薄膜晶体管液晶显示器的发展分析
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单 晶 硅 高 温 多 晶 硅 低 温 多 晶硅 Ｉ Ｇ Ｚ ０
表 １各类 薄膜 参数比较
属 性 非 晶硅 微 晶 硅 纳 米 硅
迁移率 （ ｃ ｍ ／ Ｖ・ Ｓ ）
氢原子数 （ ％） 晶粒大小 （ ｎ ｍ） Ｉ ｏ ｎ ／ ｌ ｏ ｔ性 能 ｆ
一 ０ ． ２
５ ～ ｌ ０ Ｏ ｌ ０
—０ ． ５
１ ５ ３ ～ ｌ ０
８ ～ １ ０
ｌ ５ － ２ ５ ３ ～ ８
其 发展 的现 状 ， 以期 为探 求 适应 市场 的新 科技 材料 的应 用 与开发提 供 一定依 据 。
关键 词 ： 薄膜 晶体 管 ； 硅； 金 属氧 化物 ； 液 晶显 示 器 ； 发展 现状
０ 引言
随着时代 的进步 ， 人们在满足对衣食住 行的需 求 的基 础 上 ， 对 精 神 的需 求 也 越 来 越 高 ， 因此 对 显 示 器 的要 求 也 随 之 提升 ， 不 仅 仅 停 留在基 础 性 能上 ， 更 表 现 为 对 高 品质 色 彩 、 清 晰度 等 方 面 的追 求 上 。 薄 膜 晶体管在此基础上应运 而生 ， 将 现代 电子科 技与 显 示 器 的技 术 有 效 结 合 ， 最 早 为 了 配 合 笔 记 本 电 脑 的应 用 而 确 定 了其 地 位 ， 随着 科 技 的广 泛 注 人 ， 成 本 也 得 到 了降低 ， 并 配合 市 场 的需求 ， 轻 薄 的显 示 器 逐 步 成 为主 流 。 １ 薄 膜 晶体 管液 晶显 示器 概述 科 学 家在 ２ Ｏ世 纪 ６ Ｏ年 代 中 期 时 发 现 ， 对 液 晶 材 料 的外 部边 缘 增加 电场 以改 变其 光 向 ， 利 用 这 原 理 研 发 液 晶 显 示 器 件 ， 而 薄 膜 晶体 管 液 晶 显 示 器 是 在 这 一 基 础 上 运 用 薄 膜 晶 体 管 进 行 驱 动， 其 主要 构成 包括 ： 上、 下偏 振 片 、 液 晶层 、 彩 色 滤 光片 、 薄 膜 晶体 管阵列 、 背光模 组等 。其 中薄膜 晶 体 管 主 要 起 到 开 关 的作 用 ， 通常 是 ３ 段器 件 ， 在 玻 璃基 衬 上源 极 连接 半 导体 再连 接漏 极 ， 在 半 导 体 的相 对 处设 置 栅极 绝缘 层 ， 并 在 此 基 础 上 通 过 施加 电压实现 电源的流通 … 。 针对显示 器 ， 从 结构上看 ， 是像素 、 共 同电极之 间 夹层 液 晶 ； 从 电学 上 看 ， 是 兼 并 电容 的器 件 。显 示 图 像 的关 键 就 是 电 场 中分 子 取 向 问题 ， 一 般 是 在 电 场下 ， 液 晶分 子 通 过偏 振 片 的 共 同作 用 产 生 取 向上 的变化 ， 使 得 通 过液 晶层 后 的入 射 光 发 生改 变 ， 实 现 显示 图像 。对 于 薄膜 晶体 管 液 晶显 示 器 是 指 每一 像 素 上都 有 各 自的薄膜 晶体 管 ， 可 以克 服 串扰 问题 ， 使 其 不受 扫 描 数 影 响 ， 提 高 成像 质 量 ， 同 时满 足低 通 态
沙 双 庆
（ 南京 中电熊猫平板显示科技有限公司， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ３ ３ ） 摘要 ： 随着科技 的发展 ， 薄膜晶体 管液晶显 示器广受大众的好评 ， 但目 前广泛运用的非晶硅薄膜晶体 管 却 因迁 移 率低 致使 其 阻碍 了行 业 的发 展 。 为解 决此 问题 而 引进 的 多晶硅 、 金 属氧 化物 等材 质 ， 虽一 定程度上解决了此问题 ， 但仍有其运 用的不足。为改善此状 况， 文章分析 了薄膜 晶体 管液晶显示器及
第２ ６ 期 ２ ０ １ ７ 年９ 月
江 苏科 技信 息
Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｎｏ ． ２ ６
Ｓｅ ｐ ｔ ｅ ｍｂｅ ｒ ， ２ ０１ ７
薄 膜 晶体 管液 晶显 示器 的发展 分 析
一
电阻 、 闭态 电阻 的要求 。 ２ 薄膜 晶体 管结 构 薄 膜 晶体 管 的性 能 会直 接 影 响 薄膜 晶体 管 显示 器 的质 量 与性能 等相 关 问题 ， 而薄 膜 晶体管 的关 键就
是高品质薄膜 。因此在 了解薄膜 晶体显示器的运行 基础 前 ， 就要 明确 薄膜 晶体 管 的构成 。 薄 膜 晶体 管 一 般 是 由正 、 反两 交 叠 结 构组 成 ， 通 常 正交 叠 结 构 构成 了薄 膜 晶体 结 构 的源 极 、 漏极 ， 却 因与 欧姆 叠结 构 替 代 ， 反 交 叠 结构 通 常 为 背沟 道 刻蚀 型 、 保 护 型 。其结 构 的基 本构 成都 相似 ， 如 源 电极 、 漏 电极 、 栅 金属 电极 有源 层 、 绝缘层 等 ， 具体 示 意如 图 １ 所示。
源 极 漏 板
玻 璃基片
栅擞
图 １ 薄膜晶体管结构 示意
有 源 层 通 常 采用 硅 薄 膜 ， 并 根 据 晶粒 百 分 比 、 大 小、 所 含氢 原 子不 同等 ， 可 以分 为非 晶硅 、 微 晶硅 、 纳 米、 多 晶硅 、 单 品硅 等各 种类 型 ， 其 中成功 大规 模生 产 的为非 晶硅及低 温多 晶硅 。近些 年随着新 材料 的进 一 步发 展 ， 金属 氧化 物也成 了有源层 的新选择 ， 其 中铟镓 锌 氧化 物 （ Ｉ ｎ ｄ ｉ ｕ ｍ Ｇ ａ ｌ ｌ ｉ ｕ ｍ Ｚ ｉ ｎ ｃ Ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ， Ｉ Ｇ Ｚ Ｏ） 已实现 大 规模 批量生 产 ， 以上 薄膜材 质主要对 比如表 １ 所示 。
表 １各类 薄膜 参数比较
属 性 非 晶硅 微 晶 硅 纳 米 硅
迁移率 （ ｃ ｍ ／ Ｖ・ Ｓ ）
氢原子数 （ ％） 晶粒大小 （ ｎ ｍ） Ｉ ｏ ｎ ／ ｌ ｏ ｔ性 能 ｆ
一 ０ ． ２
５ ～ ｌ ０ Ｏ ｌ ０
—０ ． ５
１ ５ ３ ～ ｌ ０
８ ～ １ ０
ｌ ５ － ２ ５ ３ ～ ８
其 发展 的现 状 ， 以期 为探 求 适应 市场 的新 科技 材料 的应 用 与开发提 供 一定依 据 。
关键 词 ： 薄膜 晶体 管 ； 硅； 金 属氧 化物 ； 液 晶显 示 器 ； 发展 现状
０ 引言
随着时代 的进步 ， 人们在满足对衣食住 行的需 求 的基 础 上 ， 对 精 神 的需 求 也 越 来 越 高 ， 因此 对 显 示 器 的要 求 也 随 之 提升 ， 不 仅 仅 停 留在基 础 性 能上 ， 更 表 现 为 对 高 品质 色 彩 、 清 晰度 等 方 面 的追 求 上 。 薄 膜 晶体管在此基础上应运 而生 ， 将 现代 电子科 技与 显 示 器 的技 术 有 效 结 合 ， 最 早 为 了 配 合 笔 记 本 电 脑 的应 用 而 确 定 了其 地 位 ， 随着 科 技 的广 泛 注 人 ， 成 本 也 得 到 了降低 ， 并 配合 市 场 的需求 ， 轻 薄 的显 示 器 逐 步 成 为主 流 。 １ 薄 膜 晶体 管液 晶显 示器 概述 科 学 家在 ２ Ｏ世 纪 ６ Ｏ年 代 中 期 时 发 现 ， 对 液 晶 材 料 的外 部边 缘 增加 电场 以改 变其 光 向 ， 利 用 这 原 理 研 发 液 晶 显 示 器 件 ， 而 薄 膜 晶体 管 液 晶 显 示 器 是 在 这 一 基 础 上 运 用 薄 膜 晶 体 管 进 行 驱 动， 其 主要 构成 包括 ： 上、 下偏 振 片 、 液 晶层 、 彩 色 滤 光片 、 薄 膜 晶体 管阵列 、 背光模 组等 。其 中薄膜 晶 体 管 主 要 起 到 开 关 的作 用 ， 通常 是 ３ 段器 件 ， 在 玻 璃基 衬 上源 极 连接 半 导体 再连 接漏 极 ， 在 半 导 体 的相 对 处设 置 栅极 绝缘 层 ， 并 在 此 基 础 上 通 过 施加 电压实现 电源的流通 … 。 针对显示 器 ， 从 结构上看 ， 是像素 、 共 同电极之 间 夹层 液 晶 ； 从 电学 上 看 ， 是 兼 并 电容 的器 件 。显 示 图 像 的关 键 就 是 电 场 中分 子 取 向 问题 ， 一 般 是 在 电 场下 ， 液 晶分 子 通 过偏 振 片 的 共 同作 用 产 生 取 向上 的变化 ， 使 得 通 过液 晶层 后 的入 射 光 发 生改 变 ， 实 现 显示 图像 。对 于 薄膜 晶体 管 液 晶显 示 器 是 指 每一 像 素 上都 有 各 自的薄膜 晶体 管 ， 可 以克 服 串扰 问题 ， 使 其 不受 扫 描 数 影 响 ， 提 高 成像 质 量 ， 同 时满 足低 通 态
沙 双 庆
（ 南京 中电熊猫平板显示科技有限公司， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ３ ３ ） 摘要 ： 随着科技 的发展 ， 薄膜晶体 管液晶显 示器广受大众的好评 ， 但目 前广泛运用的非晶硅薄膜晶体 管 却 因迁 移 率低 致使 其 阻碍 了行 业 的发 展 。 为解 决此 问题 而 引进 的 多晶硅 、 金 属氧 化物 等材 质 ， 虽一 定程度上解决了此问题 ， 但仍有其运 用的不足。为改善此状 况， 文章分析 了薄膜 晶体 管液晶显示器及
第２ ６ 期 ２ ０ １ ７ 年９ 月
江 苏科 技信 息
Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｎｏ ． ２ ６
Ｓｅ ｐ ｔ ｅ ｍｂｅ ｒ ， ２ ０１ ７
薄 膜 晶体 管液 晶显 示器 的发展 分 析
一
电阻 、 闭态 电阻 的要求 。 ２ 薄膜 晶体 管结 构 薄 膜 晶体 管 的性 能 会直 接 影 响 薄膜 晶体 管 显示 器 的质 量 与性能 等相 关 问题 ， 而薄 膜 晶体管 的关 键就
是高品质薄膜 。因此在 了解薄膜 晶体显示器的运行 基础 前 ， 就要 明确 薄膜 晶体 管 的构成 。 薄 膜 晶体 管 一 般 是 由正 、 反两 交 叠 结 构组 成 ， 通 常 正交 叠 结 构 构成 了薄 膜 晶体 结 构 的源 极 、 漏极 ， 却 因与 欧姆 叠结 构 替 代 ， 反 交 叠 结构 通 常 为 背沟 道 刻蚀 型 、 保 护 型 。其结 构 的基 本构 成都 相似 ， 如 源 电极 、 漏 电极 、 栅 金属 电极 有源 层 、 绝缘层 等 ， 具体 示 意如 图 １ 所示。
源 极 漏 板
玻 璃基片
栅擞
图 １ 薄膜晶体管结构 示意
有 源 层 通 常 采用 硅 薄 膜 ， 并 根 据 晶粒 百 分 比 、 大 小、 所 含氢 原 子不 同等 ， 可 以分 为非 晶硅 、 微 晶硅 、 纳 米、 多 晶硅 、 单 品硅 等各 种类 型 ， 其 中成功 大规 模生 产 的为非 晶硅及低 温多 晶硅 。近些 年随着新 材料 的进 一 步发 展 ， 金属 氧化 物也成 了有源层 的新选择 ， 其 中铟镓 锌 氧化 物 （ Ｉ ｎ ｄ ｉ ｕ ｍ Ｇ ａ ｌ ｌ ｉ ｕ ｍ Ｚ ｉ ｎ ｃ Ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ， Ｉ Ｇ Ｚ Ｏ） 已实现 大 规模 批量生 产 ， 以上 薄膜材 质主要对 比如表 １ 所示 。