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5 Tecnologie dei transistor a film sottile (TFT)

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Le tecnologie TFT utilizzate negli LCD e negli OLED sono cinque: a-Si, IGZO, LTPS, CGS e HTPS. a-Si è il materiale più comune grazie al suo basso costo e alla sua tecnologia matura, mentre LTPS ha migliorato notevolmente la mobilità degli elettroni.

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La tecnologia dei transistor a film sottile utilizzata nel settore dei display ha contribuito a migliorare in modo significativo le qualità dei display, quali indirizzabilità, contrasto e velocità di risposta.

La fabbricazione di TFT consiste nell'utilizzare la tecnologia di lavorazione fine della microelettronica su silicio (Si) e nel trapiantarla nella lavorazione di array di TFT su vetro di grande superficie

L'applicazione della tecnologia TFT si è sviluppata dal pilotaggio attivo degli LCD TFT agli OLED, fino alla carta elettronica.

I. Classificazione della tecnologia TFT in base al materiale

Il materiale attivo del TFT è il film di silicio

Alla luce della struttura e della tecnologia del film di silicio, il substrato TFT può essere suddiviso in silicio amorfo (a-Si), ossido di indio-gallio-zinco (IGZO), polisilicio a bassa temperatura (LTPS), polisilicio ad alta temperatura (HTPS), silicio cristallino granulare continuo (CG Silicon)

Attualmente, a-Si, IGZO e LTPS LCD sono i materiali TFT più comuni sul mercato.

- a-Si (silicio amorfo)

l'a-Si è la forma non cristallina del silicio

Attualmente, l'a-Si è l'opzione più popolare nel settore degli LCD per la sua tecnologia semplice e il suo basso costo

I vantaggi

- Basso costo

- Tecnologia semplice e matura

Svantaggi

- Basso rapporto di apertura: l'interruttore occupa un'ampia area del pixel. Ciò causa difficoltà nell'aumentare la luminosità del display

- Anche il PPI è limitato a circa 200 PPI

Per i suoi vantaggi, attualmente è adatto agli LCD di grandi dimensioni e ai pannelli EPD (electrophoretic display) economici.

- IGZO (ossido di indio-gallio-zinco)

Il materiale amorfo IGZO è un materiale per lo strato di canale utilizzato nella tecnologia TFT di nuova generazione e rappresenta un tipo di tecnologia per pannelli a ossido metallico.

Vantaggi

- Elevata mobilità degli elettroni

- Buona uniformità

- Trasparenza

- Processo di produzione semplice

- Rispetto all'a-Si, ha proprietà di curvatura molto migliori e può essere utilizzato per display flessibili

Svantaggi

- Durata di vita relativamente breve

- Essendo sensibile all'acqua, alla luce e all'ossigeno, l'affidabilità e la stabilità del funzionamento diminuiscono in una certa misura dopo un lungo funzionamento. Nella produzione, necessita di uno strato protettivo aggiuntivo come mezzo di compensazione, che aumenta la barriera e il costo nella produzione di massa

Dato che il PPI di IGZO TFT può raggiungere circa 300, è molto utilizzato nei beni di consumo e nei monitor di grandi dimensioni.

- LTPS (polisilicio a bassa temperatura)

L'LTPS si forma dopo essere stato uniformemente irradiato con luce laser, l'a-Si assorbe gli atomi interni per subire transizioni di livello energetico e trasformarsi in una struttura policristallina.

La tecnologia LTPS si sposa perfettamente con gli OLED. La struttura molecolare del polisilicio è disposta in modo ordinato e direzionale in grani, quindi la mobilità degli elettroni è 200-300 volte più veloce di quella del silicio amorfo disordinato.

Vantaggi (rispetto ad a-Si e IGZO)

- Maggiore mobilità degli elettroni

- Maggiore risoluzione

- Velocità di riflessione più elevata

- Maggiore luminosità

- Perfettamente abbinato all'OLED

- Il PPI può arrivare fino a 500+

Svantaggi

- Costo relativamente elevato

Pertanto, l'LTPS è l'opzione più adatta per i pannelli LCD di fascia alta di piccole e medie dimensioni con requisiti più elevati in termini di risoluzione (PPI superiore a 300) e mobilità degli elettroni.

- CGS (Silicio a grana continua)

Il CGS è una variante dell'LTPS, appartenente al brevetto di Sharp.

Vantaggi

- La sua velocità di mobilità del vettore è 3 volte superiore alla tecnologia LTPS e 600 volte rispetto alla normale tecnologia a-Si

- Rapporto di apertura più elevato: la stessa luminosità della retroilluminazione può produrre una maggiore luminosità del display e viceversa.

- Risparmio energetico

- Più sottile

- Più resistente agli urti e alle distorsioni

Svantaggi

- Bassa resa

- Costo elevato

- HTPS (polisilicio per alte temperature)

L'HTPS viene utilizzato in un LCD trasmissivo con un metodo di pilotaggio a matrice attiva.

Ogni pixel è dotato di transistor a film sottile in polisilicio, che commutano la conduzione/non conduzione modificando la tensione della linea di scansione e svolgendo il ruolo di interruttore.

Vantaggi

- Dimensioni ridotte

- Alta precisione e contrasto

- Multi pixel

- Elevato rapporto di apertura

- Driver incorporato

Svantaggi

Anche se l'HTPS è una delle tecnologie TFT, non può essere utilizzata direttamente per i telefoni cellulari o per gli schermi dei computer, poiché si tratta di schermi a visione diretta.

Viene solitamente utilizzato in prodotti con display amplificato, come proiettori LCD, TV a retroproiezione, ecc.

II. Confronto tra le 3 tecnologie TFT più diffuse: a-Si, IGZO e LTPS

In generale, il pannello LTPS ha la tecnologia più avanzata e il miglior effetto di visualizzazione, ma l'unico svantaggio è il basso tasso di rendimento e il costo elevato. Al contrario, l'a-Si, il più economico, è il più utilizzato, seguito dall'LTPS di fascia alta.

È evidente che IGZO è una tecnologia intermedia tra a-Si e LTPS. Il suo vantaggio è quello di raggiungere un equilibrio tra effetto e costo. L'effetto del display si avvicina a quello dei pannelli LTPS, mentre il costo si avvicina a quello degli a-Si.

Tuttavia, l'IGZO presenta problemi tecnici di autorizzazione e alcune limitazioni nell'uso e nella produzione di massa

Poiché l'LTPS è troppo costoso per essere utilizzato su schermi di grandi dimensioni, l'IGZO viene invece utilizzato per apparire su dispositivi a grande schermo come i tablet.

Ricapitoliamo i pro e i contro delle tre tecnologie TFT più diffuse:

Se volete saperne di più sulla tecnologia di visualizzazione applicabile al vostro progetto, non esitate a contattare il nostro team di ingegneri per ulteriori discussioni.