智能手机推动显示器技术进步

FPD市场发展的牵引力正逐渐从大型面板向中小型面板转变。原因是，电视机市场增长速度放缓，而智能手机和平板终端市场却在快速扩大。因此，中小型面板的技术开发竞争越来越激烈。除了接近500ppi的超高精度化正在加速推进外，耗电量也在以1mW单位下降。采用树脂基板的柔性面板也将实用化。

“中小型面板业务是定制性较高的业务。通过融合三家公司的优秀技术，我们能够提供高附加值产品”。

索尼、东芝和日立制作所三家公司将合并各自的中小型面板子公司，在日本产业革新机构的主导下于2012年春季设立“日本显示器”公司。在2011年11月15日举行的记者发布会上，预定出任新公司代表董事社长一职的大塚周一用开篇的话语表达了对未来业务的信心。

通过合并三家公司的业务成立的日本显示器按金额计算将成为全球最大的中小型液晶面板厂商。另外，新公司还计划从松下手中收购大尺寸液晶面板生产工厂——松下液晶显示器的茂原工厂，以便构筑使用第6代玻璃基板的低温多晶硅（LTPS）TFT生产线。2015财年的销售额目标是，达到2011财年三家公司合计值的1.3倍、即7500亿日元。

各公司向中小型面板业务倾斜

日本显示器的目标是在中小型面板业务中坚守份额首位宝座。不过，其他公司也同样在强化中小型面板业务。

现在，从事大尺寸液晶面板业务的厂商纷纷开始将重心向中小型面板业务倾斜（图1）。夏普将利用该公司的大尺寸液晶面板生产工厂龟山第1和第2工厂生产中小型液晶面板。韩国三星移动显示器（SMD）启动了采用第5.5代玻璃基板的有机EL面板生产线。韩国LG显示器、台湾奇美电子（CMI）及台湾友达光电（AUO）等各大公司也纷纷加大中小型面板开发和生产的力度。

图1：各厂商致力于中小型面板业务

日韩台的面板厂商开始将业务重心从电视机用大型面板转向智能手机和平板终端使用的中小型面板。今后，技术开发竞争将越来越激烈。

各公司强化中小型面板业务的原因在于市场的迅速变化。推动面板业务发展的主角正逐渐从此前的电视机用大型产品向智能手机和平板终端用中小型产品转变。据美国DisplaySearch公司调查，电视机面板按金额计算呈缓慢的负增长，而智能手机和平板终端用中小型面板预计2015年之前按金额计算均将实现年均40％以上的增长率（图2）。

图2：智能手机和平板终端起领军作用

主要消费类产品配备的面板供货金额预测。预计智能手机和平板终端使用的中小型面板将大幅增长，而电视机用大型面板将呈现缓慢的负增长。（根据DisplaySearch的资料制作）

而且在智能手机面板方面，实现了高精度化和高视角化的高附加值面板需求较大。对于因电视机用大型面板价格下跌而苦恼的面板厂商而言，可以说强化中小型面板业务是改善收益的关键。

三大技术开发重点

强化中小型面板业务的面板厂商越来越多，这样不但能降低智能手机和平板终端面板的成本，提高附加值的技术开发速度也会加快。

在电视机用面板获得“王者”地位的液晶面板，在智能手机市场则要面对不断普及的有机EL面板等技术的竞争。LG显示器已经开始在世界各地的展会上通过对照展示液晶面板和有机EL面板，大力宣传该公司推进的IPS方式液晶面板的优势。

旨在提高中小型面板附加值的开发竞争主要取决于以下三项技术：①超高精度化、②低耗电量化、③柔性化（图3）。如何才能以低成本实现这些技术是面板厂商竞争的重点。

图3：技术开发重点有3个

智能手机和平板终端使用的面板正以①超高精度化、②低耗电量化和③柔性化为重点推进技术开发。

①超高精度化的目标是，能在智能手机面板上显示1920×1080像素的全高清影像。为此，需要将分辨率由目前的330ppi提高至400～500ppi。②低耗电量化方面，为延长便携终端的连续驱动时间，需要以1mW为单位不断削减耗电量。③柔性化方面，为实现具有高坚固性和高形状自由度的面板，需要采用树脂基板。

瞄准500ppi的高精度化

在中小型面板技术开发中，竞争越来越激烈的是①超高精度化。一般而言，人眼的分辨率极限为300ppi左右。但美国苹果公司2010年上市的“iPhone 4”配备了具备326ppi分辨率的3.5英寸、960×640像素的液晶面板，以此为契机，智能手机用面板开始推进可以说是过剩的高精度化竞争。

各产品厂商面向2011年的年底商战推出的高端机型配备了分辨率超过340ppi的面板。平板终端方面也推出了配备215ppi液晶面板的产品等，超高精度化趋势逐渐开始扩展到平板终端。

今后，预计智能手机和平板终端用面板的分辨率将进一步提高（图4）。2012～2013年，7英寸以下的智能手机和平板终端极有可能配备500ppi左右分辨率的面板，而9～10英寸平板终端面板的分辨率极有可能达到300ppi以上。

图4：500ppi化是高精度化的目标

智能手机和平板终端配备的面板正在加速实现高精度化。2012年以后配备近500ppi分辨率的产品将亮相。

“尺寸为4.3～4.5英寸、像素为1920×1080的面板分辨率约为500ppi。与目前的电视相同也是“全高清”这一点是销售时的强有力武器”（日本数码产品厂商的技术人员）。高精度化方面，液晶面板和有机EL面板目前全部以500ppi为目标推进开发。[!--empirenews.page--]

液晶面板在高精度化方面领先一步

在面板的高精度化方面领先一步的是液晶面板。现已试制出接近500ppi的高精细面板。

例如，东芝移动显示器（TMD）在2011年10月举行的“FPD International 2011”（FPDI 2011）上，展示了具备498ppi分辨率的6.1英寸、2560×1600像素液晶面板（图5（a））。驱动元件采用LTPS TFT实现了高精度化。“最早计划2012年量产”（TMD）。

图5：液晶面板在高精度化方面领先一步

液晶面板方面正在开发采用多种驱动元件的高精细面板。（a）是TMD的LTPS TFT驱动面板，（b）是三星的IGZO TFT驱动面板，（c）是ORTUS TECHNOLOGY的非晶硅TFT驱动面板。

液晶面板方面，还在推进开发驱动元件采用氧化物半导体IGZO（In-Ga-Zn-O）TFT和普通非晶硅TFT来实现高精度化的液晶面板。这些驱动元件与LTPS TFT相比可简化TFT制作工艺，因此便于降低成本。

IGZO TFT方面，韩国三星电子在FPDI 2011上展示了10.1英寸的2560×1600像素液晶面板（图5（b））。由于目前尚未确立驱动元件的制作工艺，因此量产时间未定。

非晶硅TFT方面，ORTUS TECHNOLOGY面向广播电视设备开发出了4.8英寸的1920×1080像素液晶面板（图5（c））。该面板以融合了低电阻布线技术和高开口率技术的“HAST（Hyper Amorphous Silicon TFT）为基础，优化了精密加工技术、液晶配向技术和面板驱动技术。

现有工艺迎来极限

而有机EL面板则在高精度化方面遭遇攻坚战（图6）。三星电子2011年10月发布的智能手机“Galaxy Nexus”虽然配备了316ppi分辨率的4.65英寸、1280×720像素有机EL面板，但没有采用通常的R（红）G（绿）B（蓝）子像素排列。

图6：利用掩模蒸镀实现高精度化的方法将迎来极限

有机EL方面，基于掩模蒸镀的高精度化正在接近极限。今后极有可能采用激光转印等来实现高精度化

Galaxy Nexus配备的有机EL面板是三星电子的子公司SMD开发的。为实现高精度化，SMD采用了名为“Pentile”方式的技术。该技术将RGGB四个子像素分配给两个像素来实现虚拟的高精度化，并已应用于2010年3月发布的第一代“Galaxy S”使用的4英寸有机EL面板。2011年2月发布的“Galaxy SⅡ”又采用了普通的RGB子像素阵列，部分用户因此对Galaxy Nexus丧失信心。

有机EL面板难以实现高精度化的原因在于发光元件的形成工艺。SMD公司利用金属掩模蒸镀法来形成RGB发光材料。该方法难以确保子像素的定位精度，很难实现超出200ppi很多的高精度化。

为解决该课题，SMD目前“正考虑采用基于激光转印的有机EL元件形成工艺来量产”（日本Techno Systems Research营销总监林秀介）。

激光转印是向其他基板上形成的发光材料选择照射激光，将其转印到面板用玻璃基板上的技术（图6）。由于无需使用金属掩模，以普通的子像素阵列便可实现300ppi以上分辨率的有机EL面板。

智能手机面板耗电量超过600mW

中小型面板技术开发中的另一项关键技术②低耗电量化将在高精度化告一段落的2013年以后展开全面竞争。“只要是配备在便携终端上，那么为延长连续驱动时间，即便是1mW也要降低耗电量。随着用户环保意识的提高，这是必须解决的课题”（IMI ICT营销研究所代表、营销创意顾问越后博幸）。

目前，智能手机配备的面板在实际使用时，液晶面板和有机EL面板的耗电量均在600mW以上（图7）。今后，如果高精度化取得进一步发展，不但驱动元件的数量增加，单位像素的开口率也会降低，因此会遮挡光线，导致耗电量进一步增加。

图7：600mW以上的高耗电量

4.5英寸的液晶面板和有机EL面板在改变白色画面显示时的耗电量变化。液晶面板最大约为650mW，有机EL面板平均约为600mW。（图由本刊根据LG显示器的资料制作）

例如，TMD的498ppi产品的耗电量“在相同画面尺寸下比分辨率为330ppi左右的液晶面板要大”（该公司）。该公司在一定程度上牺牲了显示性能，比如将色彩表现范围控制在NTSC规格比61％，由此来提高面板透射率等。

今后，面板厂商需要在维持或提高显示性能的同时降低耗电量。方法因液晶和有机EL稍有不同。

对于不属于自发光型器件的液晶面板而言，提高占耗电量7成以上的白色LED的发光效率是最简单的对策（图8）。目前的智能手机液晶面板使用的白色LED数量为5～6个。“每个的耗电量为100mW左右，发光效率约为100lm/W”（欧司朗光电半导体日本消费部高级经理吉村淳）。如果能提高发光效率，就能降低耗电量。

图8：LED的耗电量占7成以上

智能手机用液晶面板中，背照灯光源白色LED的耗电量占面板模块整体耗电量的7成以上。不仅要提高白色LED的发光效率，还要推进面板和光学部材等的低耗电量化开发。

液晶欲削减整体耗电量

不过，背照灯用白色LED的发光效率“虽然今后会不断提高，但不会马上就出现180～200lm/W的产品”（吉村）。因此，不仅是白色LED，还需要推进面板和光学部材等系统整体的开发。

于是对白色LED以外的面板部材进行改良，从而实现了高显示性能和低耗电量的液晶面板开始陆续亮相。例如，索尼开发出了在一个像素上除通常的RGB外再添加W（白），由此降低了耗电量的液晶面板（图9（a））。W部分没有彩色滤光片（CF），因此可提高面板透射率。所以，即使背照灯亮度减半，面板画面也可实现与原产品相同的亮度。[!--empirenews.page--]

图9：液晶的低耗电量化竞争

各厂商正在能开发降低耗电量的液晶面板。索尼通过RGBW四色的CF，夏普和半导体能源研究所通过采用IGZO TFT作为驱动元件来推进低耗电量化（a，b）。AUO没有公布详情，不过开发出了耗电量减半的4.46英寸产品（c）。

另外，如果只是单纯追加W，会形成对比度感较低的影像，因此索尼采用了“以RGB＋W的四色组合形成与RGB三色相同颜色”的图像显示算法。

采用IGZO TFT作为驱动元件实现低耗电量化的，是夏普和半导体能源研究所（图9（b））。夏普表示，“由于IGZO TFT载流子迁移率比非晶硅TFT高20～50倍，因此可将TFT尺寸缩小至约1/5。另外，虽然详情不便公布，不过通过采用基于IGZO TFT特性的驱动也能降低耗电量”。10.8英寸的1366×800像素液晶面板的耗电量是采用非晶硅TFT驱动时的约2/3。

此外，友达光电在FPDI 2011上展示了耗电量减半的4.46英寸、1280×720像素液晶面板（图9（c ））。该公司没有公布详情，不过表示“是通过在CF和背照灯上采用自主技术实现的”（友达光电）。

彻底改进光学系统

此外还有彻底改进背照灯光利用效率的措施。庆应义塾大学教授、光学研究所所长小池康博的研发小组正在开发液晶面板光学系统，该系统采用的是可高度控制光的直线性和散射的“光散射导光聚合物”（HSOT），以及不会产生双折射的“零零双折射聚合物”（图10）注1）。

图10：两种光学部材

庆应义塾大学正在开发的液晶面板采用可高度控制光的直射性和散射的“光散射导光聚合物”（HSOT）以及不产生双折射的“零零双折射聚合物”。与普通的VA方式液晶面板相比，可实现低耗电量化、大视角化和低成本化。

注1） 庆应义塾大学和下文提到的九州大学的研究均为日本内阁府“尖端研究开发支援项目（FIRST）”中的一个。

庆应义塾大学开发的光学系统在背照灯导光板和面板表面膜上使用HSOT，在偏光板保护膜上使用零零双折射聚合物。由此，“可实现兼具高显示性能和低耗电量的液晶面板”（庆应义塾大学的小池）。另外，无需使用电视机用液晶面板使用的相位差板，因此还可降低成本。

HSOT是将不吸收光的数μm球状粒子分散到丙烯树脂中形成的材料。通过适量分散球状粒子等，可将固定方向直射性较高的光以及散射到所有方向的光提取到外部。将前者用于背照灯的导光板，可提高正面方向的亮度。而后者如果用于液晶面板的表面膜上，则可扩大液晶面板的视角。

零零双折射聚合物是不会因树脂配向和外压造成的变形而发生双折射的材料。通过在两枚偏光板的表面设置零零双折射聚合物层，可实现几乎没有漏光的状态 注2）。庆应义塾大学的小池教授表示“计划与日本的面板厂商共同在2013年之前导入”。

注2） 偏光子和保护膜的粘接以及偏光板和玻璃基板的粘接采用名为“零双折射粘着剂”的无双折射材料。

以低成本提高量子效率

而自发光器件有机EL面板方面，提高发光元件的效率是降低耗电量的关键。

最有效的是采用磷光材料。从三重态激发状态发光的磷光材料的内部量子效率理论上为100％，远远高于从一重态激发状态发光的萤光材料的25％。智能手机用有机EL面板此前一直使用萤光材料，不过磷光材料方面“R发光材料已开始实用化，此外还在考虑导入G发光材料”（某面板厂商的技术人员）。

导入磷光材料存在的课题之一是材料成本高。这是因为，要想从三重态激发状态发光，发光材料需要采用基于Ir（铱）和Pt（白金）等昂贵金属的有机金属络合物。这样一来，即使降低了耗电量，有机EL面板的价格也会升高。

为解决上述问题，九州大学最尖端有机光电子研究中心中心长安达千波矢领导的研发小组，正在开发不使用Ir和Pt来提高内部量子效率的发光材料 注3）。该研发小组目前正在开发名为“热活性型延迟萤光”（TADF）的、具备新发光原理的材料（图11）。通过将能量从三重态激发状态移动到一重态激发状态，利用荧光发光工艺可获得与磷光相同的内部量子效率。

图11：开发第三种发光工艺

九州大学正在开发将能量从三重态激发状态移动到一重态激发状态，利用萤光发光工艺可获得与磷光相同发光的热活性型延迟萤光（TADF）材料（a）。目前已经试制出采用该材料的单色有机EL面板（b）。（图（b）由九州大学提供）

注3） 安达还是九州大学研究生院工学研究院应用化学部门、未来化学创造中心、WPI·碳中和·能源研究所的教授等。

安达研发小组开发的发光材料通过将一重态和三重态激发状态的能级差控制在0.1eV以下来实现上述能量移动。现已试制出采用蓝绿色发光材料的有机EL面板，实现了50％左右的内部量子效率。今后，除了将量子效率提高至与磷光材料相同的水平外，还将推进RGB三色材料的开发。“最早计划2013年实用化”（九州大学的安达）。

三星将率先推出产品

中小型面板技术开发的最后一个重点技术③柔性化以前就在展会和学会等上备受关注，但一直公认实用化还需要时间。不过，2012年以后将在部分用途中开始实现产品化。

估计三星将率先向市场投放配备彩色显示柔性面板的产品。三星在发布2011年第三季度（2011年7～9月）的结算报告时宣布，将于2012年初上市配备柔性面板的智能手机。很多观点认为，“通过采用树脂基板提高了坚固性和设计性的终端即将亮相”（多位显示屏相关人士）。[!--empirenews.page--]

关于终端配备的柔性面板的详情，三星电子没有公布任何内容。根据此前在学会和展会等的发布推测，应该是使有机EL面板实现了柔性化。

例如，三星电子的子公司SMD在2010年11月的FPDI和2011年1月的“International CES”上公开了4.5英寸的800×400像素柔性有机EL面板（图12）。SMD在制作面板时首先将玻璃基板和树脂基板一体化，在其上形成驱动元件LTPS TFT和有机EL元件，然后剥离玻璃基板，由此实现了柔性有机EL面板 注4）。“2012年推出的面板极有可能采用剥离技术”（日本国内的显示器技术人员）。

图12：接近实用化的柔性有机EL面板

SMD在2010年11月的FPDI和2011年1月的International CES上公开了4.5英寸的柔性有机EL面板（a）。估计是将玻璃基板和树脂基板一体化，在其上形成驱动元件和有机EL元件后，剥离玻璃基板和树脂基板实现的（b）。

注4） SMD公司2009年开发的2.8英寸柔性有机EL面板就采用了该方法。

有机TFT也将扬帆起航

从量产成本来看，将来在树脂基板上直接形成驱动元件的方法最理想。日本厂商等正在开发以低温涂布工艺形成氧化物半导体TFT和有机TFT的技术。在2011年5月举行的“SID 2011”上，东芝和索尼的技术发布备受关注。

不过，其中大部分都是处于研究开发阶段的技术，实用化尚未取得眉目。尤其是有机TFT，“实用化的门槛较高。韩国和台湾面板厂商放慢了开发速度”（友达光电技术部特别助理松枝洋二郎）。

有机TFT虽然实用化比较困难，不过已经逐渐开始小规模量产。美国Plastic Logic公司2011年9月上市了配备单色电子纸的终端“Plastic Logic 100”，其中电子纸的驱动元件采用有机TFT（图13），并作为教育用终端供货给俄罗斯的小学。该公司原定2010年4月上市消费类电子书“QUE”，不过经数次推迟上市时间后，最终放弃了上市。

图13：采用有机TFT的电子纸

Plastic Logic公司上市了配备有机TFT驱动电子纸的终端“Plastic Logic 100”。用于俄罗斯的教育用途。（摄影：Plastic Logic公司）