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下世代面板技術:IGZO vs. LTPS
眼球之爭 好戲連棚

【作者: 歐敏銓】   2013年01月04日 星期五

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儘管面板的生意難做,但市場的成長需求卻是從未間歇,面板業者只要掌握到一些對手沒有的獨門技術,或是早一步解決良率及量產難題,就有可能成為新一代的市場王者。近年來,三星因AMOLED而打遍天下無敵手,不就是這樣的一個故事。


如今,發展AMOLED已是面板產業的共識,但和三星做一樣的事,即使能分食到一些「菜尾」,也不會有太多的甜頭可吃。因此,大家心中所想的,就是做出市場區隔以創造價值。


Apple以Retina的高解析度回擊三星,顯然是奏效的策略。此舉讓TFT-LCD找到了一個繼續發展的立足點,這也讓低溫多晶矽(LTPS)和IGZO((銦鎵鋅氧化物,即InGaZnO)成為面板業共同追逐的重點技術。


在今年初的CES中,夏普(Sharp)展出高達443 ppi的5吋智慧手機,採用自家的IGZO技術,打響高解析行動顯示器競賽的一聲槍響。HTC最新推出的Droid DNA,同樣是5吋屏幕,解析度也可達440 ppi,可提供1080p的full HD高畫質,這是由Japan Display Inc(日本顯示器公司,簡稱JDI)所提供的Super LCD 3面板,採用的是LTPS技術。



圖一 :  友達IGZO 4K2K TV面板
圖一 : 友達IGZO 4K2K TV面板

然而,這還不是最好的顯示器,在今年的FPDI 2012顯示大會中,JDI還展示了一款4.38吋的面板,其解析度已打破500 ppi大關,來到503 ppi的新境界。這塊面板,採用的同樣是LTPS技術。


Apple為其Retina顯示器樹立的標竿值是326 ppi,如今除了夏普、JDI,包括友達、奇美(現更名為群創光電)和LG Display,都已發表過440 ppi/443 ppi的高解析度面板,甚至連三星也以FMM+LITI的技術做出解析度達350 ppi的AMOLED面板。


到了這個階段,工研院IEK零組件研究部分析師陳玠伯認為,這場高解析度的競賽已快要落幕,因就人眼的辨識力來說,超過了400 ppi就無法明顯分辨其中畫質差異性了。當消費者覺得更高解析度的追逐不再有太大意義,自然就回歸到價格的比較,除非還有其他顯示優勢,如3D顯示、更輕薄、全視角、可撓曲或低功耗等。


即使高階手機在高解析度行動顯示上的競爭將在2013年中告一段落,但面板業者提升LTPS或IGZO技術的腳步並不會放緩下來,因為高解析度只是它們的應用優勢之一,它們帶來的附加價值還有很多。


圖二 :  TFT驅動背板技術比較
圖二 : TFT驅動背板技術比較

LTPS為何重要?

在商業化的進展上,LTPS目前領先IGZO一步。事實上,各大LCD面板廠都已將LTPS視為基礎的TFT製程技術,除了運用它來與三星的AMOLED對抗外,也準備用它來做為自家AMOLED的驅動背板技術。


LTPS為什麼這麼重要呢?最大的優勢即是來自多晶矽(p-Si)的特性,能將TFT的電子遷移率(Mobility)提升到傳統非晶矽(a-Si)電晶體的”一百倍”,也就是可以達到100cm2/VS以上。


這樣一來的好處很大,因高電子遷移率能在保有驅動效率的前提下,讓TFT的尺寸得以縮小五倍以上,進而能達成更精細的解析度表現;TFT的尺寸縮小,也助於增加開口率,進而能提高光穿透率。


有了更高的光穿透率,背光模組就不用提供太強光源來達到亮度要求,進而可降低系統功耗,讓可攜產品有更長的使用時間。不僅如此,背光模組是大尺寸液晶模組中佔據較高比例成本的單一零組件,因此提高光穿透率也有助於降低背光模組的成本。


此外,對於AMOLED來說,由於需要較大的驅動電流,而LTPS的高電子遷移率特性也能滿足大電流的供應需求,所以即使未來高解析度面板不再是個話題,LTPS仍是面板發展一大關鍵。



圖三 :  尺寸及解析度的盡頭
圖三 : 尺寸及解析度的盡頭

IGZO的關鍵地位

在電子遷移率的表現上,LTPS無疑是最出眾的選擇,不過,它仍不是完美的,特別是在大尺寸和製程相容性上有所限制,成本上也較高,這也讓IGZO有了出線的機會。


IGZO是在TFT主動層之上打上一層金屬氧化物,屬於氧化物TFT(Oxide TFT, OTFT)的一種。該技術的電子遷移率約為10 - 25cm2/VS,雖不及LTPS,但仍具有提高解析度、光穿透率和降低功耗的優勢,而且能將簡單的外部電路整合至面板之中,使可攜裝置更為輕薄。


IGZO較LTPS勝出的地方,在於其製程及成本較接近傳統非晶矽TFT,也就是比LTPS TFT來得更低;不僅如此,相較於LTPS TFT僅適用於6代線以下的小尺寸面板產線,IGZO可廣泛應用於各種尺寸的面板,日後大尺寸TFT LCD及AMOLED均可望採用此一技術,而且能為10吋等級的面板提供達300 ppi的高解析度。


以友達日前展出採用IGZO製程開發出的10.1吋板為何,可提供2560 × 1600的高解析度,光穿透率則提升了12%,背光模組厚度較傳統平板裝置減少60%,不僅整體面板厚度僅有1.5毫米,且更加省電。


2013全球面板大廠佈局

即將進入2013,可以肯定的是,全球面板廠技術競賽的重點,不外乎三個名詞,即AMOLED、LTPS和IGZO,而後兩者皆是AMOLED看重的下世代驅動背板技術。


目前全球面板產業集中在韓、日、台、中等四地,而LTPS可說是大家都已投入的技術。根據IEK的調查分析,在LTPS LCD量產進度上,日本的Sharp、JDI、Kyocera的速度較快,韓國的三星和LG則主要將LTPS用於AMOLED的生產上;JDI今年也已開出LTPS AMOLED的產能,但用的是3.25代線,明年起6代線也將開始量產。


事實上,台廠對LTPS的掌握度極高,其中統寶在LTPS領域耕耘極久,隨著奇美電子、群創、統寶合併後,奇美也承繼了這項技術。友達也曾從統寶挖了不少LTPS的好手,加上去年併購東芝行動顯示器(TMD)新加坡4.5代LTPS 廠,不僅取得東芝的產能和技術,也賺進新力與東芝筆電的LTPS面板訂單。


再看看IGZO的佈局,目前韓國的三星、LG與台灣的友達、奇美都預計在明年進入IGZO的量產階段,但日本夏普的腳步最快在2011年11月即已開始量產。夏普IGZO的產能來自其龜山第二工廠8代線,根據IEK的分析,目前每月已有一萬片的產能,預計明年還會提高IGZO產能,用來生產30吋以上的高畫質大尺寸液晶面板。


在鴻夏戀的發展中,即傳鴻海屬意要獲得夏普的IGZO技術,但夏普卻將之視為翻身籌碼而不願放手。夏普確實握了一手好牌,近來看好IGZO而願意投資夏普的大頭一一出手,包括Intel及Qualcomm在11月中傳出有意聯合對夏普投資300 ~ 400億日元;另有消息指出Apple也願意向夏普提供20億美元的資金。


眼球之爭 好戲連棚

綜上所論,高階行動裝置的高解析面板競賽,即可能在2013年進入尾聲,不過,掌握AMOLED、LTPS、IGZO仍是面板業者競逐的重點,尤其是AMOLED及IGZO,更是未來在市場勝出的決定關鍵。


日、韓在下世代顯示技術的優勢仍在,但台灣的友達及奇美/鴻海的實力也不容忽視。針對AMOLED、LTPS和IGZO,友達皆同步佈局,近來獲得Apple iPad mini的部分訂單,證明了自己擁有第一線的面板技術與角逐實力。


從群創、統寶、奇美,到今年對夏普10代線的整合,展現了鴻海對面板事業的看重及長遠佈局。近來鴻海內部推出的「眼球計畫」,更突顯其強烈的企圖心,將全力打造貫穿中小尺寸行動終端面板、大尺寸電視面板及觸控面板等所有與顯示相關的零組件及製程。


顯示面板的眼球之爭,已上演了數十年,但展望未來,這項科技的演進仍有很大的想像空間。這也是DRAM可以退場,但在顯示技術的發展上,台灣卻不容輕言放棄的原因。然而,從AMOLED發展的教訓可知,新技術的研發不僅要有眼光,而且要有魄力和決心,不然,落後一步,再回頭已百年身了。


圖四
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