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從顯示層面談IGZO與傳統(tǒng)TFT區(qū)別

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關(guān)鍵詞:IGZO,TFT,CRT,OLED

      顯示器可以分為平板顯示器(FPD)和陰極射線管(CRT)。CRT為我們所熟知,具有大大的屁股,價格便宜,色彩豐富,有良好的可視角度。但是由于它體積龐大,圖像畸變等致命缺陷,其市場漸漸被FPD取代。平板顯示器顧名思義,就是厚度很薄的顯示器。可以分為液晶顯示器LCD,等離子體顯示器(PDP),有機發(fā)光二極管顯示(OLED),場發(fā)射顯示器(FED)等。

      液晶顯示器可以分為有源矩陣LCD(AMLCD)和無源矩陣LCD(PMLCD)。而現(xiàn)代顯示技術(shù)一般采用AMLCD技術(shù)。因為無源矩陣LCD的電光特性很難滿足高畫質(zhì)圖像,特別是視頻圖像顯示。有源矩陣指的是每個像素點都連著一個有源器件(提供電壓或電流)。

      說了這么多廢話,怎么還沒到IGZO啊?別急,我們先來說說TFT-LCD,TFT學(xué)名為薄膜場效應(yīng)晶體管,它就是作為驅(qū)動液晶顯示器的三端有源器件,所有高檔液晶顯示器都用的是它,牛吧?

      我們來看看這個電路圖,這里我們不討論顯示器的各種驅(qū)動控制方式,什么靜態(tài)驅(qū)動、動態(tài)驅(qū)動,什么行掃描、列尋址,統(tǒng)統(tǒng)不管。我們只關(guān)心三個字母,看到?jīng)]有,那個有三個端口的元件的就是TFT。上圖就是TFT的結(jié)構(gòu)圖。IGZO 出場了,TFT為三端器件,分別為源極(S),柵極(Gate)和漏極(D)。通過控制柵極的高低電平,可以控制源、漏極間的導(dǎo)通與關(guān)斷。IGZO的角色就是充當(dāng)連接源、漏極的導(dǎo)電溝道,受柵極控制。

      IGZO相比傳統(tǒng)TFT有什么優(yōu)點?

      IGZO中文名為氧化銦鎵鋅,就是用氧化鋅與銦、鎵按一定比例混合。

      傳統(tǒng)的TFT是將IGZO換成了a-Si(非晶硅),什么是非晶?理想晶體原子的排列是長程有序,而非晶態(tài)材料原子的排列不具有周期性,但是在短程上是有序的。而多晶則介于兩者之間。

      隨著液晶顯示器尺寸的不斷增大,驅(qū)動頻率也不斷提高,傳統(tǒng)非晶硅薄膜晶體管的電子遷移率(遷移率為單位電場下電子的平均漂移速度,可以理解為導(dǎo)電能力)很難滿足需求,而且均一性差。所以找到了一種金屬氧化物,即所謂的氧化銦鎵鋅(IGZO)。它遷移率高,制備工藝簡單,均一性好而且是透明的。

      這里的IGZO同樣是采用非晶,為什么要用非晶呢,而不是單晶或多晶?單晶與多晶的導(dǎo)電性都強于非晶。因為單晶的制備非常的昂貴,而多晶的導(dǎo)電性很不均勻,很容易像素點之間亮度不一致。非晶勝在導(dǎo)電性均勻又便宜,性質(zhì)不好,但在目前工業(yè)應(yīng)用上是足夠的。

      半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)分為導(dǎo)帶,禁帶和價帶。在常態(tài)下金屬的導(dǎo)帶中就含有電子,所以金屬是導(dǎo)體,而半導(dǎo)體在不加外界偏壓下,導(dǎo)帶中無電子,所以沒有導(dǎo)電能力。當(dāng)加上外界偏壓,價帶中的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中,在價帶中就出現(xiàn)電子空洞,稱為空穴,導(dǎo)帶中就出現(xiàn)電子,就能導(dǎo)電了。傳統(tǒng)TFT采用非晶硅材料,非晶硅不透明,而且禁帶寬度(導(dǎo)帶、價帶間不含電子的能帶稱為禁帶)較IGZO窄,容易在可見光下很容易將價帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶上,這在TFT控制中是不想要的,必須用黑矩陣遮擋光線。所以在每個像素點中,非晶硅TFT都會占用像素的一定面積,使透光面積減少。而IGZO-TFT則是透明的,而且對可見光不敏感,所以大大增加了器件開口率,從而提高了亮度,降低功耗。

      IGZO缺點

      IGZO既然那么好,為什么還沒有量產(chǎn)呢?壽命是關(guān)鍵因素。非晶金屬氧化物IGZO TFT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。所以必須在IGZO表面鍍上一層保護(hù)層,所以怎么鍍,鍍什么保護(hù)層使使用壽命比得上傳統(tǒng)TFT成了現(xiàn)在的量產(chǎn)障礙。而且還需要優(yōu)化工藝,使制造成本下降。

      夏普的IGZO液晶顯示器能夠量產(chǎn),說明以上提到的問題在技術(shù)上有了大突破。

      IGZO TFT 的AMOLED應(yīng)用

      既然IGZO作為TFT的優(yōu)勢那么明顯,而且現(xiàn)在OLED柔性顯示器這么火熱,那IGZO能不能應(yīng)用在OLED中呢?答案是肯定的。而且IGZO有其他材料無法比擬的優(yōu)點,如高電子遷移率、透明,還有一個優(yōu)點,就是IGZO具有很好的彎曲性能,能夠很好的配合柔性O(shè)LED。

      但是LCD的TFT結(jié)構(gòu)無法用于OLED,LCD采用電壓驅(qū)動,而OLED卻是依賴電流驅(qū)動,其亮度與電流大小成正比。

    (審核編輯: 滄海一土)

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