詳解夏普“救命稻草”——IGZO顯示技術(shù)

OFweel光電顯示網(wǎng)訊——夏普于5月14日召開董事人事發(fā)布會暨中期經(jīng)營計(jì)劃說明會上。會上，即將于6月25日就任夏普新社長的高橋興三談到了與其他公司的業(yè)務(wù)合作。

在談到與今年年3月開始開展資本及業(yè)務(wù)合作的三星電子的關(guān)系時，高橋表達(dá)了擴(kuò)大合作的意愿。他說：“主要合作對象首先是60～70英寸的大型液晶面板。至于中小型面板，三星的強(qiáng)項(xiàng)是有機(jī)EL，我們的強(qiáng)項(xiàng)是IGZO，分別用于不同用途。對于這方面的合作，雙方當(dāng)然也要商談。”

關(guān)于改善液晶面板業(yè)務(wù)的收益性，夏普將降低收益變動風(fēng)險，轉(zhuǎn)換為增長體制。作為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的重點(diǎn)對策，高橋列舉了“強(qiáng)化附加值區(qū)域”和“通過擴(kuò)大與穩(wěn)定客戶的交易來增加銷量”兩項(xiàng)措施。關(guān)于前者，該公司將憑借IGZO及高精細(xì)觸摸面板等技術(shù)優(yōu)勢，強(qiáng)化收益性高、收益變動風(fēng)險低的附加值區(qū)域。關(guān)于后者，將通過與大型重點(diǎn)客戶開展戰(zhàn)略合作，降低收益變動性并擴(kuò)大業(yè)務(wù)。例如夏普與三星電子的戰(zhàn)略合作，目前已取得的成果是，大型液晶面板訂單穩(wěn)定（龜山第2工廠的開工率提高）、已獲得104億日元注資、電子元器件業(yè)務(wù)訂單擴(kuò)大等。

由上我們可以發(fā)現(xiàn)，連續(xù)虧損的夏普急于找到一個突破口來翻身。這就是夏普已量產(chǎn)的IGZO技術(shù)，那么這種技術(shù)真有那么神？IGZO技術(shù)能否幫助夏普扭轉(zhuǎn)局面？OFweek光電顯示網(wǎng)將為您一一解析：

一、IGZO是什么？

IGZO(indium gallium zinc oxide)為銦鎵鋅氧化物的縮寫，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(xì)野秀雄最先提出在 TFT行業(yè)中應(yīng)用，目前該材料及技術(shù)專利主要由日本廠商擁有，IGZO-TFT技術(shù)最先在日本夏普公司實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

IGZO是一個縮寫。我們來看四個單詞：銦(Indium)、鎵(Gallium)、鋅(Zinc)、氧(Oxygen)，他們的首字母湊在一起就是我們的主角IGZO，我們也可以稱他為銦鎵鋅氧化物?，F(xiàn)在我們知道，IGZO只是一種材料。

大家也都應(yīng)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(dǎo)致透光率降低的缺陷逐漸顯現(xiàn)了出來。因此夏普在研究中將焦點(diǎn)投向了氧化物半導(dǎo)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(tǒng)TFT。

這種IGZO解決了傳統(tǒng)TFT的缺陷：晶體尺寸更小，可以使設(shè)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(tǒng)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(shù)上，IGZO面板比傳統(tǒng)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(shù)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(shù)，也與液晶分子排列1方式?jīng)]有什么關(guān)系(與IPS、MVA等不是一個概念范疇)。

二、IGZO是如何被發(fā)現(xiàn)的?

全球最早發(fā)現(xiàn)IGZO具有可在均一性極佳的非結(jié)晶狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)不遜于結(jié)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(yīng)用陶瓷研究所教授細(xì)野秀雄。

細(xì)野秀雄教授在一次專業(yè)研討會上介紹了IGZO發(fā)現(xiàn)的過程："我自1993年起開始研究透明氧化物半導(dǎo)體材料。最初研究的是結(jié)晶材料。同時，我對非結(jié)晶材料也懷有強(qiáng)烈興趣。當(dāng)時業(yè)界普遍認(rèn)為，包括硅在內(nèi)，“非結(jié)晶材料的電子遷移率比結(jié)晶材料要低3～4個數(shù)量級”。我覺得這種看法不對。我認(rèn)為以硅為代表的共價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(jié)合性物質(zhì)應(yīng)該與此不同"。

但問題是，離子結(jié)合性的物質(zhì)很難形成非結(jié)晶狀態(tài)。“不過，我發(fā)現(xiàn)如果從氣相材料開始制作的話，就比較容易形成非結(jié)晶狀態(tài)。最初，只發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)很可能有大量的非結(jié)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(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(zhuǎn)換成導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(dá)到10cm2/Vs，作為顯示器驅(qū)動用已足夠。”

三、IGZO技術(shù)是夏普獨(dú)有么?

細(xì)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(xì)野秀雄教授也對非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體發(fā)表主題演講。由于該技術(shù)正好符合正在尋找以O(shè)LED為代表的“新一代顯示器”驅(qū)動用元件的面板廠商的需求，因此許多企業(yè)對此表現(xiàn)出極大關(guān)注。

不只夏普，臺灣企業(yè)友達(dá)、奇美和內(nèi)資企業(yè)京東方等等都在對IGZO進(jìn)行研究，其中友達(dá)已經(jīng)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(dú)有，但是夏普是第一個對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(yīng)用IGZO面板的企業(yè)之一!

四、為什么IGZO的量產(chǎn)進(jìn)程卻如此緩慢呢?

這是因?yàn)镮GZO 在空氣中很不穩(wěn)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(hù)層，以隔離空氣中的氧氣和水蒸氣，但是這個保護(hù)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(shù)和工藝難關(guān)。小編認(rèn)為，正是夏普在制造技術(shù)方面取得了重大的突破，才能第一個對IGZO面板進(jìn)行量產(chǎn)。[!--empirenews.page--]

“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，因此極短時間內(nèi)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。

五、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?yàn)檫@些特性讓IGZO面板有了高精細(xì)度、高節(jié)能以及高靈敏度的觸屏體驗(yàn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。下面我們來詳細(xì)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(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)相素高精細(xì)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(tǒng)非晶硅就像是土路，電子在上面跑的速度很慢，但I(xiàn)GZO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。這樣我們的路就不用造的很寬，也可以達(dá)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(xì)線化技術(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(qū)域，現(xiàn)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(xì)化”的原因。

這樣的特性，就實(shí)現(xiàn)了IGZO面板的高精度化，即可在很小的單位面積上實(shí)現(xiàn)很高的物理分辨率，甚至不需要增加背光的強(qiáng)度。

六、下面我們來說說IGZO是如何節(jié)電的：

IGZO之所以省電，部分是因?yàn)門FT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!

此外，利用IGZO的Off高性能，再配合液晶驅(qū)動方式的改變，也可以做到節(jié)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(xiàn)象，我們驅(qū)動液晶會在1/60 秒之內(nèi)做反轉(zhuǎn)來活化液晶，故TFT是持續(xù)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IGZO面板顯示靜止圖像等內(nèi)容的時候，畫面不更新的時候驅(qū)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(xì)，汽車在停止的時候會關(guān)閉發(fā)動機(jī)，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(jù)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(xù)航能力”。

請看上圖實(shí)際展示的耗電量，我們可以看出省電量有多驚人了。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(qū)動電路以增加開口率。

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。

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(tǒng)TFT元件仍在對液晶分子進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，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?yàn)殪o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(yàn)十分的好，靈敏度高且非常平滑。即使不使用專用筆，用帶著頭套的手也能夠?qū)崿F(xiàn)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(yīng)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(xiàn)在來總結(jié)一下IGZO面板的幾大優(yōu)勢，那就是高精細(xì)化、非常節(jié)能、觸摸體驗(yàn)升級。而這幾點(diǎn)恰恰是現(xiàn)在手機(jī)和平板電視等移動終端設(shè)備最急需改善的問題。隨著IGZO技術(shù)的應(yīng)用，我們可以在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)1080P的高清體驗(yàn)，也不用天天擔(dān)心智能手機(jī)天天充電的問題，夏普采用IGZO面板的Aquos Phone Zeta SH-02E手機(jī)就可以在正常應(yīng)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(jī)或者PAD了。

七、IGZO與AMOLED的對比

AMOLED也是目前移動終端面板上很火熱的技術(shù)，和IGZO對比一下如何呢?

1、IGZO比AMOLED有制造性和成本上的優(yōu)勢：

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

2、IGZO可以應(yīng)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)上不存在任何問題。但是AMOLED發(fā)光材料先天的壽命問題仍然無解，用在手機(jī)上或許因淘汰率快而無關(guān)痛癢，但是AMOLED做成電視卻會有使用年限的致命傷。

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3、IGZO有高分辨率的絕對優(yōu)勢：

因?yàn)镮GZO的高級細(xì)化，可以做到500 ppi，而AMOLED現(xiàn)階段無法做入300ppi，未來應(yīng)可以達(dá)到，但是劃素極小化后AMOLED發(fā)光材料的壽命也會惡化，發(fā)色也會受到影響。

4、IGZO耗電量足以和AMOLED匹敵：

剛才我們介紹了IGZO的節(jié)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在色彩上還有一定優(yōu)勢：

IGZO并不能改善液晶的色彩，但是隨著IPS等技術(shù)提升、光配向等新工藝導(dǎo)入之后，液晶的色域覆蓋度已經(jīng)有了很大提成，別忘了夏普可還有四色技術(shù)，沒準(zhǔn)哪天就有了IGZO的四色面板。那時候AMOLED的優(yōu)勢也就是是純黑的顯色及高對比而已了。

八、IGZO顯示屏技術(shù)能否助夏普扭轉(zhuǎn)乾坤？

通過夏普新社長高橋興的講話不難看出，普正希望依靠一種尚未經(jīng)過實(shí)踐考驗(yàn)的專有技術(shù)來扭轉(zhuǎn)自己的命運(yùn)。

這項(xiàng)技術(shù)就是IGZO，也就是“銦鎵氧化鋅”（indium gallium zinc oxide）的縮寫，這是一種用來生產(chǎn)液晶顯示屏的半導(dǎo)體材料。與硅基芯片相比，這種材料看起來是向前邁進(jìn)了一大步，能提供相當(dāng)于硅基芯片最多一倍的電池續(xù)航時間和更加清晰的圖像，還能把智能手機(jī)和平板電腦觸摸屏的靈敏度提高五倍以上。

“IGZO這種技術(shù)將成為夏普的救星。”夏普總裁奧田隆司（Takashi Okuda）在去年11月1日召開的新聞發(fā)布會上說道，當(dāng)時這家日本消費(fèi)電子廠商發(fā)出警告稱，由于公司財(cái)務(wù)狀況過于脆弱的關(guān)系，未來該公司是否還能繼續(xù)運(yùn)營下去令人擔(dān)心。

并非只有奧田隆司對這種材料期許很高。“IGZO有潛力成為一種突破性的技術(shù)。”市場研究公司NPD DisplaySearch駐東京的分析師藤原浩早瀨（Hiroshi Hayase）說道。

夏普必須證明自己能在技術(shù)上取得進(jìn)步，同時竭力設(shè)法找到新的資金來源以修復(fù)自身資產(chǎn)負(fù)債表，還要讓目前為這家公司提供支持的銀行繼續(xù)支持其未來發(fā)展。夏普面臨著很多問題，這家公司曾對日本尖端LCD工廠作出重大押注，但結(jié)果卻是陷入LCD電視需求下降和日元走強(qiáng)的困局。在過去兩個財(cái)年中，夏普虧損預(yù)計(jì)將會接近90億美元，同時還背負(fù)著龐大的付息債務(wù)，其債務(wù)與所持現(xiàn)金之比為七比一。

IGZO所面對的是一個龐大而迅速增長中的市場。據(jù)市場研究公司IDC發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，去年第四季度中全球智能手機(jī)銷售量同比增長36%，至2.194億部；平板電腦銷售量同比增長75%，至5250萬臺。

對移動設(shè)備來說，顯示屏是耗電量最高的部件，而IGZO顯示屏則可以為這些迅速增長中的產(chǎn)品大幅提高電池續(xù)航時間。IGZO還可用于更大的電視機(jī)顯示屏，但其節(jié)能效益意味著這種技術(shù)目前而言更適合便攜式設(shè)備。夏普從2012年3月份開始大規(guī)模生產(chǎn)IGZO顯示屏，這種顯示屏之所以更加節(jié)能，是因?yàn)椴恍枰?jīng)常刷新以防圖像閃爍。夏普稱，標(biāo)準(zhǔn)的非晶硅顯示屏的每秒鐘刷新次數(shù)為60次，而IGZO僅為每秒鐘一次，這是由于與許多LCD顯示屏中的非晶硅相比，IGZO顯示屏中的電流速度更快。正因如此，夏普得以縮小晶體管尺寸，而晶體管越小就意味著像素越?。慌c此同時，夏普還能藉此提高顯示屏分辨率。夏普表示，由于IGZO可將節(jié)能和提高分辨率集于一身，因此可以提供巨大的競爭優(yōu)勢。

蘋果為其視網(wǎng)膜（Retina）顯示屏展開的營銷活動十分成功，提高了消費(fèi)者對高像素小屏幕能帶來什么好處的認(rèn)識，這對夏普來說也是一種幫助。最早一款iPhone的顯示屏像素密度為每英寸163像素，而iPhone 5的視網(wǎng)膜顯示屏則擁有每英寸326像素的密度，三星Galaxy S4智能手機(jī)5英寸顯示屏的像素密度則高達(dá)每英寸441像素。

但這一切可能還不夠。“IGZO是一種競爭力很強(qiáng)的技術(shù)，但光靠IGZO很難拯救這家公司，也很難解決所有問題。”花旗集團(tuán)駐東京的分析師繪澤浩太（Kota Ezawa）說道。“夏普的財(cái)務(wù)問題過于龐大了。”

毫無疑問，利用這項(xiàng)技術(shù)來創(chuàng)造一項(xiàng)業(yè)務(wù)一直都是頗具挑戰(zhàn)性的。具有諷刺意味的是，夏普IGZO顯示屏獨(dú)一無二的進(jìn)步卻成了限制其覆蓋范圍的藩籬。大型電子廠商經(jīng)常都會堅(jiān)持一點(diǎn)，那就是每種關(guān)鍵部件都需要至少兩家供應(yīng)商，以便確保穩(wěn)定的供應(yīng)量和維持價格杠桿。為了執(zhí)行多供應(yīng)商戰(zhàn)略和確保成品擁有相同的功能，設(shè)備廠商會為所有部件提供商制定一個通用的標(biāo)準(zhǔn)。其結(jié)果就是，如果夏普想要出售其IGZO顯示屏，那么就必須自降身價或是等待競爭對手追趕上來。

夏普已在自己的智能手機(jī)和平板電腦中使用了IGZO顯示屏，同時還將其用于32英寸超高清電腦顯示器。但到目前為止，這些產(chǎn)品只在日本市場上有售。“對夏普來說，如果想要在全球范圍內(nèi)順利推銷IGZO顯示屏，那么就需要一家大型的全球性客戶愿意將其指定為特定產(chǎn)品的唯一部件供應(yīng)商。三星可能會成為這樣的客戶。”藤原浩早瀨說道。

本月早些時候，三星同意對夏普投資104億日元（約合1.101億美元），換取后者的3%股份。作為這項(xiàng)合作的部分內(nèi)容，夏普稱三星將獲得電視機(jī)較大尺寸顯示屏和移動設(shè)備較小尺寸顯示屏的穩(wěn)定供應(yīng)。當(dāng)被問及有關(guān)IGZO顯示屏的問題時，三星發(fā)言人拒絕透露未來計(jì)劃。

三星也一直都在開發(fā)一種類似的、以氧化物為基礎(chǔ)的LCD技術(shù)――在2010年的一次行業(yè)大會上曾通過70英寸面板展示過這項(xiàng)技術(shù)――但到目前為止，該技術(shù)尚未商業(yè)化。同時，其他廠商也都在開發(fā)IGZO顯示屏。鴻海精密旗下部門群創(chuàng)光電稱，上個月該公司已經(jīng)開始小規(guī)模生產(chǎn)IGZO顯示屏，預(yù)計(jì)從第二季度開始將可擴(kuò)大生產(chǎn)，將其用于平板電腦產(chǎn)品。

另一家中國臺灣的LCD廠商友達(dá)光電則表示，該公司也已經(jīng)開發(fā)了IGZO顯示屏，但尚未透露是否以及何時會開始大規(guī)模生產(chǎn)。

與此同時，三星的競爭對手則表示，有其他方法能降低顯示屏能耗。液晶面板合資企業(yè)Japan Display是一家由政府資助的顯示屏公司，將夏普和日立的顯示屏業(yè)務(wù)整合到了一起，這家公司稱其擁有另一項(xiàng)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)既可提高顯示屏分辨率，同時還不會導(dǎo)致LCD面板的能耗增加，其方法是在標(biāo)準(zhǔn)的紅、綠和藍(lán)色像素中加入一個白色像素。