Cách lựa chọn giữa silicon vô định hình (a-Si) và polysilicon nhiệt độ thấp (LTPS) để phát triển dự án có màn hình

1. Giới thiệu về LTPS
Poly-silicon nhiệt độ thấp(Poly-silicon nhiệt độ thấp; LTPS, sau đây gọi tắt là LTPS) là một công nghệ mới khác trong lĩnh vực màn hình phẳng. Công nghệ thế hệ mới sau silicon vô định hình (Amorphous-Silicon, sau đây gọi tắt là a-Si).
Polysilicon (polysilicon) là một loại vật liệu gốc silicon có kích thước khoảng 0,1 đến vài um, được cấu tạo từ nhiều hạt silicon. Trong ngành sản xuất chất bán dẫn, polysilicon thường được xử lý bằng LPCVD (Lắng đọng hơi hóa học áp suất thấp), sau đó được ủ ở nhiệt độ cao hơn 900C. Phương pháp này được gọi là SPC (Kết tinh pha rắn). Tuy nhiên, phương pháp này không phù hợp với ngành sản xuất màn hình phẳng, vì nhiệt độ tối đa của kính chỉ là 650°C. Vì vậy, công nghệ LTPS đặc biệt được ứng dụng trong sản xuất màn hình phẳng.
Độ linh động điện tử của vật liệu silicon vô định hình truyền thống (a-Si) chỉ là 0,5 cm2/V.S, trong khi độ linh động điện tử của vật liệu polysilicon nhiệt độ thấp (LTPS) có thể đạt tới 50-200 cm2/V.S. So với màn hình tinh thể lỏng kết tinh (a-Si TFT-LCD), TFT-LCD polysilicon nhiệt độ thấp có ưu điểm là độ phân giải cao hơn, tốc độ phản hồi nhanh, độ sáng cao (tỷ lệ khẩu độ cao), v.v. mạch lái xe có thể được thực hiện trên kính cùng một lúc. Trên nền, mục tiêu tích hợp hệ thống trên kính (SOG) có thể đạt được nên có thể tiết kiệm không gian và chi phí. Ngoài ra, công nghệ LTPS là nền tảng công nghệ phát triển điện phát quang hữu cơ hoạt động (AM-OLED) nên việc phát triển công nghệ LTPS đang được nhiều người quan tâm.
2. Sự khác biệt giữa silicon vô định hình (a-Si) và polysilicon nhiệt độ thấp (LTPS)
Nói chung, nhiệt độ xử lý của polysilicon nhiệt độ thấp phải thấp hơn 600°C, đặc biệt đối với yêu cầu "ủ laser" (ủ laser), một quy trình sản xuất giúp phân biệt LTPS với sản xuất a-Si. So với a-Si, tốc độ di chuyển của electron của LTPS nhanh hơn 100 lần so với a-Si. Tính năng này có thể giải thích hai vấn đề: thứ nhất, mỗi LTPS PANEL phản ứng nhanh hơn a-Si PANEL; thứ hai, sự xuất hiện của LTPS PANEL Kích thước nhỏ hơn a-Si PANEL. Sau đây là những lợi thế đáng kể mà LTPS có được so với a-Si:

1. Việc tích hợp mạch ngoại vi của IC điều khiển trên đế bảng điều khiển sẽ khả thi hơn;

2. Tốc độ phản hồi nhanh hơn, kích thước bề ngoài nhỏ hơn, ít kết nối và thành phần hơn;
3. Thiết kế hệ thống bảng điều khiển đơn giản hơn;
4. Độ ổn định của bảng điều khiển mạnh hơn;
5. Độ phân giải cao hơn,
Nghị quyết:
Vì p-Si TFT nhỏ hơn a-Si thông thường nên độ phân giải có thể cao hơn.
Quá trình tổng hợp IC điều khiển của p-Si TFT có hai ưu điểm trên đế thủy tinh: thứ nhất, số lượng đầu nối kết nối với đế thủy tinh giảm và chi phí sản xuất mô-đun giảm; thứ hai, độ ổn định của mô-đun sẽ được cải thiện đáng kể.
3. Phương pháp chế tạo màng mỏng LTPS
1. Kết tinh cảm ứng kim loại (MIC): một trong những phương pháp SPC. Tuy nhiên, so với SPC truyền thống, phương pháp này có thể tạo ra polysilicon ở nhiệt độ thấp hơn (khoảng 500~600°C). Điều này là do lớp kim loại mỏng được phủ trước khi hình thành quá trình kết tinh và thành phần kim loại đóng vai trò tích cực làm giảm quá trình kết tinh.
2. Cat-CVD: Phương pháp lắng đọng trực tiếp màng mỏng đa tinh thể (poly-film) mà không cần chiết bằng hơi nước. Nhiệt độ lắng đọng có thể thấp hơn 300°C. Cơ chế tăng trưởng liên quan đến phản ứng Cracking xúc tác của hỗn hợp SiH4-H2.
3. Ủ laser: Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Laser Excimer là nguồn năng lượng chính, dùng để làm nóng và làm tan chảy a-Si, chất chứa một lượng nhỏ hydro và sau đó kết tinh lại thành màng poly.
Công nghệ polysilicon nhiệt độ thấp LTPS (Low Thermal Poly-silicon) ban đầu là công nghệ được phát triển bởi các công ty công nghệ Nhật Bản và Bắc Mỹ nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng của màn hình Note-PC và làm cho Note-PC trông mỏng hơn và nhẹ hơn. Đó là vào khoảng giữa những năm 1990. Công nghệ đã bắt đầu tiến tới giai đoạn thử nghiệm. OLED, một thế hệ tấm tinh thể lỏng phát sáng hữu cơ mới có nguồn gốc từ LTPS, cũng bước vào giai đoạn thực tế vào năm 1998. Ưu điểm lớn nhất của nó nằm ở siêu mỏng, trọng lượng nhẹ, tiêu thụ điện năng thấp và đặc tính phát sáng riêng, vì vậy nó có thể cung cấp màu sắc rực rỡ hơn. Và hình ảnh rõ ràng hơn, và quan trọng hơn: chi phí sản xuất chỉ bằng 1/3 tấm nền LCD thông thường.
Hiện tại, tấm nền LTPS-OLED vẫn chưa nhận được sự ủng hộ của hầu hết các công ty sản xuất tấm nền LCD. Ngoài các vấn đề về bằng sáng chế kỹ thuật, khoản đầu tư vào nhà máy LCD quy mô lớn ban đầu khó có khả năng bị bỏ dở. Hiệu quả sản xuất cạnh tranh với LTPS. Do đó, hầu hết các màn hình tinh thể lỏng trên thị trường vẫn sử dụng tinh thể lỏng truyền thống, tức là silicon vô định hình (a-Si) chủ đạo. Công nghệ tinh thể lỏng truyền thống (a-Si) đã rất trưởng thành sau hơn 10 năm phát triển. Họ có kinh nghiệm đáng kể trong việc làm chủ công nghệ sản xuất và công nghệ thiết kế bảng điều khiển, nhưng công nghệ LTPS vẫn chưa thể đạt được điều đó trong thời gian ngắn. Vì vậy, mặc dù về mặt lý thuyết, chi phí sản xuất tấm nền LTPS-OLED thấp hơn nhiều nhưng giá của nó hiện tại vẫn không có lợi thế.
Tuy nhiên, theo mục đích ban đầu của nghiên cứu và phát triển ban đầu, bóng bán dẫn màng mỏng polysilicon nhiệt độ thấp (LTPS) có thể nhúng bộ phận dẫn động trên đế thủy tinh, giúp giảm đáng kể và giữ lại không gian của IC điều khiển, do đó kích thước của bóng bán dẫn màng mỏng có thể được làm nhỏ hơn, đồng thời tăng kích thước của màn hình. Độ sáng và giảm mức tiêu thụ điện năng, từ đó cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của tinh thể lỏng, đồng thời giảm chi phí sản xuất tấm nền, với độ phân giải cao hơn: trình điều khiển ma trận hoạt động TFT do LTPS cung cấp và mạch điều khiển và TFT có thể được tích hợp và sản xuất đồng thời. Trong trường hợp duy trì ưu điểm nhẹ và mỏng, vấn đề độ phân giải không đủ có thể được giải quyết (vì tốc độ truyền của các electron trong polysilicon nhanh hơn và chất lượng tốt hơn), nhờ đó tấm nền 2,5 inch có thể có độ phân giải cao là 200ppi.
Cải thiện tuổi thọ và giảm tiêu thụ năng lượng: Là một chỉ số quan trọng cho sự phát triển của công nghệ LTPS, việc giảm nhiệt độ của tinh thể lỏng có ý nghĩa rất lớn đối với tinh thể lỏng. Cả sự ổn định và tuổi thọ đã được cải thiện. Cho đến nay đây chỉ là một kết luận định tính về mặt kỹ thuật. Tôi tin rằng mọi người cũng dễ hiểu rằng thời gian làm việc của màn hình sẽ được kéo dài ở nhiệt độ tương đối thấp; Note-PC đời đầu rất coi trọng việc tiêu thụ năng lượng, đây cũng là một trong những lý do phát triển LTPS. Đồng thời giảm nhiệt độ hoạt động, mức tiêu thụ năng lượng của tấm nền LTPS cũng giảm đi rất nhiều. Tất nhiên, mức tiêu thụ năng lượng của màn hình LCD vốn đã nhỏ, điều này có ý nghĩa nhiều hơn đối với Note-PC so với màn hình PC.
Giảm kích thước: Mặc dù màn hình phẳng không có yêu cầu cao về kích thước nhưng việc theo đuổi màn hình tinh thể lỏng nhẹ hơn và mỏng hơn luôn là điểm nóng. Do các bóng bán dẫn màng mỏng polysilicon nhiệt độ thấp (LTPS) có thể nhúng trực tiếp các bộ phận truyền động trên đế thủy tinh, do đó, vỏ của màn hình tinh thể lỏng LTPS hầu như chỉ có thể giữ lại độ dày của chính tấm tinh thể lỏng mà không dành không gian cho IC điều khiển và giảm độ dày đến mức lớn nhất.