少,還無(wú)法預(yù)估具體的量產(chǎn)時(shí)程。

至于技術(shù)本來(lái)就較臺(tái)灣面板廠商落后的大陸面板廠商,大多是近期才開(kāi)始投入IGZO研究,短時(shí)間內(nèi)要有具體成果恐怕不易。然而謝博士也提醒,大陸面板廠商如京東方、華星等,也已投入相當(dāng)資源,未來(lái)急起直追的可能性不容小覷。


Polyera整合成為解決方案供應(yīng)商

謝信弘博士指出,Polyera雖然是電子材料商,但實(shí)質(zhì)上更像是由材料到制程的完整解決方案供應(yīng)商。

謝博士進(jìn)一步解釋?zhuān)琍olyera是由美國(guó)西北大學(xué)Tobin Marks教授在2005年創(chuàng)立。Tobin Marks教授不但在有機(jī)電子化學(xué)領(lǐng)域極負(fù)盛名,同時(shí)在溶液涂布式半導(dǎo)體制程材料開(kāi)發(fā)上也頗有建樹(shù),例如全球最低溫的涂布式IGZO材料,只需在200°C的低溫下就可形成高性能的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜,不但可取代耗能且昂貴的真空制程,同時(shí)低溫制程的特性使得耐溫低的塑膠膜也能取代玻璃成為面板的基板。[!--empirenews.page--]

挾著創(chuàng)辦人的盛名,Polyera陸續(xù)聘請(qǐng)來(lái)自西北大學(xué)、哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、喬治亞理工學(xué)院等長(zhǎng)春藤名校一流的專(zhuān)家加入Polyera US研究團(tuán)隊(duì),成為公司強(qiáng)大的研發(fā)創(chuàng)新后盾。而臺(tái)灣波利亞的研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員皆曾任職于各大面板廠,不但熟稔面板廠在制程與材料方面的各種要求,同時(shí)對(duì)于不同世代、不同技術(shù)基礎(chǔ)的生產(chǎn)線(xiàn)的限制也有深入的瞭解,也因此,團(tuán)隊(duì)能有效的配合客戶(hù)的設(shè)備限制,開(kāi)發(fā)出所需要的材料與制程來(lái)供應(yīng)。

在謝博士的帶領(lǐng)下,目前團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)涂布式有機(jī)介電層與保護(hù)層材料,這樣的材料不但可簡(jiǎn)化制程、降低成本,更具備可彎折的柔韌性,不久的將來(lái)可望取代矽基的脆性介電層與保護(hù)層,實(shí)現(xiàn)高解析度的全彩軟性顯示器。此外,在Polyera全球營(yíng)運(yùn)長(zhǎng)暨臺(tái)灣區(qū)總經(jīng)理蕭仲欽博士的大力支持下,臺(tái)灣波利亞更在新竹設(shè)立一條與各大面板廠制程相仿的IGZO OLED面板實(shí)驗(yàn)線(xiàn),提供與客戶(hù)間的共通驗(yàn)證平臺(tái)。

謝信弘博士指出,在材料提供予客戶(hù)前,都已在這條實(shí)驗(yàn)線(xiàn)上調(diào)配出適當(dāng)?shù)闹瞥虆?shù)組合,而客戶(hù)亦可善用此一驗(yàn)證平臺(tái),一方面直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn),二方面藉此確認(rèn)制程手法、參數(shù)范圍、成品元件特性,不僅能有效縮短制程調(diào)整的時(shí)間,亦可大幅降低導(dǎo)入新材料與新制程的風(fēng)險(xiǎn)。


Polyera瞄準(zhǔn)未來(lái)軟性顯示器市場(chǎng)

基于以上三項(xiàng)優(yōu)勢(shì),臺(tái)灣波利亞不僅是材料提供商,更是面板制程解決方案供應(yīng)商,針對(duì)客戶(hù)的需求,臺(tái)灣波利亞能提供完整的服務(wù),達(dá)到跟客戶(hù)雙贏的局面。面對(duì)未來(lái),謝信弘博士指出,IGZO制程大幅應(yīng)用在大尺寸與高解析度的產(chǎn)品上已經(jīng)是不可逆的趨勢(shì)。此外,由于軟性顯示器的需求逐漸增加,IGZO制程具有能在低溫下生產(chǎn)高品質(zhì)元件的特點(diǎn),顯然比a-Si與LTPS更適合運(yùn)用在以塑膠為基板的軟性顯示器,這也將使得同時(shí)擁有IGZO技術(shù)與軟性AMOLED技術(shù)的臺(tái)灣波利亞,未來(lái)更具市場(chǎng)的爆發(fā)力。



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