【導讀】IGZO是用于新一代薄膜晶體管技術中的溝道層材料，IGZO技術具有低耗電量、高屏幕精度、高觸摸性能等優勢，據稱未來iPhone將采用IGZO顯示技術，那么IGZO究竟有什么樣的獨特之處呢？與市場上熱門的AMOLED技術相比，又有怎樣的優勢和不足？本文都將詳細講述。
為什么叫IGZO？
IGZO是由四個單詞：銦(Indium)、鎵(Gallium)、鋅(Zinc)、氧(Oxygen)的首字母湊在一起而成，也可以稱之為銦鎵鋅氧化物。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中的溝道層材料。IGZO材料由日本東京工業大學細野秀雄最先提出在TFT行業中應用，目前該材料及技術專利主要由日本廠商擁有，IGZO-TFT技術最先在日本夏普公司實現量產。
圖1：IGZO金屬氧化物層
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。因此夏普在研究中將焦點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，可以使設備更輕薄；全透明，對可見光不敏感，能夠大大增加元件的開口率，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IGZO對液晶面板的NTSC色域、可視角度、顯示色彩數量沒有太多影響，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，也與液晶分子排列1方式沒有什么關系(與IPS、MVA等不是一個概念范疇)。
IGZO首次被發現
全球最早發現IGZO具有可在均一性極佳的非結晶狀態下實現不遜于結晶狀態的電子遷移率特性的是日本東京工業大學前沿技術研究中心&應用陶瓷研究所教授細野秀雄。
細野秀雄教授在一次專業研討會上介紹了IGZO發現的過程："我自1993年起開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，我對非結晶材料也懷有強烈興趣。當時業界普遍認為，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個數量級”。我覺得這種看法不對。我認為以硅為代表的共價鍵合性物雖然有這樣的性質，但像素氧化物那樣的離子結合性物質應該與此不同"。
但問題是，離子結合性的物質很難形成非結晶狀態。“不過，我發現如果從氣相材料開始制作的話，就比較容易形成非結晶狀態。最初，只發現了1種令人感興趣的材料。通過描繪這種材料的電子軌道，我發現很可能有大量的非結晶的透明氧化物”。
要想作為TFT(薄膜晶體管)來使用，則必須是可對載體進行控制的物質。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至關重要。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，無法直接應用于TFT。“于是我想出了一個方法，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，作為顯示器驅動用已足夠。”
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IGZO技術并非夏普獨有
細野秀雄教授關于IGZO的主要研究成果早在2002年就已經通過論文進行了發表;2010年12月10日，在北京舉辦的“中國•北京2010年國際平板顯示產業高峰論壇上細野秀雄教授也對非結晶氧化物半導體發表主題演講。由于該技術正好符合正在尋找以OLED為代表的“新一代顯示器”驅動用元件的面板廠商的需求，因此許多企業對此表現出極大關注。
不只夏普，臺灣企業友達、奇美和內資企業京東方等等都在對IGZO進行研究，其中友達已經成功試制出了10.1英寸IGZO及時液晶面板。所以IGZO并不是夏普獨有，但是夏普是第一個對IGZO技術液晶面板進行量產的企業，也是最早實際在產品上應用IGZO面板的企業之一!
為什么IGZO的量產進程卻如此緩慢?
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，但是這個保護層用什么材質，用什么工藝以及對工藝進行優化，從而降低成本，這就成了IGZO量產的障礙。
無錫夏普電子元器件公司副董事長筒井正治先生說：制造IGZO面板很難，我們克服了很多技術和工藝難關。而正是夏普在制造技術方面取得了重大的突破，才能第一個對IGZO面板進行量產。
“夏普的金屬氧化物面板(IGZO)制程領先同業1至2年，IGZO技術的液晶面板須再提升良品率才能發揮成本效益，因此極短時間內仍不易取代低溫多晶硅制程，成為中小尺寸面板主流。”臺灣工業技術研究院產業分析師劉美君如是說。
IGZO技術的優點
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點。下面我們來詳細解釋一下：
剛才我們講到了IGZO的電子遷移率是非晶硅的20-50倍。這意味著什么呢?其中最重要的一點就是可以實現相素高精細化。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材料特性的關系，電子就好像跑在柏油路上，可以很輕易的流動。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，采用柵源極布線的細線化技術，TFT元件就可以做的更小了。
圖2：IGZO技術的優點
由上圖我們可以看到，不論是線路還是TFT元件，都是會遮擋背光通過的，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。但由于線路和TFT元件都縮小，被遮光的面積卻沒有跟著變大，也就是我們常說的開口率提高了。這也就是這張圖片上所說的“同等透過率2倍高精細化”的原因。
這樣的特性，就實現了IGZO面板的高精度化，即可在很小的單位面積上實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？
圖3：IGZO技術的三大特長
IGZO之所以省電，部分是因為TFT元件在Off時的漏電流很小，我們可以看到TFT在off時，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!
圖4：IGZO為什么能夠省電？
此外，利用IGZO的Off高性能，再配合液晶驅動方式的改變，也可以做到節電的目的。液晶在一般靜止畫面下，會維持相同的傾角，但如同彈簧一般，久了可能就會松掉了，故利用人眼視覺暫存的現象，我們驅動液晶會在1/60 秒之內做反轉來活化液晶，故TFT是持續在On Off的切換狀態中的。而IGZO的高Off性則可以造成所謂的“液晶怠速停止”，也就是說IGZO面板顯示靜止圖像等內容的時候，畫面不更新的時候驅動可以停止刷新，畫面卻依然顯示在屏幕上。
筒井正治做了一個很形象的比喻：“液晶怠速與汽車引擎有些詳細，汽車在停止的時候會關閉發動機，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，就可以帶來更低的電量消耗，得到更出色的整體續航能力”。
圖5：與普通液晶顯示器耗電量對比
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驅動電路以增加開口率。
圖6：IGZO優勢
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，大部分的時候面板顯示是處在靜止畫面的。但是此時傳統TFT元件仍在對液晶分子進行翻轉，電流的通過會造成訊號干擾的問題。我們的觸摸屏大部分是電容型，這樣的訊號干擾就會對外界出入造成很大影響。而IGZO則不存在此類問題，因為靜止畫面時不需要刷新，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很形象的比喻：“IGZO面板的手寫收入，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。即使用帶著頭套的手也能夠實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、制程簡單及對應大型玻璃母基板等優勢，這里我們就不再贅述了。
綜上所述，我們現在來總結一下IGZO面板的幾大優勢，那就是高精細化、非常節能、觸摸體驗升級。而這幾點恰恰是現在手機和平板電視等移動終端設備最急需改善的問題。隨著IGZO技術的應用，我們可以在手機上實現1080P的高清體驗，也不用天天擔心智能手機天天充電的問題，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，在這樣寒冷的天氣下，我們也不用把手從手套中拿出來就可以操作手機或者PAD了。
對比IGZO與AMOLED顯示技術
AMOLED也是目前移動終端面板上很火熱的技術，那么和IGZO對比兩者又有怎樣的優劣呢？
1、制造性和成本上的優勢：
現在全球最主要的顯示器生產線還是LCD工廠，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線。且未來能否對應7代線以上大型玻璃基板還是未知數，這么一來，整體的生產成本還是IGZO較有優勢。
2、IGZO可以應對大型面板：
雖然目前夏普的IGZO致力于發展小尺寸液晶面板事業，但是要生產IGZO的顯示器甚至大尺寸液晶電視面板在技術上不存在任何問題。但是AMOLED發光材料先天的壽命問題仍然無解，用在手機上或許因淘汰率快而無關痛癢，但是AMOLED做成電視卻會有使用年限的致命傷。
圖7：IGZO可以應對大型面板
3、IGZO有高分辨率的絕對優勢：
因為IGZO的高級細化，可以做到500 ppi，而AMOLED現階段無法做入300ppi，未來應可以達到，但是劃素極小化后AMOLED發光材料的壽命也會惡化，發色也會受到影響。
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陣營很快就沒有辦法用耗電來打擊LCD陣營了。
5、AMOLED在色彩上有一定優勢：
IGZO的缺陷是并不能改善液晶的色彩，但是隨著IPS等技術提升、光配向等新工藝導入之后，液晶的色域覆蓋度已經有了很大提成，加上夏普的四色技術，也許將來會出現IGZO四色面板。那時AMOLED的優勢也就是是純黑的顯色及高對比而已了。
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