智能手机屏幕：功耗太大亟待解决

智能手机配备了比普通手机尺寸大且高精细的显示面板，显示面板的耗电量也随之增加。现有智能手机配备的显示面板，无论液晶面板还是有机EL面板，其耗电量均超过了600mW。有机EL面板在全白显示时的耗电量甚至达到了约1800mW。

加之智能手机不以语音通话为主，而主要是用于Web网站浏览和邮件收发，这种用法的改变，使得显示面板会一直保持点亮状态。可以说，一直消耗着600mW以上电力的显示面板是令智能手机电池耐久性恶化的主要原因。

目前是以图像处理来降低耗电量

如果只单纯配备耗电量超过600mW的显示面板，智能手机是无法避免电池驱动时间太短的问题的。各终端厂商现在是通过实施诸如相对于输入影像信号及周围亮度的伽玛校正以及画面亮度控制等图像处理，来降低显示面板耗电量的。

由图像处理降低显示面板耗电量的方法“在普通手机上从2008年前后开始导入，随着显示面板的大屏幕化和高精细化，能够更加精细地进行控制”（NEC卡西欧移动的并木）。

配备有机EL面板的智能手机除图像处理外，还在显示内容方面下了工夫。通过在菜单画面等上以黑色显示背景，以白色显示文字，减小了白显示在画面整体所占的面积。可以说这是全白显示时的耗电量高的“有机EL面板机型必须要做的处理”（NEC卡西欧移动的并木）。

高精细化变成瓶颈

尽管终端厂商采取了措施，但据称在浏览Web网站时显示面板的耗电量“仍占智能手机整体的约3成”（多家终端厂商）。要想从根本上解决问题，需要降低显示面板自身的耗电量。

但从面板厂商的开发动向来看，智能手机用显示面板的耗电量今后还可能进一步增加。因为液晶面板等均在不断推进大屏幕化和高精细化。

目前，各终端厂商的高端机型开始普遍采用分辨率在300ppi以上的显示面板。在2012年底～2013年，分辨率有可能会提高到近500ppi。精细度提高，单位像素的开口率就会降低，耗电量就会进一步增加。

各面板厂商需要开发兼顾高精细化和低耗电量化的面板。虽然进展缓慢，但液晶面板和有机EL面板均已开始采取旨在大幅削减耗电量的措施。

已采用了多种技术

液晶面板通过控制液晶分子的电压部分遮蔽背照灯光来表现灰阶。降低耗电量的对策有增加面板开口率、降低驱动电压、提高背照灯光源——白色LED的发光效率，以及提高光学材料性能等。耗电量的降低，正是这些措施“一点点积累的结果”（日立显示器）注1）。

注1）东芝移动显示器、索尼移动显示器和日立显示器三家公司2012年4月合并成了日本显示器，本文中使用的是原公司名称。

现有智能手机用液晶面板已经采用了多种低耗电量化技术。显示模式采用可提高开口率的“FFS（fringe field switching）”方式*，驱动元件采用载流子迁移率高、可小型化的低温多晶硅（LTPS）TFT。光学部材使用了多片可提高亮度的薄膜。

*FFS方式＝与IPS方式一样是横向电场控制用显示技术。与IPS方式不同的是，像素电极和通用电极配置在上下方向。中小型液晶面板大部分都采用FFS方式，但称为IPS方式。

尽管如此，现有智能手机的液晶面板仍必须使用最多8个白色LED来确保亮度。虽然白色LED的发光效率“有望以年均5～10％左右的幅度提高”（日亚化学工业），但随着高精细化的发展，发光效率提高的部分可能会被抵消掉。仅改良现有技术只能提高数％左右，难以从根本上解决问题。

从像素构成入手

在大幅削减耗电量上备受关注的液晶技术，也就是子像素排列的变更。具体为，在R（红）G（绿）B（蓝）3色的子像素中添加未配备彩色滤光片（CF）的W（白）来提高面板透射率，从而降低耗电量。虽然这是原来就有的技术，但目前将其应用于高精细面板中的讨论在加速。

通过变更子像素的排列降低了液晶面板耗电量的终端已经面世。那就是英国索尼移动通信（Sony Mobile Communications）2012年2月发布的智能手机“Xperia P”。该机型配备了索尼开发的“WhiteMagic”液晶面板。

WhiteMagic在一个像素上配置了RGBW四色的子像素。即使背照灯亮度减半，面板画面仍可实现与此前产品相同的亮度。其特点是，如果背照灯亮度与原产品相同，则画面亮度可提高至2倍左右。

索尼移动采用WhiteMagic时，调整了对输入影像的图像处理。这是因为，如果只单纯追加W，影像的对比度感会降低。索尼移动与索尼共同反复调整了将RGB影像信号转换成RGBW时的图像处理参数。由此，“实现了在室内使用时可削减耗电量，在户外时画面明亮容易看清的效果”（索尼移动）。

将RGBW分配给两个像素

韩国三星电子正在研究同样采用RGBW四色子像素，但将其分配给两个像素的“Pentile”方式。由于将一个像素的子像素数从以往的3个减为2个，因此更方便提高面板透射率。虽然因像素减少而被指画质劣化，但不失为削减耗电量的有效手段。

三星采用Pentile方式试制的10.1英寸、2560×1600像素的液晶面板，驱动元件采用迁移率低、TFT难以小型化的非晶硅TFT，但却可实现299ppi的高分辨率。耗电量最大为3.4W，与采用RGB三色CF的10.1英寸1280×800像素产品相同。“最早预定在2012年内开始量产”（三星）。

关键在于提高发光元件的性能

有机EL面板属于自发光型器件，与液晶面板相比构成部材较少。用于智能手机的有机EL面板采用在TFT基板相反的一侧提取光的顶部发光构造，因此不会被TFT遮挡住光线。要降低耗电量，需要提高有机EL元件的内部量子效率和光提取效率。

要提高有机EL元件的内部量子效率，最有效的方法莫过于采用磷光材料。三重态激励发光的磷光材料与从单重态激励发光的萤光材料相比，在理论上内部量子效率更高。目前的状况是，在智能手机用有机EL面板上，R发光材料已经实用化，G发光材料即将得到采用。但B的磷光材料由于色纯度和寿命较低，实用化尚需时日 注2）。

注2） 为使磷光材料从三重态发光，而要采用Ir（铱）和Pt（白金）等昂贵的金属。因此存在成本高的课题。九州大学以数年后实现实用化为目标，正在开发不含Ir和Pt的发光材料。通过将单重态和三重态激发状态的能量顺序之差降到50meV，而在将能量向单重态转换。据2012年3月发布的开发成果，已经实现了86.5％的高转换效率。[!--empirenews.page--]

出光兴产采用现有的B萤光材料提高了内部量子效率。该公司通过在电子输送层和发光层之间设置“EEL（efficiency enhancement layer）”层，开发出了超过萤光材料理论界限的B发光元件。“EEL通过使三重态激子在发光元件内保留一定的时间，使激子之间发生碰撞，从而将能量向单重态转移”（出光兴产电子材料部电子材料中心主任研究员熊均）。由此提高了内部量子效率。

出光兴产还设法提高了有机EL元件的光提取效率。通过在发光元件的负极上设置折射率较高的有机物覆盖层，“抑制了表面离子体在负极表面上造成的消光现象”（熊均）。该公司采用B萤光材料以及R和G磷光材料试制出了设置有EEL和覆盖层的有机EL元件。将其用于800×480像素的4英寸品时，预计耗电量在全白显示时为644mW，平均为143mW，可降至目前的1/2以下。

还可能有第三种显示元件

除了液晶面板和有机EL面板外，还有其他降低了耗电量的显示器技术。其中之一就是美国风险企业Pixtronix开发的MEMS显示器。

Pixtronix开发的MEMS显示器技术由MEMS快门、采用RGB三色LED的背照灯、TFT、反射板及玻璃基板等构成。通过高速开关MEMS快门，控制LED背照灯的透射光和自然光量来显示灰阶。透射模式通过依次驱动RGB三色LED背照灯来显示彩色。由于无需像液晶面板那样使用偏光板和CF，因此光利用效率可提高至60～80％左右，比液晶面板的6～8％有大幅提升。

Pixtronix已在向奇美电子（CMI）、日立显示器以及三星等知名面板厂商提供技术授权。CMI已公开了5.14英寸的640×480像素试制品，日立显示器也公开了2.5英寸的320×240像素试制品。CMI的试制品耗电量为550mW，“是相同性能参数液晶面板的2/3左右”（CMI）。