智能手機(jī)省電秘訣：看如何從設(shè)計(jì)源頭來降低功耗

　　圖13：配備8個(gè)白色LED

　　分辨率超過300ppi的液晶面板最多可配備8個(gè)白色LED。為提高背照燈光的利用效率，采用了旨在提高開口率的面板技術(shù)和光學(xué)部材。（圖為富士通的“Arrows X LTE”配備的4.3英寸、1280×720像素的液晶面板。Fomalhaut Technology Solutions協(xié)助拆解）

　　盡管如此，現(xiàn)有智能手機(jī)的液晶面板仍必須使用最多8個(gè)白色LED來確保亮度。雖然白色LED的發(fā)光效率“有望以年均5～10％左右的幅度提高”（日亞化學(xué)工業(yè)），但隨著高精細(xì)化的發(fā)展，發(fā)光效率提高的部分可能會(huì)被抵消掉。僅改良現(xiàn)有技術(shù)只能提高數(shù)％左右，難以從根本上解決問題。

　　從像素構(gòu)成入手

　　在大幅削減耗電量上備受關(guān)注的液晶技術(shù)，也就是子像素排列的變更。具體為，在R（紅）G（綠）B（藍(lán)）3色的子像素中添加未配備彩色濾光片（CF）的W（白）來提高面板透射率，從而降低耗電量。雖然這是原來就有的技術(shù)，但目前將其應(yīng)用于高精細(xì)面板中的討論在加速。

　　通過變更子像素的排列降低了液晶面板耗電量的終端已經(jīng)面世。那就是英國索尼移動(dòng)通信（Sony Mobile Communications）2012年2月發(fā)布的智能手機(jī)“Xperia P”。該機(jī)型配備了索尼開發(fā)的“WhiteMagic”液晶面板（圖14）。

　　圖14：采用RGBW方式的WhiteMagic

　　索尼移動(dòng)通信在該公司的智能手機(jī)“Xperia P”上采用了索尼開發(fā)的液晶面板“WhiteMagic”（a）。通過采用在RGB中追加W的4色子像素，與原產(chǎn)品相比不但將耗電量削減約50％，還可將亮度提高至約2倍（b）。

　　WhiteMagic在一個(gè)像素上配置了RGBW四色的子像素。即使背照燈亮度減半，面板畫面仍可實(shí)現(xiàn)與此前產(chǎn)品相同的亮度。其特點(diǎn)是，如果背照燈亮度與原產(chǎn)品相同，則畫面亮度可提高至2倍左右。

　　索尼移動(dòng)采用WhiteMagic時(shí)，調(diào)整了對(duì)輸入影像的圖像處理。這是因?yàn)椋绻粏渭冏芳覹，影像的對(duì)比度感會(huì)降低。索尼移動(dòng)與索尼共同反復(fù)調(diào)整了將RGB影像信號(hào)轉(zhuǎn)換成RGBW時(shí)的圖像處理參數(shù)。由此，“實(shí)現(xiàn)了在室內(nèi)使用時(shí)可削減耗電量，在戶外時(shí)畫面明亮容易看清的效果”（索尼移動(dòng)）。

　　將RGBW分配給兩個(gè)像素

　　韓國三星電子正在研究同樣采用RGBW四色子像素，但將其分配給兩個(gè)像素的“Pentile”方式。由于將一個(gè)像素的子像素?cái)?shù)從以往的3個(gè)減為2個(gè)，因此更方便提高面板透射率。雖然因像素減少而被指畫質(zhì)劣化，但不失為削減耗電量的有效手段。

　　三星采用Pentile方式試制的10.1英寸、2560×1600像素的液晶面板，驅(qū)動(dòng)元件采用遷移率低、TFT難以小型化的非晶硅TFT，但卻可實(shí)現(xiàn)299ppi的高分辨率（圖15）。耗電量最大為3.4W，與采用RGB三色CF的10.1英寸1280×800像素產(chǎn)品相同。“最早預(yù)定在2012年內(nèi)開始量產(chǎn)”（三星）。

　　圖15：以Pentile方式降低耗電量

　　三星電子正探討在高精細(xì)面板中導(dǎo)入將RGBW四色子像素分配給兩個(gè)像素的“Pentile”方式。據(jù)稱在10.1英寸產(chǎn)品的比較中，導(dǎo)入該方式的2560×1600像素產(chǎn)品的耗電量與采用RGB三色子像素的1280×800像素產(chǎn)品為同等水平。

　　關(guān)鍵在于提高發(fā)光元件的性能

　　有機(jī)EL面板屬于自發(fā)光型器件，與液晶面板相比構(gòu)成部材較少。用于智能手機(jī)的有機(jī)EL面板采用在TFT基板相反的一側(cè)提取光的頂部發(fā)光構(gòu)造，因此不會(huì)被TFT遮擋住光線。要降低耗電量，需要提高有機(jī)EL元件的內(nèi)部量子效率和光提取效率。

　　要提高有機(jī)EL元件的內(nèi)部量子效率，最有效的方法莫過于采用磷光材料。三重態(tài)激勵(lì)發(fā)光的磷光材料與從單重態(tài)激勵(lì)發(fā)光的螢光材料相比，在理論上內(nèi)部量子效率更高。目前的狀況是，在智能手機(jī)用有機(jī)EL面板上，R發(fā)光材料已經(jīng)實(shí)用化，G發(fā)光材料即將得到采用。但B的磷光材料由于色純度和壽命較低，實(shí)用化尚需時(shí)日 注2）。

　　注2） 為使磷光材料從三重態(tài)發(fā)光，而要采用Ir（銥）和Pt（白金）等昂貴的金屬。因此存在成本高的課題。九州大學(xué)以數(shù)年后實(shí)現(xiàn)實(shí)用化為目標(biāo)，正在開發(fā)不含Ir和Pt的發(fā)光材料。通過將單重態(tài)和三重態(tài)激發(fā)狀態(tài)的能量順序之差降到50meV，而在將能量向單重態(tài)轉(zhuǎn)換。據(jù)2012年3月發(fā)布的開發(fā)成果，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了86.5％的高轉(zhuǎn)換效率。

　　出光興產(chǎn)采用現(xiàn)有的B螢光材料提高了內(nèi)部量子效率（圖16）。該公司通過在電子輸送層和發(fā)光層之間設(shè)置“EEL（efficiency enhancement layer）”層，開發(fā)出了超過螢光材料理論界限的B發(fā)光元件。“EEL通過使三重態(tài)激子在發(fā)光元件內(nèi)保留一定的時(shí)間，使激子之間發(fā)生碰撞，從而將能量向單重態(tài)轉(zhuǎn)移”（出光興產(chǎn)電子材料部電子材料中心主任研究員熊均）。由此提高了內(nèi)部量子效率。

　　圖16：耗電量降至1/2以下

　　出光興產(chǎn)通過追加高效率層提高了B螢光材料的內(nèi)部量子效率，并通過追加覆蓋層改善了光提取效率（a，b）。取得了4英寸的800×480像素產(chǎn)品的耗電量在全白顯示時(shí)為644mW，平均為143mW的模擬結(jié)果（c）。（圖由本刊根據(jù)出光興產(chǎn)的資料制作）

　　出光興產(chǎn)還設(shè)法提高了有機(jī)EL元件的光提取效率。通過在發(fā)光元件的負(fù)極上設(shè)置折射率較高的有機(jī)物覆蓋層，“抑制了表面離子體在負(fù)極表面上造成的消光現(xiàn)象”（熊均）。該公司采用B螢光材料以及R和G磷光材料試制出了設(shè)置有EEL和覆蓋層的有機(jī)EL元件。將其用于800×480像素的4英寸品時(shí)，預(yù)計(jì)耗電量在全白顯示時(shí)為644mW，平均為143mW，可降至目前的1/2以下。

　　還可能有第三種顯示元件