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» 2012年12月21日 21時09分 UPDATE

「IGZO」はなぜ低消費電力なのか?――シャープが詳細を説明

「AQUOS PHONE ZETA SH-02E」や「AQUOS PAD SHT21」に採用された新技術「IGZO」が大きな話題を集めている。低消費電力がIGZOの大きなメリットだが、どのような仕組みで実現しているのか。シャープがあらためて解説した。

[田中聡,ITmedia]

 シャープが12月21日、同社冬モデルのディスプレイに採用した「IGZO」技術に関する説明会を開催。ディスプレイデバイス開発本部 技術開発センター 技術企画室 室長の今井明氏と、ディスプレイデバイス第2生産本部 第2プロセス開発室 室長の松尾拓哉氏が、IGZOの技術や搭載商品について説明した。

 IGZOとは酸化物半導体のことで、「Indium(インジウム)」「Gallium(ガリウム)」「Zinic(亜鉛)」「Oxygen(酸素)」の頭文字を取ったもの。2009年に半導体エネルギー研究所が、高い結晶性を持つIGZO網膜(CAAC-IGZO)を作り、2012年にシャープとの共同開発により量産化に成功した。このIGZOを液晶パネルに採用し、IGZOを搭載した最初のデバイスとして、スマートフォンの「AQUOS PHONE ZETA SH-02E」と、タブレットの「AQUOS PAD SHT21」が発売された。またソフトバンク向けにもIGZOを搭載した「AQUOS PHONE Xx 203SH」が2013年3月に発売される予定。スマホとタブレット以外では、IGZOディスプレイを搭載した4K2K(3840×2160ピクセル)の業務用高精細モニターが、2013年2月に発売される。

photophoto IGZOは酸化物半導体のこと(写真=左)。IGZOの歴史(写真=右)
photophoto IGZO液晶を搭載するシャープの製品(写真=左)。SH-02Eは省エネ性能が好評を博している(写真=右)
photophoto 「AQUOS PHONE ZETA SH-02E」(写真=左)と「AQUOS PAD SHT21」(写真=右)

 IGZOの特性はすでにいろいろな場面で語られているが、あらためておさらいしておこう。スマートフォンやタブレットにおいて、特にIGZOのメリットとして挙げられるのが「低消費電力」だ。これは「(1)液晶アイドリングストップ」と「(2)トランジスタの小型化」で実現している。

photo シャープの今井氏

 まず(1)について。従来のディスプレイは、画面が表示されているときは常に電流を流す必要があるが、IGZOでは画面の更新がないとき、つまり静止画表示中は一時的に電流を止めることができる。これにより、静止画表示中でも従来は1秒間に60回画面を更新していたものを、IGZOでは1秒間に1回の更新に抑えられる。画面が動くと、再び1秒間に60回更新されるが、画面の一部が動いているとき――例えば通知バーのテロップや、マップで現在地アイコンが表示されているときなどの駆動はどうなるのか。現時点で、動いている部分のみを書き換えることはではできないという。つまり少しでも画面が動くと60回書き換えられる。「一部だけを書き換えることは、システム側で今後対応していきたい」と今井氏は話していた。なお、30フレーム/秒の動画を再生する際は、更新回数を30(30Hz)に落とすなど、動画のフレームレートに応じて周波数を変更することはできるという。

 松尾氏は、IGZOは液晶の“オフ性能”が高いことを強調する。「液晶の電流が止まったオフ状態では、IGZOのリーク電流はアモルファスシルコンの100分の1、ポリシリコンの1000分の1ほど小さい」という。「蛇口で例えると分かりやすいが、蛇口を閉めたときに、アモルファスシリコンとポリシリコンのトランジスタからは水が少し漏れているが、IGZOは水漏れが全然ない」(松尾氏)。こうした特性により、液晶アイドリングストップが実現できている。

photophoto 画面の更新がないときは一時的に電流を止められる「液晶アイドリングストップ」(写真=左)。これは液晶の高いオフ性能で実現している(写真=右)
photophoto IGZOはアモルファスシリコンよりも電子の移動度が20〜50倍速い。CG Siliconは100倍以上速い(写真=左)。IGZO、S-CGSilicon、CG Siliconの省電力比較(写真=右)

 続いて(2)について。IGZOでは従来のアモルファスシリコンに比べて電子の移動度が高い、つまり電流が流れやすいので、薄膜トランジスタ(TFT)の小型化が可能になる。ディスプレイが高精細になると、トランジスタのサイズはそのままで画素が小さくなるので、1画素あたりのバックライトの透過量が減る。同じ明るさにするためには光量を増やす必要があり、消費電力の面で不利になる。一方、トランジスタが小さいIGZOでは、1画素あたりのバックライトの透過量が増えるので、解像度が同じなら、同じ消費電力でIGZOの方が明るく表現できる。つまり同じ明るさならIGZOの方が低消費電力で済む。

photophoto 薄膜トランジスタ(TFT)の構造(写真=左)。IGZOではトランジスタが小型化できるので、1画素あたりのバックライトの透過率が上がる(写真=右)

 タッチパネルの性能が向上したのもIGZOの特長だ。「タッチパネルは液晶の真上にあるので、ノイズが発生しやすい。そうならないように、IGZOではタッチを検出するときは液晶の駆動を止め、検出しないときはまた液晶を動かすようにしている。つまり短時間でタッチ検出→液晶駆動→タッチ検出→液晶駆動と切り替えている」(今井氏)ので、より精密な操作が可能になる。これは指だけでなくペン入力も同様だ。これまで、静電容量方式のタッチパネルはペン入力を苦手としていたが、IGZOでは「ノイズ発生時間が短く、タッチパネル操作における微弱な信号を検出して操作できる」(今井氏)ため、指での操作とペン入力のどちらも快適に行える。

photophoto タッチパネル技術の比較(写真=左)。IGZOではタッチの検出とIGZOの駆動を短時間で切り替えられるので、ノイズが発生しにくい(写真=右)

 IGZOは従来のアモルファスシリコンと同等の製造プロセスで開発できるため、生産性も高い。また、大型のマザーガラスにも対応できる。

photo IGZOの特長は大きく4つ

photo シャープの松尾氏

 IGZOの採用により画質や視野角などが向上するのかも気になるが、「見栄えは液晶によるもので、トランジスタ側がどうなっているかはあまり関係ない」とのこと。IGZOでは明るさや省エネ性能の向上が主な特長となる。

 トランジスタが小型化されると、フルHD以上のさらに高精細な液晶も期待できる。「来年にはスマートフォンのハイエンド機はフルHDになるので、そこに対してもIGZO技術を使っていきたい。解像度が上がるほど消費電力が増えるので、IGZOはそこを抑える切り札になる」と今井氏は話した。有機ELへの採用については「開発は着実にやっている。あとはビジネスの判断。IGZOのトランジスタは有機ELにおいても高性能なので、市場の要求を見ながら判断したい」(今井氏)とした。

 IGZOでは、額縁(ディスプレイ周囲)のトランジスタも小型化できるため、スマートフォンやタブレットの狭額縁化にも貢献する。実際、SH-02Eは4.9インチのディスプレイを搭載しながら、幅は68ミリに抑えられている。しかしCG Siliconの方が電子の移動度が高く、「額縁のトランジスタはIGZOよりも小さい」(松尾氏)という。このようにCG Siliconのメリットもあるため、IGZOへ一気に置き換わるのではなく、当面はCG SiliconとIGZOが共存するようだ。

photophoto IGZO液晶なら狭額縁設計もしやすい(写真=左)。ペン入力もしやすい(写真=右)

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