手持式多媒體裝置的需求呈現顯著的成長趨勢。根據In-Stat市場調查報告顯示，提供影像播放的手持式裝置出貨量預期可從2006年約三億台增加至2011年的十億台。手持式多媒體裝置典型的應用包括行動電話、手持式電腦(Handheld Organizers)及可攜式媒體播放器(PMP)。使用者預期在手持式多媒體裝置能有高畫質的視訊以呈現驚豔的影音品質，以及更長的電池使用壽命與更輕薄的裝置。
要滿足這些需求與全新的使用者體驗，唯有藉由技術創新、具突破性電力效能的元件以及系統等級解決方案，才能提供鮮明銳利的影像、更小的尺寸、具備更廣泛色域和先進介面的節能背光技術。
行動裝置顯示子系統受重視
圖1所示為傳統行動裝置顯示子系統的系統架構。QVGA(Quarter-VGA，320×240)是目前應用中典型的面板解析度，但也逐漸朝向HVGA(Half-VGA，640×240)發展。繪圖器主機(GFX)可以是獨立的元件，也可以整合到基頻/應用處理器中。繪圖處理器都會另外搭配一個外接式的同步動態隨機存取記憶體(SDRAM)緩衝器。連接顯示器驅動器的介面採用並聯方式，因此需要很多訊號線來當作數位RGB影像匯流排，同時也需要同步訊號及個別相對應的接地線。
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| 圖1 傳統行動裝置顯示子系統 |
此一系統概念很難等比縮放顯示尺寸及解析度，這也是它最大的限制。顯示器的驅動器鮮少使用到隨機存取記憶體(RAM)，但顯示內容會持續進行更新。發光二極體(LED)驅動器安裝於液晶顯示器(LCD)模組的外部。因為受20伏特(V)限制的緣故，可以被驅動的LED數量通常都限定大約在四到六顆白光LED。相較之下，圖2所示為目前已經採用的顯示子系統執行概念。有別於以往的設計模式，新的顯示子系統已經將並列影像匯流排的序列轉換器功能整合至繪圖主機。經由行動產業處理器介面(MIPI)聯盟制定的顯示序列介面(DSI)規格，將可以成為未來作業平台的首選。這個規格定出低電壓差動訊號以及點對點序列匯流排。此一匯流排包括了一個高速時脈通道及一個或多個資料通道。
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| 圖2 現行已採用的顯示子系統架構 |
MPL-1縮小設計尺寸
目前的解決方案充分應用了行動畫素鏈結(Mobile Pixel Link, MPL)中MPL-1開放式產業標準的優點。MPL-1的實體層只有三條金屬連接線，可以大幅減少積體電路的接腳數，使得手持式裝置能有更輕薄的外觀包裝，而內部也可以使用更窄的排線來縮小使用的空間。此一窄排線可以克服在設計摺疊式手機時一項最大的挑戰，就是連接鍵盤下方的影像源以及樞軸另一端的顯示螢幕。
依附於線上的訊號非常細微(100毫伏特以下)，因此只會產生非常微量的幅射放射性並且具備可以降低耗能的特色。目前市場上普及的顯示器驅動器已經將框架緩衝器以及直流-直流變頻器整合在晶片上，讓設備可以直接靠手持式裝置電池(Vbat)來操作。LED驅動器可以直接安裝在LCD模組中，並經由採用40伏特供電，可以輕鬆支援八顆LED的操作。此外，也將環境光度感測功能(Ambient Light Sensing, ALS)整合於繪圖器主機或是顯示器模組端。它能偵測周遭環境的光源狀況，然後自動調整背光源的亮度，以提供最適合當前環境的亮度；也就是說，在黑暗的環境中就降低背光源的亮度，而在明亮的環境中則加強背光。在大多數的環境應用中，此一功能可以直接帶來省電的效益。Wide-VGA(800×480)的顯示解
析度在未來將可能成為行動視訊的主流規格。
MPL-2具低功耗優勢
圖3所示為Mobile Pixel Link-2(MPL-2)的概念，這是低功耗顯示影像介面技術的實例。MPL-2是一個差動電流限制、電壓模式資料傳輸系統。接收器提供的線路終端可以達到最佳的完整訊號及較小尺寸等優點。依附於線上的訊號約略僅有±200mV的範圍中，而驅動電流大約也只有2毫安培(mA)而已。在每條線上的均流及反向流能藉由它們的奇模(Odd Mode)訊號來有效降低電磁干擾。目前MPL-2解決方案可以支援低溫多晶矽玻璃(Low Temperature Poly Silicon, LTPS)，能有24位元色彩深度以及高達570×320畫素。對於小尺寸面板而言，低溫多晶矽是一種普遍採用的技術。它可以在玻璃基板上直接整合一些顯示驅動電子零件，能夠有效減少主動元件的數量、降低功耗並縮減模組尺寸。MPL-2技術在實體訊號層的規格與DSI類似，可以對大量的資料如影像、視訊及圖形在顯示器上進行串流動作，而MPL的功耗約只是市場上其他競爭技術的一半。
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| 圖3 行動畫素鏈結顯示介面架構 |
局部顯示成新寵
影像內容通常都只是靜態的圖片，或是在連續畫面中，每一格畫面都只有些許的變動。對於這樣的應用，可以將局部顯示記憶體整合至顯示驅動器中，這樣就可以只更新LCD局部的顯示內容，取代不斷更新整個顯示面板內容的方式。
上述做法可以在減少用電的狀況下自動更新LCD面板中的一個區域，或是作為螢幕顯示(OSD)的覆蓋物。但在有限記憶體的情況下，必須考慮到色彩密度與影像尺寸相衝突的問題。例如，在18-bit彩色模式的狀況下，更新的影像尺寸只有128×100(12,800畫素)。當緩衝器記憶體可以選擇性的更新時．主機處理器的操作頻率可以因為鏈結活動減少而降低。
動態控制背光有效提升使用時間
在LCD顯示模組上顯示較高解析度會導致較高的畫素密度，從而降低面板的亮度。如果只是簡單地藉由提高背光驅動電流，就可以讓有一些手機達到所需要的亮度，但相對地也要消耗更多的電源。動態背光控制技術則依據顯示的內容來管理背光系統所使用的電源。為了提升影像的對比度，當要顯示的影像偏暗時，背光可以利用平順的調光功能調整光度；同時也會校正影像的數據來適應被降低的背光密度。針對相同的影像品質感受，降低背光源亮度的增益可以高達40%。此外，當背光採用串列、陣列LED進行局部調光時，這個統一的調光功能也可以讓獨立的框架內部的對比度提升。
對LED驅動器來說，當驅動並列LED陣列時，流經每顆LED的順向驅動電壓都是不同的。分布不是根據高斯(Gaussian)結構的，因為LED已經以亮度及波長排序過，這將造成電源供應電壓並非在最佳化模式。當針對一個LED進行調光時可以關閉串列上一些LED，將可發現在低亮度的等級下將有明顯的改善，也就是說在低工作週期中可以提升10%的效率。
從上文可以得知，液晶電視在大尺寸顯示器上對使用者經驗定下很高的標準，如高解析度、提高亮度、對比度、色彩深度及動態影像出色的補償演算法。但一些應用於大尺寸LCD螢幕中的創新技術也可以應用在小尺寸、手持式顯示器上。為了滿足使用者對行動影像轉換的期望，業界將會推出一系列的特殊解決方案。
舉例來說，針對新的低功耗、低電磁干擾的影像介面技術，業界正努力發展開放標準規格，以促進互動性及讓市場更能接受這些突破性的解決方案。藉由採用先進、節能的科技，具備影像功能的行動裝置將不再須要為了增加電池使用壽命，而改變基本的系統架構。可以值得期待的是，隨著更多技術的演進，終端用戶的感官體驗與使用經驗也將更加提升。
(本文作者任職於美國國家半導體)