LCD技術(shù)簡(jiǎn)介

早在1999年，低溫多晶硅LCD便已經(jīng)問世，因此它談不上是什么新技術(shù)。但由于種種原因，低溫多晶硅技術(shù)發(fā)展緩慢，甚至長(zhǎng)時(shí)間停留在口頭上，直到近期該領(lǐng)域出現(xiàn)突破性進(jìn)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(jiǎn)稱為p-Si，下同）”，它是多晶硅技術(shù)的一個(gè)分支。對(duì)LCD顯示器來說，采用多晶硅液晶材料有許多優(yōu)點(diǎn)，如薄膜電路可以做得更薄更小、功耗更低等等，我們會(huì)在下面集中介紹。但在多晶硅技術(shù)發(fā)展的初期，為了將玻璃基板從非晶硅結(jié)構(gòu)（a-Si）轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч杞Y(jié)構(gòu)，就必須借助一道激光退火（Laser Anneal）的高溫氧化工序，此時(shí)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(huì)軟化熔融，根本無法正常使用，而只有石英玻璃才能夠經(jīng)受這樣的高溫處理。而石英玻璃不僅價(jià)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(jià)的非晶硅材料（a-Si），這也是我們今天所見到的情形。不過，業(yè)界并沒有因此放棄努力，發(fā)展低溫多晶硅技術(shù)成為共識(shí)，在經(jīng)過多年的努力之后，低溫多晶硅終于逐步走入現(xiàn)實(shí)。與傳統(tǒng)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(zhǔn)分子激光作為熱源，激光經(jīng)過透射系統(tǒng)后，會(huì)產(chǎn)生能量均勻分布的激光束并被投射于非晶硅結(jié)構(gòu)的玻璃基板上，當(dāng)非晶硅結(jié)構(gòu)的玻璃基板吸收準(zhǔn)分子激光的能量后，就會(huì)轉(zhuǎn)變成為多晶硅結(jié)構(gòu)。由于整個(gè)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(shù)引入LCD顯示器領(lǐng)域也就完全可行。而除了制造成本降低外，低溫多晶硅技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)還體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(yùn)動(dòng)范圍大小。傳統(tǒng)的a-Si非晶硅材料LCD，電子遷移率指標(biāo)多數(shù)都在0.5cm2/V-sec以內(nèi)，而P-Si多晶硅面板的電子遷移率可達(dá)到200cm2/V-sec，整整是非晶硅材料的400倍之多。由于在該項(xiàng)指標(biāo)上多晶硅材料占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，使得多晶硅LCD的反應(yīng)速度極快，體現(xiàn)在顯示器產(chǎn)品中便是響應(yīng)時(shí)間可以做到更短，更好滿足大屏幕LCD的實(shí)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(gè)液晶像素都必須有一個(gè)專門的TFT薄膜電路。這個(gè)薄膜電路與液晶像素一一對(duì)應(yīng)，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(huì)被它遮擋。薄膜電路占據(jù)的面積越大，能透過的光能就越少，體現(xiàn)在 終顯示上就是液晶像素較暗。而如果薄膜電路占據(jù)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(yè)界引入“開口率（Aperture Ratio）”指標(biāo)來描述此種情況，開口率是指每個(gè)像素可透光的區(qū)域與像素總面積的比例。顯然，薄膜電路占據(jù)的面積越小，可透光區(qū)域就越大，開口率越高，整體畫面就越亮。       　　傳統(tǒng)a-Si非晶硅材料在開口率方面的表現(xiàn)難如人意，原因就在于對(duì)應(yīng)的薄膜電路體積較大，雖然許多廠商想盡辦法提升該項(xiàng)指標(biāo)，但收效甚微。而p-Si多晶硅材料在這方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，用該技術(shù)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(gè)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(jī)的功耗將因此大大降低，這對(duì)于筆記本LCD屏來說具有相當(dāng)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(shù)。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(tǒng)非晶硅面板高得多，對(duì)應(yīng)的LCD面板要做到高分辨率不僅相對(duì)容易，且可以擁有更為出色的顯示效果。不妨舉個(gè)例子，對(duì)于12英寸的筆記本LCD屏，如果改用低溫多晶硅技術(shù)，顯示屏就可以在實(shí)現(xiàn)1024×768高分辨率的同時(shí)，將開口率指標(biāo)保持在與常規(guī)桌面型LCD顯示器相當(dāng)?shù)乃疁?zhǔn)，由此大幅度改善屏幕的亮度輸出、對(duì)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(shí)上，多晶硅技術(shù)所能達(dá)到的分辨率遠(yuǎn)超乎人們的想象，如在三片式LCD投影機(jī)中，高溫多晶硅（High Temperature Poly-Silicon）技術(shù)被廣泛使用，而它可以在面板尺寸僅有1.3英寸時(shí)，就實(shí)現(xiàn)1024×768的超高分辨率，如果換作是普通的非晶硅技術(shù)則遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到這一指標(biāo)。    　　對(duì)于傳統(tǒng)的非晶硅LCD顯示器，驅(qū)動(dòng)IC與玻璃基板是不可集成的分離式設(shè)計(jì)，因此，在驅(qū)動(dòng)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(shù)量在4000個(gè)左右，這不可避免導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，模塊制造成本居高不下，且面板的穩(wěn)定性較差，故障率會(huì)比較高。再者，驅(qū)動(dòng)IC與玻璃基板的分離式設(shè)計(jì)也讓LCD難以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步輕薄化，這對(duì)輕薄型筆記本電腦和平板PC而言都是個(gè)不小的打擊。相比之下，低溫多晶硅技術(shù)同樣沒有這個(gè)問題。驅(qū)動(dòng)IC可以同玻璃基板直接集成，所需的連接器數(shù)量銳減到200個(gè)以下，顯示器的元器件總數(shù)比傳統(tǒng)的a-Si非晶硅技術(shù)整整少了40％。這也使得面板的結(jié)構(gòu)變得很簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性更強(qiáng)，理論上說，多晶硅LCD面板的制造成本也將低于傳統(tǒng)技術(shù)。與此同時(shí)，集成式結(jié)構(gòu)讓驅(qū)動(dòng)IC不必占據(jù)額外的空間，LCD顯示屏可以做得更輕更薄，這一點(diǎn)無疑可以得到市場(chǎng)的廣泛歡迎。