●蔡韬、赵本刚、孔祥梓、沈柏平、曾章和、黄维邦、向传义

上海天马微电子有限公司 OLED项目部

　　摘要：本文提出了一种同时采用LTPS（Low Temperature Poly-Silicon）背板技术和SFT(Super Fine TFT)宽视角技术两种先进显示技术的小尺寸LCD产品的制造方法。包含了对LTPS背板技术与SFT宽视角技术中关键工艺制程的介绍，同时展示了采用LTPS-SFT-LCD成品的卓越特性。

　　关键词：LTPS；SFT；LCD；制造方法；

　　1、引言

　　低温多晶硅技术（LTPS）是由TFT-LCD衍生的新一代的技术产品相较于传统的非晶硅技术，LTPS-LCD可以把驱动IC的外围电路集成到面板基板上，同时具有反应速度更快、外观尺寸更小、联结和组件更少、面板系统设计更简单、面板的稳定性更强、解析度更高等优点。

　　为达到窄边框的效果，如何使用更小的设计准则与更具智能的电路设计成为判断面板优劣的重点，而具有内建电路的低温多晶硅不会受到面板外贴IC的限制，特别是当驱动IC种类稀缺，高清晰面板IC需求大增时更凸显出低温多晶硅的优势。低温多晶硅集成电路的特点减少了近八成的外接信号的数目，并且降低了约40%的LCM使用零组件。

　　采用SFT宽视角技术的显示模组，具有超宽的视角，高亮度，宽色域与高对比度的特点。宽视角技术也是目前行业发展的方向，高品质的智能手机多采用该技术。

　　本文涉及的LTPS-SFT-LCD中的LTPS背板制造工艺为上海天马4.5代AMOLED中试线项目、低温多晶硅TFT-LCD技术开发项目所研发进而采用的方案。目前采用该背板技术的3.7寸WVGA LTPS-SFT-LCD产品已顺利开发完成，将转入量产阶段，拥有优越的显示性能。

　　2、LTPS-SFT-LCD关键工艺

　　LTPS-SFT-LCD的制程中LTPS工艺、SFT成盒工艺和内建驱动工艺是其关键和核心工艺，决定成品显示特性。

　　2.1 LTPS工艺

　　LTPS背板技术相比a-i技术复杂很多，其主要制程与a-si背板技术的差别为CVD（chemical vapor position)、干刻、晶化、离子注入、活化氢化等，其中晶化和离子注入技术为其中最关键的工艺。

　　ELA(Excimer Laser Anneal)准分子激光退火工艺作为生产LTPS-SFT-LCD的核心，多晶硅的制造工艺是一大关键技术难题，而使用多脉冲激光制造低温多晶硅TFT的显示器工艺在近些年来得到了很好的发展和关注，特别是整个的制程的温度可以维持在600℃以下，这样使得在大面积的玻璃上面制造显示器非常的适合。ELA的最基本原理是激光的短脉冲可以在极短的时间内（ns）将非晶硅转化为多晶硅，在结晶的过程中，非晶硅在瞬间被加热到1400℃的高温而融化，然后在极短的时间内冷却形成固体的多晶硅。在短短的几十个纳秒之内，激光的能连都被保留在了多晶硅薄膜的表面，而不会对下面的玻璃基板造成任何的损伤。

　　虽然整体的结晶时间非常的短暂，但是整个的结晶工艺对于最终的晶粒却有着决定性的作用，而晶粒的大小和分布直接关系到显示器的开启功能，所以整个的准分子激光结晶制程在整体的显示器制造的过程中起着决定性的作用。激光的能量对于结晶的过程中尤为重要。

　　图1为多晶硅晶化后的SEM图片，通过图片可见，经过ELA后，多晶硅的晶格尺寸约为0.3-0.4μm，且分布比较均匀

　　图2为多晶硅表面粗糙度AFM图片，图片显示多晶硅的表面粗糙度约为10-11nm。

　　图1与图2的SEM图片和AFM图片说明经过改善CVD成膜均一性、优化晶化前清洗工艺，选择适合的激光晶化条件（最佳能量密度、扫描激光宽度、扫描步长等），可以得到适合的多晶硅结构，充分满足LTPS技术的要求。

　　掺杂工艺在低温多晶硅工艺中，可以在多晶硅中掺入三价元素与五价元素，从而制成N、P两种半导体器件，使之拥有对称的阈值电压。而通过对掺杂计量的严格控制可以使阈值电压波动得到良好控制。通过改善轻计量掺杂工艺，使得TFT开关电流比达到国外先进水平。天马微电子有限公司采用的 Ion implantor设备，可以通过注入能量、剂量的调节精确控制N区和P区的注入类型、深度和，同时通过自对准工艺完成LDD（light doping drain）工艺，达到优良的TFT特性。

　　图3、4分别为双栅NTFT和PTFT的转移特性曲线，从曲线可见，开态电流（10-5A）、关态电流（10-11-10-12A）、阈值电压(NTFT：1.2V；PTFT：-1.3V)等器件参数基本达到技术要求。

　　2.2 SFT成盒工艺

　　在成盒工艺中的配向工艺是SFT技术的核心工艺，配向膜采用国外先进原料，配合配向膜摩擦工艺参数、摩擦后清洗参数的多次调整，充分降低了配向膜碎屑的产生，降低了碎亮点不良的发生。

　　图5、图6显示了在改善配向膜涂布工艺温度、调整摩擦工艺参数、以及摩擦后清洗工艺参数前后的配向膜屑状态，可以发现配向膜屑数量大幅减少。

　　成盒工艺搭配高透过率，高响应的液晶材料，通过边框胶涂布、液晶注入、贴合对位、固化等工艺步骤，得到较佳的成盒效果。

　　2.3 内建驱动工艺

　　鉴于窄边框的要求，传统的金属引线导出，再由IC绑定及驱动的做法，无法满足市场挑剔的要求。而非晶硅技术受限于晶体管尺寸大小及稳定性的原因，由此开发的栅极扫描驱动电路，也无法与低温多晶硅的产品相媲美。天马微电子有限公司研究开发了一系列基于LTPS技术的栅极扫描电路。给窄边框，高集成度，高稳定性带来了有力保证。

　　LTPS-SFT-LCD中，成功将栅极扫描驱动电路集成到产品中，并加入数据多路选择器，同时减少数据侧及扫描侧的连线，达到减小边框的作用。成功点亮的同时，为以后开发产品积累了大量的可行性。

　　3、产品特性

　　3.1 产品规格

　　基于以上关键制作技术，上海天马公司

　　OLED项目部自主研发并制作了3.7inchWVGA LTPS-SFT-LCD，其产品规格如表1所示：

　　图7的测量结果显示了采用SFT自有宽视角技术的3.7inch LTPS-SFT-LCD产品，具有极好的宽视角特性，在各个方向上的对比度都大于100。远超一般宽视角产品对比度大于10的水平。图8的测量结果显示产品的NTSC大于70%，拥有艳丽的色彩效果。

　　3.2 产品功耗

　　图9的测量结果显示了，采用LTPS技术和SFT技术的3.7” LTPS-SFT-LCD产品，具有极低的功耗，产品在白态最大亮度时的平均电流在21mA左右，结合实测VCI电压2.6V计算，平均功耗约为55mW，不但优于非晶硅产品，更低于业界的LTPS产品平均水平。

　　3.3 LTPS-SFT-LCD成品

　　图10展示了采用LTPS背板技术与SFT宽视角技术的3.7寸LCD产品，色彩艳丽，画面通透，得益于来自LTPS背板技术的高开口率、高亮度与SFT宽视角技术带来的高对比度。

　　4、结论

　　LTPS作为平板显示新一代背板技术，凭借着低功耗、高解析度，高开口率、高对比度、快速响应时间等优异性能，已成为当前全球显示产业发展重点。LTPS背板技术的应用相对比较成熟，并且完美在技术上完美衔接下一代显示技术。近年来，随着移动互联网产业的飞速发展，以智能手机为代表的移动终端市场需求越来越大，高端智能手机已大量采用高性能LTPS背板技术与宽视角技术相结合的高解析度、高对比度产品，显著提升了手机产品附加值。

　　本文中制造方法，在较短的时间实现了LTPS背板技术的产业化，并开发拥有自主知识产权的显示屏及驱动芯片技术，成功开发了3.7inch LTPS-SFT-LCD，通过对准分子激光工艺与离子植入工艺的调整和轻掺杂沟道工艺的运用，具有70~80cm2/VS的高迁移率、稳定和对称的TFT阈值电压、以及高达107的开关电流比；通过SFT技术的应用，产品在各个视角都拥有艳丽的色彩和极高的对比度；而通过内建驱动电路和低驱动电压，达到了整个模块极低的功耗。开拓了性能价格比高、实用性好、市场竞争力强、技术先进的LTPS-SFT-LCD产品。

　　......

　　更多精彩内容请见《国际光电与显示》2012年11月刊，欢迎订阅！

　　订阅咨询：0755-86149014