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●蔡韜、趙本剛、孔祥梓、沈柏平、曾章和、黃維邦、向傳義

上海天馬微電子有限公司 OLED項目部

　　摘要：本文提出了一種同時采用LTPS（Low Temperature Poly-Silicon）背板技術(shù)和SFT(Super Fine TFT)寬視角技術(shù)兩種先進顯示技術(shù)的小尺寸LCD產(chǎn)品的制造方法。包含了對LTPS背板技術(shù)與SFT寬視角技術(shù)中關(guān)鍵工藝制程的介紹，同時展示了采用LTPS-SFT-LCD成品的卓越特性。

　　關(guān)鍵詞：LTPS；SFT；LCD；制造方法；

　　1、引言

　　低溫多晶硅技術(shù)（LTPS）是由TFT-LCD衍生的新一代的技術(shù)產(chǎn)品相較于傳統(tǒng)的非晶硅技術(shù)，LTPS-LCD可以把驅(qū)動IC的外圍電路集成到面板基板上，同時具有反應(yīng)速度更快、外觀尺寸更小、聯(lián)結(jié)和組件更少、面板系統(tǒng)設(shè)計更簡單、面板的穩(wěn)定性更強、解析度更高等優(yōu)點。

　　為達(dá)到窄邊框的效果，如何使用更小的設(shè)計準(zhǔn)則與更具智能的電路設(shè)計成為判斷面板優(yōu)劣的重點，而具有內(nèi)建電路的低溫多晶硅不會受到面板外貼IC的限制，特別是當(dāng)驅(qū)動IC種類稀缺，高清晰面板IC需求大增時更凸顯出低溫多晶硅的優(yōu)勢。低溫多晶硅集成電路的特點減少了近八成的外接信號的數(shù)目，并且降低了約40%的LCM使用零組件。

　　采用SFT寬視角技術(shù)的顯示模組，具有超寬的視角，高亮度，寬色域與高對比度的特點。寬視角技術(shù)也是目前行業(yè)發(fā)展的方向，高品質(zhì)的智能手機多采用該技術(shù)。

　　本文涉及的LTPS-SFT-LCD中的LTPS背板制造工藝為上海天馬4.5代AMOLED中試線項目、低溫多晶硅TFT-LCD技術(shù)開發(fā)項目所研發(fā)進而采用的方案。目前采用該背板技術(shù)的3.7寸WVGA LTPS-SFT-LCD產(chǎn)品已順利開發(fā)完成，將轉(zhuǎn)入量產(chǎn)階段，擁有優(yōu)越的顯示性能。

　　2、LTPS-SFT-LCD關(guān)鍵工藝

　　LTPS-SFT-LCD的制程中LTPS工藝、SFT成盒工藝和內(nèi)建驅(qū)動工藝是其關(guān)鍵和核心工藝，決定成品顯示特性。

　　2.1 LTPS工藝

　　LTPS背板技術(shù)相比a-i技術(shù)復(fù)雜很多，其主要制程與a-si背板技術(shù)的差別為CVD（chemical vapor position)、干刻、晶化、離子注入、活化氫化等，其中晶化和離子注入技術(shù)為其中最關(guān)鍵的工藝。

　　ELA(Excimer Laser Anneal)準(zhǔn)分子激光退火工藝作為生產(chǎn)LTPS-SFT-LCD的核心，多晶硅的制造工藝是一大關(guān)鍵技術(shù)難題，而使用多脈沖激光制造低溫多晶硅TFT的顯示器工藝在近些年來得到了很好的發(fā)展和關(guān)注，特別是整個的制程的溫度可以維持在600℃以下，這樣使得在大面積的玻璃上面制造顯示器非常的適合。ELA的最基本原理是激光的短脈沖可以在極短的時間內(nèi)（ns）將非晶硅轉(zhuǎn)化為多晶硅，在結(jié)晶的過程中，非晶硅在瞬間被加熱到1400℃的高溫而融化，然后在極短的時間內(nèi)冷卻形成固體的多晶硅。在短短的幾十個納秒之內(nèi)，激光的能連都被保留在了多晶硅薄膜的表面，而不會對下面的玻璃基板造成任何的損傷。

　　雖然整體的結(jié)晶時間非常的短暫，但是整個的結(jié)晶工藝對于最終的晶粒卻有著決定性的作用，而晶粒的大小和分布直接關(guān)系到顯示器的開啟功能，所以整個的準(zhǔn)分子激光結(jié)晶制程在整體的顯示器制造的過程中起著決定性的作用。激光的能量對于結(jié)晶的過程中尤為重要。

　　圖1為多晶硅晶化后的SEM圖片，通過圖片可見，經(jīng)過ELA后，多晶硅的晶格尺寸約為0.3-0.4μm，且分布比較均勻

　　圖2為多晶硅表面粗糙度AFM圖片，圖片顯示多晶硅的表面粗糙度約為10-11nm。

　　圖1與圖2的SEM圖片和AFM圖片說明經(jīng)過改善CVD成膜均一性、優(yōu)化晶化前清洗工藝，選擇適合的激光晶化條件（最佳能量密度、掃描激光寬度、掃描步長等），可以得到適合的多晶硅結(jié)構(gòu)，充分滿足LTPS技術(shù)的要求。

　　摻雜工藝在低溫多晶硅工藝中，可以在多晶硅中摻入三價元素與五價元素，從而制成N、P兩種半導(dǎo)體器件，使之擁有對稱的閾值電壓。而通過對摻雜計量的嚴(yán)格控制可以使閾值電壓波動得到良好控制。通過改善輕計量摻雜工藝，使得TFT開關(guān)電流比達(dá)到國外先進水平。天馬微電子有限公司采用的 Ion implantor設(shè)備，可以通過注入能量、劑量的調(diào)節(jié)精確控制N區(qū)和P區(qū)的注入類型、深度和，同時通過自對準(zhǔn)工藝完成LDD（light doping drain）工藝，達(dá)到優(yōu)良的TFT特性。

　　圖3、4分別為雙柵NTFT和PTFT的轉(zhuǎn)移特性曲線，從曲線可見，開態(tài)電流（10-5A）、關(guān)態(tài)電流（10-11-10-12A）、閾值電壓(NTFT：1.2V；PTFT：-1.3V)等器件參數(shù)基本達(dá)到技術(shù)要求。

　　2.2 SFT成盒工藝

　　在成盒工藝中的配向工藝是SFT技術(shù)的核心工藝，配向膜采用國外先進原料，配合配向膜摩擦工藝參數(shù)、摩擦后清洗參數(shù)的多次調(diào)整，充分降低了配向膜碎屑的產(chǎn)生，降低了碎亮點不良的發(fā)生。

　　圖5、圖6顯示了在改善配向膜涂布工藝溫度、調(diào)整摩擦工藝參數(shù)、以及摩擦后清洗工藝參數(shù)前后的配向膜屑狀態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)配向膜屑數(shù)量大幅減少。

　　成盒工藝搭配高透過率，高響應(yīng)的液晶材料，通過邊框膠涂布、液晶注入、貼合對位、固化等工藝步驟，得到較佳的成盒效果。

　　2.3 內(nèi)建驅(qū)動工藝

　　鑒于窄邊框的要求，傳統(tǒng)的金屬引線導(dǎo)出，再由IC綁定及驅(qū)動的做法，無法滿足市場挑剔的要求。而非晶硅技術(shù)受限于晶體管尺寸大小及穩(wěn)定性的原因，由此開發(fā)的柵極掃描驅(qū)動電路，也無法與低溫多晶硅的產(chǎn)品相媲美。天馬微電子有限公司研究開發(fā)了一系列基于LTPS技術(shù)的柵極掃描電路。給窄邊框，高集成度，高穩(wěn)定性帶來了有力保證。

　　LTPS-SFT-LCD中，成功將柵極掃描驅(qū)動電路集成到產(chǎn)品中，并加入數(shù)據(jù)多路選擇器，同時減少數(shù)據(jù)側(cè)及掃描側(cè)的連線，達(dá)到減小邊框的作用。成功點亮的同時，為以后開發(fā)產(chǎn)品積累了大量的可行性。

　　3、產(chǎn)品特性

　　3.1 產(chǎn)品規(guī)格

　　基于以上關(guān)鍵制作技術(shù)，上海天馬公司

　　OLED項目部自主研發(fā)并制作了3.7inchWVGA LTPS-SFT-LCD，其產(chǎn)品規(guī)格如表1所示：

　　圖7的測量結(jié)果顯示了采用SFT自有寬視角技術(shù)的3.7inch LTPS-SFT-LCD產(chǎn)品，具有極好的寬視角特性，在各個方向上的對比度都大于100。遠(yuǎn)超一般寬視角產(chǎn)品對比度大于10的水平。圖8的測量結(jié)果顯示產(chǎn)品的NTSC大于70%，擁有艷麗的色彩效果。

　　3.2 產(chǎn)品功耗

　　圖9的測量結(jié)果顯示了，采用LTPS技術(shù)和SFT技術(shù)的3.7” LTPS-SFT-LCD產(chǎn)品，具有極低的功耗，產(chǎn)品在白態(tài)最大亮度時的平均電流在21mA左右，結(jié)合實測VCI電壓2.6V計算，平均功耗約為55mW，不但優(yōu)于非晶硅產(chǎn)品，更低于業(yè)界的LTPS產(chǎn)品平均水平。

　　3.3 LTPS-SFT-LCD成品

　　圖10展示了采用LTPS背板技術(shù)與SFT寬視角技術(shù)的3.7寸LCD產(chǎn)品，色彩艷麗，畫面通透，得益于來自LTPS背板技術(shù)的高開口率、高亮度與SFT寬視角技術(shù)帶來的高對比度。

　　4、結(jié)論

　　LTPS作為平板顯示新一代背板技術(shù)，憑借著低功耗、高解析度，高開口率、高對比度、快速響應(yīng)時間等優(yōu)異性能，已成為當(dāng)前全球顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點。LTPS背板技術(shù)的應(yīng)用相對比較成熟，并且完美在技術(shù)上完美銜接下一代顯示技術(shù)。近年來，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，以智能手機為代表的移動終端市場需求越來越大，高端智能手機已大量采用高性能LTPS背板技術(shù)與寬視角技術(shù)相結(jié)合的高解析度、高對比度產(chǎn)品，顯著提升了手機產(chǎn)品附加值。

　　本文中制造方法，在較短的時間實現(xiàn)了LTPS背板技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，并開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的顯示屏及驅(qū)動芯片技術(shù)，成功開發(fā)了3.7inch LTPS-SFT-LCD，通過對準(zhǔn)分子激光工藝與離子植入工藝的調(diào)整和輕摻雜溝道工藝的運用，具有70~80cm2/VS的高遷移率、穩(wěn)定和對稱的TFT閾值電壓、以及高達(dá)107的開關(guān)電流比；通過SFT技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)品在各個視角都擁有艷麗的色彩和極高的對比度；而通過內(nèi)建驅(qū)動電路和低驅(qū)動電壓，達(dá)到了整個模塊極低的功耗。開拓了性能價格比高、實用性好、市場競爭力強、技術(shù)先進的LTPS-SFT-LCD產(chǎn)品。

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