TFT-LCD發明于1960年,經過不斷的改良在1991年時成功的商業化為筆記本電腦用面板,從此進入TFT-LCD的世代。
簡單的說TFT-LCD面板的基本結構為兩片玻璃基板中間夾住一層液晶。前端LCD面板貼上彩色濾光片,后端TFT面板上制作薄膜晶體管(TFT)。當施電壓于晶體管時,液晶轉向,光線穿過液晶后在前端面板上產生一個畫素。背光模塊位于TFT-Array面板之后負責提供光源。彩色濾光片給予每一個畫素特定的顏色。結合每一個不同顏色的畫素所呈現出的就是面板前端的影像。
TFT面板就是由數百萬個TFT device以及ITO(Indium Tin Oxide,此材料為透明導電金屬)區域排列如一個matrix所構成,而所謂的Array就是指數百萬個排列整齊的TFT device之區域,此數百萬個排列整齊的區域就是面板顯示區。
不論TFT板的設計如何的變化,制程如何的簡化,其結構一定需具備TFT device和控制液晶區域(光源若是穿透式的LCD,則此控制液晶的區域是使用ITO,但對于反射式的LCD是使用高反射式率的金屬,如Al等。)
TFT device是一個開關器,其功能就是控制電子跑到ITO區域的數量,當ITO區域流進去的電子數量達到我們想要的數值后,再將TFT device關掉,此時就將電子整個關(Keep)在ITO區域。
(1)LTPS
Polysilicon (多晶硅)是一種以硅為基底,由許多約為0.1至數個um大小的硅晶粒所組合而成的材料。在半導體制造產業中,多晶硅通常先以LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition)沉積后,再以高于900°C的退火形成,此方法即為SPC (Solid Phase Crystallization)。然而此種方法卻不適用于平面顯示器制造產業,此乃因為玻璃的形變溫度只有650°C。因此,LTPS技術即是特別應用在平面顯示器的制造上的多晶硅成膜技術。
現在已有許多方法可以在玻璃或塑料基板上制造LTPS薄膜:
• Metal Induced Crystallization (MIC):屬于SPC方法之一。然相較于傳統的SPC,此方法能在較低溫下(約500~600°C)制造出多晶硅。這是因為一薄層金屬在結晶前即先形成
在硅薄膜上,而此金屬成分是降低結晶化所需要的活化能,使其能在較低溫結晶的重要關鍵。
• Cat-CVD:一種無須經由退火處理、而可直接沉積多晶薄膜(poly-film)的方法。沈積溫度可低于300°C。成長機制包含SiH4-H2混合體的catalytic cracking reaction。
• Laser anneal:此為目前最廣為運用的方法。利用Excimer雷射加熱及融化含氫量低的a-Si,然后再結晶為多晶硅薄膜。
LTPS薄膜的制備遠比a-Si復雜許多,然而LTPS TFT的載子遷移率(mobility)比a-Si TFT高出一百倍,并且可以在玻璃基板上直接進行CMOS制程。以下列出幾種p-Si優于a-Si的特性:
• 可直接整合驅動電路于玻璃基板上,意指較小的周邊電路使用面積,而且降低成本。
• 高開口率:高遷移率代表使用幾何尺寸較小的晶體管即可提供足夠的充電能力,因此光穿透的有效面積變大。
• Vehicle for OLED:高遷移率代表可提供OLED Device較大之驅動電流,因此較適合作為主動型OLED顯示器之基板。
• 模塊緊密:由于部份驅動電路可制作于玻璃基板上,因此PCB上的電路相對簡單,因而可節省PCB之面積。
(2)半穿透半反射式
液晶屏幕要放映映像是經由背光透過彩色濾鏡,然后才映入我們的眼窗,這種搭載背光的模式稱為“穿透式”液晶屏幕,其電力大部份經由背光裝置消耗。背光越亮呈現于屏幕前之亮度相對也就越高,然而所耗之電量也越大。
“反射式”架構經由反射板之裝置利用外部光源來顯示畫面,裝置省電但在缺乏外部光源是就較難看到畫面。
“半穿透半反射式(Transflective)”為兩者之折衷,此裝置以反射鏡(Reflector)來取代反射板,除了可以透過背光以外也可以利用外部光源的反射,以達到省電、提高亮度與減輕重量的效果。
(3)MVA
MVA (Multi-domain Vertical Alignment)技術因液晶的特殊排列模式不但提高面板視角并解決大部份灰階反轉的問題。使用MVA技術的優點有:
•高對比度
•廣視角
•無灰階反轉
•高分辨率
•快速反應時間