介紹
LTPS的高遷移率為TFT-LCD帶來許多好處。 由於LTPS中的TFT器件的尺寸較小， 因此可以獲得更高的開口率和更窄的邊界尺寸。 高開口率可降低背光功耗。 因為寄生電容變小， 較小的TFT尺寸降低了驅動功耗。 LTPS-TFT比a-Si- TFT具有更高的圖元密度。 因為LTPS-TFT可以在玻璃基板上集成柵極驅動器來克服互連間距限制。 更重要的是， 因為它具有較低的缺陷密度， 因此具有氧化矽柵極絕緣體的LTPS被證明是性能可靠的。
當智慧手機的解析度變得幾乎達到400ppi或以上時， 在這一領域LTPS也已經成為合適的背板技術。 現在， 平板電腦正在採用相同的趨勢，
因為有潛力更高的光學性能和比LCD更薄的機械結構， 有源矩陣有機發光二極體（OLED）顯示器成為下一代顯示技術。 OLED材料通過電流點亮。 因此， OLED顯示器需要背板技術其具有足夠高的載流子遷移率。 目前， LTPS是唯一可以充分實現穩定驅動OLED所需的背板技術。
本文介紹了現有的LTPS技術。 我們已經優化了工藝技術， 將LTPS技術應用於超過500ppi高解析度顯示,同時且具有低延遲和更低的功耗的特點。
介紹LTPS技術及其應用
電晶體特性和麵板配置
電晶體特性：a-Si具有約0.3cm2 / Vs的電子遷移率， 僅用於NMOS。 LTPS具有大約100cm2/ Vs的遷移率，
據報導， 用在TFT-LCD上的IGZO-TFT遷移率大約為10cm2/ Vs的， 其遷移率高於a-Si， 工藝溫度和複雜度都低於LTPS， 但遷移率其低於LTPS。
Figure 1 Carrier mobility and architecture types of display backplanetechnologies
面板配置：具有RBGW技術和in-cell觸控式螢幕技術的顯示幕的框圖如圖所示。 使用LTPS技術， 在玻璃基板上形成CMOS多工器， 柵極驅動器和Tx電路。 從主機介面輸入RGB信號， 源驅動器通過面板中的多工器和信號線向圖元提供類比RGBW信號。 Tx電路用於in-cell觸摸功能， 在禎間空檔期以驅動COM電極。
Figure 2 Block diagram of the panel with in-cell touch function
新需求
高圖元密度特性是顯示背板技術選擇的關鍵。 即使在普通的智慧手機上， 超過400ppi的解析度也是必要的， 且高性能顯示器的解析度需要圖元密度超過500ppi。 此外， 由於低延遲特點引起的出色的圖像品質，
為了開發這兩種顯示器， 用於低延遲的高畫面播放速率大尺寸顯示器和用於低功耗的低幀率移動顯示， 保持高開口率和窄邊框， LTPS將是最好的背板技術， 但其過程應該進行優化， 以解決串擾和閃爍問題。
在高解析度顯示幕中要解決的問題
垂直串擾：在每個圖元中， 圖元TFT和具有存儲電容的圖元電極被嵌在信號線， 柵極線和VCOM電極中。 其中存儲電容在圖元電極和VCOM電極之間形成。 如圖3所示， 550ppi的圖元面積僅為46.2um×15.4×3（46.2×46.2um）， 幾乎是400ppi圖元面積的一半， 存儲電容的面積變小， 導致電容值不足。 因此， 如果將相同的圖元TFT尺寸應用於550ppi，
Figure 3 Comparison with sub-pixel size between 400ppi and 550ppi
垂直串擾由圖元TFT的漏電流和圖元電極的電壓波動兩者引起， 其中電壓波動由圖元電極和信號線之間的電容耦合引起， 如圖4（a）和（b）所示。 圖元電極的電壓變化可以用等式表示
其中Cp是圖元電極和信號線之間的電容， CLC是液晶電容， Cgs是柵電極和源電極之間的電容;TH是保持週期， IOFF是圖元TFT的漏電流。 ΔVs是信號線的電壓變化。 由於ΔVs和IOFF都根據顯示圖像而變化， 所以它們可能是串擾的原因。 因此， Cs值的增加和降低IOFF對於降低垂直串擾很重要， 特別是在較低的畫面播放速率驅動模式情況下。
(a) An equivalent pixel circuit
(b) Timing chart for the pixel circuit
Figure 4 An equivalent pixel circuit and timing chart forthe pixel circuit
閃爍：當柵極線關斷時， TFT的開關雜訊或場通電壓被認為是閃爍的原因之一。 可以用等式表示。
其中Vgh為高電平時的柵極電壓， Vgl為低電平時的柵極電壓。 此外， 液晶的撓曲電效應可能幾乎同時發生。
在保持期間， 圖元TFT的漏電流和液晶材料（LCM）的漏電流引起圖元的電壓變化， 從而引起圖元亮度的改變。 可用如下麵的等式所示。
其中ILC是通過LCM的漏電流。 因此， 特別是在較低的畫面播放速率驅動模式下， Cs值的增加和IOFF值的降低對減少閃爍很重要。
這些方程式表明， 如果我們只減小圖元存儲電容大小而不減小IOFF， 則ΔVP1ΔVP2和ΔVP3變大。
然而， 如上所述， 在550ppi圖元中， 存儲電容的面積趨於變小， 並導致垂直串擾或閃爍。 為了克服這些問題， 我們開發了一種窄通道寬度的TFT， 用於減少IOFF和Cgs值。 為了提高Cs值， 可以採用較薄的絕緣體。
如何解決高解析度顯示的問題
製作過程
基於圖5所示的TFT-LCD 的array工藝和Cell工藝。利用常規方法在玻璃基板上對非晶矽進行准分子鐳射退火來製成多晶矽。為了把溝道寬度減小到接近一半，在多晶矽加工過程中採用I線（365nm）光刻，並且幹法刻蝕的條件要仔細調節。圖6是經刻蝕處理的多晶矽在掃描電子顯微鏡下的橫切面圖。錐形角依賴於蝕刻中CF4與O2的氣體流量比,過程如圖7所示。我們發現在CF4：O2 =1：1的氣體流量的情況下，可以獲得良好的錐角，以確保TFT製造過程中以下層的階躍覆蓋。還證實，通道寬度分佈為1.47μm±0.34μm（n =54）。另外，幾乎一半薄的絕緣體形成存儲電容以提高CS值的大小。
顯示模式LTPS TFT, IPS 模式螢幕大小17.3英寸（43.9cm）解析度格式7689（W）×4320（H）圖元密度510ppi亮度500cd/m2對比度2000:1可視角度>176deg.(CR>100:1)幀率60/120 HzFigure 11 17.3inch 510ppi 8K4KLTPS TFT LCD
(Image: courtesy of NHK)
圖12 是在面板上透過率的9點測量。它們的變化很小，這歸因於柵極線寬的優化和the feed-through voltage 差的減小。圖13顯示了串擾的測量結果。使用灰色（L127）光柵中心的白色（L255）視窗或黑色（L0）視窗的圖案進行測量。背景窗口的大小是50％。任何測量點的垂直串擾比和水準串擾比都遠低於2.0％。
Figure 12 Normalized transmittance measureed results at 9points in LCD
Figure 13 Measurement resultsof Crosstalk ratio
這樣的結果是因為圖元TFT溝道寬減小到了1.5um且薄膜絕緣層的使用致使圖元存儲容量的增加。120Hz幀率的8K4K LTPS TFT LCD 是通過柵極線寬的優化和 TFT 處理過程的改善而實現的。
其他的應用
在其他顯示領域，比如VR顯示，500ppi的圖元密度或更大是非常必要的。在這樣的VR顯示和汽車顯示器上，用於其低延遲使用要求120Hz而不是60Hz的高畫面播放速率。利用CMOS LTPS的特點，另一個發展是記憶體圖元（MIP）技術，嵌入了靜態隨機存取記憶體（SRAM）電路進入到每個子圖元。
由於圖像資料存儲在每個子圖元中的SRAM中，MIP LCD可以以超低功耗的靜態圖像進行操作。
柔性顯示發展在顯示行業內已受到關注。對於高品質柔性顯示，OLED較LCD是一種更合適的顯示技術，因為與LCD相比，OLED顯示有更簡單的結構。正如之前的討論，由於LTPS有高的載流子遷移率和穩定性，目前幾乎所有為移動設備生產的玻璃基剛性OLED顯示器利用其作為背板。對於柔性OLED顯示，LTPS在TFT性能上同樣有優勢。
結論
由於低功耗技術，如高開口率和 RGBW顯示，窄邊框和in-cell觸控式螢幕技術，LTPS背板技術已經充分應用到高解析度的顯示器上。
人們發現LTPS技術適用於高解析度顯示和低幀率顯示以降低驅動功耗。2K4K 550 ppi LTPS TFT LCD已經開發了較低的幀率驅動模式，其中可以改變垂直幀間空擋的長度。在多晶矽TFT的製造工藝中，使用i線光刻法形成窄溝道寬度，並調節幹蝕刻氣體比以獲得多晶矽的良好錐角。然後，我們證實了，對於54個樣品，多晶矽TFT的溝道寬度分佈為1.47μm±0.34μm。採用較薄的絕緣體做儲存電容以及在製備工藝中優化了LC材料。我們認為窄溝道寬度可實現圖元TFT的較小漏電流和較小的Cgs值，較薄的絕緣體允許較大的Cs值。基於這些技術，即使在30 Hz驅動模式下，也證實了在垂直串擾和閃爍方面的高的顯示品質。
製作過程
基於圖5所示的TFT-LCD 的array工藝和Cell工藝。利用常規方法在玻璃基板上對非晶矽進行准分子鐳射退火來製成多晶矽。為了把溝道寬度減小到接近一半，在多晶矽加工過程中採用I線（365nm）光刻，並且幹法刻蝕的條件要仔細調節。圖6是經刻蝕處理的多晶矽在掃描電子顯微鏡下的橫切面圖。錐形角依賴於蝕刻中CF4與O2的氣體流量比,過程如圖7所示。我們發現在CF4：O2 =1：1的氣體流量的情況下，可以獲得良好的錐角，以確保TFT製造過程中以下層的階躍覆蓋。還證實，通道寬度分佈為1.47μm±0.34μm（n =54）。另外，幾乎一半薄的絕緣體形成存儲電容以提高CS值的大小。
顯示模式LTPS TFT, IPS 模式螢幕大小17.3英寸（43.9cm）解析度格式7689（W）×4320（H）圖元密度510ppi亮度500cd/m2對比度2000:1可視角度>176deg.(CR>100:1)幀率60/120 HzFigure 11 17.3inch 510ppi 8K4KLTPS TFT LCD
(Image: courtesy of NHK)
圖12 是在面板上透過率的9點測量。它們的變化很小，這歸因於柵極線寬的優化和the feed-through voltage 差的減小。圖13顯示了串擾的測量結果。使用灰色（L127）光柵中心的白色（L255）視窗或黑色（L0）視窗的圖案進行測量。背景窗口的大小是50％。任何測量點的垂直串擾比和水準串擾比都遠低於2.0％。
Figure 12 Normalized transmittance measureed results at 9points in LCD
Figure 13 Measurement resultsof Crosstalk ratio
這樣的結果是因為圖元TFT溝道寬減小到了1.5um且薄膜絕緣層的使用致使圖元存儲容量的增加。120Hz幀率的8K4K LTPS TFT LCD 是通過柵極線寬的優化和 TFT 處理過程的改善而實現的。
其他的應用
在其他顯示領域，比如VR顯示，500ppi的圖元密度或更大是非常必要的。在這樣的VR顯示和汽車顯示器上，用於其低延遲使用要求120Hz而不是60Hz的高畫面播放速率。利用CMOS LTPS的特點，另一個發展是記憶體圖元（MIP）技術，嵌入了靜態隨機存取記憶體（SRAM）電路進入到每個子圖元。
由於圖像資料存儲在每個子圖元中的SRAM中，MIP LCD可以以超低功耗的靜態圖像進行操作。
柔性顯示發展在顯示行業內已受到關注。對於高品質柔性顯示，OLED較LCD是一種更合適的顯示技術，因為與LCD相比，OLED顯示有更簡單的結構。正如之前的討論，由於LTPS有高的載流子遷移率和穩定性，目前幾乎所有為移動設備生產的玻璃基剛性OLED顯示器利用其作為背板。對於柔性OLED顯示，LTPS在TFT性能上同樣有優勢。
結論
由於低功耗技術，如高開口率和 RGBW顯示，窄邊框和in-cell觸控式螢幕技術，LTPS背板技術已經充分應用到高解析度的顯示器上。
人們發現LTPS技術適用於高解析度顯示和低幀率顯示以降低驅動功耗。2K4K 550 ppi LTPS TFT LCD已經開發了較低的幀率驅動模式，其中可以改變垂直幀間空擋的長度。在多晶矽TFT的製造工藝中，使用i線光刻法形成窄溝道寬度，並調節幹蝕刻氣體比以獲得多晶矽的良好錐角。然後，我們證實了，對於54個樣品，多晶矽TFT的溝道寬度分佈為1.47μm±0.34μm。採用較薄的絕緣體做儲存電容以及在製備工藝中優化了LC材料。我們認為窄溝道寬度可實現圖元TFT的較小漏電流和較小的Cgs值，較薄的絕緣體允許較大的Cs值。基於這些技術，即使在30 Hz驅動模式下，也證實了在垂直串擾和閃爍方面的高的顯示品質。