Materiali dell’array TFT-LCD: vetro, metallo, a-Si, SiNx e ITO

I materiali dell’array TFT-LCD determinano se il backplane può garantire commutazione stabile, contatti elettrici affidabili, elevata trasmissione ottica e compatibilità di processo. Questa panoramica dei materiali si concentra sul substrato di vetro, sui film metallici conduttivi, sui film non metallici e sul film conduttivo trasparente ITO.

Punti chiave

• I materiali dell’array devono soddisfare i requisiti elettrici, ottici, chimici e termici del processo.
• Il vetro privo di alcali protegge le caratteristiche dei TFT dagli effetti degli ioni alcalini mobili.
• a-Si, N+ a-Si, SiNx, stratificazioni metalliche e ITO svolgono ciascuno una funzione diversa nel backplane.

Substrato di vetro privo di alcali

Il substrato di vetro deve offrire elevata trasmissione luminosa, stabilità termica, resistenza chimica e compatibilità con la lavorazione di grandi formati. Il vetro per TFT-LCD deve essere privo di alcali perché gli ioni Na e K possono migrare e alterare il comportamento dei TFT.

• Un’elevata trasmissione ottica favorisce l’efficienza luminosa del pannello.
• La stabilità termica aiuta a mantenere le dimensioni del vetro durante la lavorazione dell’array.
• La resistenza chimica protegge il vetro nelle fasi con acidi e alcali, di pulizia e di incisione.
• La composizione priva di alcali riduce i rischi legati agli ioni sodio e potassio.

Film metallici conduttivi

Gli elettrodi di gate e source/drain sono generalmente stratificazioni metalliche composite anziché singoli strati di metallo puro. Al e Cu fungono da materiali conduttivi principali, mentre Mo, Ti e Nb possono migliorare l’adesione, bloccare la diffusione e stabilizzare le interfacce.

Film semiconduttori a-Si e N+ a-Si

Il semiconduttore a-Si forma il canale del TFT. Tra il semiconduttore e il metallo S/D viene aggiunto N+ a-Si per ridurre la resistenza di contatto e migliorare il trasferimento di corrente. Nella progettazione pratica dei TFT a-Si, l’a-Si intrinseco e l’N+ a-Si svolgono rispettivamente le funzioni distinte di canale e contatto ohmico.

Film isolante SiNx

SiNx funge da strato isolante e protettivo. Contribuisce a bloccare la diffusione dell’umidità e impedisce a sodio e ossigeno di penetrare nel dispositivo TFT a-Si. Deve inoltre offrire un’interfaccia stabile con lo strato semiconduttore ed essere compatibile con i processi di deposizione e incisione dei TFT.

Film conduttivo trasparente ITO

L’ITO è un ossido conduttivo trasparente costituito da ossido di indio e ossido di stagno, comunemente formulato con un rapporto In2O3:SnO2 di circa 90:10. Viene utilizzato per elettrodi dei pixel, elettrodi comuni ed elettrodi touch perché combina conducibilità e trasparenza.

• L’ITO degli elettrodi dei pixel richiede una resistenza di strato adeguata.
• La trasmittanza dell’ITO è un parametro ottico fondamentale e viene comunemente specificata come superiore all’80 per cento.
• L’ITO deve mantenere la stabilità chimica e termica durante la lavorazione e lo stoccaggio.
• Il controllo dell’umidità è importante perché l’ITO può assorbire vapore acqueo e reagire con l’anidride carbonica.

Domande frequenti

Perché i TFT-LCD utilizzano vetro privo di alcali?

Il vetro privo di alcali riduce i rischi di migrazione degli ioni Na e K, favorendo caratteristiche stabili dei TFT e un comportamento affidabile della cella LCD.

Qual è la funzione dell’N+ a-Si?

L’N+ a-Si forma uno strato di contatto ohmico tra il semiconduttore a-Si e gli elettrodi S/D, riducendo la resistenza di contatto e migliorando il trasferimento di corrente.

Perché l’ITO viene utilizzato nei pannelli LCD?

L’ITO offre sia trasparenza sia conducibilità, risultando adatto agli elettrodi dei pixel, agli elettrodi comuni e agli elettrodi touch.

Riferimenti tecnici

I seguenti riferimenti di settore supportano le proprietà dei materiali, la terminologia dei backplane TFT e il contesto di processo utilizzati in questa guida.

• Applied Materials: silicio amorfo
  L’a-Si è stato a lungo un semiconduttore dominante nei TFT-LCD a matrice attiva; la sua bassa mobilità spiega perché ossidi e LTPS siano utilizzati per backplane a prestazioni superiori.
• AGC: substrati di vetro per TFT (AN100)
  Il vetro per TFT-LCD deve essere privo di alcali, resistente al calore, chimicamente stabile e dimensionalmente stabile durante la fabbricazione dell’array.
• Nippon Electric Glass: substrato di vetro privo di alcali OA-11
  Il vetro per display privo di alcali presenta un contenuto molto basso di ossidi alcalini e favorisce la stabilità dimensionale alle temperature del processo TFT.
• SID / Wiley: oltre i TFT in silicio amorfo
  La mobilità dell’a-Si è limitata rispetto ai più recenti materiali TFT ad alta mobilità; ciò aiuta a comprendere i compromessi nella scelta dei materiali per il backplane LCD.

Guide di approfondimento correlate

• Guida principale al processo dell’array TFT-LCD
• Struttura del substrato dell’array TFT-LCD
• Sequenza del processo dell’array TFT-LCD a 5 maschere
• Fotolitografia dell’array TFT-LCD
• Elettrodi di gate: rame e alluminio a confronto

Risorse SuccessLCD correlate

• Guida principale al processo dell’array TFT-LCD
• Moduli TFT LCD personalizzati
• Guida alle interfacce LCD: MIPI, LVDS e RGB a confronto

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