近日,有媒体报道,力积电与日本研发机构合作,开发出全球独家第四代氧化物半导体材料IGZO(氧化铟镓锌)制程技术,可生产解析度超过5000ppi的显示驱动芯片!
据悉,这款芯片可以突破既有元宇宙设备显示技术解析度、亮度技术不足限制。力积电董事长黄崇仁透露,现在公司约有上百人的团队投入IGZO制程。黄崇仁看好运用力积电IGZO制程的AR/VR产品,可望在2023年小量试产。
什么是IGZO?
氧化铟镓锌(IGZO),是第四代半导体材料,是一种薄膜晶体管(TFT)技术,可用作高性能TFT的沟道材料,具有高电子迁移率的特征,可以用来制造高分辨率、低功耗超高清显示面板。
常见的TFT技术主要有非晶硅(a-Si)、低温多晶硅(LTPS)、氧化铟镓锌(IGZO)。非晶硅TFT的功耗较高、分辨率较低、体积难以缩小,由于性能无法进一步提升,逐渐无法满足日益提高的显示面板技术要求,低温多晶硅与IGZO正在对非晶硅形成替代。
与非晶硅相比,IGZO的电子迁移率更高,能制造体积更小的TFT,生产的显示面板分辨率更高、厚度更薄、能耗更低;与低温多晶硅相比,IGZO同样可实现超高清显示,只是分辨率略低,但人眼难以分辨,IGZO制造显示面板的工艺要求相对较低,良品率更高,成本更低,并且可实现窄边框,不仅可以用来制造小屏幕,还可以用来制造中大屏幕。
总结起来,IGZO金属氧化物技术主要有三方面突出优势:一是像素密度极致精细,电子迁移率能够达到传统面板的数十倍,像素密度可达400ppi以上,开口率大大提高。其二,续航能力是LTPS的5-10倍,当IGZO面板处于关闭状态时,漏电流只有a-Si的百分之一、LTPS的千分之一,示静态画面时,不必像a-Si那样频繁刷新,节能效果和续航能力更出色;三是IGZO面板驱动噪声影响触控面板的时间较短,即使是细微的触屏操作信号也能被识别,操作更舒适。
IGZO为何能提升分辨率?
实际上,一块显示屏的分辨率是由屏幕所能承载的像素点多少来决定的。无论是LCD、OLED,还是其他显示技术屏幕,其每一个像素点的点亮以及熄灭都由薄膜晶体管(TFT)来单独控制。同时,无论哪种显示技术都希望电子运输越快越好,这也就是电子迁移率。
电子迁移率用一个形象的比喻就相当于“火车的速度”。如果“火车速度”慢,为了在规定的时间内运输一定数量的电子,要么铺设多条“轨道”,要么增加“车厢数量”。反之,如果电子迁移率高,那么每个晶体管就可以做得更小。而IGZO相对传统非晶硅TFT电子迁移率更高,可以让像素点做得更小,进而把每一个像素做小,实现超高分辨率。
利用IGZO可以制造LCD、OLED、AMOLED等产品,由于性能优、适用范围广、成本较低,利用IGZO制造的面板已经在夏普、苹果、微软、三星、小米等国内外品牌电子产品中实现应用。IGZO可以广泛应用在智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备、AR/VR、电视、智能家居、汽车电子等领域。
IGZO制作不易
实际上,IGZO也是一种氧化物TFT技术。氧化物半导体提供了相对较高的薄膜晶体管(TFT)电子迁移率。与传统低温多晶硅(LTPS)/低温多晶氧化物(LTPO)相比,氧化物半导体在工厂中制造的成本要低得多。
此外,该工艺已经被扩展到8.5代线,用于LCD和OLED电视生产。由于这些原因,氧化物TFT背板是用于降低成本,并在未来推动OLED平板电脑和笔记本面板的生产和需求增长的主要候选。
然而,仅仅因为氧化物TFT已经被乐金显示和三星显示用于OLED电视面板,并不意味着它们可以轻松应用于高PPI IT应用(例如平板电脑、笔记本电脑和桌上型显示器)。氧化物的采用遭到了各种各样技术问题的挑战,尤其是迁移率和可靠性。
使用先进的氧化物材料、工艺和TFT设计,迁移率已经可以提高到40–50cm2/Vs,但是使用这些技术提高迁移率的同时也会导致TFT可靠性降低。从长远来看,如果能够克服高PPI氧化物显示面板的技术挑战,氧化物将成为中高端IT面板降低成本的重要手段之一。
从VR(虚拟现实)领域来看,目前分辨率不足是限制其发展的重要因素之一,利用IGZO制造显示驱动芯片及TFT背板技术,可大幅提高其分辨率,有利于提高VR市场渗透率。