从iPad Air瘦身解析夏普IGZO液晶屏幕技术

　　液晶屏幕的构成

　　IGZO技术为什么可以让液晶屏幕的功耗有如此大比例的下降？它还有怎样的特点？而在前一代iPad上它的屏幕技术是否真的落后？IGZO屏幕是否会可以为智能手机的续航能力有所帮助？IGZO如何做到的高效节能，我们需要从TFT液晶屏幕的结构和工作原理谈起。

　　什么是IGZO，它是Indium Gallium Zinc Oxide，翻译成中文是铟镓锌氧化物，来自于日本夏普公司，它的中文名字似乎没有去记忆的必要。IGZO材料是用于新一代薄膜晶体管技术中的沟道层材料，是一种全新的薄膜电晶体技术，是在原有的TFT液晶玻璃基板之上的主动薄膜层覆盖的一层新材料，它的加入改善了原有TFT驱动的效率，而结合全新的设计可以带来功耗上的降低。

常见液晶面板结构简易示意图

　　如第一张图所示，这是我们常见的TFT液晶的结构图。TFT是指Thin Film Transistor (薄膜场效应晶体管)，是指液晶显示器上的每一液晶像素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。目前我们的手机、显示器、电视机上使用的均为TFT型液晶，也是目前占绝对主流地位的液晶技术。为了更加便于大家简单了解TFT-LCD的工作原理，我们来看第二张图上简易的TFT工作原理。液晶位于两个玻璃基板之间，而附于玻璃基板上有与每一个液晶像素对应的薄膜驱动电路，基板之外有一对互相垂直关系的偏光片，通过向驱动电路附加调制过的不同相位、强度的信号让液晶发生对应偏转，配合偏光片的透光特性，从而得到我们想要的每个像素液晶组合出来的颜色、图像组合。

　　液晶本身并不发光，所以一般也认为液晶面板整体产生的功耗与背光和驱动电路相关。而IGZO涂层直接解决了驱动电路效率的问题，而间接的又让背光的效率有所提高。在传统液晶屏幕中，玻璃基板上与液晶分子相连的半导体薄膜材料一般是非晶硅，简写为a-Si[amorphous silicon，无定型硅]，非晶硅的电子迁移率指标很差[注：电子迁移率的单位为cm2/Vs，即每秒钟每伏电压让半导体材料电子迁移平方厘米的单位面积]，只有大概不到0.5cm2/Vs的水平。而优化过的P-Si多晶硅的电子迁移率可以达到200cm2/Vs，相差400倍。如何提高半导体薄膜的效率一直是液晶发展的重要方向[其实这也是太阳能产业同样在研究的技术]。

　　原本来说，获得多晶硅的方法并不困难，只要在高温烧结下就可以得到多晶硅薄膜［450度］，例如HTPS——高温多晶硅。但是受限于玻璃基板耐高温的问题，所以高温多晶硅一般用于小尺寸的投影仪液晶中，它的尺寸只有1英寸左右，而只因为它能做成"高温"多晶硅是因为它将玻璃材料改为了石英，生成的多晶硅带来了明显更高的效率，但它的尺寸也就仅限与此，做不大了。

　　是否只有多晶硅才能解决效率的问题？答案并不是绝对的。如果大家留意，在智能手机进入720p时代后，低温多晶硅LTPS的屏幕就被越来越多的提起，其实在近两年发布的所有手机、平板电脑[7英寸以下]，分辨率在720p、1080p的液晶屏幕，几乎都是LTPS屏幕。看过前面知识介绍，大家应该清楚LTPS同样是一种P-Si，多晶硅，它有着出色的薄膜性能。低温多晶硅不再使用高温烧结的办法将非晶硅转化为多晶硅，而是用激光照射的方式得到多晶硅。一般LTPS的电子迁移率平均在200cm2/Vs左右[100-300]，是非晶硅的400倍左右。

　　而在产业化的道路上，LTPS明显要比a-Si面板生产线落后，目前LTPS有6代线支持，产能、成本要比已经使用8、8.5代和10代线的a-Si差得远。这也使我们只能在一些智能手机上看到LTPS，而目前我们可以看到最好的LTPS屏幕恐怕是Amazon最新发布的Kindle Fire HDX 8.9，一块8.9英寸的2560x1600分辨率的LTPS IPS屏幕。而之前在iPad3iPad4、大多数10英寸以上笔记本电脑、平板电脑上使用的均是a-Si 非晶硅屏幕。

夏普 IGZO材料位置示意图

　　IGZO为优化a-Si独辟蹊径，它在原有薄膜上增加了一层IGZO材料，这层氧化物材料可以改善半导体薄膜的电子迁移率性能，但它的性能有多好，其实要比LTPS差很多。IGZO目前的电子迁移率只能做到3-15cm2/Vs，而LTPS是可以达到200cm2/Vs的水平。也许大家奇怪，那为什么不使用LTPS，而要使用IGZO呢？这与它产业化的发展，生产线的适应性，产能的保证有很大关系。在IGZO设计之初，主要服务的对象还是下一轮液晶显示产品革命的主角——4K分辨率级的产品。在85寸甚至上百寸的4K分辨率的IGZO屏幕下，平均功耗可以达到几十W，只与目前50寸左右的a-Si液晶电视相当。而与LTPS一样，更小更薄的薄膜材料也让液晶屏幕的像素密度可以更高，在2012年4月，夏普就表明可以提供10英寸2560分辨率和7英寸1080p分辨率的IGZO显示屏。当然，在产业化的道路上IGZO几乎可以适合目前包括LGD、索尼、奇美、京东方等在内所有液晶生产线6代线以上所有生产线，产能会更有所保证。