Jak wybrać między krzemem amorficznym (a-Si) a polikrzemem niskotemperaturowym (LTPS) do opracowywania projektów z wyświetlaczem

1. Wprowadzenie do LTPS
Polisilikon niskotemperaturowy(Niskotemperaturowy polikrzem; LTPS, zwany dalej LTPS) to kolejna nowa technologia w dziedzinie wyświetlaczy płaskich. Technologia nowej generacji oparta na krzemie amorficznym (Amorphous-Silicon, zwanym dalej a-Si).
Polikrzem (poliskrzem) to materiał na bazie krzemu o wielkości od około 0,1 do kilku um, który składa się z wielu cząstek krzemu. W przemyśle półprzewodników polikrzem jest zwykle poddawany obróbce metodą LPCVD (niskociśnieniowe osadzanie chemiczne z fazy gazowej), a następnie wyżarzany w temperaturze wyższej niż 900°C. Metoda ta nosi nazwę SPC (krystalizacja w fazie stałej). Jednakże metoda ta nie jest odpowiednia dla przemysłu produkującego wyświetlacze z płaskim ekranem, ponieważ maksymalna temperatura szkła wynosi tylko 650°C. Dlatego technologia LTPS jest szczególnie stosowana w produkcji wyświetlaczy płaskich.
Ruchliwość elektronów tradycyjnego amorficznego materiału krzemowego (a-Si) wynosi zaledwie 0,5 cm2/V.S, podczas gdy ruchliwość elektronów niskotemperaturowego materiału polikrzemowego (LTPS) może osiągnąć 50-200 cm2/V.S. W porównaniu z krystalicznym wyświetlaczem ciekłokrystalicznym (a-Si TFT-LCD), niskotemperaturowy polikrzemowy TFT-LCD ma zalety wyższej rozdzielczości, szybkiej reakcji, wysokiej jasności (wysoki współczynnik apertury) itp. Jednocześnie Obwód sterujący można jednocześnie wykonać na szkle. Na podłożu można osiągnąć cel integracji systemu na szkle (SOG), co pozwala zaoszczędzić miejsce i koszty. Ponadto technologia LTPS stanowi platformę technologiczną do rozwoju aktywnej elektroluminescencji organicznej (AM-OLED), dlatego rozwój technologii LTPS cieszy się dużym zainteresowaniem.
2. Różnica między krzemem amorficznym (a-Si) a polikrzemem niskotemperaturowym (LTPS)
Ogólnie rzecz biorąc, temperatura procesu niskotemperaturowego polikrzemu powinna być niższa niż 600°C, zwłaszcza ze względu na wymóg „wyżarzania laserowego” (wyżarzania laserowego), procesu produkcyjnego, który odróżnia LTPS od wytwarzania a-Si. W porównaniu z a-Si, prędkość ruchu elektronów w LTPS jest 100 razy większa niż w przypadku a-Si. Ta cecha może wyjaśniać dwa problemy: po pierwsze, każdy PANEL LTPS reaguje szybciej niż PANEL a-Si; po drugie, wygląd PANEL LTPS. Rozmiar jest mniejszy niż PANEL a-Si. Poniżej przedstawiono znaczące zalety, jakie LTPS ma w porównaniu z a-Si:

1. Bardziej wykonalne jest zintegrowanie obwodu peryferyjnego układu scalonego sterownika na podłożu panelu;

2. Większa szybkość reakcji, mniejszy rozmiar wyglądu, mniej połączeń i komponentów;
3. Projekt systemu paneli jest prostszy;
4. Stabilność panelu jest silniejsza;
5. Wyższa rozdzielczość,
Rezolucja:
Ponieważ p-Si TFT jest mniejszy niż konwencjonalny a-Si, rozdzielczość może być wyższa.
Synteza układu scalonego sterownika p-Si TFT ma dwie zalety na podłożu szklanym: po pierwsze, zmniejsza się liczba złączy podłączonych do podłoża szklanego i zmniejsza się koszt produkcji modułu; po drugie, stabilność modułu zostanie radykalnie poprawiona.
3. Metoda przygotowania cienkiej folii LTPS
1. Krystalizacja indukowana metalem (MIC): jedna z metod SPC. Jednakże w porównaniu z tradycyjnym SPC, metodą tą można wytwarzać polikrzem w niższej temperaturze (około 500~600°C). Dzieje się tak dlatego, że cienka warstwa metalu jest powlekana przed utworzeniem się krystalizacji, a składnik metaliczny odgrywa aktywną funkcję zmniejszania krystalizacji.
2. Cat-CVD: Metoda bezpośredniego osadzania cienkich warstw polikrystalicznych (polifolii) bez ekstrakcji parą. Temperatura osadzania może być niższa niż 300°C. Mechanizm wzrostu polega na reakcji krakingu katalitycznego mieszaniny SiH4-H2.
3. Wyżarzanie laserowe: Jest to obecnie najczęściej stosowana metoda. Główną mocą jest laser ekscymerowy, używany do podgrzewania i topienia a-Si, który zawiera niewielką ilość wodoru, a następnie rekrystalizowany w polifilm.
Technologia polikrzemu niskotemperaturowego LTPS (polikrzem niskotemperaturowy) była pierwotnie technologią opracowaną przez japońskie i północnoamerykańskie firmy technologiczne w celu zmniejszenia zużycia energii przez wyświetlacz Note-PC oraz nadania mu wyglądu cieńszego i lżejszego. Było to mniej więcej w połowie lat 90-tych. Technologia zaczęła wkraczać w fazę prób. OLED, nowa generacja organicznych paneli ciekłokrystalicznych emitujących światło, pochodzących z LTPS, również weszła w fazę praktyczną w 1998 roku. Jej największe zalety to ultracienka, lekka waga, niskie zużycie energii i własne właściwości emitujące światło, dzięki czemu może zapewnić bardziej jaskrawe kolory. I wyraźniejsze obrazy, a co ważniejsze: koszt produkcji to tylko 1/3 zwykłych paneli LCD.
Obecnie panele LTPS-OLED nie uzyskały wsparcia większości producentów paneli LCD. Oprócz technicznych problemów patentowych jest mało prawdopodobne, aby pierwotna inwestycja w wielkoskalową fabrykę LCD została porzucona. Wydajność produkcji konkurująca z LTPS. Dlatego większość wyświetlaczy ciekłokrystalicznych dostępnych na rynku nadal wykorzystuje tradycyjny ciekły kryształ, czyli główny nurt amorficznego krzemu (a-Si). Tradycyjna technologia ciekłych kryształów (a-Si) jest bardzo dojrzała po ponad 10 latach rozwoju. Mają spore doświadczenie w opanowaniu technologii produkcji i technologii projektowania paneli, a technologii LTPS wciąż nie da się tego osiągnąć w krótkim czasie. Dlatego też, choć koszt produkcji panelu LTPS-OLED jest w teorii znacznie niższy, to jego cena w dalszym ciągu nie ma przewagi.
Jednakże, zgodnie z pierwotnym zamysłem pierwotnych badań i rozwoju, cienkowarstwowy tranzystor niskotemperaturowy z polikrzemu (LTPS) może osadzić element napędowy na szklanym podłożu, znacznie zmniejszając i zachowując przestrzeń układu scalonego sterownika, dzięki czemu rozmiar tranzystora cienkowarstwowego można zmniejszyć, a jednocześnie zwiększyć rozmiar wyświetlacza. Jasność i zmniejszone zużycie energii, co znacznie poprawia wydajność i niezawodność ciekłego kryształu, a także zmniejsza koszty produkcji panelu o wyższej rozdzielczości: sterownik aktywnej matrycy TFT dostarczony przez LTPS oraz obwód sterownika i TFT mogą być zintegrowane i wyprodukowane w tym samym czasie. Przy zachowaniu zalet lekkości i smukłości można rozwiązać problem niewystarczającej rozdzielczości (bo w polikrzemie prędkość transmisji elektronów jest większa i jakość jest lepsza), dzięki czemu panel 2,5 cala może mieć wysoką rozdzielczość o wartości 200 ppi.
Popraw żywotność i zmniejsz zużycie energii: Jako ważny wskaźnik rozwoju technologii LTPS, obniżenie temperatury ciekłych kryształów oznacza wiele rzeczy dla ciekłych kryształów. Poprawiono zarówno stabilność, jak i żywotność. Jak dotąd jest to jedynie wniosek o charakterze technicznym i jakościowym. Uważam, że każdy może łatwo zrozumieć, że żywotność wyświetlacza zostanie przedłużona w stosunkowo niskiej temperaturze; wczesny Note-PC przywiązywał dużą wagę do zużycia energii, co jest również jednym z powodów opracowania LTPS. Zmniejszając temperaturę pracy, panel LTPS pozwala również na znaczne zmniejszenie zużycia energii. Oczywiście zużycie energii przez monitory LCD jest z natury małe, co oznacza więcej dla Note-PC niż monitora PC.
Zmniejszenie rozmiaru: Chociaż wyświetlacze z płaskim ekranem nie mają wysokich wymagań co do rozmiaru, pogoń za lżejszymi i cieńszymi wyświetlaczami ciekłokrystalicznymi zawsze była gorącym tematem. Ponieważ niskotemperaturowe tranzystory polikrzemowe (LTPS) mogą bezpośrednio osadzać elementy sterujące na szklanym podłożu, dlatego obudowa wyświetlacza ciekłokrystalicznego LTPS może prawie tylko zachować grubość samego panelu ciekłokrystalicznego, bez rezerwowania miejsca na układ scalony sterownika i w największym stopniu zmniejszyć grubość.