LCD技術簡介

早在1999年，低溫多晶硅LCD便已經問世，因此它談不上是什么新技術。但由于種種原因，低溫多晶硅技術發展緩慢，甚至長時間停留在口頭上，直到近期該領域出現突破性進展之后才開始被外界重新注意。低溫多晶硅的全稱是“Low Temperature Poly-Silicon（LTPS，多晶硅又簡稱為p-Si，下同）”，它是多晶硅技術的一個分支。對LCD顯示器來說，采用多晶硅液晶材料有許多優點，如薄膜電路可以做得更薄更小、功耗更低等等，我們會在下面集中介紹。但在多晶硅技術發展的初期，為了將玻璃基板從非晶硅結構（a-Si）轉變為多晶硅結構，就必須借助一道激光退火（Laser Anneal）的高溫氧化工序，此時玻璃基板的溫度將超過攝氏1000度。眾所周知，普通玻璃在此高溫下就會軟化熔融，根本無法正常使用，而只有石英玻璃才能夠經受這樣的高溫處理。而石英玻璃不僅價格昂貴且尺寸都較小，無法作為顯示器的面板，廠商很自然選擇了廉價的非晶硅材料（a-Si），這也是我們今天所見到的情形。不過，業界并沒有因此放棄努力，發展低溫多晶硅技術成為共識，在經過多年的努力之后，低溫多晶硅終于逐步走入現實。與傳統的高溫多晶硅相比，低溫多晶硅雖然也需要激光照射工序，但它采用的是準分子激光作為熱源，激光經過透射系統后，會產生能量均勻分布的激光束并被投射于非晶硅結構的玻璃基板上，當非晶硅結構的玻璃基板吸收準分子激光的能量后，就會轉變成為多晶硅結構。由于整個處理過程是在攝氏500-600度以下完成，普通的玻璃基板也可承受，這就大大降低了制造成本，將多晶硅技術引入LCD顯示器領域也就完全可行。而除了制造成本降低外，低溫多晶硅技術的優點還體現在以下幾個方面。    　　電子遷移率以“cm2/V-sec”為單位，指的是每秒鐘每伏特電壓下電子的運動范圍大小。傳統的a-Si非晶硅材料LCD，電子遷移率指標多數都在0.5cm2/V-sec以內，而P-Si多晶硅面板的電子遷移率可達到200cm2/V-sec，整整是非晶硅材料的400倍之多。由于在該項指標上多晶硅材料占據絕對優勢，使得多晶硅LCD的反應速度極快，體現在顯示器產品中便是響應時間可以做到更短，更好滿足大屏幕LCD的實用需求。      　　我們知道，液晶材料通過控制光的通斷來顯示不同的畫面，這樣，每個液晶像素都必須有一個專門的TFT薄膜電路。這個薄膜電路與液晶像素一一對應，且成為像素的一部分，由于電路本身并不透光，來自背光源的光線便會被它遮擋。薄膜電路占據的面積越大，能透過的光能就越少，體現在 終顯示上就是液晶像素較暗。而如果薄膜電路占據的面積較小，透過的光線就較多，在背光源不變的情況下，液晶像素也可以擁有較高的輸出亮度。LCD業界引入“開口率（Aperture Ratio）”指標來描述此種情況，開口率是指每個像素可透光的區域與像素總面積的比例。顯然，薄膜電路占據的面積越小，可透光區域就越大，開口率越高，整體畫面就越亮。       　　傳統a-Si非晶硅材料在開口率方面的表現難如人意，原因就在于對應的薄膜電路體積較大，雖然許多廠商想盡辦法提升該項指標，但收效甚微。而p-Si多晶硅材料在這方面具有絕對的優勢，用該技術制造的LCD面板，薄膜電路可以做得更小、更薄，電路本身的功耗也較低。更重要的是，較小的薄膜電路讓多晶硅LCD擁有更高的開口率，在背光模塊不變的情況下可擁有更出色的亮度及色彩輸出。換個角度考慮，采用多晶硅材料也可以在確保亮度不變的前提下，有效降低背光源的功率，整機的功耗將因此大大降低，這對于筆記本LCD屏來說具有相當積極的意義。      　　越來越多的液晶廠商開始重視p-Si多晶硅技術。如前所述，p-Si多晶硅面板的薄膜電路尺寸極小，開口率比傳統非晶硅面板高得多，對應的LCD面板要做到高分辨率不僅相對容易，且可以擁有更為出色的顯示效果。不妨舉個例子，對于12英寸的筆記本LCD屏，如果改用低溫多晶硅技術，顯示屏就可以在實現1024×768高分辨率的同時，將開口率指標保持在與常規桌面型LCD顯示器相當的水準，由此大幅度改善屏幕的亮度輸出、對比度和色彩效果，“12英寸無好屏”的說法自然也就成為歷史。事實上，多晶硅技術所能達到的分辨率遠超乎人們的想象，如在三片式LCD投影機中，高溫多晶硅（High Temperature Poly-Silicon）技術被廣泛使用，而它可以在面板尺寸僅有1.3英寸時，就實現1024×768的超高分辨率，如果換作是普通的非晶硅技術則遠遠無法達到這一指標。    　　對于傳統的非晶硅LCD顯示器，驅動IC與玻璃基板是不可集成的分離式設計，因此，在驅動IC與玻璃基板之間需要大量的連接器。一般來說，一塊非晶硅LCD面板，需要的連接器數量在4000個左右，這不可避免導致結構變得復雜，模塊制造成本居高不下，且面板的穩定性較差，故障率會比較高。再者，驅動IC與玻璃基板的分離式設計也讓LCD難以實現進一步輕薄化，這對輕薄型筆記本電腦和平板PC而言都是個不小的打擊。相比之下，低溫多晶硅技術同樣沒有這個問題。驅動IC可以同玻璃基板直接集成，所需的連接器數量銳減到200個以下，顯示器的元器件總數比傳統的a-Si非晶硅技術整整少了40％。這也使得面板的結構變得很簡單、穩定性更強，理論上說，多晶硅LCD面板的制造成本也將低于傳統技術。與此同時，集成式結構讓驅動IC不必占據額外的空間，LCD顯示屏可以做得更輕更薄，這一點無疑可以得到市場的廣泛歡迎。