IGZO蔚為面板主流 Polyera加碼投入研發(fā)
[導(dǎo)讀]根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)NPD與DisplaySearch的研究指出，近來在智慧型手機(jī)與平板電腦跳耀式成長發(fā)展下，使得新一代TFT的制程，包括LTPS(low temperature polysilicon，低溫多晶矽)和IGZO(indium gallium zinc oxide，組成的
根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)NPD與DisplaySearch的研究指出，近來在智慧型手機(jī)與平板電腦跳耀式成長發(fā)展下，使得新一代TFT的制程，包括LTPS(low temperature polysilicon，低溫多晶矽)和IGZO(indium gallium zinc oxide，組成的非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體技術(shù))等生產(chǎn)高解析度顯示器的技術(shù)日趨重要。
經(jīng)由這些新技術(shù)所采用的高遷移率半導(dǎo)體材料，可縮小TFT尺寸，提高開口率，使得解析度超過每英寸300畫素(300 PPI)的顯示面板，逐漸應(yīng)用于智慧型手機(jī)與平板電腦，而這些新面板生產(chǎn)技術(shù)也將逐漸成為市場的主流。
非晶矽成本低 最廣泛被應(yīng)用
目前，TFT面板的生產(chǎn)制程大致可分為a-Si非晶矽、LTPS低溫多晶矽、以及IGZO氧化銦鎵鋅非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體技術(shù)等三種。而這三種生產(chǎn)技術(shù)中，傳統(tǒng)的a-Si制程具備產(chǎn)能大、制程短、成本低的優(yōu)勢。因此，a-Si制程也是目前使用最廣泛的技術(shù)，產(chǎn)品應(yīng)用涵蓋大部分手機(jī)、平板電腦、筆記型電腦的螢?zāi)缓蛶缀跛械囊壕щ娨曃災(zāi)弧?br>
然而，在矽晶結(jié)構(gòu)上，a-Si的排列較為分散零亂，也使得電子遷移率平均在0.5~1cm2/Vs，速率較差。因此，在需要高解析度及高亮度的產(chǎn)品上處于劣勢。
低溫多晶矽成本高 適用高階產(chǎn)品
而相對于a-Si制程，LTPS制程透過高溫的方式形成結(jié)晶(一般須高于400度或500度以上)，使矽晶排列較a-Si制程來的整齊有序，從而提高電子遷移率至100cm2/Vs左右，較a-Si TFT高100倍以上。因此，利用LTPS制程可將TFT元件做得更小，并且提升單畫素開口率(aperture ratio)、增加解析度、降低功耗。
目前，以日系業(yè)者為主的中小尺寸面板業(yè)者，以及供應(yīng)市面上大多數(shù)AMOLED產(chǎn)品的三星，較為專注在LTPS制程上。只是，相對于a-Si制程，LTPS雖然解析度較精細(xì)，但制程設(shè)備以及生產(chǎn)的制程也復(fù)雜許多，產(chǎn)能擴(kuò)張的資本投資驚人，以致產(chǎn)能受限且成本居高不下，因此現(xiàn)階段多半鎖定在高階的應(yīng)用上。
此外，LTPS制程在結(jié)晶過程中，必須利用準(zhǔn)分子雷射作為熱源，讓雷射光經(jīng)過投射系統(tǒng)后，產(chǎn)生能量均勻分布的雷射光束，投射于玻璃基板上的非晶矽結(jié)構(gòu)薄膜，當(dāng)非晶矽結(jié)構(gòu)薄膜吸收準(zhǔn)分子雷射的能量后，就會轉(zhuǎn)變成為多晶矽結(jié)構(gòu)。然而這個制程很容易因?yàn)槔咨淠芰康募?xì)微變化，造成局部結(jié)晶狀況不同，進(jìn)一步使面板有Mura的現(xiàn)象。同時，也因?yàn)榻Y(jié)晶設(shè)備和其他相關(guān)設(shè)備的限制，使得LTPS制程局限于五點(diǎn)五代線以下，而難以運(yùn)用在大尺寸的產(chǎn)品上，影向了LTPS制程全方位的發(fā)展。
IGZO結(jié)合技術(shù)優(yōu)勢 提供最高性價比
就因?yàn)閍-Si制程及LTPS制程各有其先天上的優(yōu)缺點(diǎn)，因此結(jié)合這兩種制程優(yōu)點(diǎn)的IGZO氧化銦鎵鋅技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。
這種氧化物半導(dǎo)體薄膜電晶體技術(shù)，最早是由東京工業(yè)大學(xué)細(xì)野秀雄教授于2003年所發(fā)表，原理是使用由銦(Indium；In)、鎵(Gallium；Ga)、鋅(Zinc；Zn)三種金屬的氧化物所組合成的材料作為TFT的主動層，由于具有特殊的電子組態(tài)，當(dāng)電子透過IGZO進(jìn)行傳導(dǎo)時，其遷移率可較a-Si提高20倍以上，一般而言其速度仍可高達(dá)10~20 cm2/Vs。
也因?yàn)楦唠娮舆w移率可使得TFT元件做得更小、耗電量更低，使單畫素的開口率得以增加，因此能實(shí)現(xiàn)高解析及高亮度面板的需求。而由于IGZO制程不需要用到結(jié)晶與摻雜等步驟，使得其制程較LTPS簡單，也不會受到尺寸的限制，讓應(yīng)用也無所局限，因此業(yè)者普遍看好其未來的發(fā)展。此外，非晶系的IGZO可以用較低溫的方式制作，所以也很適合應(yīng)用在軟性顯示器上。
對于IGZO的未來發(fā)展，美商電子材料公司Polyera極度看好其市場前景。因此，Polyera臺灣子公司(登記名稱為「臺灣波利亞股份有限公司」)也積極在IGZO材料與制程上投入研究。今年除了增加一倍的研發(fā)人員，更邀請了曾在日本細(xì)野秀雄教授實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究、在臺灣也一直是IGZO研究先驅(qū)的謝信弘博士加入，并擔(dān)任臺灣波利亞資深經(jīng)理，帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行前瞻元件與應(yīng)用的開發(fā)，包含IGZO與軟性AMOLED顯示器技術(shù)，使得臺灣波利亞對IGZO材料、制程、與應(yīng)用的研發(fā)能量更加完整。
日商掌握技術(shù) 搶搭先機(jī)
從事氧化物半導(dǎo)體TFT研究已超過十年的謝信弘博士表示，目前各大面板廠針對IGZO的制程技術(shù)均已投入研發(fā)，而其中又以夏普(Sharp)對技術(shù)的開發(fā)最為積極，甚至已在日前推出了商品化的產(chǎn)品，例如有幾款現(xiàn)今在日本熱銷的智慧型手機(jī)即使用該公司的IGZO面板。就目前而言，夏普所推出的產(chǎn)品為當(dāng)今市場上唯一大量生產(chǎn)的IGZO產(chǎn)品，其他面板廠商則最快在明年才會有相同的產(chǎn)品問世。
三星、LG不同調(diào)
相對于夏普對IGZO制程的積極，南韓的三星與LG則展現(xiàn)完全不同的兩種態(tài)度。
謝博士指出，雖然自從細(xì)野秀雄教授提出IGZO制程的研究報告之后，三星與LG隨即投入大量人力與資金深入研究，甚至早夏普一步于2006~2007年即提出IGZO制程的實(shí)驗(yàn)性展示品。但是，因?yàn)槿窃贚TPS制程上原本就擁有領(lǐng)先業(yè)界的優(yōu)勢，這使得三星對于IGZO制程的產(chǎn)品投入顯得意興闌珊。反觀極度希望能追上三星的LG，則因?yàn)镮GZO制程有機(jī)會與LTPS制程的產(chǎn)品一較長短，因此投入的資金與人力也就較三星增加許多，甚至可能在2014年就進(jìn)入量產(chǎn)。
臺商陸商急起直追
而臺灣面板廠商在IGZO制程上的發(fā)展，友達(dá)于2008年啟動了IGZO相關(guān)研究，并在2009年即首次推出實(shí)驗(yàn)性展示品，至今也累積了相當(dāng)豐沛的研發(fā)能量，有機(jī)會在2014~2015年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，與日、韓大廠并駕齊驅(qū)。其他臺灣面板廠商則因?yàn)橥度氲难邪l(fā)資源相對較少，還無法預(yù)估具體的量產(chǎn)時程。
至于技術(shù)本來就較臺灣面板廠商落后的大陸面板廠商，大多是近期才開始投入IGZO研究，短時間內(nèi)要有具體成果恐怕不易。然而謝博士也提醒，大陸面板廠商如京東方、華星等，也已投入相當(dāng)資源，未來急起直追的可能性不容小覷。
Polyera整合成為解決方案供應(yīng)商
謝信弘博士指出，Polyera雖然是電子材料商，但實(shí)質(zhì)上更像是由材料到制程的完整解決方案供應(yīng)商。
謝博士進(jìn)一步解釋，Polyera是由美國西北大學(xué)Tobin Marks教授在2005年創(chuàng)立。Tobin Marks教授不但在有機(jī)電子化學(xué)領(lǐng)域極負(fù)盛名，同時在溶液涂布式半導(dǎo)體制程材料開發(fā)上也頗有建樹，例如全球最低溫的涂布式IGZO材料，只需在200°C的低溫下就可形成高性能的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜，不但可取代耗能且昂貴的真空制程，同時低溫制程的特性使得耐溫低的塑膠膜也能取代玻璃成為面板的基板。[!--empirenews.page--]
挾著創(chuàng)辦人的盛名，Polyera陸續(xù)聘請來自西北大學(xué)、哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、喬治亞理工學(xué)院等長春藤名校一流的專家加入Polyera US研究團(tuán)隊，成為公司強(qiáng)大的研發(fā)創(chuàng)新后盾。而臺灣波利亞的研發(fā)團(tuán)隊成員皆曾任職于各大面板廠，不但熟稔面板廠在制程與材料方面的各種要求，同時對于不同世代、不同技術(shù)基礎(chǔ)的生產(chǎn)線的限制也有深入的瞭解，也因此，團(tuán)隊能有效的配合客戶的設(shè)備限制，開發(fā)出所需要的材料與制程來供應(yīng)。
在謝博士的帶領(lǐng)下，目前團(tuán)隊正在開發(fā)涂布式有機(jī)介電層與保護(hù)層材料，這樣的材料不但可簡化制程、降低成本，更具備可彎折的柔韌性，不久的將來可望取代矽基的脆性介電層與保護(hù)層，實(shí)現(xiàn)高解析度的全彩軟性顯示器。此外，在Polyera全球營運(yùn)長暨臺灣區(qū)總經(jīng)理蕭仲欽博士的大力支持下，臺灣波利亞更在新竹設(shè)立一條與各大面板廠制程相仿的IGZO OLED面板實(shí)驗(yàn)線，提供與客戶間的共通驗(yàn)證平臺。
謝信弘博士指出，在材料提供予客戶前，都已在這條實(shí)驗(yàn)線上調(diào)配出適當(dāng)?shù)闹瞥虆?shù)組合，而客戶亦可善用此一驗(yàn)證平臺，一方面直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，二方面藉此確認(rèn)制程手法、參數(shù)范圍、成品元件特性，不僅能有效縮短制程調(diào)整的時間，亦可大幅降低導(dǎo)入新材料與新制程的風(fēng)險。
Polyera瞄準(zhǔn)未來軟性顯示器市場
基于以上三項(xiàng)優(yōu)勢，臺灣波利亞不僅是材料提供商，更是面板制程解決方案供應(yīng)商，針對客戶的需求，臺灣波利亞能提供完整的服務(wù)，達(dá)到跟客戶雙贏的局面。面對未來，謝信弘博士指出，IGZO制程大幅應(yīng)用在大尺寸與高解析度的產(chǎn)品上已經(jīng)是不可逆的趨勢。此外，由于軟性顯示器的需求逐漸增加，IGZO制程具有能在低溫下生產(chǎn)高品質(zhì)元件的特點(diǎn)，顯然比a-Si與LTPS更適合運(yùn)用在以塑膠為基板的軟性顯示器，這也將使得同時擁有IGZO技術(shù)與軟性AMOLED技術(shù)的臺灣波利亞，未來更具市場的爆發(fā)力。
經(jīng)由這些新技術(shù)所采用的高遷移率半導(dǎo)體材料，可縮小TFT尺寸，提高開口率，使得解析度超過每英寸300畫素(300 PPI)的顯示面板，逐漸應(yīng)用于智慧型手機(jī)與平板電腦，而這些新面板生產(chǎn)技術(shù)也將逐漸成為市場的主流。
非晶矽成本低 最廣泛被應(yīng)用
目前，TFT面板的生產(chǎn)制程大致可分為a-Si非晶矽、LTPS低溫多晶矽、以及IGZO氧化銦鎵鋅非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體技術(shù)等三種。而這三種生產(chǎn)技術(shù)中，傳統(tǒng)的a-Si制程具備產(chǎn)能大、制程短、成本低的優(yōu)勢。因此，a-Si制程也是目前使用最廣泛的技術(shù)，產(chǎn)品應(yīng)用涵蓋大部分手機(jī)、平板電腦、筆記型電腦的螢?zāi)缓蛶缀跛械囊壕щ娨曃災(zāi)弧?br>
然而，在矽晶結(jié)構(gòu)上，a-Si的排列較為分散零亂，也使得電子遷移率平均在0.5~1cm2/Vs，速率較差。因此，在需要高解析度及高亮度的產(chǎn)品上處于劣勢。
低溫多晶矽成本高 適用高階產(chǎn)品
而相對于a-Si制程，LTPS制程透過高溫的方式形成結(jié)晶(一般須高于400度或500度以上)，使矽晶排列較a-Si制程來的整齊有序，從而提高電子遷移率至100cm2/Vs左右，較a-Si TFT高100倍以上。因此，利用LTPS制程可將TFT元件做得更小，并且提升單畫素開口率(aperture ratio)、增加解析度、降低功耗。
目前，以日系業(yè)者為主的中小尺寸面板業(yè)者，以及供應(yīng)市面上大多數(shù)AMOLED產(chǎn)品的三星，較為專注在LTPS制程上。只是，相對于a-Si制程，LTPS雖然解析度較精細(xì)，但制程設(shè)備以及生產(chǎn)的制程也復(fù)雜許多，產(chǎn)能擴(kuò)張的資本投資驚人，以致產(chǎn)能受限且成本居高不下，因此現(xiàn)階段多半鎖定在高階的應(yīng)用上。
此外，LTPS制程在結(jié)晶過程中，必須利用準(zhǔn)分子雷射作為熱源，讓雷射光經(jīng)過投射系統(tǒng)后，產(chǎn)生能量均勻分布的雷射光束，投射于玻璃基板上的非晶矽結(jié)構(gòu)薄膜，當(dāng)非晶矽結(jié)構(gòu)薄膜吸收準(zhǔn)分子雷射的能量后，就會轉(zhuǎn)變成為多晶矽結(jié)構(gòu)。然而這個制程很容易因?yàn)槔咨淠芰康募?xì)微變化，造成局部結(jié)晶狀況不同，進(jìn)一步使面板有Mura的現(xiàn)象。同時，也因?yàn)榻Y(jié)晶設(shè)備和其他相關(guān)設(shè)備的限制，使得LTPS制程局限于五點(diǎn)五代線以下，而難以運(yùn)用在大尺寸的產(chǎn)品上，影向了LTPS制程全方位的發(fā)展。
IGZO結(jié)合技術(shù)優(yōu)勢 提供最高性價比
就因?yàn)閍-Si制程及LTPS制程各有其先天上的優(yōu)缺點(diǎn)，因此結(jié)合這兩種制程優(yōu)點(diǎn)的IGZO氧化銦鎵鋅技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。
這種氧化物半導(dǎo)體薄膜電晶體技術(shù)，最早是由東京工業(yè)大學(xué)細(xì)野秀雄教授于2003年所發(fā)表，原理是使用由銦(Indium；In)、鎵(Gallium；Ga)、鋅(Zinc；Zn)三種金屬的氧化物所組合成的材料作為TFT的主動層，由于具有特殊的電子組態(tài)，當(dāng)電子透過IGZO進(jìn)行傳導(dǎo)時，其遷移率可較a-Si提高20倍以上，一般而言其速度仍可高達(dá)10~20 cm2/Vs。
也因?yàn)楦唠娮舆w移率可使得TFT元件做得更小、耗電量更低，使單畫素的開口率得以增加，因此能實(shí)現(xiàn)高解析及高亮度面板的需求。而由于IGZO制程不需要用到結(jié)晶與摻雜等步驟，使得其制程較LTPS簡單，也不會受到尺寸的限制，讓應(yīng)用也無所局限，因此業(yè)者普遍看好其未來的發(fā)展。此外，非晶系的IGZO可以用較低溫的方式制作，所以也很適合應(yīng)用在軟性顯示器上。
對于IGZO的未來發(fā)展，美商電子材料公司Polyera極度看好其市場前景。因此，Polyera臺灣子公司(登記名稱為「臺灣波利亞股份有限公司」)也積極在IGZO材料與制程上投入研究。今年除了增加一倍的研發(fā)人員，更邀請了曾在日本細(xì)野秀雄教授實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究、在臺灣也一直是IGZO研究先驅(qū)的謝信弘博士加入，并擔(dān)任臺灣波利亞資深經(jīng)理，帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行前瞻元件與應(yīng)用的開發(fā)，包含IGZO與軟性AMOLED顯示器技術(shù)，使得臺灣波利亞對IGZO材料、制程、與應(yīng)用的研發(fā)能量更加完整。
日商掌握技術(shù) 搶搭先機(jī)
從事氧化物半導(dǎo)體TFT研究已超過十年的謝信弘博士表示，目前各大面板廠針對IGZO的制程技術(shù)均已投入研發(fā)，而其中又以夏普(Sharp)對技術(shù)的開發(fā)最為積極，甚至已在日前推出了商品化的產(chǎn)品，例如有幾款現(xiàn)今在日本熱銷的智慧型手機(jī)即使用該公司的IGZO面板。就目前而言，夏普所推出的產(chǎn)品為當(dāng)今市場上唯一大量生產(chǎn)的IGZO產(chǎn)品，其他面板廠商則最快在明年才會有相同的產(chǎn)品問世。
三星、LG不同調(diào)
相對于夏普對IGZO制程的積極，南韓的三星與LG則展現(xiàn)完全不同的兩種態(tài)度。
謝博士指出，雖然自從細(xì)野秀雄教授提出IGZO制程的研究報告之后，三星與LG隨即投入大量人力與資金深入研究，甚至早夏普一步于2006~2007年即提出IGZO制程的實(shí)驗(yàn)性展示品。但是，因?yàn)槿窃贚TPS制程上原本就擁有領(lǐng)先業(yè)界的優(yōu)勢，這使得三星對于IGZO制程的產(chǎn)品投入顯得意興闌珊。反觀極度希望能追上三星的LG，則因?yàn)镮GZO制程有機(jī)會與LTPS制程的產(chǎn)品一較長短，因此投入的資金與人力也就較三星增加許多，甚至可能在2014年就進(jìn)入量產(chǎn)。
臺商陸商急起直追
而臺灣面板廠商在IGZO制程上的發(fā)展，友達(dá)于2008年啟動了IGZO相關(guān)研究，并在2009年即首次推出實(shí)驗(yàn)性展示品，至今也累積了相當(dāng)豐沛的研發(fā)能量，有機(jī)會在2014~2015年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，與日、韓大廠并駕齊驅(qū)。其他臺灣面板廠商則因?yàn)橥度氲难邪l(fā)資源相對較少，還無法預(yù)估具體的量產(chǎn)時程。
至于技術(shù)本來就較臺灣面板廠商落后的大陸面板廠商，大多是近期才開始投入IGZO研究，短時間內(nèi)要有具體成果恐怕不易。然而謝博士也提醒，大陸面板廠商如京東方、華星等，也已投入相當(dāng)資源，未來急起直追的可能性不容小覷。
Polyera整合成為解決方案供應(yīng)商
謝信弘博士指出，Polyera雖然是電子材料商，但實(shí)質(zhì)上更像是由材料到制程的完整解決方案供應(yīng)商。
謝博士進(jìn)一步解釋，Polyera是由美國西北大學(xué)Tobin Marks教授在2005年創(chuàng)立。Tobin Marks教授不但在有機(jī)電子化學(xué)領(lǐng)域極負(fù)盛名，同時在溶液涂布式半導(dǎo)體制程材料開發(fā)上也頗有建樹，例如全球最低溫的涂布式IGZO材料，只需在200°C的低溫下就可形成高性能的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜，不但可取代耗能且昂貴的真空制程，同時低溫制程的特性使得耐溫低的塑膠膜也能取代玻璃成為面板的基板。[!--empirenews.page--]
挾著創(chuàng)辦人的盛名，Polyera陸續(xù)聘請來自西北大學(xué)、哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、喬治亞理工學(xué)院等長春藤名校一流的專家加入Polyera US研究團(tuán)隊，成為公司強(qiáng)大的研發(fā)創(chuàng)新后盾。而臺灣波利亞的研發(fā)團(tuán)隊成員皆曾任職于各大面板廠，不但熟稔面板廠在制程與材料方面的各種要求，同時對于不同世代、不同技術(shù)基礎(chǔ)的生產(chǎn)線的限制也有深入的瞭解，也因此，團(tuán)隊能有效的配合客戶的設(shè)備限制，開發(fā)出所需要的材料與制程來供應(yīng)。
在謝博士的帶領(lǐng)下，目前團(tuán)隊正在開發(fā)涂布式有機(jī)介電層與保護(hù)層材料，這樣的材料不但可簡化制程、降低成本，更具備可彎折的柔韌性，不久的將來可望取代矽基的脆性介電層與保護(hù)層，實(shí)現(xiàn)高解析度的全彩軟性顯示器。此外，在Polyera全球營運(yùn)長暨臺灣區(qū)總經(jīng)理蕭仲欽博士的大力支持下，臺灣波利亞更在新竹設(shè)立一條與各大面板廠制程相仿的IGZO OLED面板實(shí)驗(yàn)線，提供與客戶間的共通驗(yàn)證平臺。
謝信弘博士指出，在材料提供予客戶前，都已在這條實(shí)驗(yàn)線上調(diào)配出適當(dāng)?shù)闹瞥虆?shù)組合，而客戶亦可善用此一驗(yàn)證平臺，一方面直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，二方面藉此確認(rèn)制程手法、參數(shù)范圍、成品元件特性，不僅能有效縮短制程調(diào)整的時間，亦可大幅降低導(dǎo)入新材料與新制程的風(fēng)險。
Polyera瞄準(zhǔn)未來軟性顯示器市場
基于以上三項(xiàng)優(yōu)勢，臺灣波利亞不僅是材料提供商，更是面板制程解決方案供應(yīng)商，針對客戶的需求，臺灣波利亞能提供完整的服務(wù)，達(dá)到跟客戶雙贏的局面。面對未來，謝信弘博士指出，IGZO制程大幅應(yīng)用在大尺寸與高解析度的產(chǎn)品上已經(jīng)是不可逆的趨勢。此外，由于軟性顯示器的需求逐漸增加，IGZO制程具有能在低溫下生產(chǎn)高品質(zhì)元件的特點(diǎn)，顯然比a-Si與LTPS更適合運(yùn)用在以塑膠為基板的軟性顯示器，這也將使得同時擁有IGZO技術(shù)與軟性AMOLED技術(shù)的臺灣波利亞，未來更具市場的爆發(fā)力。
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