為什么叫IGZO？

IGZO是由四個(gè)單詞：銦(Indium)、鎵(Gallium)、鋅(Zinc)、氧(Oxygen)的首字母湊在一起而成，也可以稱(chēng)之為銦鎵鋅氧化物。因此我們知道，IGZO是一種材料。非晶IGZO材料是用于新一代薄膜晶體管技術(shù)中的溝道層材料。IGZO材料由日本東京工業(yè)大學(xué)細野秀雄最先提出在TFT行業(yè)中應用，目前該材料及技術(shù)專(zhuān)利主要由日本廠(chǎng)商擁有，IGZO-TFT技術(shù)最先在日本夏普公司實(shí)現量產(chǎn)。


大家也都應該知道，TFT一般是由非晶硅薄膜晶體管制成，隨著(zhù)顯示器尺寸的不斷增大，非晶硅薄膜晶體管電子遷移率不足、均一性差、占用像素面積、導致透光率降低的缺陷逐漸顯現了出來(lái)。因此夏普在研究中將焦點(diǎn)投向了氧化物半導體材料上，其解決方案就是用由銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)三種金屬元素組成的IGZO，來(lái)取代由非晶硅薄膜晶體管制成的傳統TFT。

這種IGZO解決了傳統TFT的缺陷：晶體尺寸更小，可以使設備更輕??；全透明，對可見(jiàn)光不敏感，能夠大大增加元件的開(kāi)口率，提高亮度，降低功耗。此外，電子遷移率方面，IGZO大約為10cm2/Vs，臨界電壓飄移幾乎一致，比傳統材料提升了20~50倍，進(jìn)步非常明顯。因此在面板的主要性能參數上，IGZO面板比傳統TFT面板有了全面的提升。不過(guò)IGZO對液晶面板的NTSC色域、可視角度、顯示色彩數量沒(méi)有太多影響，這是由光源以及液晶分子排列特性決定的。

所以我們所說(shuō)的IGZO面板只是一種新型薄膜晶體管的TFT-LCD面板。他既不是一種新的顯示技術(shù)，也與液晶分子排列1方式?jīng)]有什么關(guān)系(與IPS、MVA等不是一個(gè)概念范疇)。

IGZO首次被發(fā)現

全球最早發(fā)現IGZO具有可在均一性極佳的非結晶狀態(tài)下實(shí)現不遜于結晶狀態(tài)的電子遷移率特性的是日本東京工業(yè)大學(xué)前沿技術(shù)研究中心&應用陶瓷研究所教授細野秀雄。

細野秀雄教授在一次專(zhuān)業(yè)研討會(huì )上介紹了IGZO發(fā)現的過(guò)程："我自1993年起開(kāi)始研究透明氧化物半導體材料。最初研究的是結晶材料。同時(shí)，我對非結晶材料也懷有強烈興趣。當時(shí)業(yè)界普遍認為，包括硅在內，“非結晶材料的電子遷移率比結晶材料要低3～4個(gè)數量級”。我覺(jué)得這種看法不對。我認為以硅為代表的共價(jià)鍵合性物雖然有這樣的性質(zhì)，但像素氧化物那樣的離子結合性物質(zhì)應該與此不同"。

但問(wèn)題是，離子結合性的物質(zhì)很難形成非結晶狀態(tài)。“不過(guò)，我發(fā)現如果從氣相材料開(kāi)始制作的話(huà)，就比較容易形成非結晶狀態(tài)。最初，只發(fā)現了1種令人感興趣的材料。通過(guò)描繪這種材料的電子軌道，我發(fā)現很可能有大量的非結晶的透明氧化物”。

要想作為T(mén)FT(薄膜晶體管)來(lái)使用，則必須是可對載體進(jìn)行控制的物質(zhì)。遷移率多少犧牲一些不要緊，但可隨意轉換成導電體或者絕緣體這一點(diǎn)至關(guān)重要。有一種電子遷移率較高、且作為透明導電氧化物也十分出色的代表性材料，這就是IZO(In-Zn-O)。然而，這種材料很難制成絕緣體，無(wú)法直接應用于TFT。“于是我想出了一個(gè)方法，即：摻入Ga(鎵)后將其制成IGZO。摻入了Ga之后，電子遷移率會(huì )降至IZO的1/3，即便如此，仍可保證 10cm2/Vs的遷移率。遷移率如果達到10cm2/Vs，作為顯示器驅動(dòng)用已足夠。”
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IGZO技術(shù)并非夏普獨有

細野秀雄教授關(guān)于IGZO的主要研究成果早在2002年就已經(jīng)通過(guò)論文進(jìn)行了發(fā)表;2010年12月10日，在北京舉辦的“中國•北京2010年國際平板顯示產(chǎn)業(yè)高峰論壇上細野秀雄教授也對非結晶氧化物半導體發(fā)表主題演講。由于該技術(shù)正好符合正在尋找以OLED為代表的“新一代顯示器”驅動(dòng)用元件的面板廠(chǎng)商的需求，因此許多企業(yè)對此表現出極大關(guān)注。

不只夏普，臺灣企業(yè)友達、奇美和內資企業(yè)京東方等等都在對IGZO進(jìn)行研究，其中友達已經(jīng)成功試制出了10.1英寸IGZO及時(shí)液晶面板。所以IGZO并不是夏普獨有，但是夏普是第一個(gè)對IGZO技術(shù)液晶面板進(jìn)行量產(chǎn)的企業(yè)，也是最早實(shí)際在產(chǎn)品上應用IGZO面板的企業(yè)之一!

為什么IGZO的量產(chǎn)進(jìn)程卻如此緩慢?

這是因為IGZO 在空氣中很不穩定，特別是對氧氣和水蒸氣很敏感，使用壽命很短。必須在IGZO表面鍍上一層保護層，以隔離空氣中的氧氣和水蒸氣，但是這個(gè)保護層用什么材質(zhì)，用什么工藝以及對工藝進(jìn)行優(yōu)化，從而降低成本，這就成了IGZO量產(chǎn)的障礙。

無(wú)錫夏普電子元器件公司副董事長(cháng)筒井正治先生說(shuō)：制造IGZO面板很難，我們克服了很多技術(shù)和工藝難關(guān)。而正是夏普在制造技術(shù)方面取得了重大的突破，才能第一個(gè)對IGZO面板進(jìn)行量產(chǎn)。

“夏普的金屬氧化物面板(IGZO)制程領(lǐng)先同業(yè)1至2年，IGZO技術(shù)的液晶面板須再提升良品率才能發(fā)揮成本效益，因此極短時(shí)間內仍不易取代低溫多晶硅制程，成為中小尺寸面板主流。”臺灣工業(yè)技術(shù)研究院產(chǎn)業(yè)分析師劉美君如是說(shuō)。

IGZO技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

剛才我們介紹了IGZO材料的諸多特性，正是因為這些特性讓IGZO面板有了高精細度、高節能以及高靈敏度的觸屏體驗等諸多優(yōu)點(diǎn)。下面我們來(lái)詳細解釋一下：

剛才我們講到了IGZO的電子遷移率是非晶硅的20-50倍。這意味著(zhù)什么呢?其中最重要的一點(diǎn)就是可以實(shí)現相素高精細化。我們先解釋一下什么是電子遷移率：我們可以想象一場(chǎng)越野賽，傳統非晶硅就像是土路，電子在上面跑的速度很慢，但IGZO材料特性的關(guān)系，電子就好像跑在柏油路上，可以很輕易的流動(dòng)。這樣我們的路就不用造的很寬，也可以達到原本電子正常所需的流量。所以，使用IGZO材料，采用柵源極布線(xiàn)的細線(xiàn)化技術(shù)，TFT元件就可以做的更小了。

由上圖我們可以看到，不論是線(xiàn)路還是TFT元件，都是會(huì )遮擋背光通過(guò)的，亦是造成面板亮度下降的元兇。而左邊和右邊圖片比較，在相同面積下，原本只能裝入一顆sub pixel的區域，現在可以裝入4個(gè)。但由于線(xiàn)路和TFT元件都縮小，被遮光的面積卻沒(méi)有跟著(zhù)變大，也就是我們常說(shuō)的開(kāi)口率提高了。這也就是這張圖片上所說(shuō)的“同等透過(guò)率2倍高精細化”的原因。

這樣的特性，就實(shí)現了IGZO面板的高精度化，即可在很小的單位面積上實(shí)現很高的物理分辨率，甚至不需要增加背光的強度。
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IGZO為什么能夠省電？


IGZO之所以省電，部分是因為T(mén)FT元件在Off時(shí)的漏電流很小，我們可以看到TFT在off時(shí)，IGZO的電流消耗比起非晶硅小了100倍，比起AMOLED使用的LTPS更小了1000倍!

此外，利用IGZO的Off高性能，再配合液晶驅動(dòng)方式的改變，也可以做到節電的目的。液晶在一般靜止畫(huà)面下，會(huì )維持相同的傾角，但如同彈簧一般，久了可能就會(huì )松掉了，故利用人眼視覺(jué)暫存的現象，我們驅動(dòng)液晶會(huì )在1/60 秒之內做反轉來(lái)活化液晶，故TFT是持續在On Off的切換狀態(tài)中的。而IGZO的高Off性則可以造成所謂的“液晶怠速停止”，也就是說(shuō)IGZO面板顯示靜止圖像等內容的時(shí)候，畫(huà)面不更新的時(shí)候驅動(dòng)可以停止刷新，畫(huà)面卻依然顯示在屏幕上。

筒井正治做了一個(gè)很形象的比喻：“液晶怠速與汽車(chē)引擎有些詳細，汽車(chē)在停止的時(shí)候會(huì )關(guān)閉發(fā)動(dòng)機，從而降低整體的耗能。普通的液晶顯示器是以1秒60次(60Hz)的頻率刷新畫(huà)面，而IGZO液晶可以根據情況，把刷新速度降至1秒1次。這樣一來(lái)，就可以帶來(lái)更低的電量消耗，得到更出色的整體續航能力”。


從圖中展示的耗電量可以看出IGZO的省電量驚人。以上我們所述，IGZO的省電性能是由兩方面特性造成的，一方面是off性能高不用頻繁刷新，另一方面是高的電子遷移率可以采用更小的TFT驅動(dòng)電路以增加開(kāi)口率。


IGZO的“液晶怠速停止”特性還可以對觸摸屏的性能有很大的改善。
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我們在使用面板觸控操作時(shí)，大部分的時(shí)候面板顯示是處在靜止畫(huà)面的。但是此時(shí)傳統TFT元件仍在對液晶分子進(jìn)行翻轉，電流的通過(guò)會(huì )造成訊號干擾的問(wèn)題。我們的觸摸屏大部分是電容型，這樣的訊號干擾就會(huì )對外界出入造成很大影響。而IGZO則不存在此類(lèi)問(wèn)題，因為靜止畫(huà)面時(shí)不需要刷新，可使訊噪比大幅提高，降低觸控面板的誤檢出性，提高了觸摸精度。

筒井正治又做了一個(gè)很形象的比喻：“IGZO面板的手寫(xiě)收入，就像在平靜的湖面投下一顆小石子。”所以IGZO的觸摸體驗十分的好，靈敏度高且非常平滑。即使用帶著(zhù)頭套的手也能夠實(shí)現高精度的觸摸操作。

另外，IGZO還有邊框極窄化、面板對比及亮度的提升、制程簡(jiǎn)單及對應大型玻璃母基板等優(yōu)勢，這里我們就不再贅述了。
綜上所述，我們現在來(lái)總結一下IGZO面板的幾大優(yōu)勢，那就是高精細化、非常節能、觸摸體驗升級。而這幾點(diǎn)恰恰是現在手機和平板電視等移動(dòng)終端設備最急需改善的問(wèn)題。隨著(zhù)IGZO技術(shù)的應用，我們可以在手機上實(shí)現1080P的高清體驗，也不用天天擔心智能手機天天充電的問(wèn)題，夏普采用IGZO面板的Aquos Phone Zeta SH-02E手機就可以在正常應用下兩天不用充電。同時(shí)，在這樣寒冷的天氣下，我們也不用把手從手套中拿出來(lái)就可以操作手機或者PAD了。

對比IGZO與AMOLED顯示技術(shù)

AMOLED也是目前移動(dòng)終端面板上很火熱的技術(shù)，那么和IGZO對比兩者又有怎樣的優(yōu)劣呢？

1、制造性和成本上的優(yōu)勢：

現在全球最主要的顯示器生產(chǎn)線(xiàn)還是LCD工廠(chǎng)，IGZO只是制作工藝上的改變，投入新機的成本較少。但AMOLED等蒸鍍設備需要另外購入生產(chǎn)線(xiàn)。且未來(lái)能否對應7代線(xiàn)以上大型玻璃基板還是未知數，這么一來(lái)，整體的生產(chǎn)成本還是IGZO較有優(yōu)勢。

2、IGZO可以應對大型面板：

雖然目前夏普的IGZO致力于發(fā)展小尺寸液晶面板事業(yè)，但是要生產(chǎn)IGZO的顯示器甚至大尺寸液晶電視面板在技術(shù)上不存在任何問(wèn)題。但是AMOLED發(fā)光材料先天的壽命問(wèn)題仍然無(wú)解，用在手機上或許因淘汰率快而無(wú)關(guān)痛癢，但是AMOLED做成電視卻會(huì )有使用年限的致命傷。


3、IGZO有高分辨率的絕對優(yōu)勢：

因為IGZO的高級細化，可以做到500 ppi，而AMOLED現階段無(wú)法做入300ppi，未來(lái)應可以達到，但是劃素極小化后AMOLED發(fā)光材料的壽命也會(huì )惡化，發(fā)色也會(huì )受到影響。

4、IGZO耗電量和AMOLED不相上下：

剛才我們介紹了IGZO的節電性能，IGZOTFT-LCD的耗電量不再是致命傷，AMOLED陣營(yíng)很快就沒(méi)有辦法用耗電來(lái)打擊LCD陣營(yíng)了。

5、AMOLED在色彩上有一定優(yōu)勢：

IGZO的缺陷是并不能改善液晶的色彩，但是隨著(zhù)IPS等技術(shù)提升、光配向等新工藝導入之后，液晶的色域覆蓋度已經(jīng)有了很大提成，加上夏普的四色技術(shù)，也許將來(lái)會(huì )出現IGZO四色面板。那時(shí)AMOLED的優(yōu)勢也就是是純黑的顯色及高對比而已了。

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