IGZO：銳利、節(jié)能的顯示技術(shù)

夏普的IGZO（indium gallium zinc oxide）可以說(shuō)是顯示技術(shù)的飛躍。今天，通過(guò)IGZO面板我們可以獲得一個(gè)極高分辨率和極佳色彩表現(xiàn)的銳利圖像，并且能耗大幅降低。這其中最重要的創(chuàng)新正是這個(gè)神秘縮寫IGZO背后的含義，它是一種新型薄膜晶體管（TFT）內(nèi)部的元素：銦鎵鋅氧化物。傳統(tǒng)的TFT顯示技術(shù)無(wú)論是像素密度還是分辨率都已經(jīng)發(fā)展至極限，為此，夏普開發(fā)出了這種新技術(shù)。目前，采用IGZO的顯示屏已經(jīng)用在一些設(shè)備上：夏普SH-06E智能手機(jī)，分辨率高達(dá)1920×1080像素，像素密度為460ppi（每英寸像素）；臺(tái)灣制造商BungBungame的Kalos平板電腦，分辨率更是高達(dá)2560×1600像素；富士通Lifebook UH90，分辨率破紀(jì)錄地達(dá)到了3200×1800像素；此外，IGZO也被用在4K分辨率（3840×2160）的顯示器和電視機(jī)上，例如華碩PQ321QE。

這項(xiàng)新技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，以常見的蘋果平板電腦為例，如果我們用iPad mini（1024×768）和iPad 4（2048×1536）打開同一個(gè)網(wǎng)站，放大查看時(shí)iPad mini的文字會(huì)很模糊，而采用視網(wǎng)膜（Retina）屏的iPad 4，其文字的顯示效果依然會(huì)很銳利。雖然iPad 4使用的并不是IGZO技術(shù)，而是其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的LTPS（低溫多晶硅）技術(shù)，但是兩者都同樣是用于高解析度屏幕的技術(shù)，并且相比之下，IGZO的能耗更小。很明顯，iPad mini顯示屏所采用的傳統(tǒng)非晶硅TFT顯示技術(shù)已經(jīng)落后。下面，我們將進(jìn)一步分析IGZO的技術(shù)細(xì)節(jié)。

每個(gè)像素3個(gè)晶體管

TFT顯示屏的每一個(gè)像素都由3個(gè)子像素混合，因而，每個(gè)像素需要3個(gè)晶體管，每一個(gè)子像素對(duì)應(yīng)一個(gè)薄膜晶體管，通過(guò)紅色、綠色和藍(lán)色的彩色濾光片呈現(xiàn)出不同的色彩。薄膜晶體管位于背光系統(tǒng)的前方，用于驅(qū)動(dòng)液晶層運(yùn)動(dòng)。液晶可以通過(guò)結(jié)構(gòu)的改變，控制每一個(gè)像素點(diǎn)可以通過(guò)的背光量。由于薄膜晶體管并不是完全透明的，因而，它們將需要隨著像素密度的增加而縮小，以保持顯示屏的通光量。然而，它們不可能無(wú)止境地縮小，因?yàn)榭s小將會(huì)導(dǎo)致晶體管的漏電流增加，能耗增大。

傳統(tǒng)薄膜晶體管所使用的材料與CPU所使用的晶體管不同，薄膜晶體管的材料是不結(jié)晶的非晶硅，硅原子處于無(wú)序排列的狀態(tài)。從大規(guī)模生產(chǎn)的角度考慮，價(jià)格低廉的非晶硅是理想的選擇，然而，相對(duì)于晶體硅，非晶硅的電子遷移率急劇降低。不過(guò)，對(duì)于目前的顯示分辨率來(lái)說(shuō)，這并不是最大的問題，畢竟，薄膜晶體管并不涉及什么計(jì)算任務(wù)，只是簡(jiǎn)單地切換開關(guān)狀態(tài)，在60Hz刷新頻率下，大約每16ms切換一次。

切換晶體管開關(guān)狀態(tài)時(shí)，將在柵極施加電壓時(shí)打開溝道，讓電子可以從源極流到漏極。但由非晶硅制成的晶體管，由于硅的電子遷移率較低，所以將需要比較高的電壓來(lái)打開溝道。而如果采用IGZO作為溝道材料，即使在很低的電壓下也能夠打開，因?yàn)镮GZO的電子遷移率比非晶硅要高50倍。另外，多晶硅也可以實(shí)現(xiàn)類似的效果，因?yàn)槠溆行虻脑咏Y(jié)構(gòu)可以比IGZO擁有更高的電子遷移率。

IGZO像素密度之高無(wú)可匹敵

不過(guò)，多晶硅無(wú)法撼動(dòng)IGZO的地位，因?yàn)槎嗑Ч杳媾R一個(gè)巨大的問題，那就是當(dāng)像素密度高于400ppi時(shí)，晶體管需要進(jìn)一步縮小尺寸。而越小的晶體管，通常意味著越高的漏電流。所謂漏電流，也就是在晶體管關(guān)閉的情況下，電子仍然可以流動(dòng)，這將產(chǎn)生不必要的功耗。其次，漏電流將使晶體管出現(xiàn)意外的操作，導(dǎo)致顯示屏圖像內(nèi)容顯示異常。而在一個(gè)用IGZO作為溝道材料的晶體管中，關(guān)閉時(shí)幾乎沒有漏電流，因而，IGZO顯示屏的功耗更低，晶體管的尺寸可以做得更小，像素密度可以更高。

IGZO顯示屏在顯示靜態(tài)畫面時(shí)，只需要極低的屏幕刷新率，傳統(tǒng)液晶需要60Hz的刷新率以保證畫面的穩(wěn)定，而根據(jù)夏普的介紹，IGZO顯示屏可以降低到25Hz。同時(shí)，IGZO顯示屏處理觸控輸入會(huì)更精確，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的顯示屏在刷新時(shí)產(chǎn)生的電流對(duì)觸控信號(hào)的干擾更多。不過(guò)，盡管有這些優(yōu)勢(shì)，IGZO顯示屏何時(shí)才能夠真正進(jìn)入大眾市場(chǎng)仍是個(gè)未知數(shù)。目前，夏普的IGZO顯示器只用于利基產(chǎn)品，三星和LG等其他廠商仍然在使用昂貴的LTPS技術(shù)。有傳言，蘋果公司將在2013年年底或2014年開始為產(chǎn)品配備IGZO顯示屏，如果傳言屬實(shí)，那么IGZO技術(shù)將得到提振，這種新的薄膜晶體管材料漏電流較低，可以有效地延長(zhǎng)iPhone和iPad的續(xù)航時(shí)間。