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下世代面板技术:IGZO vs. LTPS
眼球之争 好戏连棚

【作者: 歐敏銓】2013年01月04日 星期五

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尽管面板的生意难做,但市场的成长需求却是从未间歇,面板业者只要掌握到一些对手没有的独门技术,或是早一步解决良率及量产难题,就有可能成为新一代的市场王者。近年来,三星因AMOLED而打遍天下无敌手,不就是这样的一个故事。


如今,发展AMOLED已是面板产业的共识,但和三星做一样的事,即使能分食到一些「菜尾」,也不会有太多的甜头可吃。因此,大家心中所想的,就是做出市场区隔以创造价值。


Apple以Retina的高解析度回击三星,显然是奏效的策略。此举让TFT-LCD找到了一个继续发展的立足点,这也让低温多晶矽(LTPS)和IGZO((铟镓锌氧化物,即InGaZnO)成为面板业共同追逐的重点技术。


在今年初的CES中,夏普(Sharp)展出高达443 ppi的5吋智慧手机,采用自家的IGZO技术,打响高解析行动显示器竞赛的一声枪响。 HTC最新推出的Droid DNA,同样是5吋屏幕,解析度也可达440 ppi,可提供1080p的full HD高画质,这是由Japan Display Inc(日本显示器公司,简称JDI)所提供的Super LCD 3面板,采用的是LTPS技术。



图一 : 友达IGZO 4K2K TV面板
图一 : 友达IGZO 4K2K TV面板

然而,这还不是最好的显示器,在今年的FPDI 2012显示大会中,JDI还展示了一款4.38吋的面板,其解析度已打破500 ppi大关,来到503 ppi的新境界。这块面板,采用的同样是LTPS技术。


Apple为其Retina显示器树立的标竿值是326 ppi,如今除了夏普、JDI,包括友达、奇美(现更名为群创光电)和LG Display,都已发表过440 ppi/443 ppi的高解析度面板,甚至连三星也以FMM+LITI的技术做出解析度达350 ppi的AMOLED面板。


到了这个阶段,工研院IEK零组件研究部分析师陈玠伯认为,这场高解析度的竞赛已快要落幕,因就人眼的辨识力来说,超过了400 ppi就无法明显分辨其中画质差异性了。当消费者觉得更高解析度的追逐不再有太大意义,自然就回归到价格的比较,除非还有其他显示优势,如3D显示、更轻薄、全视角、可挠曲或低功耗等。


即使高阶手机在高解析度行动显示上的竞争将在2013年中告一段落,但面板业者提升LTPS或IGZO技术的脚步并不会放缓下来,因为高解析度只是它们的应用优势之一,它们带来的附加价值还有很多。


图二 : TFT驱动背板技术比较
图二 : TFT驱动背板技术比较

LTPS为何重要?

在商业化的进展上,LTPS目前领先IGZO一步。事实上,各大LCD面板厂都已将LTPS视为基础的TFT制程技术,除了运用它来与三星的AMOLED对抗外,也准备用它来做为自家AMOLED的驱动背板技术。


LTPS为什么这么重要呢?最大的优势即是来自多晶矽(p-Si)的特性,能将TFT的电子迁移率(Mobility)提升到传统非晶矽(a-Si)电晶体的”一百倍”,也就是可以达到100cm2 /VS以上。


这样一来的好处很大,因高电子迁移率能在保有驱动效率的前提下,让TFT的尺寸得以缩小五倍以上,进而能达成更精细的解析度表现;TFT的尺寸缩小,也助于增加开口率,进而能提高光穿透率。


有了更高的光穿透率,背光模组就不用提供太强光源来达到亮度要求,进而可降低系统功耗,让可携产品有更长的使用时间。不仅如此,背光模组是大尺寸液晶模组中占据较高比例成本的单一零组件,因此提高光穿透率也有助于降低背光模组的成本。


此外,对于AMOLED来说,由于需要较大的驱动电流,而LTPS的高电子迁移率特性也能满足大电流的供应需求,所以即使未来高解析度面板不再是个话题,LTPS仍是面板发展一大关键。



图三 : 尺寸及分辨率的尽头
图三 : 尺寸及分辨率的尽头

IGZO的关键地位

在电子迁移率的表现上,LTPS无疑是最出众的选择,不过,它仍不是完美的,特别是在大尺寸和制程相容性上有所限制,成本上也较高,这也让IGZO有了出线的机会。


IGZO是在TFT主动层之上打上一层金属氧化物,属于氧化物TFT(Oxide TFT, OTFT)的一种。该技术的电子迁移率约为10 - 25cm2/VS,虽不及LTPS,但仍具有提高解析度、光穿透率和降低功耗的优势,而且能将简单的外部电路整合至面板之中,使可携装置更为轻薄。


IGZO较LTPS胜出的地方,在于其制程及成本较接近传统非晶矽TFT,也就是比LTPS TFT来得更低;不仅如此,相较于LTPS TFT仅适用于6代线以下的小尺寸面板产线,IGZO可广泛应用于各种尺寸的面板,日后大尺寸TFT LCD及AMOLED均可望采用此一技术,而且能为10吋等级的面板提供达300 ppi的高解析度。


以友达日前展出采用IGZO制程开发出的10.1吋板为何,可提供2560 × 1600的高解析度,光穿透率则提升了12%,背光模组厚度较传统平板装置减少60%,不仅整体面板厚度仅有1.5毫米,且更加省电。


2013全球面板大厂布局

即将进入2013,可以肯定的是,全球面板厂技术竞赛的重点,不外乎​​三个名词,即AMOLED、LTPS和IGZO,而后两者皆是AMOLED看重的下世代驱动背板技术。


目前全球面板产业集中在韩、日、台、中等四地,而LTPS可说是大家都已投入的技术。根据IEK的调查分析,在LTPS LCD量产进度上,日本的Sharp、JDI、Kyocera的速度较快,韩国的三星和LG则主要将LTPS用于AMOLED的生产上;JDI今年也已开出LTPS AMOLED的产能,但用的是3.25代线,明年起6代线也将开始量产。


事实上,台厂对LTPS的掌握度极高,其中统宝在LTPS领域耕耘极久,随着奇美电子、群创、统宝合并后,奇美也承继了这项技术。友达也曾从统宝挖了不少LTPS的好手,加上去年并购东芝行动显示器(TMD)新加坡4.5代LTPS 厂,不仅取得东芝的产能和技术,也赚进新力与东芝笔电的LTPS面板订单。


再看看IGZO的布局,目前韩国的三星、LG与台湾的友达、奇美都预计在明年进入IGZO的量产阶段,但日本夏普的脚步最快在2011年11月即已开始量产。夏普IGZO的产能来自其龟山第二工厂8代线,根据IEK的分析,目前每月已有一万片的产能,预计明年还会提高IGZO产能,用来生产30吋以上的高画质大尺寸液晶面板。


在鸿夏恋的发展中,即传鸿海属意要获得夏普的IGZO技术,但夏普却将之视为翻身筹码而不愿放手。夏普确实握了一手好牌,近来看好IGZO而愿意投资夏普的大头一一出手,包括Intel及Qualcomm在11月中传出有意联合对夏普投资300 ~ 400亿日元;另有消息指出Apple也愿意向夏普提供20亿美元的资金。


眼球之争 好戏连棚

综上所论,高阶行动装置的高解析面板竞赛,即可能在2013年进入尾声,不过,掌握AMOLED、LTPS、IGZO仍是面板业者竞逐的重点,尤其是AMOLED及IGZO,更是未来在市场胜出的决定关键。


日、韩在下世代显示技术的优势仍在,但台湾的友达及奇美/鸿海的实力也不容忽视。针对AMOLED、LTPS和IGZO,友达皆同步布局,近来获得Apple iPad mini的部分订单,证明了自己拥有第一线的面板技术与角逐实力。


从群创、统宝、奇美,到今年对夏普10代线的整合,展现了鸿海对面板事业的看重及长远布局。近来鸿海内部推出的「眼球计画」,更突显其强烈的企图心,将全力打造贯穿中小尺寸行动终端面板、大尺寸电视面板及触控面板等所有与显示相关的零组件及制程。


显示面板的眼球之争,已上演了数十年,但展望未来,这项科技的演进仍有很大的想像空间。这也是DRAM可以退场,但在显示技术的发展上,台湾却不容轻言放弃的原因。然而,从AMOLED发展的教训可知,新技术的研发不仅要有眼光,而且要有魄力和决心,不然,落后一步,再回头已百年身了。


图四
图四
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