低温多晶矽(LTPS).doc

低溫多晶矽(LTPS) TFT LCD產業概況學生姓名：余能枋光電所碩士班一年級學號：91226031指導教授.張正陽教授撰寫日期：92年3月25日 一、簡介所謂低溫多晶矽（Low Temperature Poly-Silicon；LTPS）是新一代薄膜電晶體液晶顯示器（TFT LCD）的製造流程。LTPS TFT LCD與傳統非晶矽（a-Si）TFT-LCD最大的差異在於，LTPS的薄膜電晶體經過雷射回火（Laser Anneal）的製程步驟，將a-Si的薄膜轉變為多晶矽（Poly-Si）薄膜層，可大幅提升電晶體的載子移動率達200倍以上（0.5cm2/V.sec. vs.100cm2/ V.sec）。TFT LCD目前技術分為非晶矽(a-Si TFT)與多晶矽(Poly-Si TFT)二種，市面上所見的TFT LCD幾乎都是非晶矽(a-Si) TFT，a-Si TFT目前技術成熟，為LCD的主流產品，而低溫多晶矽(LTPS) TFT主要藉由雷射退火製程形成多晶矽結構，多晶矽的電晶體電子移動速度較非晶矽提高百倍，具顯示畫面反映速度快、高亮度、及高解析度等優點，此外，對成本的降低也有助益，因此在這二年業者對LTPS TFT LCD的投資不斷增加。二、LTPS TFT的製程原理及優勢LCD顯示器的顯像原理，是運用兩個電極夾住一層液晶材料，基本上是於兩片皆有偏光板與ITO導電膜做電極的玻璃基板間，然後靠電極間電場的驅動，引起液晶分子扭轉向列的電場效應，以控制光源的透射或遮斷功能，並驅動紅、綠、藍三個格點構成一個畫素，由於上層玻璃具有彩色濾光片，進而透過彩色濾光片顯示彩色影像，而下層玻璃則有利用半導體製程做成的畫素(Pixel)，利用上下ITO導電玻璃間電位的差異可使液晶分子的排列方向產生不同程度的改變，進而使入射光線偏極化的方向與強度也發生不同程度的改變，造成輸出的光線得以有明亮與灰階的變化。 在TFT-LCD面板的製程方面，主要可分為三個階段：首先稱之為Array製程（或Panel製程），其過程為玻璃基板上形成薄膜電晶體(TFT)陣列；其次為Cell製程，其過程為將上下玻璃(陣列面板與彩色濾光片)貼合，並於其內灌入液晶；最後稱之為Module製程，其過程為將貼合後的面板與背光模組、驅動與控制電路板等零組件組合。表OLED、非晶矽LCD、與低溫多晶矽LCD技術原理顯示技術種類技術原理A-si TFT LCDA-si TFT LCD係受限於玻璃基板不耐高溫製程，以非晶矽作為薄膜電晶體材料，在導電玻璃上沉積矽晶薄膜層後長電路，製程包括ITO Array，液晶CELL，LCM。LTPS TFT LCD低溫多晶矽(LTPS)利用低溫半導體製程與雷射結晶化技術(Laser Crystallization)在玻璃基板上長出電路，同時因為多晶矽的特性，可將驅動IC，記憶體與相關電路整合於基版進行電路整合，實現SOG(System on Glass)的理想。LTPS TFT LCD製程包括了：ITO Array，液晶CELL，LCM。資料來源：資策會MIC，2001勢。LTPS被視為相當具有潛力的平面顯示器產品，主要是因為其輕薄化、反應速度更快、成本低的優勢，因此相較於TFT LCD，LTPS TFT LCD有許多的技術優勢。1. 反映速度加快多晶矽(Poly Si)與單晶矽(a-Si)的差異主要是在矽晶體的排列方式，多晶矽分子結構的排列狀況是整齊有方向性的，與非晶矽的雜亂排列方式不同，由於矽晶排列方式一致，因此電子可以較高的速度移動，a-Si的電子移動速度為0.51.0cm 2/Vs，而Poly-Si的速度高達100cm 2/Vs，因此可加快反應速度。2. 輕薄化由於電子移動速度快，Poly-Si可作為驅動電路，因此可將週邊驅動電路製作在玻璃基板上，以減輕其重量，達到輕薄化的要求。而a-Si僅能作為畫素的開關。3. 降低材料成本由於LTPS TFT將驅動IC整合在面板內，因此可降低IC成本，而且可減少IC後段加工所產生的不良率，因此亦可提升良率。以14.1吋非晶矽產品而言，材料約佔生產成本64，其中驅動IC約佔9.8，而LTPS產品原料佔生產成本約56，其中驅動IC約3.2，因此光是驅動IC上，2種產品的成本差異就達6.6。整體而言，LTPS TFT產品在材料成本上，將較非晶矽TFT產品低8；而下一階段在技術成熟後，更可將記憶體、數位類比轉換器也整合到面板，對成本降低的效益將更為明顯。如果在產品良率達到與a-Si TFT LCD相當時，則生產成本可降低20%以上。4. 省電特性LTPS TFT由於所製作的電晶體可以縮小，因此可以提升開口率，使得光線透過比率較高，所以在同樣亮度的情況下，可以用光強度較弱的冷陰極管，以減少耗電。5. 高解析度由於LTPS TFT的電晶體體積較小，因此在同尺寸產品可容易製造出更高解析度的面板，目前中小尺寸解析度可達200dpi的水準，比a-Si TFTLCD的83-93dpi高出很多，也因此在畫質要求較高的產品上有較佳的競爭力，如DSC、DV。6.降低不良率以12”XGA面板為例，約需10-12顆驅動IC，因此PIN腳接點數高達4,000點，如果採用LTPS面板則僅需200個接腳，因此可大幅降低因PIN腳接觸不良而產生的不良率。表一 12” XGA TFT LCD特性比較a-Si TFT LCDLTPS TFT LCDTFT 電性 0.30.7 cm2 /Vs100 cm 2/VsTFT 元件面積1約1/2耐衝撞強度180G 300G耐扭強度 約1,000次10,000次週邊接點數 4,000個接點150200250300500IC整合無無ControllerMemory/SenorCPU線路設計4 um3 um2 um1 um0.5-0.8 um起始電壓2V1.5V1V1V0.5V頻寬 10-20 MHz10-20 MHz75 MHz100MHz資料來源：工研院經資中心 (2001/11)六、國內業者狀況 國內已投資LTPS TFT的廠商計有統寶、元太科技、及友達三家，其中以統寶在LTPS TFT的進度最快，將於2002年第三季進入量產階段，元太科技、友達仍在送樣、研發階段，量產技術的克服仍是目前業者努力的首要之務。1.統寶光電 統寶光電為國內首家LTPS TFT-LCD廠商，由統一、仁寶及東元集團共同投資，技術來源為三洋電機及工研院，第一條產線採3.5代線(620mm750mm)，投資金額達新台幣230億元，未來將持續購入機台增加基板的投片量至7.5萬片，總投資金額將達500億元。目前已於7月進入量產，初期月產能為2萬片，主要應用市場為中小尺寸消費性電子產品，期將先投入1.5吋數位相機（DSC）、2.2吋行動電話及14.1吋大尺寸面板，年底前再推出3.5吋個人數位助理（PDA）及中型尺寸7.0 吋寬螢幕（Wide VGA）車用衛星導航系統面板，預估2002年營收將達10億元，可望達成損益兩平；統寶2003年預計將再投資新台幣600億元興建全球首座LTPS TFT LCD五代廠，生產線玻璃基板規格暫訂為1,100mm1,350mm，擬於2003年年中動工，月產能規劃約6萬7萬片。2.元太科技 元太科技投資新台幣5億元，採購離子植入、雷射回火等LTPS TFT LCD生產所需設備，將現有370mm470mm非晶矽（a-Si）TFT LCD產線，改裝而成LTPS TFT LCD生產線，現已具備每月3,000片產能。預計將在取得LTPS專用驅動IC及彩色濾光片（Color Filter；CF）等關鍵零組件後，於近期生產第一款3.8吋LTPS面板。3.友達光電 友達光電則將原有的320mm400mm a-Si TFT生產線轉作LTPS，做LTPS等技術研發之用。由於友達未來將致力於平面顯示器的專業生產廠商，而LTPS 亦是其未來發展重點之一。參考資料1. .tw/rep