利用像素內(nèi)存實(shí)現(xiàn)超低功耗

反射型LCD的功耗本來就很低，但為了使功耗降低一個數(shù)量級，我們導(dǎo)入了MIP（Memory in Pixel）技術(shù)（圖5（a））。當(dāng)顯示圖片時，若將圖像信息寫入像素內(nèi)存一次，就可以持續(xù)使用，不需要再逐幀（一般為1/60秒一次）寫入。因無需對源極線加載高頻率數(shù)據(jù)信號傳輸至各像素，源極線周圍的充放電會驟減。其結(jié)果，面板功耗便可降至1/10以下。

圖5 通過MIP技術(shù)實(shí)現(xiàn)超低功耗

MIP技術(shù)可在各子像素的反射電極下形成SRAM。這樣就不再需要在顯示圖片時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了超低功耗（a）。SRAM為2bit（b）。

圖5（b）為采用MIP技術(shù)的反射型LCD的系統(tǒng)構(gòu)成。像素的各個子像素中均嵌入了兩個SRAM。這必須要有CMOS電路，只能通過低溫多晶硅（LTPS）TFT來實(shí)現(xiàn)。圖像顯示以開/關(guān)二值顯示為基礎(chǔ)，采用了面積灰階方式。由主機(jī)發(fā)送至顯示器的信號會以提高面積灰階方式的畫質(zhì)為目的，進(jìn)行Dithering（誤差擴(kuò)散，也較抖動顯示）所需運(yùn)算。其結(jié)果會被發(fā)送至行內(nèi)存。而改寫信號的顯示行則會被V解碼器和門控緩沖器選中，并由信號緩沖器發(fā)送對應(yīng)于該顯示行的數(shù)據(jù)信號。

采用新像素結(jié)構(gòu)和誤差擴(kuò)散技術(shù)

我們開發(fā)的反射型LCD模塊，使用寫入子像素內(nèi)2bit SRAM的圖像信息，并在分割為三部分的子像素的各區(qū)域內(nèi)進(jìn)行白色或黑色顯示，從而實(shí)現(xiàn)了4灰階表現(xiàn)能力（圖6）。對于2bit的圖像信息，通常是以2比1的面積比例將子像素分成兩部分，把前者用于高位顯示，把后者用于低位顯示。但是，這種方法會因?yàn)榛译A層次不同而導(dǎo)致子像素內(nèi)的濃淡（黑白）重心上下錯位。這可能會造成線狀顯示缺陷。為了解決這一問題，我們把子像素分成了三部分（如圖6所示），把上下區(qū)域分配給了高位顯示，把中間區(qū)域分配給了低位顯示。采用這種方法，濃淡的重心就會一直位于中間。

圖6 采用將子像素分成三份的新的像素結(jié)構(gòu)

將2bit信息用分成三份的子像素來顯示。如圖所示，通過4灰階表現(xiàn)，使各bit的重心均等，從而防止了顯示的不協(xié)調(diào)感。可通過RGB各色的4灰階表現(xiàn)，顯示64種顏色。

由于各子像素均為4灰階，因此由RGB子像素構(gòu)成的各像素均可進(jìn)行64色顯示。但是，要順暢地顯示自然景色，灰階還不夠，因此我們采用了剛才提到的誤差擴(kuò)散技術(shù)。要防止誤差擴(kuò)散特有的點(diǎn)狀不均或閃爍變得明顯，誤差擴(kuò)散法需要根據(jù)具體的圖片和視頻內(nèi)容靈活運(yùn)用（圖7）。

圖7 通過誤差擴(kuò)散法改善畫質(zhì)

由于是面積灰階方式，要確保一定的精細(xì)度（分辨率）的話，就要犧牲灰階（顯示色數(shù)） 。為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，日本顯示器公司采用了誤差擴(kuò)散法。

確保在昏暗處的視認(rèn)性

反射型LCD的缺點(diǎn)是在沒有外部光線的昏暗處看不到顯示。在像素內(nèi)設(shè)置外部光線反射區(qū)域和背照燈透射區(qū)域的反射透射并用型（半透射型）技術(shù)可解決這個問題�？蔀榉瓷潆姌O設(shè)置開口部，將其用作透射區(qū)域。不過，設(shè)置透射區(qū)域會導(dǎo)致反射區(qū)域的面積縮小，因此會造成反射率降低。由于智能手機(jī)更重視透射性能，因此這不是什么大問題，但對于經(jīng)常在戶外瀏覽屏幕的可穿戴設(shè)備而言，這是一個很重要的問題。

于是，為了不犧牲反射率，我們開發(fā)出了將像素和像素之間的區(qū)域作為透射區(qū)域（開口部）的技術(shù)。該開口部沒有下部電極，但液晶分子會像非開口部一樣移動，因此顯示沒有問題。我們對比了明亮處的反射顯示和昏暗處的透射顯示，確認(rèn)了視認(rèn)性（圖8）。

圖8 可確保在暗處的視認(rèn)性

想出了將像素之間作為開口部來透過背光的方法（a）。由此大幅削減了原來的半透射型液晶顯示器常見的反射損失。在普通照明燈下的反射顯示和在暗處的透明顯示幾乎為同等畫質(zhì)（b）。

還開發(fā)出了模擬灰階高畫質(zhì)產(chǎn)品

以上是2014年開始量產(chǎn)的可穿戴設(shè)備用反射型LCD模塊的基礎(chǔ)技術(shù)。

另外，我們還開發(fā)出了基于模擬灰階的高畫質(zhì)高精細(xì)度反射型LCD（圖9）。這種顯示屏不使用像素內(nèi)存，而是通過與普通LCD相同的方式來驅(qū)動。雖然比不上使用像素內(nèi)存的產(chǎn)品，但因?yàn)槭欠瓷湫�，所以功耗較低，只有普通顯示屏的1/5左右。設(shè)想用于不需要像可穿戴設(shè)備那樣的超低功耗，但非常重視畫質(zhì)的用途。這種顯示屏已在“FPD International 2013”展會上公開。

圖9 開發(fā)出了不采用MIP技術(shù)的模擬灰階高精細(xì)高畫質(zhì)產(chǎn)品

設(shè)想用于彩色電子書等用途。功耗沒有采用MIP方式的反射型LCD那么低，但在不使用背照燈的反射型LCD中實(shí)現(xiàn)了較低的功耗。沒有在像素內(nèi)嵌入內(nèi)存，而是采用與目前普遍使用的透射型LCD相同的模擬驅(qū)動方式，容易實(shí)現(xiàn)高精細(xì)度和高畫質(zhì)。

對于使用像素內(nèi)存的面積灰階方式反射型LCD，其精細(xì)度與灰階數(shù)或顯示色數(shù)量之間存在此消彼長的關(guān)系。原因是，采用面積灰階方式時，為了增加灰階數(shù)或顯示色數(shù)量，必須縮小子像素的尺寸，并把像素分割得更小。但是，要使用像素內(nèi)存，就要將內(nèi)存集成到子像素內(nèi)，這樣就限制了子像素的小型化（高精細(xì)化）。因此，使用像素內(nèi)存的面積灰階反射型LCD試制品的精細(xì)度僅為182ppi，灰階數(shù)為4，顯示色數(shù)只有64色。

而2013年公開的高畫質(zhì)產(chǎn)品的各色的模擬灰階為6bit，因此可實(shí)現(xiàn)64灰階、26萬色顯示。屏幕尺寸為7英寸，像素數(shù)為1200×1920，精細(xì)度高達(dá)321ppi。將RGBW子像素改成了2×2配置，反射率高于采用條紋配置的產(chǎn)品。（日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）