可穿戴显示器：兼有超低功耗和高画质（上）

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日本显示器公司运用低温多晶硅（LTPS）技术，在像素内嵌入内存，从而大幅降低了显示图片时的功耗。此外还解决了反射型LCD模块以往存在的画质问题，最终实现量产。本文是该公司研发本部系统开发部的福永容子和仲岛义晴撰写的相关论文。——（编辑部）

可穿戴设备用反射型LCD市场有望增长 目前主流LCD显示器均倾向于向高画质方向发展，而另一个进化方向则是低功耗化。日本显示器面向可穿戴设备开发出了超低功耗反射型LCD模块。对今后的市场增长充满期待。

日本显示器公司已开始面向可穿戴设备用途量产供货实现了超低功耗的反射型LCD模块（图1）。采用不使用背照灯的低功耗反射型LCD，为了进一步降低功耗，采用了利用嵌入像素的内存来保存图像信息的“MIP（Memory in Pixel，像素内存储器）”技术。显示图片时几乎不消耗电力，这样用户就可以长时间使用可穿戴设备。至于反射型LCD原来存在的低画质问题，我们通过采用新开发的光散射层，提高了亮度和视认性。

图1 开始量产超低功耗反射型LCD模块 2014年1月开始量产供货。利用嵌在像素里的内存来保存图像信息，因此在显示图片时，可通过持续保存数据，以超低功耗显示图像。

低功耗和室外视认性十分重要

目前的智能手机等主流移动设备的显示器最为重视高画质。尤其是在室内浏览显示器时，画质会变得十分重要。但如果是可穿戴设备的话，优先次序就会改变。比如，手表式终端要求一直显示时钟。尽管如此，人们仍希望电池至少能够待机一周。因此，低功耗性能就变得非常重要。低功耗性能对生物传感器类终端也很重要。其原因是，如果为了充电而频繁摘下佩戴在身上的终端，易用性就会变差。如果是运动类终端，虽然低功耗性能也很重要，但还要求在室外具备较高的视认性。这是因为运动类终端经常在用户进行跑步等户外活动时使用。

反射型LCD是最佳解决方案

什么样的显示器可以满足可穿戴设备的要求呢？（图2）如果从室内的画质要求来考虑，智能手机等使用的透射型IPS LCD及自发光型有机EL都非常出色。但是，从能够实现可穿戴设备所要求的室外视认性及电池持久性的潜在能力来看，这些显示器均无法充分满足要求。

图2 什么是可满足可穿戴设备要求的显示器 对于低功耗和外部光线下出色的视认性等要求，反射型LCD具备很高的潜力。

关于低功耗型显示器，目前，被称为电子纸、具备存储性能的显示元件已被电子书等产品采用。因为可保存改写后的图像，所以显示图片时不会消耗电力。但是，具有存储功能的显示元件与不具备存储功能的显示元件相比，改写图像所需要的功耗要大一些。而且，原理上很难显示彩色视频。虽说以图片显示为主，但如果是手表式终端的话，通常还需要显示秒针，有时可能还想让其显示彩色视频。这样的话，电子纸就很难满足要求了。虽然也有反射透射并用型（半透射型）LCD技术，但因为是半透射半反射，所以会牺牲作为反射型LCD的性能，从而导致无法满足可穿戴设备的低功耗要求。

我们认为反射型LCD是最佳解决方案。由于不需要使用耗电量在LCD中占80％的背照灯，所以功耗非常低。而且还使用了MIP技术，因此在显示静止图片时，可进一步使功耗降至1/10。但是，由于以前画质较为逊色，因此用途很难扩大。

功耗和画质俱佳

于是，我们以超低功耗和高画质兼顾为目标，一直在开发反射型LCD。作为开发成果，我们在2012年的“FPD International 2012”展会上公开了采用MIP技术的超低功耗反射型LCD注1）。当时展示了高反射率和高色纯度两种产品（图3）。

图3 开发出同时实现超低功耗和高画质的反射型LCD 导入了不仅可提高反射型LCD的画质还能在显示图片时大幅降低功耗的技术。采用通用的基础技术，试制出了重视色彩表现性和重视反射率两种设计的反射型LCD。

注1）屏幕尺寸为7.03英寸（对角线为17.9cm），显示图片时的功耗仅为3mW。

高反射率品使用颜色较淡的彩色滤光片，以亮度为优先。反射率高达40％，可与E Ink公司的电子纸（电泳显示器）抗衡。尽管色彩表现范围按NTSC比只有5％，但比电子纸出色。

高色纯度品在红（R）、绿（G）、蓝（B）三色之外增加了白色（W）子像素，并使用了色彩较浓的彩色滤光片。通过增加白色子像素获得了较高反射率，虽加深了彩色滤光片的颜色，但显示效果并没有变暗。色彩表现范围按NTSC比为36％，反射率为28％注2）。

注2）水平方向的分辨率是高反射率产品的3/4。

篇首提到的我们已开始量产的可穿戴设备用反射型LCD的基础技术就是那时开发出来的。下面就详细介绍一下这项技术。

通过导入光散射层来提高画质

如上所述，反射型LCD以前存在的课题是画质较低。我们以下面三点为目标提高了画质。（1）没有炫光，看起来像纸张一样；（2）反射率高、亮度大；（3）没有彩虹干扰光斑。

发生炫光和彩虹光斑的原因在于以前的反射电极结构。以前的反射电极为了扩散反射，在电极表面形成了有规则的微细凹凸图案。这是出现炫光和彩虹光斑的主要原因。而且，显示器与纸张不同，稍微倾斜一点就会变亮或变暗，这同样是反射电极的结构造成的。于是，我们将反射电极改成了平坦的表面。

但若只是这样，会导致反射电极变得像反射镜一样。要想呈现纸张一样的白色，还必须让光线发生散射。于是，我们新开发了光散射层，并将其配置在反射电极的前面（图4）。该光散射层的详情还不能公开，只能说，采用的是让光线向特定方向散射的设计。从特定方向观看时，比使用让光线均匀散射的散射层时更加明亮注3）。（未完待续，日经技术在线！供稿）

图4 提高反射型LCD的画质 通过采用新开发的光散射层，实现了前所未有的出色画质。不仅看起来更接近纸张，还提高了反射率（a）。 还可抑制扩散反射板原来存在的彩虹光斑问题（b）。

注3）从斜向或较偏的角度观看时，显示比较暗淡，但由于是用于个人使用的可穿戴设备，便采用了这样的设计。