วิธีเลือกระหว่างซิลิคอนอสัณฐาน (a-Si) และโพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำ (LTPS) สำหรับการพัฒนาโครงการด้วยจอแสดงผล

1. ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับ LTPS
โพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำ(โพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำ; LTPS ซึ่งต่อไปนี้จะเรียกว่า LTPS) เป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีใหม่ในด้านจอแบน เทคโนโลยียุคหน้าตามซิลิคอนอสัณฐาน (Amorphous-Silicon ซึ่งต่อไปนี้จะเรียกว่า a-Si)
โพลีซิลิคอน (polysilicon) เป็นวัสดุที่ทำจากซิลิคอนซึ่งมีขนาดประมาณ 0.1 ถึงหลาย um ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคซิลิคอนจำนวนมาก ในอุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ โดยปกติโพลีซิลิคอนจะได้รับการบำบัดโดย LPCVD (การสะสมไอสารเคมีแรงดันต่ำ) จากนั้นจึงอบอ่อนที่อุณหภูมิสูงกว่า 900C วิธีการนี้เรียกว่า SPC (Solid Phase Crystallization) อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ไม่เหมาะกับอุตสาหกรรมการผลิตจอแบน เนื่องจากอุณหภูมิสูงสุดของกระจกอยู่ที่เพียง 650°C ดังนั้นเทคโนโลยี LTPS จึงถูกนำมาใช้โดยเฉพาะในการผลิตจอแบน
การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนของวัสดุซิลิกอนอสัณฐานแบบดั้งเดิม (a-Si) อยู่ที่เพียง 0.5 cm2/V.S ในขณะที่การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนของวัสดุโพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำ (LTPS) สามารถเข้าถึง 50-200 cm2/V.S เมื่อเทียบกับจอแสดงผลคริสตัลเหลว (a-Si TFT-LCD) TFT-LCD โพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำมีข้อดีคือความละเอียดสูงกว่า ความเร็วตอบสนองที่รวดเร็ว ความสว่างสูง (อัตราส่วนรูรับแสงสูง) ฯลฯ ในเวลาเดียวกัน อุปกรณ์ต่อพ่วง สามารถทำวงจรขับเคลื่อนบนกระจกได้พร้อมๆ กัน บนพื้นผิว สามารถบรรลุเป้าหมายของการรวมระบบบนกระจก (SOG) ได้ จึงสามารถประหยัดพื้นที่และต้นทุนได้ นอกจากนี้ เทคโนโลยี LTPS ยังเป็นแพลตฟอร์มเทคโนโลยีสำหรับการพัฒนาสารเรืองแสงอินทรีย์แบบแอคทีฟ (AM-OLED) ดังนั้นการพัฒนาเทคโนโลยี LTPS จึงได้รับความสนใจในวงกว้าง
2. ความแตกต่างระหว่างซิลิคอนอสัณฐาน (a-Si) และโพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำ (LTPS)
โดยทั่วไป อุณหภูมิกระบวนการของโพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำควรต่ำกว่า 600°C โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับข้อกำหนดของ "การหลอมด้วยเลเซอร์" (การหลอมด้วยเลเซอร์) ซึ่งเป็นกระบวนการผลิตที่ทำให้ LTPS แตกต่างจากการผลิต a-Si เมื่อเปรียบเทียบกับ a-Si ความเร็วในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนของ LTPS จะเร็วกว่า a-Si ถึง 100 เท่า คุณลักษณะนี้สามารถอธิบายปัญหาได้สองประการ ประการแรก แต่ละ LTPS PANEL ตอบสนองได้เร็วกว่า a-Si PANEL; ประการที่สอง ลักษณะของ LTPS PANEL จะมีขนาดเล็กกว่า a-Si PANEL ต่อไปนี้เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญที่ LTPS ถือครองเหนือ a-Si:

1. มีความเป็นไปได้มากกว่าที่จะรวมวงจรต่อพ่วงของ IC ไดรเวอร์ไว้บนพื้นผิวแผง

2. ความเร็วในการตอบสนองที่เร็วขึ้น ขนาดรูปลักษณ์ที่เล็กลง การเชื่อมต่อและส่วนประกอบน้อยลง
3. การออกแบบระบบแผงง่ายกว่า
4. ความเสถียรของแผงแข็งแกร่งขึ้น
5. ความละเอียดที่สูงขึ้น
ปณิธาน:
เนื่องจาก p-Si TFT มีขนาดเล็กกว่า a-Si ทั่วไป ความละเอียดจึงอาจสูงกว่าได้
การสังเคราะห์ IC ไดรเวอร์ของ p-Si TFT มีข้อดีสองประการบนพื้นผิวแก้ว ประการแรก จำนวนตัวเชื่อมต่อที่เชื่อมต่อกับพื้นผิวแก้วจะลดลง และต้นทุนการผลิตของโมดูลลดลง ประการที่สอง ความเสถียรของโมดูลจะดีขึ้นอย่างมาก
3. วิธีการเตรียมฟิล์มบาง LTPS
1. การตกผลึกที่เกิดจากโลหะ (MIC): หนึ่งในวิธี SPC อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับ SPC แบบดั้งเดิม วิธีการนี้สามารถผลิตโพลีซิลิคอนได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า (ประมาณ 500~600°C) เนื่องจากชั้นโลหะบางๆ ถูกเคลือบก่อนที่จะเกิดการตกผลึก และส่วนประกอบที่เป็นโลหะมีหน้าที่ลดการตกผลึก
2. Cat-CVD: วิธีการฝากฟิล์มบางโพลีคริสตัลไลน์ (ฟิล์มโพลี) โดยตรงโดยไม่ต้องสกัดด้วยไอน้ำ อุณหภูมิการสะสมอาจต่ำกว่า 300°C กลไกการเจริญเติบโตเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาแคร็กตัวเร่งปฏิกิริยาของส่วนผสม SiH4-H2
3. Laser anneal เป็นวิธีที่นิยมใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน เลเซอร์ Excimer เป็นพลังงานหลักที่ใช้ให้ความร้อนและละลาย a-Si ซึ่งมีไฮโดรเจนในปริมาณต่ำ จากนั้นจึงตกผลึกใหม่เป็นฟิล์มโพลี
เทคโนโลยีโพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำ LTPS (โพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำ) เดิมเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาโดยบริษัทเทคโนโลยีของญี่ปุ่นและอเมริกาเหนือ เพื่อลดการใช้พลังงานของจอแสดงผล Note-PC และทำให้ Note-PC ดูบางลงและเบาลง มันเป็นช่วงประมาณกลางทศวรรษ 1990 เทคโนโลยีได้เริ่มก้าวไปสู่ขั้นทดลองแล้ว OLED ซึ่งเป็นแผงคริสตัลเหลวเปล่งแสงอินทรีย์รุ่นใหม่ที่ได้มาจาก LTPS ก็เข้าสู่ขั้นตอนการปฏิบัติในปี 1998 เช่นกัน ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของมันคือความบางเฉียบ น้ำหนักเบา การใช้พลังงานต่ำ และคุณลักษณะการเปล่งแสงของตัวเอง ดังนั้น มันสามารถให้สีสันที่สดใสยิ่งขึ้น และภาพที่คมชัดยิ่งขึ้น และที่สำคัญ ต้นทุนการผลิตเพียง 1/3 ของจอ LCD ธรรมดาเท่านั้น
ปัจจุบัน แผง LTPS-OLED ยังไม่ได้รับการสนับสนุนจากบริษัทแผง LCD ส่วนใหญ่ นอกเหนือจากปัญหาสิทธิบัตรทางเทคนิคแล้ว ไม่น่าเป็นไปได้ที่การลงทุนในโรงงาน LCD ขนาดใหญ่เดิมจะถูกยกเลิกไป ประสิทธิภาพการผลิตเพื่อแข่งขันกับ LTPS ดังนั้น จอแสดงผลคริสตัลเหลวส่วนใหญ่ในตลาดยังคงใช้คริสตัลเหลวแบบดั้งเดิม ซึ่งก็คือ ซิลิคอนอสัณฐานกระแสหลัก (a-Si) เทคโนโลยีผลึกเหลว (a-Si) แบบดั้งเดิมได้รับการพัฒนาอย่างมากหลังจากการพัฒนามานานกว่า 10 ปี พวกเขามีประสบการณ์มากมายในความเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีการผลิตและเทคโนโลยีการออกแบบแผง และเทคโนโลยี LTPS ก็ยังไม่สามารถทำได้ในระยะเวลาอันสั้น ดังนั้นแม้ว่าต้นทุนการผลิตแผง LTPS-OLED ในทางทฤษฎีจะต่ำกว่ามาก แต่ราคาก็ยังไม่มีข้อได้เปรียบในปัจจุบัน
อย่างไรก็ตาม ตามความตั้งใจดั้งเดิมของการวิจัยและพัฒนาดั้งเดิม ทรานซิสเตอร์ฟิล์มบางโพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำ (LTPS) สามารถฝังองค์ประกอบการขับเคลื่อนบนพื้นผิวแก้ว ซึ่งช่วยลดและรักษาพื้นที่ของ IC ไดรเวอร์ได้อย่างมาก ดังนั้นขนาด ของทรานซิสเตอร์แบบฟิล์มบางสามารถทำให้เล็กลงได้ และในขณะเดียวกันก็เพิ่มขนาดของจอแสดงผลด้วย ความสว่างและการใช้พลังงานลดลง จึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของคริสตัลเหลวได้อย่างมาก และยังช่วยลดต้นทุนการผลิตของแผงด้วยความละเอียดสูงกว่า: ไดรเวอร์ TFT active matrix ที่ได้รับจาก LTPS และวงจรไดรเวอร์และ TFT สามารถรวมและผลิตได้ ในเวลาเดียวกัน. ในกรณีรักษาข้อดีคือความเบาและความบางก็สามารถแก้ไขปัญหาความละเอียดไม่เพียงพอได้ (เพราะความเร็วในการส่งอิเล็กตรอนในโพลีซิลิคอนเร็วกว่าและคุณภาพก็ดีกว่า) เพื่อให้แผงขนาด 2.5 นิ้วสามารถมีความละเอียดสูงได้ 200ppi
ปรับปรุงอายุการใช้งานและลดการใช้พลังงาน: เนื่องจากเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยี LTPS การลดอุณหภูมิของผลึกเหลวจึงมีความหมายหลายประการสำหรับผลึกเหลว ปรับปรุงทั้งความเสถียรและอายุการใช้งานแล้ว จนถึงขณะนี้เป็นเพียงข้อสรุปเชิงคุณภาพทางเทคนิคเท่านั้น ฉันเชื่อว่าเป็นเรื่องง่ายสำหรับทุกคนที่จะเข้าใจว่าอายุการใช้งานของจอแสดงผลจะขยายออกไปที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ Note-PC รุ่นแรกๆ ให้ความสำคัญอย่างยิ่งกับการใช้พลังงาน ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งในการพัฒนา LTPS ในขณะที่ลดอุณหภูมิในการทำงาน แผง LTPS การใช้พลังงานก็ลดลงอย่างมากเช่นกัน แน่นอนว่า การใช้พลังงานของจอภาพ LCD นั้นน้อยมาก ซึ่งหมายถึง Note-PC มากกว่าจอภาพ PC
การลดขนาด: แม้ว่าจอแบนจะไม่มีข้อกำหนดด้านขนาดมากนัก แต่การแสวงหาจอแสดงผลคริสตัลเหลวที่เบากว่าและบางกว่ายังคงเป็นประเด็นร้อนอยู่เสมอ เนื่องจากทรานซิสเตอร์ฟิล์มบางโพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำ (LTPS) สามารถฝังองค์ประกอบการขับเคลื่อนบนพื้นผิวแก้วได้โดยตรง ดังนั้น เปลือกของจอแสดงผลคริสตัลเหลว LTPS จึงสามารถรักษาความหนาของแผงผลึกเหลวได้เกือบทั้งหมดเท่านั้น โดยไม่ต้องสำรองพื้นที่สำหรับ IC ไดรเวอร์และลดความหนาให้มากที่สุด