对夏普首次向中国传授IGZO显示技术的几点看法

2013-06-30 23:34:44来源: OFweek光电显示网
    液晶巨头夏普首次向中国传授IGZO技术

  近日,日本液晶巨头夏普公司计划与中国液晶面板生产商南京中电熊猫信息产业集团开展合作,共同生产低能耗高性能的IGZO液晶面板。

  据报道,中电熊猫正斥资约3000亿日元(约合30.7亿美元)在南京建设一家新工厂,双方将首先共同生产非IGZO技术的大型液晶电视面板,未来将生产用于智能手机和平板电脑的IGZO面板,最快将于2015年初投入生产。

  据日本共同社26日报道,夏普公司将在合作中向中方提供其独创的新型液晶IGZO技术,以换取数百亿日元的技术使用费。

  总部设在大阪的夏普公司此前出于对技术流失的担忧,一直对提供IGZO技术持谨慎态度。但鉴于业绩低迷,经营困难,夏普不得不改变策略,开始与其他公司合作。在中电熊猫之前,夏普已与美国高通、韩国三星电子开展了合作。

  一、IGZO——夏普的商标被用作一般技术名称

  把由In(铟)、Ga(镓)、Zn(锌)、O(氧)构成的半导体材料用于液晶显示器和有机EL显示器的像素驱动用晶体管(TFT:薄膜晶体管),有望大幅削减这些显示器的耗电量。2011年11月,夏普给这种半导体材料注册了“IGZO”商标。

  不过,开发出基于InGaZnO材料TFT的,是东京工业大学的细野秀雄教授,夏普与日本半导体能源研究所合作开发的是IGZO液晶显示器。有关采用这种材料的TFT专利由日本科学技术振兴机构(JST)管理。采用InGaZnO材料的不只是夏普。2011年7月,韩国三星电子与JST签订了授权协议,将该技术应用在了试制阶段的有机EL面板上。台湾友达光电(AU Optronics)、韩国LG显示器及东芝等也在开发采用InGaZnO材料的显示器。

  在学会等场合发布采用InGaZnO材料TFT的液晶显示器时,经常使用IGZO这个词。因为用“采用InGaZnO材料的……”来介绍,不如用“采用IGZO的……”来介绍更容易让人理解。这时,技术人员往往不用IGZO来特指夏普的产品和技术,而是大多将IGZO用作一般的技术名称。但是,普通人看到或听到这样的说法,容易误解成“三星和东芝也获得了夏普的IGZO技术授权”。

  二、液晶之父夏普核心技术——IGZO显示技术

        IGZO是什么?

  IGZO(indium gallium zinc oxide)为铟镓锌氧化物的缩写,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。


        IGZO是一个缩写。我们来看四个单词:铟(Indium)、镓(Gallium)、锌(Zinc)、氧(Oxygen),他们的首字母凑在一起就是我们的主角IGZO,我们也可以称他为铟镓锌氧化物。现在我们知道,IGZO只是一种材料。

        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是如何被发现的?

  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 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技术是夏普独有么?

  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呢?

  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。小编认为,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。

  三、国际面板大厂纷纷押宝IGZO

  在2009年首季,全球AMOLED面板的销售金额首次超越PMOLED面板,此后AMOLED面板逐季的出货量和金额就屡创新高。如今,随着全球品牌手机大厂相继推出多款采用AMOLED显示面板的智能手机,AMOLED在中小尺寸领域的应用达到了前所未有的高度,而且此高度还不断在刷新。

  在此同时,全球面板龙头厂商包括Samsung、LG、Sony、Panasonic、友达、奇美等,策略都已明显倾向AMOLED,同时几乎停滞对TFT-LCD的再投入。为此,中国大陆业者该如何因应?跟随国际大厂发展AMOLED?还是坚持已有液晶产业、坚持高世代策略?随着AMOLED在高阶中小尺寸市场的广泛应用,大尺寸化显然是接下来发展的必经之路,对于大尺寸化过程中的技术路径选择,再决定大陆厂商未来的市场竞争力,因此,选对路径显得尤为重要。

  AMOLED与液晶 陆厂两手都要抓

  大陆面板厂商经过技术累积、市场洗礼,凭借自身努力,正逐步走出亏损泥沼,同时也显示大陆液晶市场仍有获利空间,尤其对大陆液晶面板厂商而言,因为贴近下游,也更了解当地市场的运转法则,因此,对于正朝向良性循环而去大陆高世代面板厂,拓墣认为应当有别于外资对待,不能一概而论将发展重心立即转向AMOLED,毕竟大陆的液晶市场仍处成长上升阶段。

  但是,作为新型显示领军技术的AMOLED,已在中小尺寸市场获得良好成绩,并逐步向大尺寸市场进军,外资厂商的布局与策略,大陆厂商不能视若无睹,毕竟重蹈类似液晶电视取代CRT电视这样的覆辙,都不是政府和厂商所愿意看到的,所以,选择走液晶+AMOLED的发展道路,对大陆厂商而言,才是王道。

  在明了液晶+AMOLED同时发展的策略之后,摆在大陆面板厂商面前最凸显的问题当属发展路径的选择。由于AMOLED工艺主要是在TFT背板上蒸镀有机发光材料,然后加电使其发光,因此,TFT背板对AMOLED的显示性能起十分关键作用。

  现阶段用于AMOLED的主流TFT背板主要有三类,分别为:传统的a-Si、近2年才被熟知的LTPS和对一般消费者还属陌生的IGZO。

  TFT背板特性 LTPS、IGZO各有千秋

  目前中小尺寸在智能手机屏幕市场上,搭配AMOLED以LTPS占绝对主导,主因在于传统非晶硅材料(a-Si)的电子迁移率只有0.5~0.7cm2/Vs,而低温多晶硅材料(LTPS)的电子迁移率可达50~100cm2/Vs,因此与传统的非晶硅薄膜晶体管液晶显示器(a-Si TFT-LCD)相较,LTPS TFT-LCD具有更高分辨率、反应速度快、亮度高(开口率高)等优点,且可将周边驱动电路同时制作在玻璃基板上,达到在玻璃上集成系统(SOG)之目的,对于高阶机型可以更节省空间、做到更轻薄。

  另外,从LTPS和a-Si对应的工艺要求考虑,前者更适用于对分辨率和电子移动速率要求更高的中小尺寸LCD面板和AMOLED面板;而后者则更适用于大尺寸的LCD面板和价格要求低廉的EPD面板。

  随着日韩台面板厂在IGZO技术的研发脚步愈来愈快,突破材料与薄膜制程等技术瓶颈后,业界开始达成共识,也许IGZO将成为下世代显示面板的基板技术首选,尤其是在LTPS难以攻克的大尺寸领域。

  IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)是铟镓锌氧化物的缩写,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材料及技术专利主要由日本厂商拥有,IGZO TFT技术最先在日本Sharp实现量产,而韩国Samsung和LG也有小量生产。

  大尺寸领域 IGZO较LTPS拥优势

  IGZO整体性能介于LTPS和a-Si之间,电子迁移率虽不及LTPS,但5~10cm2/Vs也足以驱动以电流驱动为主的AMOLED器件;7~8道的光罩也介于两者之间,简化制程提高良率的同时,也不至于降低太多性能。

  最重要的是,其与传统a-Si之间的设备转换,一般来说改造原有a-Si产线,LTPS需要添加靶材设备,而IGZO需要改进锡成膜设备,两者追加投资金额在30~50%左右,LTPS略高,但这仅仅是低世代线的改造,如果换到高世代线,情况则将大大不同,IGZO仍可维持30~50%的追加投入,而LTPS的投入价格则无法估量,因为现阶段还难以有稳定可靠的高世代LTPS设备,这使IGZO在大尺寸领域比LTPS拥有先天优势。

  2012年全球LTPS的出货量是IGZO的6倍,LTPS产品主要搭载在高阶液晶或AMOLED显示屏的智能手机,不过此压倒性优势正悄然发生转变,从2013年第一季LG预售AMOLED TV开始,IGZO的需求也随之被打开。拓墣预估,自2013年起,全球IGZO的需求量将以平均每年超过100%的速度成长,并于2016年超越LTPS,占高阶TFT背板龙头宝座,其中AMOLED TV市场逐步成长是重要推手。

  AMOLED TV 2014是发展元年

  如果说,2013年LG预售AMOLED TV仅是对市场的一次试水,那么2014年将是AMOLED TV元年。拓墣预测Samsung LTPS+RGB技术的AMOLED TV极可能在2014年初推出,届时两种不同技术AMOLED TV共推市场,将使当年出货量有一个质的提升。预料2014年全球AMOLED出货量可达200万台,市占率约接近1%,也就说每卖出100多台平板电视中,将有1台是AMOLED TV。

  对中国大陆市场而言,由于受市场、消费理念、换机周期等因素影响,当地的AMOLED TV市场真正打开约落在2016年,较全球稍晚两年,这也符合大陆和发达国家消费水平的差距。从某种程度上来讲,大陆市场晚两年打开对当地业者其实是好事,一方面待技术成熟、价格下降,可以更符合大陆市场价格敏感型的特点,另一方面也让大陆厂商更多时间在大尺寸AMOLED领域进行布局。

  由于制程相对复杂,且需用到R、G、B三种发光材料,因此,预计初期LTPS+RGB制程的AMOLED TV将比Oxide+WOLED贵出25%左右,加上Oxide+WOLED先推出,品牌形象深入人心,可能在消费者心目中形成AMOLED TV就是这样技术规格的一种先入为主概念,因此,中国厂商在IGZO和LTPS制程上如何选择,对其未来发展将产生十分巨大影响。

  布局虽落后 大陆不会轻言放弃

  那么全球主要厂商在这个问题上是如何选择呢?除Samsung外,大多数整机厂或面板厂都押宝在IGZO阵营,包括LGD、友达、群创、京东方等。主要原因在于除了之前提到的高世代产线改造投资,LTPS远远大于IGZO,以及IGZO制程更接近a-Si,是LCD到AMOLED的良好过渡外,还包括LTPS自身技术及专利受到严密保护,后进者难以逾越,和相对WOLED,用到R、G、B三种发光材料使其制程和材料取得都相对不易。

  中国历来是电视机生产大国,目前承担全球50%以上电视机的生产任务,因此,无论从CRT到LCD,亦或是从LCD到AMOLED,中国厂商绝不会轻易放弃这块市场。

  从目前布局进度来看,大陆厂商显然是落后了。大陆厂商包括天马、彩虹、京东方、维信诺等都做了对LTPS的布局,着眼于高阶中小尺寸智能手机屏幕的供应,就厂商而言,这样的策略毫无问题,毕竟眼前盈利是一定要抓取的,但若放到整体,就会发现大陆IGZO布局非常薄弱,仅有京东方在合肥和重庆各规划一条可能采用部分IGZO制程的产线,实际设备采购动作目前还看不到。

  拓墣认为,中国大陆高世代面板产线宜以IGZO为发展路径。从长远来看,IGZO显然是最合适的大尺寸AMOLED TFT背板,同时还兼具与a-Si制程相似、设备改造费用较低等优点,因此,对价格较为敏感的大陆市场,以及负债压力较重的大陆业者而言,不失为一好的选择。

  四、救命稻草IGZO面板已广泛授权——夏普自寻死路?

  现在的夏普

  5月14日夏普发布的2012财年财报显示,公司净亏损额为5453亿日元。由于液晶面板事业亏损扩大,加上在欧洲的事业正在进行裁员等,公司2012年4月至2013年3月实现净亏损额变大,在连续两年出现巨额亏损后,创下了过去最大的亏损额。

  了解了IGZO和夏普现状之后,我们转入正题,就是因为IGZO制作大尺寸面板比较简单,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对生产线的改造难度更低,面板厂商只需要在原本制造大面板的生产线上略做改动就可以生产中小尺寸面板,可以带来更大的产量,同时成本也可以更加低,所以就比较受厂商推崇,加上夏普在IGZO方面研究的时间是最长的,而且是业界第一个实现量产的,所以该技术就自然而然的成为了夏普的救命稻草,复活液晶业务的王牌。而市场的反应也非常给力,NTTDoCoMo销售的配备IGZO液晶屏的智能手机“AQUOSPHONEZETASH-02E”打出的“待机两天,放心”的宣传语打动了消费者,上市仅两2个月销量就达到了约44万部,成为在日本市场上为数不多的可以和iPhone抗衡的手机之一。

  但是俗话说“屋漏便逢连夜雨”,因为IGZO的基本技术是由东京工业大学的细野秀雄教授开发的,在2011年韩国多家企业就获得了使用氧化物半导体的技术专利授权。经过两年的研究开发相关公司的负责人都已经公开表示现在量产的难度不大,甚至使用了氧化物半导体非晶IGZO作为驱动元件的55寸OLED面板的电视产品已经被LG发布了,今年就会陆续上市销售。

  所以,很多业内人士认为,夏普在IGZO上的技术领先优势最多剩下两年时间,而且在这两年内由于要应对数目庞大的债务避免破产,夏普在IGZO方面的研发投入必然就会减少,那韩国企业还在飞速的发展,此消彼长,很快,夏普就会完全丧失在该项技术领域的优势。当技术没有优势,营销也没有像韩国企业那样舍得花钱的时候,这就意味着离失败不远了。

  所以,就目前来说,夏普只有两个方向可走,一是尽快抢先一步将IGZO技术大规模的推向市场;二是尽快加大除也液晶外其他业务的推广发展,降低液晶业务在集团占的比重。对于第一点,夏普很早就表示“2014年度将使IGZO配备率达到100%”,对于第二点夏普表示今后五个重点事业领域均围绕工业解决方案,分别为健康医疗、机器人、智能家居/移动设备(含车载)/办公室、食品/水/空气的安全以及教育,液晶不会永久盈利,因此夏普不会单纯依赖液晶事业。这就是闻到了破产的味道的夏普对于解决目前困境的措施,希望这些措施能有效实施,否则,这间百年老店将会因为资不抵债而被迫破产,人们就要和这个闪耀多年的“液晶之王”说再见了。

关键字:夏普  中国  IGZO

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/0630/article_23226.html
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