目前,明確支持4K的液晶屏幕廠商,無論是QFHD(QuadFullHighDefinition),分辨率為3840x2160;還是分辨率為4096x2160的產品,大多數廠商都必須以來新型的TFT(薄膜晶體管)技術。
夏普4K面板被叫做IGZO(In-Ga-Zn-O)面板,是一種銦鎵鋅氧化物半導體技術TFT驅動面板。IGZO TFT與非晶硅TFT相比能夠縮小晶體管尺寸,所以不但可提高液晶面板像素的開口率,還容易實現高精細化。事實上,IGZO只是稱為“技術氧化物Oxide”TFT技術的一種。包括日本Sharp和韓國三星Samsung、LG Display,以及臺灣的友達(2409)等面板大廠,近來都持續針對Oxide TFT技術加強布局。大陸地區的京東方也以有所技術突破。不過,臺灣地區的奇美電似乎進度落后于主要同業者。
實現液晶更高清晰度的顯示,主要存在兩個技術精度上的提升:第一,液晶涂覆實現更高的像素密度工藝——這一點沒有什么技術難度。因為,液晶產業成長的過程就是從小尺寸向大尺寸過渡,從小像素結構向大像素結構發展的過程。也就是,涂覆技術先解決的就是小像素技術。第二,則是液晶像素的驅動部分TFT(薄膜晶體管電路)層實現更高的驅動密度。在大尺寸上實現這一點不僅意味著“器件更精細”,更意味著“對長電路結構的穩定性的多種考驗”。
傳統的大尺寸液晶面板采用TFT技術叫做a-Si TFT(非晶硅薄膜晶體管)。這種技術的特點是技術門檻成本低、量產和大型化容易。目前市面銷售的大型液晶顯示設備幾乎都采用這種技術。但是非晶硅的電子移動率低很多:如果驅動線路過長、過于精細,劣質性能的出現概率則會大幅提高。
為了實現更高的分辨率集成,TFT技術在非晶硅的基礎上發展出了多晶硅技術:Poly-Si TFT(p-Si TFT或者p Si TFT)。多晶硅的分子結構在一顆晶粒(Grain)中的排列狀態是整齊而有方向性的,因此電子移動率比排列雜亂的非晶硅快了200-300倍。Poly-Si TFT又可以分為,高溫多晶硅(HTPS)與低溫多晶硅(LTPS)二種產品。兩種技術均適合制備高精細的高穩定性驅動薄膜晶體管電路。
但是,HTPS( High Temperature Poly-Silicon)由于制備技術的特殊性,不能大型化,智能用在1英寸左右的面板上——這種液晶面板就是索尼、愛普生等企業的液晶投影機的核心部件。
LTPS (Low Temperature Poly-silicon)技術則已經被廣泛應用在小尺寸液晶面板、OLED面板領域。LTPS屏幕是通過對傳統非晶硅(a-Si)TFT-LCD面板增加激光處理制程來制造的,元件數量可減少40%,而連接部分更可減少95%,極大的減少了產品出現故障的幾率:可以說是一個價廉物美的好技術。目前,國內京東方鄂爾多斯5.5代OLED面板線和華星光電深圳新建的6代TFT線,均采用這一技術。市場銷售的高檔手機的液晶屏幕、OLED屏幕也主要采用這一技術。但是,p-Si TFT目前存在兩個問題,一是TFT的關態電流(即漏電流)較大、二是高遷移率p-Si材料低溫大面積制備設備的制造較困難,大面積雷射退火時,良率不易控制,工藝上存在一定的難度。因此,低溫多晶硅薄膜晶體管驅動技術只能停留在6代線的水平,上不適合制備更大尺寸的液晶產品。
面對大尺寸液晶面板TFT驅動組件的難題,業內企業開始尋找非硅材料制備高性能的非晶薄膜晶體管——這就是前面提到的金屬氧化物:現在,面板廠家承諾提供的大尺寸液晶面板除極少數采用傳統非晶硅技術外,多數采用金屬氧化物技術的TFT驅動結構。
Oxide TFT技術因結合了a-Si TFT與LTPS TFT技術之優點,同時可利用濺鍍法制造,并且無須將現有的生產線作太多變動或投注更多資金添購設備——只需增加一定高溫設備即可。市場研究機構IDC表示,面板廠商只需改變材料,同時投入時間及人力調整制程參數,就可提高良率。這一技術已經明確得到三星、LGD、夏普、友達等業界企業的支持,和應用。
以夏普代表的IGZO屏幕是一種含有銦、鎵和鋅的非晶氧化物,載流子遷移率是非晶硅的20~30倍(雖然沒有多晶硅高,但是可以接受),可以大大提高TFT對像素電極的充放電速率,提高像素的響應速度,實現更快的刷新率,同時更快的響應也大大提高了像素的行掃描速率,使得超高分辨率在TFT-LCD中成為可能。另外,由于晶體管數量減少和提高了每個像素的透光率,IGZO顯示器具有更高的能效水平,而且效率更高。夏普龜山二工廠8代線量產小尺寸液晶面板即采用的此技術,同時夏普已經將這一技術引入10代線之中。現在,這項技術唯一的難題是“成品率”的提升——這是任何新技術都必須經歷的技術階段,而不是難以逾越的障礙:成品率的提升主要取決于操控指標的管理和控制。
從現在全球大尺寸面板業者的動態看,金屬氧化物已經成為下一代液晶技術的關鍵點和事實上的行業標準。節能、輕薄和高分辨的特點,將使得率先掌握金屬氧化物薄膜晶體管技術的面板企業在LCD面板業“在增長”競爭中占據先機。分析認為,這項技術的成熟,不僅對于提升大尺寸面板的分辨率,制備4K這樣的新產品有利,也可以用于制備更加節能和輕薄的傳統分辨率液晶屏幕,甚至未來的OLED屏幕:因為相比傳統非晶硅,金屬氧化物薄膜晶體管能顯著提升OLED面板的“壽命”。