摘要：随着移动显示产品小型化的发展趋势，可穿戴产品变得越来越流行，广泛应用于人们的日常生活当中。小的尺寸就意味着较低的电池容量，每日一充电/一日多次充电成为可穿戴显示产品发展的一个瓶颈。降低显示产品功耗，增加待机时间，成为当今行业研究的热点。 在这样背景下， MIP(Memory in Pixel)像素锁存设计技术应运而生，MIP技术是将存储器集成到像素当中，通过降低刷新频率等方式大大降低显示器件功耗。通过项目组的共同努力，先后公关了透反射结合技术、MIP集成、H Driver集成等关键技术，成功制造出了BOE首款MIP产品，实现了超低功耗显示，达到了国际领先水平。其中 Case1产品是1.3 Hybrid接口MIP产品，panel功耗≤1.6mW，Case2产品是1.28 Direct接口MIP产品，panel功耗≤0.11mW；相对于市场上现有MIP产品，两款产品是目前全球同类产品中，最高PPI MIP产品。

关键词：MIP，低功耗，像素设计，H Driver，集成设计，锁存器

一、MIP技术发展背景

随着显示器技术的不断发展，显示器的种类也越来越多，TFT LCD显示器发展至今，在显示技术领域得到了的不断的发展，TFT LCD有很多的优点，比如可视面积大、显示信息量大、可实现大容量高清晰度显示、平板型结构、低功耗低电压、与大规模集成电路相匹配、无辐射等。随着移动显示产品小型化的发展趋势，可穿戴显示产品变得越来越流行，广泛应用于人们的日常生活当中。小的尺寸就意味着较低的电池容量，每日一充电或者一日多次充电成为可穿戴显示产品发展的一个瓶颈。降低显示产品功耗，增加产品待机时间，减少充电次数，成为当今行业研究的热点。

在这样的背景下， MIP(Memory in Pixel)像素锁存设计技术应运而生，MIP技术是将存储器集成在显示器的像素当中，通过降低刷新频率等方式大大降低显示器件的显示和待机功耗。MIP 和 Normal Panel相比待机功耗低一两个数量级，省功耗优势明显。以1.3穿戴产品为例：1.3 LTPS Normal产品White画面功耗约为20mW，而1.3 LTPS MIP产品White画面功耗约为0.2mW，仅为前者的1%，省功耗优势非常明显，待机时间前者是1-2天，后者是10-15天，相差数倍。

2012年“FPD International 2012”展会上，竞争社首次公开了MIP技术的超低功耗反射型LCD；在后续的2013~2015年FPD International展会上，竞争社每次都会公开自己最新的MIP产品成果；2016年是MIP技术市场化元年，竞争社成功将1.34，1.2，1.28等型号产品打入市场，实现量产；目前，市场上的MIP产品被竞争社独家垄断，如图.1所示。

图1. 市场上MIP产品

在可穿戴显示产品快速发展的今天，市场需求量快速膨胀，谁掌握了MIP关键技术谁就掌握了市场的主动权。本论文中描述的MIP技术开发项的目的是：打破竞争社 MIP技术垄断，研发出新型MIP产品，占领技术制高点，抢占可穿戴市场。

二、 MIP关键技术的实现

（一）MIP关键技术实现分析

MIP技术是将存储器集成在显示器的像素当中，通过降低刷新频率等方式大大降低显示器件的显示和待机功耗。MIP技术的核心是显示器实现超低功耗，那如何去实现超低功耗？我们需要从以下三个方面入手：投射反射结合设计，Pixel像素MIP集成设计，H Driver（Horizontal Driver）集成设计。

透射反射结合设计：透射与反射相结合，反射为主透射为辅；在户外或者室内，当外界光线较强时，背光关闭，通过反射模式显示图像；当外界光线较弱时，背光开启，通过透射模式显示图像；透射与反射相结合可以最大程度上降低背光功耗。

Pixel像素MIP集成设计：MIP集成设计是将原有Pixel中融入锁存器集成设计，锁存器的引入，可以实现1/30/60Hz不同频率显示以及它们之间的切换。当画面要求较高时，如动态画面，我们可以通过30/60Hz刷新频率进行显示；当画面要求较低时，如静态画面，我们可以通过1Hz刷新进行显示。MIP集成设计可以用不同的刷新频率实现不同的显示画面，静态画面低频率持续输出，降低了显示器的显示功耗。

H Driver集成设计：将decoder单元集成在panel上，主机通过panel内H Driver、Latch等单元进行解码，将主机信号解码成panel显示需要的GOA控制信号、Source信号等，主机可直接控制panel的显示，无需IC；H Driver集成设计，取代了IC的部分功能，显示器上无需IC，不但可以节省了IC的功耗，同时也降低成本。

（二）MIP关键技术-透反射结合

我们在Array工序上采用Ag作为Pixel电极，同时也作为反射显示模式的反射层；Ag采用了方形Pattern设计，保证了反射面积，结合POL补偿膜设计，有效保证反射率；Ag Pattern与Pattern之间采用了镂空设计，在透射模式下，有效保证透过率，如图2。透射/反射结合设计是B6首款的透射/反射结合产品，主要的技术难点有TFT 侧Ag反射层工艺，以及CF测共电极的设计。表层制作一层Ag作为Pixel电极同时充当反光层；C-ITO制作在CF面上做为共电极。透射与反射相结合，反射为主透射为辅；当外界光线较弱时，背光开启，通过透射模式显示图像；当外界光线较强时，背光关闭，通过反射模式显示图像；透射与反射相结合可以最大程度上降低背光功耗。

图2. B6透/反射结合设计

（三）MIP关键技术-MIP集成设计

要实现MIP集成设计，首先面临和需要解决的问题是：MIP工作方式和原理。为解决这个问题，我们历经一个多月的时间，进行大量研究和探索，最终明确了MIP的工作原理。随后结合MIP工作原理，提出了十几种不同设计构想 ；并搭建仿真模型，通过上百次的仿真模拟进行技术验证，通过大量关键参数对比，先后否定了很多设计方案，并最终结合现有的产品设计，确定了BOE自己的MIP设计方案。然后撰写专利，保护知识产权，在技术上抑制竞争对手；目前两篇专利正在申报。

MIP电路基本结构是8T1C，有了设计方案，我们进行了Layout绘制，因为TFT管子较多 Layout空间紧凑，按照现有的工艺Margin条件以及设计规范，我们设计的Pixel Pitch=139.5um。为了形成更有竞争力的MIP产品，抢占MIP市场，把Pixel Pitch做得更小，把PPI做的更高，是我们要解决的又一技术难点。在保证透过率的情况下我们对P TFT、N TFT 排布进行位置优化，尽可能节省Pixel空间；通过仿真模拟并结合TFT特性，在保证功能特性的情况下， TFT Size最小化，采用单珊TFT，进一步压缩Pixel Pitch；加强工艺管控，线宽、线距以及过孔采用极限设计。最终，我们将Pixel Pitch从最初的139.5um压缩到了118.5um， 相对于市场上现有MIP产品，BOE的PPI ：Case1 PPI: BOE 260>竞争社239 ；Case2 PPI: BOE 214>竞争社182。我们研制出的MIP产品成为全球同类产品中PPI最高 MIP产品。

Pixel像素MIP集成设计：MIP集成设计是将原有Pixel中融入锁存器集成设计，锁存器的引入，可以实现1/30/60Hz不同频率显示以及它们之间的切换。当画面要求较高时，如动态画面，我们可以通过30/60Hz刷新频率进行显示；当画面要求较低时，如静态画面，我们可以通过1Hz刷新进行显示。MIP集成设计可以用不同的刷新频率实现不同的显示画面，静态画面低频率持续输出，降低了显示器的显示功耗。MIP 和 Normal Panel相比待机功耗低一两个数量级，省功耗优势明显。

（四） MIP关键技术-H Driver集成设计

H Driver集成的核心是要取代panel IC的功能，所以相对于MIP集成来讲，H Driver包含TFT也更多，的集成度更高，电路结构更为复杂。要实现H Driver集成，需要解析以下难点：

设计难度大：H Driver集成度高，电路结构复杂；

解码难度大；H Driver 如何解码信号，取代IC功能；

显示难度大：H Driver 如何与GOA信号配合，实现显示功能；

通过近两个月的努力研究和上百次的仿真模拟，我们成功研究出H Driver的工作原理，并

结合现有的产品设计，提出BOE自己的H Driver设计方案。 首先要结合H Driver工作原理，提出出不同设计构想 ；其次搭建仿真模型，通过仿真验证不同设计方案，确定最优设计方案；然后撰写专利，保护知识产权，在技术上抑制竞争对手；目前三篇专利正在申报。

H Driver集成设计：将decoder单元集成在panel上，主机通过panel内H Driver、Latch等单元进行解码，将主机信号解码成panel显示需要的GOA控制信号、Source信号等，主机可直接控制panel的显示，无需IC；H Driver集成设计，取代了IC的部分功能，panel上无需IC，不但可以降低成本，同时也节省了IC的功耗。

三、MIP产品成果

通过项目组的共同努力，先后公关了透反射结合技术、MIP集成技术、H Driver集成等关键技术，成功制造出了BOE首款MIP产品，显现了超低功耗。如下图所示，左图是BOE设计的 Case1产品，Case1产品是1.3 Hybrid接口的MIP产品，初步测试Panel功耗≤1.6mW（正在调试中，还有进一步降低的空间）；右图是BOE设计的Case2产品，Case2产品是1.28 Direct接口的MIP产品，初步测试Panel功耗≤0.11mW（正在调试中，还有进一步降低的空间）；两款产品是目前同类MIP产品中，世界上PPI最高的MIP产品。计划12月份进行Demo展示。

MIP项目第一阶段的技术验证取得了巨大成功，Case1、Case2产品成功点亮；MIP集成，H Driver集成等关键技术从无到有，实现了技术突破，并形成了专利保护了知识产权，同时在技术上抑制竞争对手。

技术验证只是MIP产品化的第一步，后续还有很多工作需要继续开展，如改善EN的投入，相关不良的解析，新产品TFT特性的评价，信赖性的全面评价等等；我们要通过项目组成员的共同努力，为后续产品开发设计打下坚实的基础。

图3. B6 设计的两种Case的MIP产品

四、MIP市场前景

MIP+透/反射LCD技术的核心价值：形成非稳态LCD体系的超低功耗（微安级）解决方案； 应用空间广阔，未来市场巨大，应用端可渗透/拓展Smart watch、ESL与E-Reader等领域。2018年全球约139M总物量需求量，近10亿美金的市场。

Smart watch应用：MIP产品以超低功耗、户外可读抢占透射LCD市场； 以低成本、超低功耗、户外可读抢占柔性AMOLED市场； 以超低功耗、彩色化、户外可读抢占PMOLED市场。 ESL应用端： MIP产品以超低功耗、彩色化、低温显示的优势具备抢占高端三色E-INK的潜力。 E-Reader应用端：MIP产品以护眼、动态显示、低功耗、彩色化抢占E-INK市场。

根据BU的市场调查与评估，相对于Normal产品，MIP产品有着更高的销售价格，边效等级也更高。以1.3可穿戴产品为例，按照出货量1M计算：MIP产品利润340W美金， Normal产品利润245W美金，同比增收38.77% 。

图4. 1.3 Normal产品与MIP产品销售价格与边效等级对比

注：本文出自B6第四届“创新杯”技术管理论文大赛，技术组一等奖撰稿。