有机TFT的实用化进程
时间：2011-03-23 20:50:00
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[导读]美国Plastic Logic备受关注的全球首款有机TFT电子书终端预计将推迟到2010年夏季供货（参阅本站报道）。作为一款有望为FPD开辟新的可能性的商品，其供货的推迟令人颇感遗憾，不过说实话，有机TFT要进入全面量产阶段，
美国Plastic Logic备受关注的全球首款有机TFT电子书终端预计将推迟到2010年夏季供货（参阅本站报道）。作为一款有望为FPD开辟新的可能性的商品，其供货的推迟令人颇感遗憾，不过说实话，有机TFT要进入全面量产阶段，也许还的确为时尚早。为何要采用有机TFT？真的必须是有机TFT吗？这样的疑问经常出现在笔者脑中。
Plastic Logic曾在2009年6月举行的显示器领域最大的学会“SID”上发表过主题演讲。其发表资料宣称，该公司的制造工艺可使用低价位的 PET（Polyethylene Terephthalate）底板，能够使用基于标准FPD生产设备的印刷工序来制造有机TFT阵列。而且该公司认为，利用变形校正技术还可实现大尺寸化（参阅本站报道）。不过，该公司并未公布具体的技术内容，因此详细情况不得而知。
对此，可供参考的是2005年举行的显示器相关学会“IDW/AD'05”上发表的论文，做法是在PET底板上形成聚芴类有机半导体层，并在上面涂布聚合物绝缘膜，由此形成TFT。这是一种像素电极也采用导电性聚合物（PEDOT/PSS），完全以涂布工艺直接进行印刷的极为前卫的技术。假如利用这一技术开始量产的话，就会实现巨大突破。不过，凭自己长年从事FPD研究的经验来看，笔者感觉要想解决成本及可靠性问题，进而实现全面普及，还需要相当长的时间。
有机TFT的应用范围
以前业界就在对有机TFT进行各种应用研究，但有机TFT实际能够在什么领域发挥出无机TFT所不能实现的优势呢？图1根据可以组合的技术，对有机 TFT的应用领域进行了大致分类。在该图中，越往下的领域，其技术上的难度就越高（也就是说，对TFT的性能要求就越严格）。
图1：有机TFT的应用范围该图由笔者制作。(点击放大)
其中，最被看好的是与电泳显示器（EPD：Electrophoretic Display）组合的柔性电子纸应用。电泳显示器不以视频显示为前提，因此要求的电流值比液晶显示器（LCD：Liquid Crystal Display）低，而且擦写次数也远比LCD少，所以可大幅减缓由驱动条件造成的特性下降。虽说不是不可以应用于LCD也，但优点不如EPD那么突出。
要想应用于有机EL（OLED：Organic Light Emitting Diode）显示器的话，也许还要大幅改善特性。而应用于无线电路时，成本和性能要求会更为苛刻。
另外，在医疗器械领域应用有机TFT时，不仅期望值大，而且也存在市场。原来采用无机器件的传感器芯片等容易损坏，而且难以进行循环再利用，而只在树脂底板上构成有机物的传感器芯片既不易损坏，也可100％循环再利用，十分环保。在该领域的应用虽说技术上难度极大，但长期来看市场有望增长，对FPD技术实现新的发展也颇具意义。
柔性显示器用背板技术的比较
如果说有机TFT最看好的应用领域是EPD等柔性显示器的话，那么与其他TFT技术比较又有哪些优势呢？这里通过表1试着对其特点进行了汇总。
表1：柔性显示器用背板技术的比较 SUFTLA：Surface Free Technology by laser Annealing/Ablation（向剥离层照射激光剥离玻璃底板上的TFT后转印至另一种底板的方法。由精工爱普生开发。）。 SAIL：Self-Aligned Imprint Lithography（只需一次光刻胶印刷结合数种蚀刻即可形成TFT，因此无校正误差。由美国Phicot、美国Power Film及美国惠普（HP）组成的研究小组开发）。该表由笔者制作。(点击放大)
虽然以前业界已利用非结晶硅（a-Si）TFT试制出了LCD、EPD及有机EL等多种柔性显示器，但遗憾的是一直未实现实用化。其最大原因在于，为了确保a-Si TFT的特性，需要在300℃以上的温度下进行等离子体CVD成膜，降低处理温度的话，特性和可靠性就会大幅降低。而氧化物半导体是以溅射法形成，因此能够在低于a-Si TFT的温度下成膜。从为了确保可靠性而公认所需的退火条件来看，可以说氧化物半导体已经具备足以使用树脂底板的可能性。也就是说，有机TFT的最大竞争对手就是氧化物TFT。
除此以外，目前还有一种将原来的低温多结晶硅（LTPS）TFT从玻璃底板转印至树脂底板上的技术。笔者认为，有机TFT及氧化物TFT要实现全面量产还需要时间，因此也许还可采取运用LTPS技术稳步开辟柔性市场的战略。虽然该技术在大尺寸化方面存在难度，但如果对日本大量存在的、折旧结束后的 LTPS生产线进行改造，作为基于转印技术的柔性显示器专用生产线进行再利用的话，也许就可形成所希望的业务。
在有机TFT的优点中常常被人提到的一点是可用于卷对卷（RTR：Roll To Roll）生产。对于印刷行业来说，也许RTR确实是一种可有效降低成本的手段，但从制造电子器件这一目的来考虑的话，RTR反而存在成本升高的危险。其原因在于，即使是采用涂布工艺直接形成图案，也仍然要对各层进行干燥及退火处理，往往需要投入额外的成本来校正由此产生的变形及拉伸。在利用有机TFT以外的手段来实现RTR的事例中，惠普（HP）、Phicot及PowerFilm三家美国公司共同开发的“SAIL（Self-Aligned Imprint Lithography）”可谓独具特色（参阅本站报道）。
该技术采用a-Si TFT而非有机半导体，因此还需使用溅射及等离子体CVD装置，但优点是只需以一次印刷形成光刻胶后再结合使用干、湿蚀刻技术，即可形成TFT元件。由于器件结构特殊，要确保成品率并不容易。但是要通过RTR来生产大面积显示器的话，定位精度就会成为致命问题，因此这种思路转换或许也是有必要的。
与原来的TFT相比，也许以非真空工艺（涂布工艺）直接形成图案的方法的确能够大幅降低成本，而反过来也可以说，有机TFT只有实现这一点才会拥有存在价值。首先要能够放心地在粘贴于玻璃底板上的树脂底板上使用，这就需要开发能够确保制造出高质量产品的制造设备，在可靠性上还可经受长期保存考验的材料，以及可使这些材料的特性稳定再现出来的溶剂。
从论文发表情况看技术开发动向
表2列出了09年显示器国际学会“SID”、“IMID”及“IDW”的口头报告会上发表的主要有机TFT应用器件的开发事例。由此可以看出，所有开发均以使用树脂底板的全印刷工艺为目标，方向上与笔者的上述观点吻合。但从实际商品的性能指标来看，阈值电压（Vth）漂移量等还不够完善，今后需要进行大幅改进。而反过来说，在这种行业技术水平下，Plastic Logic做出量产决定，其本身就是常识上难以置信的事情。[!--empirenews.page--]
表 2：2009年“SID”、“IMID”、“IDW”的口头报告会上发表的主要有机TFT应用器件 TSP-μCP：Two Step Process micro Contact Printing。fCP：Flat Contact Printing（Ink transfer with unpatterned PDMS）。DNTT：二萘并噻吩并噻吩。CYTOP：非晶态氟化树脂（旭硝子研制）。PXX：Peri-Xanthenoxanthene Derivative。PVP-OTS：在聚乙烯吡咯烷酮中混合十八烷基三氯硅烷而成。PQT-12：Poly(3,3 '''-didodecylquaterthiophene) 。该表由笔者制作。(点击放大)
从该表中可以看出，日本厂商在掌握技术主导权的情况不断进行着开发。另外，韩国厂商及韩国大学也有多篇论文发表，但内容多与基础性实验有关，致力于 FPD试制的事例并不多。也许可以说，这些均是在最近的FPD技术中日本占有统治地位的重要领域。笔者认为，要想使有机TFT实现实用化并在实际业务中获得成功，必须要同时满足两个条件，具体为：1）要在使用树脂底板的氧化物TFT开始量产之前启动有机TFT的生产；2）即便使用树脂底板的氧化物抢先实现了量产，也要在成本上确立优势地位，（在全印刷等领域）努力夺取份额。
韩国厂商对实现有机TFT的实用化并不积极，因为他们认为氧化物TFT的实用化可能性更高。希望日本企业能够抓住这一机会，拿出勇气努力达到上述条件，重新成为FPD业界的领头羊。（特约撰稿人：松枝 洋二郎，松枝咨询）
Plastic Logic曾在2009年6月举行的显示器领域最大的学会“SID”上发表过主题演讲。其发表资料宣称，该公司的制造工艺可使用低价位的 PET（Polyethylene Terephthalate）底板，能够使用基于标准FPD生产设备的印刷工序来制造有机TFT阵列。而且该公司认为，利用变形校正技术还可实现大尺寸化（参阅本站报道）。不过，该公司并未公布具体的技术内容，因此详细情况不得而知。
对此，可供参考的是2005年举行的显示器相关学会“IDW/AD'05”上发表的论文，做法是在PET底板上形成聚芴类有机半导体层，并在上面涂布聚合物绝缘膜，由此形成TFT。这是一种像素电极也采用导电性聚合物（PEDOT/PSS），完全以涂布工艺直接进行印刷的极为前卫的技术。假如利用这一技术开始量产的话，就会实现巨大突破。不过，凭自己长年从事FPD研究的经验来看，笔者感觉要想解决成本及可靠性问题，进而实现全面普及，还需要相当长的时间。
有机TFT的应用范围
以前业界就在对有机TFT进行各种应用研究，但有机TFT实际能够在什么领域发挥出无机TFT所不能实现的优势呢？图1根据可以组合的技术，对有机 TFT的应用领域进行了大致分类。在该图中，越往下的领域，其技术上的难度就越高（也就是说，对TFT的性能要求就越严格）。
图1：有机TFT的应用范围该图由笔者制作。(点击放大)
其中，最被看好的是与电泳显示器（EPD：Electrophoretic Display）组合的柔性电子纸应用。电泳显示器不以视频显示为前提，因此要求的电流值比液晶显示器（LCD：Liquid Crystal Display）低，而且擦写次数也远比LCD少，所以可大幅减缓由驱动条件造成的特性下降。虽说不是不可以应用于LCD也，但优点不如EPD那么突出。
要想应用于有机EL（OLED：Organic Light Emitting Diode）显示器的话，也许还要大幅改善特性。而应用于无线电路时，成本和性能要求会更为苛刻。
另外，在医疗器械领域应用有机TFT时，不仅期望值大，而且也存在市场。原来采用无机器件的传感器芯片等容易损坏，而且难以进行循环再利用，而只在树脂底板上构成有机物的传感器芯片既不易损坏，也可100％循环再利用，十分环保。在该领域的应用虽说技术上难度极大，但长期来看市场有望增长，对FPD技术实现新的发展也颇具意义。
柔性显示器用背板技术的比较
如果说有机TFT最看好的应用领域是EPD等柔性显示器的话，那么与其他TFT技术比较又有哪些优势呢？这里通过表1试着对其特点进行了汇总。
表1：柔性显示器用背板技术的比较 SUFTLA：Surface Free Technology by laser Annealing/Ablation（向剥离层照射激光剥离玻璃底板上的TFT后转印至另一种底板的方法。由精工爱普生开发。）。 SAIL：Self-Aligned Imprint Lithography（只需一次光刻胶印刷结合数种蚀刻即可形成TFT，因此无校正误差。由美国Phicot、美国Power Film及美国惠普（HP）组成的研究小组开发）。该表由笔者制作。(点击放大)
虽然以前业界已利用非结晶硅（a-Si）TFT试制出了LCD、EPD及有机EL等多种柔性显示器，但遗憾的是一直未实现实用化。其最大原因在于，为了确保a-Si TFT的特性，需要在300℃以上的温度下进行等离子体CVD成膜，降低处理温度的话，特性和可靠性就会大幅降低。而氧化物半导体是以溅射法形成，因此能够在低于a-Si TFT的温度下成膜。从为了确保可靠性而公认所需的退火条件来看，可以说氧化物半导体已经具备足以使用树脂底板的可能性。也就是说，有机TFT的最大竞争对手就是氧化物TFT。
除此以外，目前还有一种将原来的低温多结晶硅（LTPS）TFT从玻璃底板转印至树脂底板上的技术。笔者认为，有机TFT及氧化物TFT要实现全面量产还需要时间，因此也许还可采取运用LTPS技术稳步开辟柔性市场的战略。虽然该技术在大尺寸化方面存在难度，但如果对日本大量存在的、折旧结束后的 LTPS生产线进行改造，作为基于转印技术的柔性显示器专用生产线进行再利用的话，也许就可形成所希望的业务。
在有机TFT的优点中常常被人提到的一点是可用于卷对卷（RTR：Roll To Roll）生产。对于印刷行业来说，也许RTR确实是一种可有效降低成本的手段，但从制造电子器件这一目的来考虑的话，RTR反而存在成本升高的危险。其原因在于，即使是采用涂布工艺直接形成图案，也仍然要对各层进行干燥及退火处理，往往需要投入额外的成本来校正由此产生的变形及拉伸。在利用有机TFT以外的手段来实现RTR的事例中，惠普（HP）、Phicot及PowerFilm三家美国公司共同开发的“SAIL（Self-Aligned Imprint Lithography）”可谓独具特色（参阅本站报道）。
该技术采用a-Si TFT而非有机半导体，因此还需使用溅射及等离子体CVD装置，但优点是只需以一次印刷形成光刻胶后再结合使用干、湿蚀刻技术，即可形成TFT元件。由于器件结构特殊，要确保成品率并不容易。但是要通过RTR来生产大面积显示器的话，定位精度就会成为致命问题，因此这种思路转换或许也是有必要的。
与原来的TFT相比，也许以非真空工艺（涂布工艺）直接形成图案的方法的确能够大幅降低成本，而反过来也可以说，有机TFT只有实现这一点才会拥有存在价值。首先要能够放心地在粘贴于玻璃底板上的树脂底板上使用，这就需要开发能够确保制造出高质量产品的制造设备，在可靠性上还可经受长期保存考验的材料，以及可使这些材料的特性稳定再现出来的溶剂。
从论文发表情况看技术开发动向
表2列出了09年显示器国际学会“SID”、“IMID”及“IDW”的口头报告会上发表的主要有机TFT应用器件的开发事例。由此可以看出，所有开发均以使用树脂底板的全印刷工艺为目标，方向上与笔者的上述观点吻合。但从实际商品的性能指标来看，阈值电压（Vth）漂移量等还不够完善，今后需要进行大幅改进。而反过来说，在这种行业技术水平下，Plastic Logic做出量产决定，其本身就是常识上难以置信的事情。[!--empirenews.page--]
表 2：2009年“SID”、“IMID”、“IDW”的口头报告会上发表的主要有机TFT应用器件 TSP-μCP：Two Step Process micro Contact Printing。fCP：Flat Contact Printing（Ink transfer with unpatterned PDMS）。DNTT：二萘并噻吩并噻吩。CYTOP：非晶态氟化树脂（旭硝子研制）。PXX：Peri-Xanthenoxanthene Derivative。PVP-OTS：在聚乙烯吡咯烷酮中混合十八烷基三氯硅烷而成。PQT-12：Poly(3,3 '''-didodecylquaterthiophene) 。该表由笔者制作。(点击放大)
从该表中可以看出，日本厂商在掌握技术主导权的情况不断进行着开发。另外，韩国厂商及韩国大学也有多篇论文发表，但内容多与基础性实验有关，致力于 FPD试制的事例并不多。也许可以说，这些均是在最近的FPD技术中日本占有统治地位的重要领域。笔者认为，要想使有机TFT实现实用化并在实际业务中获得成功，必须要同时满足两个条件，具体为：1）要在使用树脂底板的氧化物TFT开始量产之前启动有机TFT的生产；2）即便使用树脂底板的氧化物抢先实现了量产，也要在成本上确立优势地位，（在全印刷等领域）努力夺取份额。
韩国厂商对实现有机TFT的实用化并不积极，因为他们认为氧化物TFT的实用化可能性更高。希望日本企业能够抓住这一机会，拿出勇气努力达到上述条件，重新成为FPD业界的领头羊。（特约撰稿人：松枝 洋二郎，松枝咨询）
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