對夏普首次向中國傳授IGZO顯示技術(shù)的幾點看法

 液晶巨頭夏普首次向中國傳授IGZO技術(shù)

近日，日本液晶巨頭夏普公司計劃與中國液晶面板生產(chǎn)商南京中電熊貓信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)開展合作，共同生產(chǎn)低能耗高性能的IGZO液晶面板。

據(jù)報道，中電熊貓正斥資約3000億日元(約合30.7億美元)在南京建設(shè)一家新工廠，雙方將首先共同生產(chǎn)非IGZO技術(shù)的大型液晶電視面板，未來將生產(chǎn)用于智能手機(jī)和平板電腦的IGZO面板，最快將于2015年初投入生產(chǎn)。

據(jù)日本共同社26日報道，夏普公司將在合作中向中方提供其獨創(chuàng)的新型液晶IGZO技術(shù)，以換取數(shù)百億日元的技術(shù)使用費。

總部設(shè)在大阪的夏普公司此前出于對技術(shù)流失的擔(dān)憂，一直對提供IGZO技術(shù)持謹(jǐn)慎態(tài)度。但鑒于業(yè)績低迷，經(jīng)營困難，夏普不得不改變策略，開始與其他公司合作。在中電熊貓之前，夏普已與美國高通、韓國三星電子開展了合作。

一、IGZO——夏普的商標(biāo)被用作一般技術(shù)名稱

把由In(銦)、Ga(鎵)、Zn(鋅)、O(氧)構(gòu)成的半導(dǎo)體材料用于液晶顯示器和有機(jī)EL顯示器的像素驅(qū)動用晶體管(TFT：薄膜晶體管)，有望大幅削減這些顯示器的耗電量。2011年11月，夏普給這種半導(dǎo)體材料注冊了“IGZO”商標(biāo)。

不過，開發(fā)出基于InGaZnO材料TFT的，是東京工業(yè)大學(xué)的細(xì)野秀雄教授，夏普與日本半導(dǎo)體能源研究所合作開發(fā)的是IGZO液晶顯示器。有關(guān)采用這種材料的TFT專利由日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)管理。采用InGaZnO材料的不只是夏普。2011年7月，韓國三星電子與JST簽訂了授權(quán)協(xié)議，將該技術(shù)應(yīng)用在了試制階段的有機(jī)EL面板上。臺灣友達(dá)光電(AU Optronics)、韓國LG顯示器及東芝等也在開發(fā)采用InGaZnO材料的顯示器。

在學(xué)會等場合發(fā)布采用InGaZnO材料TFT的液晶顯示器時，經(jīng)常使用IGZO這個詞。因為用“采用InGaZnO材料的……”來介紹，不如用“采用IGZO的……”來介紹更容易讓人理解。這時，技術(shù)人員往往不用IGZO來特指夏普的產(chǎn)品和技術(shù)，而是大多將IGZO用作一般的技術(shù)名稱。但是，普通人看到或聽到這樣的說法，容易誤解成“三星和東芝也獲得了夏普的IGZO技術(shù)授權(quán)”。

二、液晶之父夏普核心技術(shù)——IGZO顯示技術(shù)

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)。

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。”

IGZO技術(shù)是夏普獨有么?

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)，也是最早實際在產(chǎn)品上應(yīng)用IGZO面板的企業(yè)之一!

為什么IGZO的量產(chǎn)進(jìn)程卻如此緩慢呢?

這是因為IGZO 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)。

“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。

三、國際面板大廠紛紛押寶IGZO

在2009年首季，全球AMOLED面板的銷售金額首次超越PMOLED面板，此后AMOLED面板逐季的出貨量和金額就屢創(chuàng)新高。如今，隨著全球品牌手機(jī)大廠相繼推出多款采用AMOLED顯示面板的智能手機(jī)，AMOLED在中小尺寸領(lǐng)域的應(yīng)用達(dá)到了前所未有的高度，而且此高度還不斷在刷新。

在此同時，全球面板龍頭廠商包括Samsung、LG、Sony、Panasonic、友達(dá)、奇美等，策略都已明顯傾向AMOLED，同時幾乎停滯對TFT-LCD的再投入。為此，中國大陸業(yè)者該如何因應(yīng)?跟隨國際大廠發(fā)展AMOLED?還是堅持已有液晶產(chǎn)業(yè)、堅持高世代策略?隨著AMOLED在高階中小尺寸市場的廣泛應(yīng)用，大尺寸化顯然是接下來發(fā)展的必經(jīng)之路，對于大尺寸化過程中的技術(shù)路徑選擇，再決定大陸廠商未來的市場競爭力，因此，選對路徑顯得尤為重要。

AMOLED與液晶 陸廠兩手都要抓

大陸面板廠商經(jīng)過技術(shù)累積、市場洗禮，憑借自身努力，正逐步走出虧損泥沼，同時也顯示大陸液晶市場仍有獲利空間，尤其對大陸液晶面板廠商而言，因為貼近下游，也更了解當(dāng)?shù)厥袌龅倪\(yùn)轉(zhuǎn)法則，因此，對于正朝向良性循環(huán)而去大陸高世代面板廠，拓墣認(rèn)為應(yīng)當(dāng)有別于外資對待，不能一概而論將發(fā)展重心立即轉(zhuǎn)向AMOLED，畢竟大陸的液晶市場仍處成長上升階段。

但是，作為新型顯示領(lǐng)軍技術(shù)的AMOLED，已在中小尺寸市場獲得良好成績，并逐步向大尺寸市場進(jìn)軍，外資廠商的布局與策略，大陸廠商不能視若無睹，畢竟重蹈類似液晶電視取代CRT電視這樣的覆轍，都不是政府和廠商所愿意看到的，所以，選擇走液晶+AMOLED的發(fā)展道路，對大陸廠商而言，才是王道。

在明了液晶+AMOLED同時發(fā)展的策略之后，擺在大陸面板廠商面前最凸顯的問題當(dāng)屬發(fā)展路徑的選擇。由于AMOLED工藝主要是在TFT背板上蒸鍍有機(jī)發(fā)光材料，然后加電使其發(fā)光，因此，TFT背板對AMOLED的顯示性能起十分關(guān)鍵作用。

現(xiàn)階段用于AMOLED的主流TFT背板主要有三類，分別為：傳統(tǒng)的a-Si、近2年才被熟知的LTPS和對一般消費者還屬陌生的IGZO。

TFT背板特性 LTPS、IGZO各有千秋

目前中小尺寸在智能手機(jī)屏幕市場上，搭配AMOLED以LTPS占絕對主導(dǎo)，主因在于傳統(tǒng)非晶硅材料(a-Si)的電子遷移率只有0.5～0.7cm2/Vs，而低溫多晶硅材料(LTPS)的電子遷移率可達(dá)50～100cm2/Vs，因此與傳統(tǒng)的非晶硅薄膜晶體管液晶顯示器(a-Si TFT-LCD)相較，LTPS TFT-LCD具有更高分辨率、反應(yīng)速度快、亮度高(開口率高)等優(yōu)點，且可將周邊驅(qū)動電路同時制作在玻璃基板上，達(dá)到在玻璃上集成系統(tǒng)(SOG)之目的，對于高階機(jī)型可以更節(jié)省空間、做到更輕薄。

另外，從LTPS和a-Si對應(yīng)的工藝要求考慮，前者更適用于對分辨率和電子移動速率要求更高的中小尺寸LCD面板和AMOLED面板;而后者則更適用于大尺寸的LCD面板和價格要求低廉的EPD面板。

隨著日韓臺面板廠在IGZO技術(shù)的研發(fā)腳步愈來愈快，突破材料與薄膜制程等技術(shù)瓶頸后，業(yè)界開始達(dá)成共識，也許IGZO將成為下世代顯示面板的基板技術(shù)首選，尤其是在LTPS難以攻克的大尺寸領(lǐng)域。

IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)是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Sharp實現(xiàn)量產(chǎn)，而韓國Samsung和LG也有小量生產(chǎn)。

大尺寸領(lǐng)域 IGZO較LTPS擁優(yōu)勢

IGZO整體性能介于LTPS和a-Si之間，電子遷移率雖不及LTPS，但5～10cm2/Vs也足以驅(qū)動以電流驅(qū)動為主的AMOLED器件;7～8道的光罩也介于兩者之間，簡化制程提高良率的同時，也不至于降低太多性能。

最重要的是，其與傳統(tǒng)a-Si之間的設(shè)備轉(zhuǎn)換，一般來說改造原有a-Si產(chǎn)線，LTPS需要添加靶材設(shè)備，而IGZO需要改進(jìn)錫成膜設(shè)備，兩者追加投資金額在30～50%左右，LTPS略高，但這僅僅是低世代線的改造，如果換到高世代線，情況則將大大不同，IGZO仍可維持30～50%的追加投入，而LTPS的投入價格則無法估量，因為現(xiàn)階段還難以有穩(wěn)定可靠的高世代LTPS設(shè)備，這使IGZO在大尺寸領(lǐng)域比LTPS擁有先天優(yōu)勢。

2012年全球LTPS的出貨量是IGZO的6倍，LTPS產(chǎn)品主要搭載在高階液晶或AMOLED顯示屏的智能手機(jī)，不過此壓倒性優(yōu)勢正悄然發(fā)生轉(zhuǎn)變，從2013年第一季LG預(yù)售AMOLED TV開始，IGZO的需求也隨之被打開。拓墣預(yù)估，自2013年起，全球IGZO的需求量將以平均每年超過100%的速度成長，并于2016年超越LTPS，占高階TFT背板龍頭寶座，其中AMOLED TV市場逐步成長是重要推手。

AMOLED TV 2014是發(fā)展元年

如果說，2013年LG預(yù)售AMOLED TV僅是對市場的一次試水，那么2014年將是AMOLED TV元年。拓墣預(yù)測Samsung LTPS+RGB技術(shù)的AMOLED TV極可能在2014年初推出，屆時兩種不同技術(shù)AMOLED TV共推市場，將使當(dāng)年出貨量有一個質(zhì)的提升。預(yù)料2014年全球AMOLED出貨量可達(dá)200萬臺，市占率約接近1%，也就說每賣出100多臺平板電視中，將有1臺是AMOLED TV。

對中國大陸市場而言，由于受市場、消費理念、換機(jī)周期等因素影響，當(dāng)?shù)氐腁MOLED TV市場真正打開約落在2016年，較全球稍晚兩年，這也符合大陸和發(fā)達(dá)國家消費水平的差距。從某種程度上來講，大陸市場晚兩年打開對當(dāng)?shù)貥I(yè)者其實是好事，一方面待技術(shù)成熟、價格下降，可以更符合大陸市場價格敏感型的特點，另一方面也讓大陸廠商更多時間在大尺寸AMOLED領(lǐng)域進(jìn)行布局。

由于制程相對復(fù)雜，且需用到R、G、B三種發(fā)光材料，因此，預(yù)計初期LTPS+RGB制程的AMOLED TV將比Oxide+WOLED貴出25%左右，加上Oxide+WOLED先推出，品牌形象深入人心，可能在消費者心目中形成AMOLED TV就是這樣技術(shù)規(guī)格的一種先入為主概念，因此，中國廠商在IGZO和LTPS制程上如何選擇，對其未來發(fā)展將產(chǎn)生十分巨大影響。

布局雖落后 大陸不會輕言放棄

那么全球主要廠商在這個問題上是如何選擇呢?除Samsung外，大多數(shù)整機(jī)廠或面板廠都押寶在IGZO陣營，包括LGD、友達(dá)、群創(chuàng)、京東方等。主要原因在于除了之前提到的高世代產(chǎn)線改造投資，LTPS遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于IGZO，以及IGZO制程更接近a-Si，是LCD到AMOLED的良好過渡外，還包括LTPS自身技術(shù)及專利受到嚴(yán)密保護(hù)，后進(jìn)者難以逾越，和相對WOLED，用到R、G、B三種發(fā)光材料使其制程和材料取得都相對不易。

中國歷來是電視機(jī)生產(chǎn)大國，目前承擔(dān)全球50%以上電視機(jī)的生產(chǎn)任務(wù)，因此，無論從CRT到LCD，亦或是從LCD到AMOLED，中國廠商絕不會輕易放棄這塊市場。

從目前布局進(jìn)度來看，大陸廠商顯然是落后了。大陸廠商包括天馬、彩虹、京東方、維信諾等都做了對LTPS的布局，著眼于高階中小尺寸智能手機(jī)屏幕的供應(yīng)，就廠商而言，這樣的策略毫無問題，畢竟眼前盈利是一定要抓取的，但若放到整體，就會發(fā)現(xiàn)大陸IGZO布局非常薄弱，僅有京東方在合肥和重慶各規(guī)劃一條可能采用部分IGZO制程的產(chǎn)線，實際設(shè)備采購動作目前還看不到。

拓墣認(rèn)為，中國大陸高世代面板產(chǎn)線宜以IGZO為發(fā)展路徑。從長遠(yuǎn)來看，IGZO顯然是最合適的大尺寸AMOLED TFT背板，同時還兼具與a-Si制程相似、設(shè)備改造費用較低等優(yōu)點，因此，對價格較為敏感的大陸市場，以及負(fù)債壓力較重的大陸業(yè)者而言，不失為一好的選擇。

四、救命稻草IGZO面板已廣泛授權(quán)——夏普自尋死路?

現(xiàn)在的夏普

5月14日夏普發(fā)布的2012財年財報顯示，公司凈虧損額為5453億日元。由于液晶面板事業(yè)虧損擴(kuò)大，加上在歐洲的事業(yè)正在進(jìn)行裁員等，公司2012年4月至2013年3月實現(xiàn)凈虧損額變大，在連續(xù)兩年出現(xiàn)巨額虧損后，創(chuàng)下了過去最大的虧損額。

了解了IGZO和夏普現(xiàn)狀之后，我們轉(zhuǎn)入正題，就是因為IGZO制作大尺寸面板比較簡單，而且性能也比非晶硅性能好上10倍，功耗也大概能降低一半左右，而且IGZO對生產(chǎn)線的改造難度更低，面板廠商只需要在原本制造大面板的生產(chǎn)線上略做改動就可以生產(chǎn)中小尺寸面板，可以帶來更大的產(chǎn)量，同時成本也可以更加低，所以就比較受廠商推崇，加上夏普在IGZO方面研究的時間是最長的，而且是業(yè)界第一個實現(xiàn)量產(chǎn)的，所以該技術(shù)就自然而然的成為了夏普的救命稻草，復(fù)活液晶業(yè)務(wù)的王牌。而市場的反應(yīng)也非常給力，NTTDoCoMo銷售的配備IGZO液晶屏的智能手機(jī)“AQUOSPHONEZETASH-02E”打出的“待機(jī)兩天，放心”的宣傳語打動了消費者，上市僅兩2個月銷量就達(dá)到了約44萬部，成為在日本市場上為數(shù)不多的可以和iPhone抗衡的手機(jī)之一。

但是俗話說“屋漏便逢連夜雨”，因為IGZO的基本技術(shù)是由東京工業(yè)大學(xué)的細(xì)野秀雄教授開發(fā)的，在2011年韓國多家企業(yè)就獲得了使用氧化物半導(dǎo)體的技術(shù)專利授權(quán)。經(jīng)過兩年的研究開發(fā)相關(guān)公司的負(fù)責(zé)人都已經(jīng)公開表示現(xiàn)在量產(chǎn)的難度不大，甚至使用了氧化物半導(dǎo)體非晶IGZO作為驅(qū)動元件的55寸OLED面板的電視產(chǎn)品已經(jīng)被LG發(fā)布了，今年就會陸續(xù)上市銷售。

所以，很多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，夏普在IGZO上的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢最多剩下兩年時間，而且在這兩年內(nèi)由于要應(yīng)對數(shù)目龐大的債務(wù)避免破產(chǎn)，夏普在IGZO方面的研發(fā)投入必然就會減少，那韓國企業(yè)還在飛速的發(fā)展，此消彼長，很快，夏普就會完全喪失在該項技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢。當(dāng)技術(shù)沒有優(yōu)勢，營銷也沒有像韓國企業(yè)那樣舍得花錢的時候，這就意味著離失敗不遠(yuǎn)了。

所以，就目前來說，夏普只有兩個方向可走，一是盡快搶先一步將IGZO技術(shù)大規(guī)模的推向市場;二是盡快加大除也液晶外其他業(yè)務(wù)的推廣發(fā)展，降低液晶業(yè)務(wù)在集團(tuán)占的比重。對于第一點，夏普很早就表示“2014年度將使IGZO配備率達(dá)到100%”，對于第二點夏普表示今后五個重點事業(yè)領(lǐng)域均圍繞工業(yè)解決方案，分別為健康醫(yī)療、機(jī)器人、智能家居/移動設(shè)備(含車載)/辦公室、食品/水/空氣的安全以及教育，液晶不會永久盈利，因此夏普不會單純依賴液晶事業(yè)。這就是聞到了破產(chǎn)的味道的夏普對于解決目前困境的措施，希望這些措施能有效實施，否則，這間百年老店將會因為資不抵債而被迫破產(chǎn)，人們就要和這個閃耀多年的“液晶之王”說再見了。