有機半導體技術提供了折疊式顯示器在表現、成本和採納上的最佳途徑，從超薄、塑型、穿戴式乃至於真實的折疊式智慧型手機和平版電腦等。消費性電子產品科技日新月異且產業競爭激烈，而顯示器產業正適逢景氣的循環而持續的進步。截至今日，新的半導體技術，賦予主動式顯示器關鍵零組件新的世代，提供更強的競爭力以生產出更高表現曲度、折疊式、甚至可撓曲式的顯示器。有兩個關鍵的因素可以去定義影響性以及採用任何像這個一樣適用的科技，意即它將如何呈現和需要花費多少成本？
本文所陳述的有機薄膜電晶體（organic thin-film transistors, OTFT）於顯示器背板的應用已經達到可推出市場的水準。OTFT現在的表現已經超越目前的競爭對手，同時也提供超可撓曲性和明確的成本優勢，相對於傳統的無機產品生產業者。OTFT目前也與競爭者在市場上有著關鍵性的差距，可以有更高的表現、更可撓曲性的TFT背板去驅動下個世代的顯示器。
首先，低溫多晶矽（low-temperature polysilicon, LTPS）是被考慮最適合作為取代氫化非晶矽 （hydrogenated amorphous silicon, a-Si:H），也就是傳統硬式平面顯示器的背板TFT切換層，直到銦鎵鋅氧化物（indium gallium zinc oxide, IGZO）被發現。當極大優異移動性的LTPS提升了比傳統a-Si TFT更高的移動性，如此可以明確帶來更高的價格、較高的製造成本透過高CAPEX、複雜的製程和更低的產能、部分甚至會低到20%左右，在2014年的初期[1]。
無論如何，最近積極的朝向生產OLED、EPD和LCD顯示器產品的關鍵因素主要是輕量化、有型和可撓曲性，但都有一些新的挑戰在於TFT材料的特性上。也因如此才准許新技術的進入，如OTFT進入供應鏈率領LTPS和IGZO作為TFT切換材料，於相同矩陣的表現和成本上。
電性表現：一切都與電源有關
當半導體科技的成本直接關係到業者進入市場的機會時，沒有TFT技術的平台將不會被業者所考慮，除非它符合需求或是具有關鍵的條件。當所定義這些條件對於終端應用是極其重要的，且這些條件是可以提升使用者經驗的話，將會被優先考慮。
電源損耗是一個重要的點，使得電池壽命對於行動裝置和穿戴式顯示器或是任何新的TFT材料而言都是重要的考量。譬如OTFT需要去證明電池的表現至少一樣或是優於現有產品，以利對於使用者或是終端產品的表現都有被加值的感覺。
a-Si半導體之材料選擇上的進展於硬式顯示器上遇到了瓶頸，主要是因為採用傳統的載流子遷移的驅動方式，當製造者試著提升至更高解析度的主動式矩陣顯示器時，同樣的需求也在AMOLED顯示器上被看到。
這些半導體平台擁有他們各自的優點與缺點。舉例來說，LTPS擁有非常高的電子遷移率，它可以判斷哪一個顯示畫素需要驅動，無論是高畫質的LCD或是OLED顯示器上，他的電子遷移率可以高達5-10 cm2/V.s甚至更高。
的確，IGZO是最新一代解決OTFT需求的方式。相較於TFT電性（偏壓）穩定度而言，則是IGZO需面對的問題。一般而言，這樣的現象是由很多問題所導致的，如TFT對於每個畫素驅動電路的補償，可以改善此缺點。從一般的角度來看，至少有三個競爭者有提出更適合的方式在切換的半導體解決方法上。無論如何，這些選項同時也需要考慮上下之間的關係；因為所提供的這些優異的表現，對照於使用者經驗上，價格點是否能夠被市場所接受？
今日大部分的顯示器都是可攜式的，不久的將來將逐漸變成可穿戴式智慧型手錶。這些顯示器電源的損耗，也就是電池的使用壽命將會是選擇TFT切換半導體時的關鍵因素。
先前夏普在IGZO的發展上有重大的貢獻，並將其推向市場。夏普公司特別提出TFT洩漏電流問題的重要性，同時也瞭解到這些洩漏電流的機制。這些原因已經被找到，主要是介於絕緣體與半導體切換之間的平滑表面。
所以當LTPS擁有粗糙的聚碳酸酯表面時，它的洩漏電流將會是高的；相較於IGZO在平滑的非晶型表面時，此關鍵的介面將會擁有較低的洩漏電流。
較低的洩漏電流將會擁有令人滿意的品質，當TFT關閉時，低電流將會消失。而當較長時間週期的運作時，TFT的電容器切換時將會存在內部電荷。因此顯示器歸零的速率將可被降低，同時將可減少電流損耗—特別是顯示器之靜電影像問題—這是對於穿戴式和可攜式之顯示器的最佳解決方案。顯而易見的，IGZO明顯比LTPS顯示器應用擁有優勢。
無論如何，近期高階OTFO技術報告第一次指出IGZO擁有相同低的電流洩漏潛力，逐漸達到OTFT使用的境界。解決方案的設計是透過溶液形式的有機半導體「墨水」，其中包含單晶的有機半導體，結合聚合物半導體或鍵結非晶型半導體層的方式達到。這個材料結合了提供高流動性的單晶體，同時擁有元件均勻性所需的高度一致性的製程特性。除此之外，非晶型的材料提供了非常平滑的介面，介於溶液製程中的絕緣體和半導體。
圖1的結果顯示透過單一閘級的OTFT可以獲得較低的洩漏電流，此結果表示可以用較低型態的雙閘級OTFT達到商品化的IGZO TFT水準。
因此，OTFT表現出一連串與IGZO競爭的切換材料以應用於穿戴式和可攜式顯示器延長其電池壽命的表現。上述兩種型態的優勢，如優異的偏壓穩定性和低溫製程，均顯示出OTFT更適合取代IGZO成為更有吸引力且表現更佳的材料。
表1. 薄膜電晶體切換材料的比較表
圖1. TEM所顯示的銅波形圖
物理性的表現：可折疊式的先驅
近期有越來越多的商品使用曲面AMOLED顯示器，如Galaxy Round、LG G Flex和Galaxy Note Edge等均擁有曲面型態（G Flex並帶有微微的可撓曲性），同時均使用塑膠的LTPS TFT背板。惟當使用者入手後，可能會覺得這些產品和原有玻璃的顯示器沒有太大的差別。
真正令人「讚嘆」的因素在消費者經驗或使用者加值上還沒有達到的。下一個世代的智慧型和穿戴式技術將會引進可撓式和可折疊式的裝置，如穿戴式裝置、智慧型手機和平版電腦等。但是這個半導體的平台需要完全不同的新物理性質和形成因素去克服一連串的挑戰，無論是對於傳統和新的TFT科技而言都是。
目前的限制因素是LTPS和IGZO技術不適合用於TFT的平台上。即便是使用外來的和昂貴的應變管理層技術，這些技術所能達到的最大彎曲半徑僅能達到5mm左右的門檻。
真心的希望提供差異化的產品於使用者經驗上，製造者必須轉向朝使用材料技術上的突破，如真的可折疊式的行動裝置或是可完全彎曲、完整的和輕量化的智慧型手錶（見圖2）。想要解決LTPS和IGZO可彎曲限制的解決方案就是使用OTFT。
圖2. 顯示器形式的關鍵是依據彎曲的半徑決定的
長久以來就知道屬於天然聚合物的OTFT是最適合於可彎曲的應用上，同時也是廣為被報導於各期刊上，如Smart-Kem's tru-FLEX®經過10,000次低於1mm的彎曲壽命測試，依舊不會影響到元件的表現。現今OTFT技術的關鍵在於能夠廣泛的應用於需要彎曲和可折疊的顯示器上，而目前剛好是智慧型手錶進入市場的最佳時機。
本文中所提早期進入市場的曲面顯示器產品已經有用LTPS的方式來製造，進一步開發的產品則是用IGZO平台的技術，而最終完整的技術解決方案已經存在— OTFT。
OTFT技術平台提供了電晶體的表現於創新應用上的兩張「王牌」分別是：穿戴式和可攜式顯示器兩個新世代的產品。低洩漏率所帶來的有效電池壽命延伸和超撓曲性於折疊式行動裝置以及可彎曲式的智慧型手錶等。
它的價值是多少呢？
依據OTFT的表現所帶來的好處來看，商品化的TFT半導體必須要提供令人喜愛的特性，如完整的整合功效、較低價格的半導體製程於一身。相較於節省製程成本的無機材料製程，運用原本a-Si的生產線改裝而成的OTFT塑膠背板試量產線的風險相對較低。
有機半導體的其中一個主要優勢是他廣泛的應用面。溶液形式的半導體墨水能夠使用於大範圍的添加製程和塗佈生產系統上，如低溫製程的的狹縫塗佈。
即便現代的有機半導體可以耐溫到300°C以上，但這些溶液形式的材料仍舊可以在低溫的情況下，提供生產者廣泛的選用低成本的材料和基版，以及更容易鍵結／去鍵結和介面間的對位，這是由於擁有較小的擴散和收縮現象。所有的這些加值，明確的提升了生產的良率（包含高溫的製程），以及有效的降低任何基版面積的生產成本。
SmartKem所發表的獨立研究結果顯示，以成本的方面來看，TFT堆疊將可顯示出技術平台之間最大的差異，就是半導體和閘級介電層。
這將可確保完全瞭解擁有者的成本和生產者的成本兩者之間的差異，以及TFT切換材料於軟性顯示器背板的製造上。
四種技術平台可供選擇作為TFT的陣列元件，分別為：a-Si、LTPS、IGZO和SmartKem的OTFT semiconductor tru-FLEX®等四種。 整個TFT元件的製造成本另包含了製造時的管理費用，分別有設備的攤提（五年以上，生產1百80萬個的基板數量）和直接材料的費用。
CAPEX的每一個生產製造程序是由所需的設備的形式和數量，對於欲生產的半導體和閘級介電層並假設每個月投入30,000的基板數量來決定的；此研究的結果所假設的設備和材料顯示於表2中。
從目前進行的研究結果顯示，使用有機半導體所製造的TFT陣列成本幾乎是LTPS的一半，同時也低於a-Si和IGZO。其中最明顯的發現（即將發表於白皮書上）是OTFT生產製造的管理費用和設備攤提費用只有LTPS的十分之一不到，同時也少於a-Si和IGZO的四分之一。
圖3. 商品化的有機半導體，如Smart-Kem's tru-FLEX®材料，提供了完整的技術解決方案，包含高流動性表現、低溫製程和可撓曲性。
表2. 成本分析的詳細假設
有機是趨勢
有機半導體的價值逐漸在提升，同時也合理的應用於各種不同的產品上，不僅風險低而且容易放大。無論是從效能上或是成本上來看，消費者最迫切的加值需求是更長的電池壽命以及全面可折疊的行動顯示器。
當OTFT的生產成本降低之後，擁有者將可用更低的成本，更低風險的工業化策略去建置節能的生產線，或是改建現有的a-Si生產線。
一個最令人興奮以及引頸期盼的結果，因為材料表現和成本的快速演進，使得可彎曲和可折疊式的顯示器將可進一步的被商品化。無論是從超薄、塑型、穿戴式一直到可折疊式的智慧型手機和平版電腦等，有機半導體都提供了良好的表現、較低的成本與生產製造的合適性，應用於新世代的OLED、EPD和LCD顯示器等，並擁有新的物理性質與形成因素。SST-AP/Taiwan
參考文獻
- http://www.displaysearchblog.com/2014/08/waiting-for-theapple-iwatch/
原文請參閱《半導體科技雜誌 SST-AP Taiwan》
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