液晶屏技术新里程：详解IGZO显示技术
IGZO是由四个单词：铟(Indium)、镓(Gallium)、锌(Zinc)、氧(Oxygen)的首字母凑在一起而成，也可以称之为铟镓锌氧化物。因此我们知道，IGZO是一种材料。非晶IGZO材料是用于新一代薄膜晶体管技术中的沟道层材料。IGZO材料由日本东京工业大学细野秀雄最先提出在TFT行业中应用，目前该材料及技术专利主要由日本厂商拥有，IGZO-TFT技术最先在日本夏普公司实现量产。
图1：IGZO金属氧化物层
大家也都应该知道，TFT一般是由非晶硅薄膜晶体管制成，随着显示器尺寸的不断增大，非晶硅薄膜晶体管电子迁移率不足、均一性差、占用像素面积、导致透光率降低的缺陷逐渐显现了出来。因此夏普在研究中将焦点投向了氧化物半导体材料上，其解决方案就是用由铟(In)、镓(Ga)、锌(Zn)三种金属元素组成的IGZO，来取代由非晶硅薄膜晶体管制成的传统TFT。
这种IGZO解决了传统TFT的缺陷：晶体尺寸更小，可以使设备更轻薄；全透明，对可见光不敏感，能够大大增加元件的开口率，提高亮度，降低功耗。此外，电子迁移率方面，IGZO大约为10cm2/Vs，临界电压飘移几乎一致，比传统材料提升了20~50倍，进步非常明显。因此在面板的主要性能参数上，IGZO面板比传统TFT面板有了全面的提升。不过IGZO对液晶面板的NTSC色域、可视角度、显示色彩数量没有太多影响，这是由光源以及液晶分子排列特性决定的。
所以我们所说的IGZO面板只是一种新型薄膜晶体管的TFT-LCD面板。他既不是一种新的显示技术，也与液晶分子排列1方式没有什么关系(与IPS、MVA等不是一个概念范畴)。
IGZO首次被发现
全球最早发现IGZO具有可在均一性极佳的非结晶状态下实现不逊于结晶状态的电子迁移率特性的是日本东京工业大学前沿技术研究中心&应用陶瓷研究所教授细野秀雄。
细野秀雄教授在一次专业研讨会上介绍了IGZO发现的过程："我自1993年起开始研究透明氧化物半导体材料。最初研究的是结晶材料。同时，我对非结晶材料也怀有强烈兴趣。当时业界普遍认为，包括硅在内，“非结晶材料的电子迁移率比结晶材料要低3～4个数量级”。我觉得这种看法不对。我认为以硅为代表的共价键合性物虽然有这样的性质，但像素氧化物那样的离子结合性物质应该与此不同"。
但问题是，离子结合性的物质很难形成非结晶状态。“不过，我发现如果从气相材料开始制作的话，就比较容易形成非结晶状态。最初，只发现了1种令人感兴趣的材料。通过描绘这种材料的电子轨道，我发现很可能有大量的非结晶的透明氧化物”。
要想作为TFT(薄膜晶体管)来使用，则必须是可对载体进行控制的物质。迁移率多少牺牲一些不要紧，但可随意转换成导电体或者绝缘体这一点至关重要。有一种电子迁移率较高、且作为透明导电氧化物也十分出色的代表性材料，这就是IZO(In-Zn-O)。然而，这种材料很难制成绝缘体，无法直接应用于TFT。“于是我想出了一个方法，即：掺入Ga(镓)后将其制成IGZO。掺入了Ga之后，电子迁移率会降至IZO的1/3，即便如此，仍可保证 10cm2/Vs的迁移率。迁移率如果达到10cm2/Vs，作为显示器驱动用已足够。”
IGZO技术并非夏普独有
细野秀雄教授关于IGZO的主要研究成果早在2002年就已经通过论文进行了发表;2010年12月10日，在北京举办的“中国•北京2010年国际平板显示产业高峰论坛上细野秀雄教授也对非结晶氧化物半导体发表主题演讲。由于该技术正好符合正在寻找以OLED为代表的“新一代显示器”驱动用元件的面板厂商的需求，因此许多企业对此表现出极大关注。
不只夏普，台湾企业友达、奇美和内资企业京东方等等都在对IGZO进行研究，其中友达已经成功试制出了10.1英寸IGZO及时液晶面板。所以IGZO并不是夏普独有，但是夏普是第一个对IGZO技术液晶面板进行量产的企业，也是最早实际在产品上应用IGZO面板的企业之一!
为什么IGZO的量产进程却如此缓慢?
这是因为IGZO 在空气中很不稳定，特别是对氧气和水蒸气很敏感，使用寿命很短。必须在IGZO表面镀上一层保护层，以隔离空气中的氧气和水蒸气，但是这个保护层用什么材质，用什么工艺以及对工艺进行优化，从而降低成本，这就成了IGZO量产的障碍。
无锡夏普电子元器件公司副董事长筒井正治先生说：制造IGZO面板很难，我们克服了很多技术和工艺难关。而正是夏普在制造技术方面取得了重大的突破，才能第一个对IGZO面板进行量产。
“夏普的金属氧化物面板(IGZO)制程领先同业1至2年，IGZO技术的液晶面板须再提升良品率才能发挥成本效益，因此极短时间内仍不易取代低温多晶硅制程，成为中小尺寸面板主流。”台湾工业技术研究院产业分析师刘美君如是说。
IGZO技术的优点
刚才我们介绍了IGZO材料的诸多特性，正是因为这些特性让IGZO面板有了高精细度、高节能以及高灵敏度的触屏体验等诸多优点。下面我们来详细解释一下：
刚才我们讲到了IGZO的电子迁移率是非晶硅的20-50倍。这意味着什么呢?其中最重要的一点就是可以实现相素高精细化。我们先解释一下什么是电子迁移率：我们可以想象一场越野赛，传统非晶硅就像是土路，电子在上面跑的速度很慢，但IGZO材料特性的关系，电子就好像跑在柏油路上，可以很轻易的流动。这样我们的路就不用造的很宽，也可以达到原本电子正常所需的流量。所以，使用IGZO材料，采用栅源极布线的细线化技术，TFT元件就可以做的更小了。
图2：IGZO技术的优点
由上图我们可以看到，不论是线路还是TFT元件，都是会遮挡背光通过的，亦是造成面板亮度下降的元凶。而左边和右边图片比较，在相同面积下，原本只能装入一颗sub pixel的区域，现在可以装入4个。但由于线路和TFT元件都缩小，被遮光的面积却没有跟着变大，也就是我们常说的开口率提高了。这也就是这张图片上所说的“同等透过率2倍高精细化”的原因。
这样的特性，就实现了IGZO面板的高精度化，即可在很小的单位面积上实现很高的物理分辨率，甚至不需要增加背光的强度。
IGZO为什么能够省电？
图3：IGZO技术的三大特长
IGZO之所以省电，部分是因为TFT元件在Off时的漏电流很小，我们可以看到TFT在off时，IGZO的电流消耗比起非晶硅小了100倍，比起AMOLED使用的LTPS更小了1000倍!
图4：IGZO为什么能够省电？
此外，利用IGZO的Off高性能，再配合液晶驱动方式的改变，也可以做到节电的目的。液晶在一般静止画面下，会维持相同的倾角，但如同弹簧一般，久了可能就会松掉了，故利用人眼视觉暂存的现象，我们驱动液晶会在1/60 秒之内做反转来活化液晶，故TFT是持续在On Off的切换状态中的。而IGZO的高Off性则可以造成所谓的“液晶怠速停止”，也就是说IGZO面板显示静止图像等内容的时候，画面不更新的时候驱动可以停止刷新，画面却依然显示在屏幕上。
筒井正治做了一个很形象的比喻：“液晶怠速与汽车引擎有些详细，汽车在停止的时候会关闭发动机，从而降低整体的耗能。普通的液晶显示器是以1秒60次(60Hz)的频率刷新画面，而IGZO液晶可以根据情况，把刷新速度降至1秒1次。这样一来，就可以带来更低的电量消耗，得到更出色的整体续航能力”。
图5：与普通液晶显示器耗电量对比
从图中展示的耗电量可以看出IGZO的省电量惊人。以上我们所述，IGZO的省电性能是由两方面特性造成的，一方面是off性能高不用频繁刷新，另一方面是高的电子迁移率可以采用更小的TFT驱动电路以增加开口率。
图6：IGZO优势
IGZO的“液晶怠速停止”特性还可以对触摸屏的性能有很大的改善。
我们在使用面板触控操作时，大部分的时候面板显示是处在静止画面的。但是此时传统TFT元件仍在对液晶分子进行翻转，电流的通过会造成讯号干扰的问题。我们的触摸屏大部分是电容型，这样的讯号干扰就会对外界出入造成很大影响。而IGZO则不存在此类问题，因为静止画面时不需要刷新，可使讯噪比大幅提高，降低触控面板的误检出性，提高了触摸精度。
筒井正治又做了一个很形象的比喻：“IGZO面板的手写收入，就像在平静的湖面投下一颗小石子。”所以IGZO的触摸体验十分的好，灵敏度高且非常平滑。即使用带着头套的手也能够实现高精度的触摸操作。
另外，IGZO还有边框极窄化、面板对比及亮度的提升、制程简单及对应大型玻璃母基板等优势，这里我们就不再赘述了。
综上所述，我们现在来总结一下IGZO面板的几大优势，那就是高精细化、非常节能、触摸体验升级。而这几点恰恰是现在手机和平板电视等移动终端设备最急需改善的问题。随着IGZO技术的应用，我们可以在手机上实现1080P的高清体验，也不用天天担心智能手机天天充电的问题，夏普采用IGZO面板的Aquos Phone Zeta SH-02E手机就可以在正常应用下两天不用充电。同时，在这样寒冷的天气下，我们也不用把手从手套中拿出来就可以操作手机或者PAD了。
对比IGZO与AMOLED显示技术
AMOLED也是目前移动终端面板上很火热的技术，那么和IGZO对比两者又有怎样的优劣呢？
1、制造性和成本上的优势：
现在全球最主要的显示器生产线还是LCD工厂，IGZO只是制作工艺上的改变，投入新机的成本较少。但AMOLED等蒸镀设备需要另外购入生产线。且未来能否对应7代线以上大型玻璃基板还是未知数，这么一来，整体的生产成本还是IGZO较有优势。
2、IGZO可以应对大型面板：
虽然目前夏普的IGZO致力于发展小尺寸液晶面板事业，但是要生产IGZO的显示器甚至大尺寸液晶电视面板在技术上不存在任何问题。但是AMOLED发光材料先天的寿命问题仍然无解，用在手机上或许因淘汰率快而无关痛痒，但是AMOLED做成电视却会有使用年限的致命伤。
图7：IGZO可以应对大型面板
3、IGZO有高分辨率的绝对优势：
因为IGZO的高级细化，可以做到500 ppi，而AMOLED现阶段无法做入300ppi，未来应可以达到，但是划素极小化后AMOLED发光材料的寿命也会恶化，发色也会受到影响。
4、IGZO耗电量和AMOLED不相上下：
刚才我们介绍了IGZO的节电性能，IGZOTFT-LCD的耗电量不再是致命伤，AMOLED阵营很快就没有办法用耗电来打击LCD阵营了。
5、AMOLED在色彩上有一定优势：
IGZO的缺陷是并不能改善液晶的色彩，但是随着IPS等技术提升、光配向等新工艺导入之后，液晶的色域覆盖度已经有了很大提成，加上夏普的四色技术，也许将来会出现IGZO四色面板。那时AMOLED的优势也就是是纯黑的显色及高对比而已了。
