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[组图]从显示层面谈IGZO与传统TFT区别         ★★★
从显示层面谈IGZO与传统TFT区别
作者:OE Fan 文章来源:本站整理 点击数:737 更新时间:2016/10/18 13:56:13

显示器可以分为平板显示器(FPD)和阴极射线管(CRT)。CRT为我们所熟知,具有大大的屁股,价格便宜,色彩丰富,有良好的可视角度。但是由于它体积庞大,图像畸变等致命缺陷,其市场渐渐被FPD取代。平板显示器顾名思义,就是厚度很薄的显示器。可以分为液晶显示器LCD,等离子体显示器(PDP),有机发光二极管显示(OLED),场发射显示器(FED)等。

液晶显示器可以分为有源矩阵LCD(AMLCD)和无源矩阵LCD(PMLCD)。而现代显示技术一般采用AMLCD技术。因为无源矩阵LCD的电光特性很难满足高画质图像,特别是视频图像显示。有源矩阵指的是每个像素点都连着一个有源器件(提供电压或电流)。

说了这么多废话,怎么还没到IGZO啊?别急,我们先来说说TFT-LCD,TFT学名为薄膜场效应晶体管,它就是作为驱动液晶显示器的三端有源器件,所有高档液晶显示器都用的是它,牛吧?

我们来看看这个电路图,这里我们不讨论显示器的各种驱动控制方式,什么静态驱动、动态驱动,什么行扫描、列寻址,统统不管。我们只关心三个字母,看到没有,那个有三个端口的元件的就是TFT。上图就是TFT的结构图。IGZO 出场了,TFT为三端器件,分别为源极(S),栅极(Gate)和漏极(D)。通过控制栅极的高低电平,可以控制源、漏极间的导通与关断。IGZO的角色就是充当连接源、漏极的导电沟道,受栅极控制。



IGZO相比传统TFT有什么优点?

IGZO中文名为氧化铟镓锌,就是用氧化锌与铟、镓按一定比例混合。

传统的TFT是将IGZO换成了a-Si(非晶硅),什么是非晶?理想晶体原子的排列是长程有序,而非晶态材料原子的排列不具有周期性,但是在短程上是有序的。而多晶则介于两者之间。

随着液晶显示器尺寸的不断增大,驱动频率也不断提高,传统非晶硅薄膜晶体管的电子迁移率(迁移率为单位电场下电子的平均漂移速度,可以理解为导电能力)很难满足需求,而且均一性差。所以找到了一种金属氧化物,即所谓的氧化铟镓锌(IGZO)。它迁移率高,制备工艺简单,均一性好而且是透明的。

这里的IGZO同样是采用非晶,为什么要用非晶呢,而不是单晶或多晶?单晶与多晶的导电性都强于非晶。因为单晶的制备非常的昂贵,而多晶的导电性很不均匀,很容易像素点之间亮度不一致。非晶胜在导电性均匀又便宜,性质不好,但在目前工业应用上是足够的。

半导体的能带结构分为导带,禁带和价带。在常态下金属的导带中就含有电子,所以金属是导体,而半导体在不加外界偏压下,导带中无电子,所以没有导电能力。当加上外界偏压,价带中的电子被激发到导带中,在价带中就出现电子空洞,称为空穴,导带中就出现电子,就能导电了。传统TFT采用非晶硅材料,非晶硅不透明,而且禁带宽度(导带、价带间不含电子的能带称为禁带)较IGZO窄,容易在可见光下很容易将价带电子激发到导带上,这在TFT控制中是不想要的,必须用黑矩阵遮挡光线。所以在每个像素点中,非晶硅TFT都会占用像素的一定面积,使透光面积减少。而IGZO-TFT则是透明的,而且对可见光不敏感,所以大大增加了器件开口率,从而提高了亮度,降低功耗。

IGZO缺点

IGZO既然那么好,为什么还没有量产呢?寿命是关键因素。非晶金属氧化物IGZO TFT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。所以必须在IGZO表面镀上一层保护层,所以怎么镀,镀什么保护层使使用寿命比得上传统TFT成了现在的量产障碍。而且还需要优化工艺,使制造成本下降。

夏普的IGZO液晶显示器能够量产,说明以上提到的问题在技术上有了大突破。

IGZO TFT 的AMOLED应用

既然IGZO作为TFT的优势那么明显,而且现在OLED柔性显示器这么火热,那IGZO能不能应用在OLED中呢?答案是肯定的。而且IGZO有其他材料无法比拟的优点,如高电子迁移率、透明,还有一个优点,就是IGZO具有很好的弯曲性能,能够很好的配合柔性OLED。

但是LCD的TFT结构无法用于OLED,LCD采用电压驱动,而OLED却是依赖电流驱动,其亮度与电流大小成正比。

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