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一文看尽IGZO的前世今生及其产业链发展现状

编辑:liuchang2017-07-31 15:42 浏览评论 评论0 赞    来源: 互联网

  IGZO是什么?

  IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)为氧化铟镓锌的缩写,是一种薄膜晶体管技术,在TFT-LCD主动层之上,打上一层金属氧化物。

  IGZO面板结构

  常见的TFT驱动分类主要有a-Si TFT(非晶硅)、LTPS TFT(低温多晶硅),IGZO TFT也属于这一范畴。所以说到底,夏普这次所提出的IGZO面板,仍然是一种TFT液晶屏幕,当然,它也可以用于OLED。

  用于AMOLED

  Sharp于2012年开始生产IGZO-TFT液晶面板,自那时起就开始在智能手机,平板电脑和电视机上进行设计。该公司还展示了基于IGZO 的非矩形显示器的示例,但夏普并不是这个领域唯一的玩家。

  IGZO是这样被发现的···

  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250px2/Vs的迁移率。迁移率如果达到250px2/Vs,作为显示器驱动用已足够。”

  为什么用IGZO?

  IGZO的优点

  1,低温可启用灵活或低成本苏打石灰衬底的使用PVD制作工艺;

  2,可以以相对较低的成本在常规A-Si TFT线路上的装配式以及在更大代数的液晶面板生产线切割 (夏普可以用十代线切割IGZO面板);

  3,IGZO的光滑表面能提供更干净的界面,以提供更高的分项数字领域大门绝缘子

  4,高透光率,可以让透过更多的光线,减少光通量的损失;

  5,良好的均匀性和稳定性;

  6,可控制TFT材料的金属成分和沉积参数;

  7,提供更低的功耗和更快的响应时间(功耗与OLED接近,但厚度比OLED高25%左右);

  8,可生产高像素密度(更大的分辨率)驱动更高刷新率(240Hz或更高)的液晶面板;

  9,同样可用于生产OLED面板。

  IGZO材料TFT有多低流动性,比传统的非晶硅形成的埃拉 (准分子激光退火),在约10平方厘米/V-秒,流动性是大于10的非晶硅,IGZO使用铟、镓、锌、 氧气,取代了传统的非晶硅基于现用图层。

  此外IGZO有电子迁移率超过传统材料的40倍,这样其也可以大大降低液晶屏幕的响应时间。

  改用IGZO后TFT 内的元件可以造得更细更小,在同一的面积下,原先只能够容纳一组 a-Si 非晶硅的 TFT ,但因为 IGZO 技术令 TFT 部份更精细,因此能够容纳 4 组 IGZO TFT ,显示不同的色彩及像素点。

  在一组 a-Si TFT 的相同面积下可容纳四组 IGZO TFT 晶体管

  ( 左 ) 机则设有不同功能按键 ( 右 ) 机背设有 DisplayPort 1.2 及 Audio 输入输出

  产业链现状

  IGZO可以利用现有的非晶硅生产线生产,只需稍加改动,因此在成本方面比低温多晶硅更有竞争力。

  从2012年开始,友达光电和奇美电子都将生产线改造为了氧化物TFT,并投入IGZO金属氧化物的研发,其中友达表现得更加积极。友达已经发布65英寸4k×2k IGZO超高解析液晶电视屏,意图与夏普的超高分辨率面板一较高下。

  在今年3月份,中电熊猫“高世代高性能小尺寸TFT-LCD面板研发及产业化项目”验收,高世代高性能小尺寸液晶面板采用IGZO金属氧化物、铜互连、光配向和有机绝缘膜等新技术,研制完成了具有自主知识产权的5英寸、5.5英寸和6英寸高分辨率IGZO TFT-LCD面板。

  群创则认为,OLED面板需要使用低温多晶矽(LTPS)或IGZO作为背板来驱动,由于未来五到十年,IGZO因为省电与成本等优势下,将在OLED在背板上取得绝对优势。

  京东方的IGZO产品已经取得了苹果MacBook Air的认证,现在京东方同样使用相同8.5代产线试做苹果iPad IGZO产品。

  在今年四月份,华星光电在国内展会上展出了一款BCE IGZO LCD,即55"UD BCE IGZO,据现场工作人员介绍,其融合IGZO+Cu+COA等高端技术,超大开口率,相同背光条件下,穿透率更高,画面更亮。

  只要拥有专利技术,改造氧化物TFT生产线并不难,只是投资金额要更大一些。IGZO要想形成量产规模,必须提升良品率才能发挥成本效益,短期内氧化物TFT不会取代低温多晶硅制程。

  产业链

  WitsView 表示,IGZO 面板需求虽持续增温,然而在供给方面恐将随着韩系面板厂的小世代产线收敛,导致市场上出现供给不足的现象。

  以往 IGZO 面板供给商主要为三星显示器、LG显示器以及夏普。然而,随着三星显示器预计于今年第三季底关闭具有 IGZO 量产能力的 5 代线厂(L6),2017 下半年 IGZO 面板将仅由乐金显示器与夏普供给。

  自 2015 年起,iPad Pro 系列机种皆采用 IGZO 面板,预计 2017 年市场瞩目的 10.5 吋新品也将加入 IGZO 面板需求行列。在 2017 年 3 款 iPad 产品的需求下,苹果占全球 IGZO 平板面板出货比重将由 2016 年的 83%,向上攀升至超过 90%。

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