可穿戴顯示器：兼有超低功耗和高畫質（上）

【相關新聞】

小米手機用戶APP利用時間超過iPhone

豐田談車載以太網：2020年開始全面導入

DeNA公布個人基因檢查服務“MYCODE”，可檢查多種癌症基因

表面光溜溜的膠囊內窺鏡是如何在消化道內前行的？

中國手機中國造

日本顯示器公司運用低溫多晶硅（LTPS）技術，在像素內嵌入內存，從而大幅降低了顯示圖片時的功耗。此外還解決了反射型LCD模塊以往存在的畫質問題，最終實現量產。本文是該公司研發本部系統開發部的福永容子和仲島義晴撰寫的相關論文。——（編輯部）

可穿戴設備用反射型LCD市場有望增長 目前主流LCD顯示器均傾向於向高畫質方向發展，而另一個進化方向則是低功耗化。日本顯示器面向可穿戴設備開發出了超低功耗反射型LCD模塊。對今后的市場增長充滿期待。

日本顯示器公司已開始面向可穿戴設備用途量產供貨實現了超低功耗的反射型LCD模塊（圖1）。採用不使用背照燈的低功耗反射型LCD，為了進一步降低功耗，採用了利用嵌入像素的內存來保存圖像信息的“MIP（Memory in Pixel，像素內存儲器）”技術。顯示圖片時幾乎不消耗電力，這樣用戶就可以長時間使用可穿戴設備。至於反射型LCD原來存在的低畫質問題，我們通過採用新開發的光散射層，提高了亮度和視認性。

圖1 開始量產超低功耗反射型LCD模塊 2014年1月開始量產供貨。利用嵌在像素裡的內存來保存圖像信息，因此在顯示圖片時，可通過持續保存數據，以超低功耗顯示圖像。

低功耗和室外視認性十分重要

目前的智能手機等主流移動設備的顯示器最為重視高畫質。尤其是在室內瀏覽顯示器時，畫質會變得十分重要。但如果是可穿戴設備的話，優先次序就會改變。比如，手表式終端要求一直顯示時鐘。盡管如此，人們仍希望電池至少能夠待機一周。因此，低功耗性能就變得非常重要。低功耗性能對生物傳感器類終端也很重要。其原因是，如果為了充電而頻繁摘下佩戴在身上的終端，易用性就會變差。如果是運動類終端，雖然低功耗性能也很重要，但還要求在室外具備較高的視認性。這是因為運動類終端經常在用戶進行跑步等戶外活動時使用。

反射型LCD是最佳解決方案

什麼樣的顯示器可以滿足可穿戴設備的要求呢？（圖2）如果從室內的畫質要求來考慮，智能手機等使用的透射型IPS LCD及自發光型有機EL都非常出色。但是，從能夠實現可穿戴設備所要求的室外視認性及電池持久性的潛在能力來看，這些顯示器均無法充分滿足要求。

圖2 什麼是可滿足可穿戴設備要求的顯示器 對於低功耗和外部光線下出色的視認性等要求，反射型LCD具備很高的潛力。

關於低功耗型顯示器，目前，被稱為電子紙、具備存儲性能的顯示元件已被電子書等產品採用。因為可保存改寫后的圖像，所以顯示圖片時不會消耗電力。但是，具有存儲功能的顯示元件與不具備存儲功能的顯示元件相比，改寫圖像所需要的功耗要大一些。而且，原理上很難顯示彩色視頻。雖說以圖片顯示為主，但如果是手表式終端的話，通常還需要顯示秒針，有時可能還想讓其顯示彩色視頻。這樣的話，電子紙就很難滿足要求了。雖然也有反射透射並用型（半透射型）LCD技術，但因為是半透射半反射，所以會犧牲作為反射型LCD的性能，從而導致無法滿足可穿戴設備的低功耗要求。

我們認為反射型LCD是最佳解決方案。由於不需要使用耗電量在LCD中佔80％的背照燈，所以功耗非常低。而且還使用了MIP技術，因此在顯示靜止圖片時，可進一步使功耗降至1/10。但是，由於以前畫質較為遜色，因此用途很難擴大。

功耗和畫質俱佳

於是，我們以超低功耗和高畫質兼顧為目標，一直在開發反射型LCD。作為開發成果，我們在2012年的“FPD International 2012”展會上公開了採用MIP技術的超低功耗反射型LCD注1）。當時展示了高反射率和高色純度兩種產品（圖3）。

圖3 開發出同時實現超低功耗和高畫質的反射型LCD 導入了不僅可提高反射型LCD的畫質還能在顯示圖片時大幅降低功耗的技術。採用通用的基礎技術，試制出了重視色彩表現性和重視反射率兩種設計的反射型LCD。

注1）屏幕尺寸為7.03英寸（對角線為17.9cm），顯示圖片時的功耗僅為3mW。

高反射率品使用顏色較淡的彩色濾光片，以亮度為優先。反射率高達40％，可與E Ink公司的電子紙（電泳顯示器）抗衡。盡管色彩表現范圍按NTSC比隻有5％，但比電子紙出色。

高色純度品在紅（R）、綠（G）、藍（B）三色之外增加了白色（W）子像素，並使用了色彩較濃的彩色濾光片。通過增加白色子像素獲得了較高反射率，雖加深了彩色濾光片的顏色，但顯示效果並沒有變暗。色彩表現范圍按NTSC比為36％，反射率為28％注2）。

注2）水平方向的分辨率是高反射率產品的3/4。

篇首提到的我們已開始量產的可穿戴設備用反射型LCD的基礎技術就是那時開發出來的。下面就詳細介紹一下這項技術。

通過導入光散射層來提高畫質

如上所述，反射型LCD以前存在的課題是畫質較低。我們以下面三點為目標提高了畫質。（1）沒有炫光，看起來像紙張一樣﹔（2）反射率高、亮度大﹔（3）沒有彩虹干擾光斑。

發生炫光和彩虹光斑的原因在於以前的反射電極結構。以前的反射電極為了擴散反射，在電極表面形成了有規則的微細凹凸圖案。這是出現炫光和彩虹光斑的主要原因。而且，顯示器與紙張不同，稍微傾斜一點就會變亮或變暗，這同樣是反射電極的結構造成的。於是，我們將反射電極改成了平坦的表面。

但若只是這樣，會導致反射電極變得像反射鏡一樣。要想呈現紙張一樣的白色，還必須讓光線發生散射。於是，我們新開發了光散射層，並將其配置在反射電極的前面（圖4）。該光散射層的詳情還不能公開，隻能說，採用的是讓光線向特定方向散射的設計。從特定方向觀看時，比使用讓光線均勻散射的散射層時更加明亮注3）。（未完待續，日經技術在線！供稿）

圖4 提高反射型LCD的畫質 通過採用新開發的光散射層，實現了前所未有的出色畫質。不僅看起來更接近紙張，還提高了反射率（a）。 還可抑制擴散反射板原來存在的彩虹光斑問題（b）。

注3）從斜向或較偏的角度觀看時，顯示比較暗淡，但由於是用於個人使用的可穿戴設備，便採用了這樣的設計。