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可穿戴显示器:兼有超低功耗和高画质(下)

导读: 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。

  利用像素内存实现超低功耗

  反射型LCD的功耗本来就很低,但为了使功耗降低一个数量级,我们导入了MIP(MemoryinPixel)技术。当显示图片时,若将图像信息写入像素内存一次,就可以持续使用,不需要再逐帧(一般为1/60秒一次)写入。因无需对源极线加载高频率数据信号传输至各像素,源极线周围的充放电会骤减。其结果,面板功耗便可降至1/10以下。

  采用MIP技术的反射型LCD的系统,像素的各个子像素中均嵌入了两个SRAM。这必须要有CMOS电路,只能通过低温多晶硅(LTPS)TFT来实现。图像显示以开/关二值显示为基础,采用了面积灰阶方式。由主机发送至显示器的信号会以提高面积灰阶方式的画质为目的,进行Dithering(误差扩散,也较抖动显示)所需运算。其结果会被发送至行内存。而改写信号的显示行则会被V解码器和门控缓冲器选中,并由信号缓冲器发送对应于该显示行的数据信号。

  采用新像素结构和误差扩散技术

  我们开发的反射型LCD模块,使用写入子像素内2bitSRAM的图像信息,并在分割为三部分的子像素的各区域内进行白色或黑色显示,从而实现了4灰阶表现能力。对于2bit的图像信息,通常是以2比1的面积比例将子像素分成两部分,把前者用于高位显示,把后者用于低位显示。但是,这种方法会因为灰阶层次不同而导致子像素内的浓淡(黑白)重心上下错位。这可能会造成线状显示缺陷。为了解决这一问题,我们把子像素分成了三部分,把上下区域分配给了高位显示,把中间区域分配给了低位显示。采用这种方法,浓淡的重心就会一直位于中间。

  由于各子像素均为4灰阶,因此由RGB子像素构成的各像素均可进行64色显示。但是,要顺畅地显示自然景色,灰阶还不够,因此我们采用了刚才提到的误差扩散技术。要防止误差扩散特有的点状不均或闪烁变得明显,误差扩散法需要根据具体的图片和视频内容灵活运用。

  确保在昏暗处的视认性

  反射型LCD的缺点是在没有外部光线的昏暗处看不到显示。在像素内设置外部光线反射区域和背照灯透射区域的反射透射并用型(半透射型)技术可解决这个问题。可为反射电极设置开口部,将其用作透射区域。不过,设置透射区域会导致反射区域的面积缩小,因此会造成反射率降低。由于智能手机更重视透射性能,因此这不是什么大问题,但对于经常在户外浏览屏幕的可穿戴设备而言,这是一个很重要的问题。

  于是,为了不牺牲反射率,我们开发出了将像素和像素之间的区域作为透射区域(开口部)的技术。该开口部没有下部电极,但液晶分子会像非开口部一样移动,因此显示没有问题。我们对比了明亮处的反射显示和昏暗处的透射显示,确认了视认性。

  另外,我们还开发出了基于模拟灰阶的高画质高精细度反射型LCD。这种显示屏不使用像素内存,而是通过与普通LCD相同的方式来驱动。虽然比不上使用像素内存的产品,但因为是反射型,所以功耗较低,只有普通显示屏的1/5左右。设想用于不需要像可穿戴设备那样的超低功耗,但非常重视画质的用途。这种显示屏已在“FPDInternational2013”展会上公开。

  对于使用像素内存的面积灰阶方式反射型LCD,其精细度与灰阶数或显示色数量之间存在此消彼长的关系。原因是,采用面积灰阶方式时,为了增加灰阶数或显示色数量,必须缩小子像素的尺寸,并把像素分割得更小。但是,要使用像素内存,就要将内存集成到子像素内,这样就限制了子像素的小型化(高精细化)。因此,使用像素内存的面积灰阶反射型LCD试制品的精细度仅为182ppi,灰阶数为4,显示色数只有64色。

  而2013年公开的高画质产品的各色的模拟灰阶为6bit,因此可实现64灰阶、26万色显示。屏幕尺寸为7英寸,像素数为1200×1920,精细度高达321ppi。将RGBW子像素改成了2×2配置,反射率高于采用条纹配置的产品。

责任编辑:eliane
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