穿戴式裝置與軟性半導體元件介紹

 

刊登日期:2014/12/5
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穿戴式裝置
2014年被譽為「穿戴元年」, 各種新穎的穿戴式產品紛紛上市,整體市場在 2014年約達 3,170萬台,而根據估計至2018年時,將可成長到逾 1億 9,000萬台,2014~2016年將是穿戴式裝置發展最為蓬勃的三年,2015及 2016這兩年之成長率甚至可突破 100%,2017年以後市場成長率則將趨於平緩(圖一)。根據不同的穿戴種類與型態,穿戴式裝置大致可區分為五類,包括眼鏡式、手錶型、配戴式、穿著式以及貼附式。在裝置發展初期,以娛樂應用、配件及運動健身等功能為主,表現形態則多為前三種,然而眼鏡式在影像擷取方面,因涉及隱私權的問題,普及化較為困難,未來可能朝向特定專業人士的特殊應用,例如醫療、維安等方向來發展;手錶式與配戴式因多與智慧手機做連結服務,是目前較廣為大眾接受的產品。

 
圖一、全球智慧穿戴裝置市場規模展望
 
顯示器
雖然並非所有的穿戴裝置皆需要顯示器,但從穿戴產品使用者調查意見顯示,多於半數的受訪者希望將產品配戴於手部,位於手腕的穿戴產品因受手錶功能的影響,多數具備顯示功能,故此產品的顯示器須符合手部活動之情境要求,例如曲率、可視面積、防水等設計,並且依需求整合相關感測及傳輸功能。受穿戴式產品出貨量逐年攀升的影響,其所對應的顯示器市場規模成長也在樂觀期待中,圖二中預估 2023年的穿戴用顯示器市場可達 227億美金,年複合成長率可達 52.9%。若依顯示器搭載的基板技術,可區分成硬板( Rigid )、軟性基板( Flexible )、可伸縮基板( Stretchable )等三大類(圖三),隨著穿戴式裝置需求的增加及顯示器製造技術提升,預計到 2023年約有九成的傳統硬板會被新的基板技術取代,可撓式基板將佔據近 60%而成為大宗。 
 
金屬氧化物元件
Metal Oxide 的 TFT元件可用圖四作為代表結構來說明,主要分成基板( Substrate )、閘極( Gate )、閘極絕緣層( Gate Insulator )、主動層( Active Layer或稱通道層)、源極/汲極( Source/Drain )、保護層( Passivation ),各層的主要影響因子分別列示於表三。主動層方面,薄膜的緻密性、缺陷多寡、成分組成等將直接反應於其性質表現,並嚴重影響臨界電壓( Threshold Voltage; Vth )的大小,直接影響此元件的能耗。
 
以 n Type 的材料為例,可利用濺鍍製程中氧氣分壓的多寡,來控制材料氧空缺的增減,當 Oxygen 百分比升高時,載子濃度和其移動率下降,為了使元件導通,需提高施加於 Gate 上的電壓,造成 Vth 的增加,使耗能提升。另外,此層金屬氧化物的陽離子組成比例,也會影響Vth 的大小,以 IGZO4 為例,當 In含量提高時,因 In具 5s Orbital,利用s軌域呈現圓球狀,軌域重疊性佳,載子傳導的通路順暢,故能增加移動率,使 Vth 降低;而當此層厚度增加時,相同條件的閘極電壓所造成的電荷分離程度不同,會影響元件導通的效率,厚度越薄,Vth 會越低,然而其穩定度會比較厚者差,故在選擇厚薄度時,須依需求有所取捨。
 

圖四、典型的Oxide TFT
結構剖面圖
 
未來發展方向
傳統 ICT 技術多以追求高效能為目標,但附帶有高功耗等缺點,而穿戴裝置所需的卻是低功耗、小體積、低發熱、防水等高度環境容忍性,因此產業勢必需要因應新需求來調整研發方向,如圖五所示。AMOLED 技術在這幾年的發展極為蓬勃,目前適合將 AMOLED商品化的技術以 LTPS 和……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。
  
作者:周子琪、邱國創/工研院材化所
★完整內容請見下方檔案。

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