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IGZO蔚为面板主流 Polyera加码投入研发

来源:网络 作者: 时间:2021-04-07

根据市场研究机构NPD与DisplaySearch的研究指出,近来在智慧型手机与平板电脑跳耀式成长发展下,使得新一代TFT的制程,包括LTPS(low temperature polysilicon,低温多晶矽)和IGZO(indium gallium zinc oxide,组成的非结晶氧化物半导体技术)等生产高解析度显示器的技术日趋重要。经由这些新技术所采用的高迁移率半导体材料,可缩小TFT尺寸,提高开口率,使得解析度超过每英寸300画素(300 PPI)的显示面板,逐渐应用于智慧型手机与平板电脑,而这些新面板生产技术也将逐渐成为市场的主流。 非晶矽成本低 最广泛被应用目前,TFT面板的生产制程大致可分为a-Si非晶矽、LTPS低温多晶矽、以及IGZO氧化铟镓锌非结晶氧化物半导体技术等三种。而这三种生产技术中,传统的a-Si制程具备产能大、制程短、成本低的优势。因此,a-Si制程也是目前使用最广泛的技术,产品应用涵盖大部分手机、平板电脑、笔记型电脑的萤幕和几乎所有的液晶电视萤幕。然而,在矽晶结构上,a-Si的排列较为分散零乱,也使得电子迁移率平均在0.5~1cm2/Vs,速率较差。因此,在需要高解析度及高亮度的产品上处于劣势。低温多晶矽成本高 适用高阶产品而相对于a-Si制程,LTPS制程透过高温的方式形成结晶(一般须高于400度或500度以上),使矽晶排列较a-Si制程来的整齐有序,从而提高电子迁移率至100cm2/Vs左右,较a-Si TFT高100倍以上。因此,利用LTPS制程可将TFT元件做得更小,并且提升单画素开口率(aperture ratio)、增加解析度、降低功耗。目前,以日系业者为主的中小尺寸面板业者,以及供应市面上大多数AMOLED产品的三星,较为专注在LTPS制程上。只是,相对于a-Si制程,LTPS虽然解析度较精细,但制程设备以及生产的制程也复杂许多,产能扩张的资本投资惊人,以致产能受限且成本居高不下,因此现阶段多半锁定在高阶的应用上。此外,LTPS制程在结晶过程中,必须利用准分子雷射作为热源,让雷射光经过投射系统后,产生能量均匀分布的雷射光束,投射于玻璃基板上的非晶矽结构薄膜,当非晶矽结构薄膜吸收准分子雷射的能量后,就会转变成为多晶矽结构。然而这个制程很容易因为雷射能量的细微变化,造成局部结晶状况不同,进一步使面板有Mura的现象。同时,也因为结晶设备和其他相关设备的限制,使得LTPS制程局限于五点五代线以下,而难以运用在大尺寸的产品上,影向了LTPS制程全方位的发展。IGZO结合技术优势 提供最高性价比就因为a-Si制程及LTPS制程各有其先天上的优缺点,因此结合这两种制程优点的IGZO氧化铟镓锌技术就应运而生。这种氧化物半导体薄膜电晶体技术,最早是由东京工业大学细野秀雄教授于2003年所发表,原理是使用由铟(Indium;In)、镓(Gallium;Ga)、锌(Zinc;Zn)三种金属的氧化物所组合成的材料作为TFT的主动层,由于具有特殊的电子组态,当电子透过IGZO进行传导时,其迁移率可较a-Si提高20倍以上,一般而言其速度仍可高达10~20 cm2/Vs。也因为高电子迁移率可使得TFT元件做得更小、耗电量更低,使单画素的开口率得以增加,因此能实现高解析及高亮度面板的需求。而由于IGZO制程不需要用到结晶与掺杂等步骤,使得其制程较LTPS简单,也不会受到尺寸的限制,让应用也无所局限,因此业者普遍看好其未来的发展。此外,非晶系的IGZO可以用较低温的方式制作,所以也很适合应用在软性显示器上。对于IGZO的未来发展,美商电子材料公司Polyera极度看好其市场前景。因此,Polyera台湾子公司(登记名称为「台湾波利亚股份有限公司」)也积极在IGZO材料与制程上投入研究。今年除了增加一倍的研发人员,更邀请了曾在日本细野秀雄教授实验室进行研究、在台湾也一直是IGZO研究先驱的谢信弘博士加入,并担任台湾波利亚资深经理,带领团队进行前瞻元件与应用的开发,包含IGZO与软性AMOLED显示器技术,使得台湾波利亚对IGZO材料、制程、与应用的研发能量更加完整。日商掌握技术 抢搭先机从事氧化物半导体TFT研究已超过十年的谢信弘博士表示,目前各大面板厂针对IGZO的制程技术均已投入研发,而其中又以夏普(Sharp)对技术的开发最为积极,甚至已在日前推出了商品化的产品,例如有几款现今在日本热销的智慧型手机即使用该公司的IGZO面板。就目前而言,夏普所推出的产品为当今市场上唯一大量生产的IGZO产品,其他面板厂商则最快在明年才会有相同的产品问世。三星、LG不同调相对于夏普对IGZO制程的积极,南韩的三星与LG则展现完全不同的两种态度。谢博士指出,虽然自从细野秀雄教授提出IGZO制程的研究报告之后,三星与LG随即投入大量人力与资金深入研究,甚至早夏普一步于2006~2007年即提出IGZO制程的实验性展示品。但是,因为三星在LTPS制程上原本就拥有领先业界的优势,这使得三星对于IGZO制程的产品投入显得意兴阑珊。反观极度希望能追上三星的LG,则因为IGZO制程有机会与LTPS制程的产品一较长短,因此投入的资金与人力也就较三星增加许多,甚至可能在2014年就进入量产。台商陆商急起直追而台湾面板厂商在IGZO制程上的发展,友达于2008年启动了IGZO相关研究,并在2009年即首次推出实验性展示品,至今也累积了相当丰沛的研发能量,有机会在2014~2015年实现量产,与日、韩大厂并驾齐驱。其他台湾面板厂商则因为投入的研发资源相对较少,还无法预估具体的量产时程。至于技术本来就较台湾面板厂商落后的大陆面板厂商,大多是近期才开始投入IGZO研究,短时间内要有具体成果恐怕不易。然而谢博士也提醒,大陆面板厂商如京东方、华星等,也已投入相当资源,未来急起直追的可能性不容小觑。Polyera整合成为解决方案供应商谢信弘博士指出,Polyera虽然是电子材料商,但实质上更像是由材料到制程的完整解决方案供应商。谢博士进一步解释,Polyera是由美国西北大学Tobin Marks教授在2005年创立。Tobin Marks教授不但在有机电子化学领域极负盛名,同时在溶液涂布式半导体制程材料开发上也颇有建树,例如全球最低温的涂布式IGZO材料,只需在200°C的低温下就可形成高性能的结晶半导体薄膜,不但可取代耗能且昂贵的真空制程,同时低温制程的特性使得耐温低的塑胶膜也能取代玻璃成为面板的基板。[!empirenews.page]挟着创办人的盛名,Polyera陆续聘请来自西北大学、哈佛大学、麻省理工学院、乔治亚理工学院等长春藤名校一流的专家加入Polyera US研究团队,成为公司强大的研发创新后盾。而台湾波利亚的研发团队成员皆曾任职于各大面板厂,不但熟稔面板厂在制程与材料方面的各种要求,同时对于不同世代、不同技术基础的生产线的限制也有深入的瞭解,也因此,团队能有效的配合客户的设备限制,开发出所需要的材料与制程来供应。在谢博士的带领下,目前团队正在开发涂布式有机介电层与保护层材料,这样的材料不但可简化制程、降低成本,更具备可弯折的柔韧性,不久的将来可望取代矽基的脆性介电层与保护层,实现高解析度的全彩软性显示器。此外,在Polyera全球营运长暨台湾区总经理萧仲钦博士的大力支持下,台湾波利亚更在新竹设立一条与各大面板厂制程相仿的IGZO OLED面板实验线,提供与客户间的共通验证平台。谢信弘博士指出,在材料提供予客户前,都已在这条实验线上调配出适当的制程参数组合,而客户亦可善用此一验证平台,一方面直接进行实验,二方面藉此确认制程手法、参数范围、成品元件特性,不仅能有效缩短制程调整的时间,亦可大幅降低导入新材料与新制程的风险。Polyera瞄准未来软性显示器市场基于以上三项优势,台湾波利亚不仅是材料提供商,更是面板制程解决方案供应商,针对客户的需求,台湾波利亚能提供完整的服务,达到跟客户双赢的局面。面对未来,谢信弘博士指出,IGZO制程大幅应用在大尺寸与高解析度的产品上已经是不可逆的趋势。此外,由于软性显示器的需求逐渐增加,IGZO制程具有能在低温下生产高品质元件的特点,显然比a-Si与LTPS更适合运用在以塑胶为基板的软性显示器,这也将使得同时拥有IGZO技术与软性AMOLED技术的台湾波利亚,未来更具市场的爆发力。
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